燃料转换：迈向脱碳未来的重要一步

由加利福尼亚州DCupertino的Indradeep Ghosh制作

全球约80％的温室气体（GHG）排放是化石燃料的提取和燃烧的直接或间接结果，为制止全球气候变化，必须停止这一过程。燃料转换的概念仅是用清洁的可再生燃料替代肮脏的不可再生的化石燃料的过程。由于大多数可再生燃料的增长都发生在发电部门，因此很明显，未来地球上的清洁燃料将主要是电力。未来几年，主要有4个主要行业将进行燃料转换为电力–运输，工业流程，商业建筑和住宅。

在运输领域，这将主要表现为采用可再生电力驱动的电动汽车（EV）以及可能由可再生氢驱动的燃料电池重型汽车的一小部分。与汽油车相比，电动汽车具有优越的经济性和驾驶动力，已在该网站上讨论了很多。在我居住的加利福尼亚州等地，即使电价高于平均水平，目前，电动汽车也具有经济意义，可以为其汽油驱动的堂兄提供燃料和进行保养。此外，美国的大多数公用事业公司都提供低使用时间（TOU）的EV充电率，车主可在夜间电力需求低的午夜期间廉价地为其车辆加油。由于这些事实，即使在目前汽油价格低廉的情况下，转向电动汽车的燃料也几乎是理所当然的。

除运输外，消费者还直接使用化石燃料产生热量。本文仔细研究了住宅领域供暖应用中燃料转换的经济性和障碍。

由于化石燃料和电力的价格各不相同，因此全世界的分析都是假设加利福尼亚州湾区的价格进行的。一旦了解了当前化石燃料及其替代电力的成本，便可以在任何地方进行类似的分析。在住宅领域，主要的供热应用是水加热，空间加热，烹饪和衣物烘干。当前，在湾区，超过90％的家庭使用天然气来执行这些功能。尽管市场上每种应用都有电气替代品，但要使经济学在当前的燃油价格下发挥作用是非常困难的。

在住宅部门中关闭这些设备有两个主要障碍。首先，这些电器的运行成本通常高于其对应的天然气。其次，由于需要对房屋的电气布线基础设施进行升级，因此用较新的电气设备替换现有的燃气设备可能会有相当大的初始成本。

为了调查运营成本障碍，我从联邦能源之星站点收集了能效数据。我假设无论初始成本如何，房屋中将使用最节能的燃气和电器。这意味着，对于水加热，将使用当前最大效率的电热泵热水器来切换效率最高的流行储气热水器。对于空间加热，当前最大效率的煤气炉将切换为最大效率的空气源热泵。请注意，由于在城市环境中安装这些系统需要大量的初始投资，因此在此有意忽略了地源热泵。同样，湾区的温和天气降低了地源热泵的大多数效率优势。为了烹饪，将燃气灶具切换为高效的电磁炉灶具。最后，为了进行干燥，将高效的气体干燥器与高效的电热泵干燥器进行切换。

在这里，重要的是在比较能源效率的同时了解能源因素的概念。它是用于加热目的而获得的能量，而不是设备中消耗的能量。对于燃气用具，这通常等于效率，值在0到1之间。但是，就热泵而言，由于它们不产生任何热量，只是将热量从一个地方转移到另一个地方，因此获得的热能几乎总是高于系统中所消耗的电能，从而导致能量系数大于1。结果显示在下表中。

在该表中，假设天然气的成本为每个热能塔1.2美元，并且由于每个热能塔等于29.3千瓦时，因此每千瓦时的能源成本约为4美分/千瓦时。

从表中可以明显看出，尽管电器的效率要比相应的燃气产品高得多，但在PG＆E（太平洋天然气和电力公司）最便宜电价的海湾地区，实现运营成本均等仍然是一个巨大的挑战。统一价格大约为18¢/ kWh。实际上，按照PG＆E提供的统一E1费率，没有任何一种电气设备可以与相应的燃气对手竞争运营成本。但是，PG＆E还提供了一些TOU费率表，其中费率可以低至11¢/ kWh。如果使用这样的费率，则有可能使经济适用于空间和水加热。尽管可以想到使用TOU费率进行水加热并在电费较低时存储热水，但对于空间加热却很难做到这一点。而且，即使烘干衣物可能会利用TOU费率，切换烹调和烘干的经济性仍然很差。

使经济学起作用的一种选择是将电器与净计量的太阳能系统配对。目前，在海湾地区，在获得联邦税收抵免后，太阳能光伏系统的安装成本约为2美元/瓦，这意味着平均电力成本约为8美分/千瓦时。如果使用此方案，则就运营成本而言，电热水，空间供暖和烹饪立即在经济上可行。即使在电模式下进行干燥仍然比较昂贵，但如果考虑其他三种应用，则干燥仅占总能耗的一小部分。因此，通过在其他地区用电运行其他电器所节省的费用以及通过消除燃气表连接费所节省的费用，使湾区的全太阳能家庭在运营成本上在财务上完全可行。

除了运营成本，还有将这些基于天然气的设备转换为电能的初始资本成本，这可能会花费数千美元。首先，这些高效电器的成本与顶级高端燃气装置相似。即使消费者选择在使用寿命结束时关闭燃气设备，也增加了布线基础设施的负担。湾区的大多数较旧的房屋都由100安培的主面板提供服务，这不足以为全电气房屋提供服务。主电气服务面板至少需要切换到200安培面板。（请注意，这对于带有200安培面板标准的较新房屋来说不是问题。）此外，还需要从面板向这些设备引出多条240V线路，这进一步增加了基础架构成本。

州和联邦政府可以通过向愿意转换的消费者提供能源升级折扣来为这一过程提供帮助。PG＆E可以为全电家庭提供特殊的费率时间表，以使该开关即使对于没有屋顶太阳能的人也可行。此外，对天然气价格征收碳税（这是历史最低水平），将有助于使经济对消费者更好。加州能源委员会（CEC）一直以来都倡导以天然气为基础的高效电器，目前正研究住宅电器的电气化问题-主要是使用热泵。这些发现应反映在将于2019年发布的新的Title 24建筑规范建议中。众所周知，加利福尼亚州非常重视减少温室气体排放，州长为该州设定了一个宏伟的目标，到2030年减少其碳足迹。加速燃料转换的方法和手段应该是计划的重要组成部分。

（来自编辑）Indradeep Ghosh的另一个故事，我强烈建议：仅使用屋顶太阳能和电池存储（独家）在海湾地区（加利福尼亚州）创建离网家庭需要做什么

关于作者：Indradeep Ghosh是居住在加利福尼亚湾区的清洁能源和可持续性倡导者。他一生的最终目标是摆脱化石燃料的世界，并确保在生物多样性丰富的地球上实现可持续的未来。他坚信技术解决方案和人类解决复杂问题的创新能力。他不时在CleanTechnica中发布他的发现和经验。