图片信用：Don O'Brien /CC通过Flickr.
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作者:雪莉·比利莫瑞，莱娅·古奇奥内，
和迈克HENCHEN
7000万美国家庭和企业在现场燃烧天然气、石油或丙烷来加热空间和水，每年产生5.6亿吨二氧化碳，占美国总排放量的十分之一。
But now, we have the opportunity to meet nearly all our buildings’ energy needs with electricity from an increasingly low-carbon electric grid, eliminating direct fossil fuel use in buildings and making obsolete much of the gas distribution system — along with its costs and safety challenges.
要实现温室气体排放量减少75%或更多的“深度脱碳”目标，需要在全国范围内消除大部分由熔炉和热水器产生的二氧化碳，并在整个经济领域采取其他措施。此外，电空间和水加热可以智能管理，及时转移能源消耗，帮助大量可再生能源的成本效益集成到电网。
实现这一愿景将需要大规模的市场转型，包括在全国各地的房屋和企业中广泛采用煤气分配系统的扩大，以及智能设备的新市场，为网格提供灵活的需求。11百万家庭烧油或丙烷用于热量 - 最碳密集型和昂贵的燃料 - 另外5600万燃烧天然气。
最高效的电动设备，用于空间供暖和水供暖的热泵，在今天的市场份额很小。许多家庭需要额外的电力工作来容纳他们，消费者对这种供暖技术的意识很低。
在岩石山学院的新报告中，建筑电气化的经济性，我们分析了在有需求灵活性和没有需求灵活性的情况下，带电住宅空间和水暖对经济和碳的影响——及时转移能源消费以支持电网需求的能力。我们比较了四个城市在不同电价结构下的新建筑和家庭改造的电空间和水加热与化石燃料的空间和水加热:加利福尼亚州奥克兰;休斯敦;美国罗德岛州普罗维登斯市;和芝加哥。
情景分析
我们对单户住宅的水加热、空间加热和空调的能源使用进行了一年的建模，以确定每年的碳影响和每种情景的15年净当前成本。跨越地理位置、家庭类型、费率结构、设备和燃料，我们考虑了34个场景(见下图2)。
在许多情景中，特别是对于大多数新的家庭建筑，我们发现空间和水加热的电气化和空调在与化石燃料进行相同的功能时，在设备的寿命中降低了房主的成本。对于几种改造方案，客户也减少了成本：对于远离丙烷或加热油的客户，对于否则需要同时更换炉和空调的燃气客户，以及为捆绑屋顶太阳能的客户提供电气化的燃气客户。
新建住宅和目前缺乏天然气服务的住宅也避免了在全电力社区不需要的天然气管道、服务和仪表的成本。
然而，对于目前用天然气加热的许多现有的房屋，转换为空间和水加热的电热泵将在今天价格提高客户成本。现有的天然气服务的客户面临着更高的前期成本，以改造电动空间和水加热，而不是安装新的燃气装置，并且能够为电气设备提供更多的能量 - 通常在较冷的气候中 - 或节省太少的能源成本以弥补额外的资本成本。下面的图像＃3在若干场景中说明了这些结果。
许多因素可以提高通电空间和水加热的成本效益与未来的气体相比。随着市场的增长和制造商实现规模经济，热泵的价格预计下降。
这value of electric demand flexibility is likely to increase as the share of variable renewables grows on the electric system — customers’ ability to capture this value with intelligent devices can reduce the lifetime costs of electrification but depends on new market structures, rate designs, and utility programs. Carbon pricing or other climate policies may impose additional costs on natural gas supply. Or gas commodity prices may rise in the future.
碳的发现
用电空间和水加热已经减少了碳，除了最重煤的系统，今天的电网。即使是在一个完全由天然气供电的电网中，电气化也会相对于家用燃气电器减少碳排放。
有了可再生电力系统，电空间和水加热的碳排放将降为零。在奥克兰、休斯顿和普罗维登斯这样的地方，电网已经足够低碳，可以通过电气化减少排放。即使是在像芝加哥这样的地方，如今煤炭发电仍处于边缘地位，长期来看，燃煤电厂的不断退役可能会使电气化成为低碳选择。
为了捕捉最有利的燃料切换的近期效益，并准备包括广泛的经济高效电气化的长期方法，为监管机构，政策制定者和公用事业提供五项建议：
- 目前使用丙烷和加热油的建筑物快速电气化优先考虑空间和水加热。虽然这些代表了不到10％的美国家庭，但它们占超过20％的空间和水供暖排放。电气化对于丙烷客户来说非常具有成本效益，并且根据当地定价，具有与加热油的成本相当。在接近术语中致电这些房屋可以建立规模和市场成熟，以支持将来更广泛的电气化。
- 停止支持扩建天然气输配系统，包括新建住宅。在高度电气化的未来，这些基础设施将会过时，而天然气纳税人在为其扩张提供资金方面面临着重大的资产搁浅风险。此外，电气化是一个低成本和低碳的解决方案，比扩大天然气服务，无论是新的或现有的家庭。
- 捆绑需求灵活性计划，新的速率设计和能效与电气化举措，有效地管理新电力需求的峰值负荷影响，特别是在较冷的气候中，将看到从电气化加热中的冬季电力需求增加峰值。
- 扩大现有电气空间和水加热负荷的需求灵活性选项。美国5000万现有电气加热器中只有1％参加需求响应。由于广泛的电气化增加了负荷，特别是在冬季，有效的需求管理将减轻系统成本并辅助可再生能源的整合。
- 更新能源效率资源标准和相关目标，无论是在电力（以千瓦时）和气体（以热量为单位）的总能量减少，还是基于电气和天然气节目的排放减少。否则，即使在提供成本和碳效复，成功的电气化也可能惩罚不降低电力需求的公用事业。
©2018岩石山地学院。发表许可。最初发布了RMI出口。
10评论
Rheem热泵
我住在100％的电动家里。我拥有Rheem热泵热水器（50 Gal），到目前为止，它无瑕疵地表演。我以800美元的价格在HD销售
这是一个农村地区，我本可以使用丙烷和一个地下储罐，但这篇文章触及了很多我决定建造一个100%电力的家庭的原因。另一个问题是，在农村地区，丙烷卡车不得不一路开到那里，每隔几个月就加一次油。随着时间的推移，柴油燃料和与之相关的排放会增加。
在家庭和车库中没有一氧化碳通风口是我不希望在家中的天然气电器的另一个原因。我带着烹饪的感应范围。我是100％LED照明，带有导管的迷你分体式，用于冷却和加热。
称重转换为全电动
我不愿在生活空间中燃烧，并且正在权衡将我待待购买的联排别墅转换为所有电气的成本。房屋HVAC系统和热水器超过11岁，并开始具有更多的可靠性问题。
空调是电的，但炉子是天然气的，热水器也是。一个暖通空调系统服务于一楼和二楼，另一个单元专用于三楼。两个系统都在非条件空间(一个在半通风的阁楼，另一个在车库)。车库系统和热水器共用一个通风口，局部排出燃烧空气。不是最理想的。
我打算空气密封家，将阁楼转换为条件空间，但却与系统一起进入多远。我想我们会看到完全转换成本以及维护双燃料设置是否有意义。
彼得,
同样在这里。这
彼得,
同样在这里。文章触及了我建造了所有电动家用的原因。通过计算，电气的寿命成本较低，甚至电阻电热，它会使燃料转换的负担转移到电力公司，它不需要横跨天花板的大舱壁用于导管工作，机械工作室没有需要变大，它需要更少的维护。我自从增加了导管的小型普及，现在我的维护仍然较少，但我的能源票据是我邻居支付的一半。
史蒂夫,
您最大的障碍可能会在您的面板中运行电线和空间。但是，如果您想要更换旧热水器和炉子，那么无论如何，我怀疑费用会很大。
11岁的暖通空调勉强算是中年@ Steve Knapp
即使有偶尔维修和超过11岁的设备的平均维护，您可能会获得至少5个，也许还有10年的交流，可能还有15个燃气炉。只有当一个或另一个以主要方式删除的时候，除非你真正致力于失去化石燃烧器，燃气仪和所有人，否则才会“值得”。
就目前而言，把精力集中在建筑升级上更有经济意义。您可以使用现有设备同时测量加热和冷却负荷通过测量任务周期达到或接近设计条件,当时候你可以规范的热泵(s)取代了AC +天然气炉(s)相当紧密的大小有很大的信心。
@Dana
毫无疑问，你是对的，允许系统老化。楼上机组的室内盘管可能有冷却剂泄漏，但我会计算出维修成本，然后看看什么是合理的。
这两个单位都需要户外空气供应，因为我计划收紧信封并制作条件空间的阁楼部分。这种变化应该对阁楼单元相当简单，但车库将更加复杂。
我还想对车库的公用通风口(炉子和热水器)做点什么。这是一个安装热泵热水器的好地方，但我得把热水器从多功能柜里搬出来。
通风与供暖/制冷相结合?@史蒂夫·克纳普
将通风功能与加热或冷却设备结合在一起并不总是一个很好的策略。通风需求与供暖或制冷负荷不成比例，当没有供暖或制冷负荷时，仍然需要通风。如果通风主要是在需要热/冷的时候运行，就会造成舒适度问题，例如:热负荷最高的时期与最低露点(最干)空气相关，通常导致冬季过度干燥。
或许你只是谈论燃气燃烧器的燃烧空气？
管道式热泵热水器仍然可以在公用设施的壁橱里工作，通过管道将进风和排风输送到其他地方。绝对不是最漂亮的安装，但这里有一个例子(原型/实验单位):
https://www.pnnl.gov/news/images/照片/20150101152715.jpg.
由于该原型图片在2015年拍摄的原型图片，例如Rheem的表现Platinum系列，在美国，Ariston Nuos（欧洲和亚洲，不是美国），A.O.史密斯Voltex现在有一个可用预先设计的管道包等。可能还有其他我还没有意识到。
燃烧而不通风
嗨Dana，
是的。我指的是燃烧空气。（但是，一旦空气密封完成，我将不得不看通风。）
当我把中央空气
当我给我110年历史的维多利亚式空调增加中央空调时，我增加了一个热泵，增加了成本。我增加了舒适性(在温和天气蒸汽系统温度波动)，而且比40华氏度以上的蒸汽系统更便宜，我可以分区供暖，并在楼下或楼上独立运行锅炉热泵。
电气安装没那么糟糕。热泵热水器将是很容易的，它只有大约15英尺的电气面板。我已经在地下室开了2台除湿机所以这很有意义。
很好的研究，谢谢RMI
只是几个评论。从学习：
“由于具有甲烷泄漏的天然气系统的排放量增加，芝加哥的热泵系统现在对家庭的天然气使用相当的排放影响。热泵从碳强度较低的碳强度较高的12％到11％的碳密集系统，取决于所使用的泄漏率。“
泄漏的天然气显然是一个大问题，需要固定，但这可能在分配水平处非常昂贵。固定天然气每月服务费25-50美元似乎很可能。一些比率Payers然后放弃所有电力服务的NG，费用再次上涨？
大（800 MW-1 GW）CCNG发电厂仍在提出和建造。我们的实用程序希望获得委员会批准的。我预计廉价NG将在相对较短的时间内循环，并以其更高的电力刺激。将其与太阳能光伏费用下降，并通过不满的比率Payers突破“捕获的”公用事业佣金=客户选择供应商，我们有一个滞留的资产情景。
大，重要的决定未来！所有电动都在这里。
修复分配损失并没有修复@ joe dwyer
>“泄漏天然气显然是一个大问题，需要修复，但这可能在分配水平上非常昂贵。”
泄漏气体的分布比例甚至还不到总泄漏甲烷的两位数百分比:
//m.etiketa4.com/sites/default/files/images/methane%20graphic.jpeg.
64%的逃跑与生产和收集有关，这似乎是我们应该首先攻击的地方，因为这更本土化，而且更多的成本可以通过销售不允许逃跑的产品得到回报。为剩下的三分之一挖掘和修复数百万个小泄漏，与修复离源头更近(或更近)的数千个大泄漏相比，没有同样的经济优势。
搁浅的CCNG发电机资产只是一些地区的冰山尖端。在ISO新英格兰电网区CCNG工厂通过发电机类型主导发电能力和年销售，但是在加热季节期间受到限制的管道容量，其中较大的管道保留了空间加热。管道开发人员希望将增加的电力率Payers的能力提高，但滞留的资产风险（实际上，实际上）使得一个非起动器，由Massachusetts州律师公司在广泛审查后拒绝，在理由的是，它将财务风险转移到比率Payers，而不是公用事业/投资者或管道运营商/投资者，而潜在的上方则转向别人。鉴于MA和该地区其他国家制定的已经立法碳减排和可再生能源征求并提出的管道能力增加的商业案例是潜在的天然气出口（加拿大或液化天然气至欧洲/其他），以及该业务案件对私人投资者（将获得潜在的上行）的风险太过危险，这是过于冒险的，并且跨目的到公用事业场所，他们会看到近海燃气买家的上涨价格。
在接近术语中，管道约束导致冷扣后的额外较高的碳排放，因为使用＃2＆＃6油峰值植物和煤炭燃烧器来覆盖不足。但石油峰值峰值仍然不到ISO-NE网格上产生的年度占年前电力的1％，而且每年比公用事业量表太阳能在该地区产生，煤炭小于2％。（看：https://www.iso-ne.com/about/key-stats/resource-mix/风能已占该地区总发电量的3%以上，而且还在不断增长。从中期来看，光伏和风能仍是高速增长的行业，将足以抵消该地区即将关闭的核电站的影响。仅MA到2030年承诺的海上风电项目，就将超过因核电站关闭而造成的低碳水化合物产量损失，CT和RI也将沿着这条道路前进(纽约也是如此，位于邻近的NY- iso电网)。更好的是，该地区的寒潮与更高的近海和近岸风速高度相关——在天然气管道满负荷运行期间，近海风将提供更多的电力，从而限制了点燃石油峰值的需要。新形成的需求响应市场也将减少冬季石油峰值的使用量，但现在判断减少多少还为时过早，因为需求响应市场在6月份才开始活跃。新英格兰地区的用电量增长也与去年同期持平或下降。
但这一切似乎都无法阻止游说人士增加输油管道容量，正如这篇最近的社论所言:
https://www.bostonglobe.com/opinion/editorials/2018/04/21/why-you-pay-for-beacon-hill-pipeline-folly/xrfwl2b7ysdlda9iwuaqok/story.html.
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