具有雄心勃勃的气候变化目标的国家必须解决直接建筑物排放问题，但是现在电气化在任何地方都有意义吗？即使在寒冷的气候下，电器也可以减少碳排放吗？

新落基山研究所的分析通过检查下48个州中的每个州来回答这些问题，重点关注建筑物中化石燃料的最大直接使用：家庭取暖。我们将煤气炉与现成的电替代品进行了比较：空气源热泵。热泵技术是一种特别有效的给房屋供暖的方式，其热能消耗量是其所消耗电能的2至4倍。

结果表明，各国通过安装热泵来大幅削减建筑物的直接排放具有巨大潜力。到2020年，用热泵代替燃气炉将减少48个州中的46个州（美国99％的家庭）的碳排放；除怀俄明州和犹他州外，其余都严重依赖燃煤电力。与燃油相比，毫无疑问，热泵是更清洁的热源。

我们的分析发现了两个重要的原因，即为什么今天购买的热泵在15年的使用寿命中将比燃气炉具有更低的碳排放量：（1）即使在寒冷的气候下，现代热泵的效率也比燃气炉明显更高；（2）电力部门已达到减少碳排放的临界点。

这一新现实对政策制定者有几个关键意义：

• 住宅空间供暖是减少全国碳排放的关键杠杆。
• 时钟为政策运动而滴答作响。在新建筑和家电更换之间，每年将有5到800万座美国建筑增加或更换供暖设备。这些决定中的每一项都可能将建筑物中化石燃料的使用锁定数十年，因为煤气炉的使用寿命为15至20年。
• 最后，无需等待安装热泵。今天安装的电气设备对生命周期的气候效益可能会在未来几年内增加。当今的市场驱动因素（煤炭经济不佳，新州和当地可再生能源目标）表明，未来几年电网将越来越清洁。

查看今天购买的电器的终身排放

住宅炉是一项长期资产。如果它在2020年失效，则今年需要更换。购买完成后，家庭将不会再做出超过15年的决定（即产品的使用寿命）。

今天，在大多数州，从煤气炉转换为热泵将在第一天减少排放。但我们还必须考虑炉子使用寿命内的总排放量。对于煤气炉，只要您使用该炉，每年每燃烧10立方英尺的气体，总排放量将大约是一磅二氧化碳气体。但是电加热的故事却不同。随着电网变得更加绿色，电加热将随着时间的推移产生更少的碳。即使直到2025年网格仍不够清洁，今天仍需购买热泵在考虑2020年至2035年的寿命排放量时，应减少排放量。这是查看炉子的累积（或寿命）排放量影响的力量。我们的分析考虑了使用国家可再生能源实验室（NREL）对电网能源的未来预测，得出的当今安装的热泵15年寿命的累积排放量。

影响热泵和燃气炉寿命排放之间比较的两个因素：天气和电力混合。

即使在寒冷的气候下，热泵也更加高效

近年来，热泵技术已得到显着改善，这颠覆了人们公认的说法，即它不是有效或可靠的热源。即使考虑到在极端寒冷的天气中效率下降，我们的分析也发现，现代空气源热泵的效率是燃气炉的两倍以上。

通过将历史小时天气状况与现代，随时可用的热泵的性能相结合，我们计算了每个州人口最多的城市全年的热泵运行效率。我们的分析调整了热泵效率，以考虑到在极少的时间和非常寒冷的天气中何时何地需要备用电阻热。例如，在北达科他州法戈，平均最低日平均温度为-23°F（-30°C），一年中大约需要5％的这种备用功能。

下图显示了预期的热泵性能系数（COP），它是按加热程度天数计算的每日热泵效率的加权平均值。COP为1表示系统具有100％的效率-加热能量等于电力输入。COP为2表示热泵每消耗1千瓦时的电能，就会产生2千瓦时的热量。

每年热泵的效率是能源之星煤气炉的2.2到4.5倍，并且在任何气候条件下，热泵的效率都不低于200％（COP为2）。在加利福尼亚，田纳西州和亚利桑那州等冬季温和的地区，效率最高。但是，在科罗拉多州，明尼苏达州和威斯康星州等寒冷气候下，热泵的能源效率也比煤气炉高。尽管此分析未对地源热泵或地热泵进行建模，但由于其COP甚至比空气源热泵更高，因此总体结论可能相似。

在过去的十年中，由于空气源热泵的技术进步，在寒冷气候下的强劲性能尤其值得关注。热泵性能的最新主要进步包括：

• 精调的控件可在最冷的条件下无缝集成电阻备份。
• 行业合作伙伴关系导致可以使用Nest等智能恒温器进行配置，从而更好地响应用户的热舒适性并防止系统过热。
• 变速压缩机技术使热泵一年四季都能达到最佳效率。

此外，鉴于美国热泵市场的近期扩张以及持续增长的巨大潜力，我们预计未来几年市场竞争和销量将增加，从而在未来几年内降低热泵系统的成本。

绿化电网意味着更多的节能减排

造成生命周期排放的第二个关键因素是电力的碳强度（在这种情况下，以每兆瓦时的平均二氧化碳排放磅数衡量）。

自2005年以来，所有州的碳强度已显着降低，并且在最近两年中呈上升趋势。自2018年以来，煤炭发电是电力碳排放量的不成比例的主要贡献者，自2018年以来下降了20％，主要是由于天然气和可再生能源的价格竞争。

RMI的分析结合了美国环境保护署和NREL的区域能源部署系统（ReEDS）模型的历史数据，以预测每个州所消耗电力的碳强度变化。ReEDS情景取自2019年标准情景，并假设到2036年天然气价格持续低廉，可再生能源成本较低（与近期趋势和分析师预期相符），导致煤炭占16％，天然气占38％，零排放占44％。到2030年全国电力发电量。

从政策的角度来看，ReEDS模型在其网格混合假设中是中等的。该模型假定仅在其规定的时间表上实现了现有的具有约束力的国家清洁能源目标。RMI并未纳入其他类型的脱碳承诺（执行命令，城市决议，立法草案），尽管如果将这些内容包括在内，我们的结果将显示全电气设备的减排量更大。

考虑到该州最近的政策运动，包括HB 411，这可能会影响我们对犹他州的结论，该政策到2030年将为雄心勃勃的清洁能源目标的犹他州社区实现100％的可再生电力。在最近的分析中，Sierra Club得出的结论是，完全淘汰煤炭（有可能通过额外的清洁能源承诺和市场力量来实现），将节省的碳排放扩展到所有州。

因此，我们认为我们的发现是保守的。他们不需要大幅增加脱碳承诺，也不需要化石燃料资产的非市场淘汰。唯一需要相信的是，现有的，具有约束力的承诺将在拥有承诺的州中实现，并且天然气和可再生能源成本低廉的市场力量将持续到下一个十年。

未来之路

对于希望在COVID-19危机及随后的经济复苏期间应对气候变化的城市和州，正在寻求技术上可行，影响力强且具有成本效益的解决方案。

建筑电气化提供了这样的机会。自2019年7月以来，已有30多个城市通过立法强制或鼓励全电气新建筑。许多城市和州都在探索现有建筑物的过渡，随着燃气灶寿命的尽头，通常逐步采用全电气用具。

RMI与全国各地的城市和州官员合作，以制定出符合我们气候目标，经济上有吸引力且可实现的路线，并一路为一线社区和劳工带来好处。尽管目前流行的电力部门脱碳之风应向前推进并加速，但对于99％的美国家庭而言，无需等待更清洁的电网来安装热泵。

州决策者和公用事业公司应优先考虑激励措施，以使房主和房东在下届立法和计划会议中能够通过热泵为住宅供暖。尽管像缅因州和佛蒙特州这样的少数几个州已经在加快采用热泵，但先进的热泵技术状态加上电网的脱碳功能使住宅热泵供暖成为当今几乎每个州采取气候行动的重要工具。 编译 陈讲运

来源：https://rmi.org/its-time-to-incentivize-residential-heat-pumps/