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执行摘要 技术进步,无论是发电效率还是最终使用燃料,都为共益电气化提供了机会。热水供应就是这些机会之一。热水供应占住宅能源帐单的近20% 左右——而且简单地说,今天用电加热1加仑水所需的能源,远远少于直接用化石燃料加热。 在本文中,我们探索可用于热水供应电气化有益的策略,这意味着它将满足我们的共益电气化标准中的至少一个,且同时不会对另外两个产生不利影响: 从长期看可以为消费者省钱; 促进电网的更好管理; 减少对环境的消极影响。 我们得出结论,电热水可以为消费者节省费用,可以作为电网运营商的一种资源,并减少空气污染物的排放。 报告原文为英文(可点击下载),此文为执行摘要。 将技术与热水供应需求匹配 本文探讨了热水供应电气化的两种技术选择:电阻(ER)热水器和空气源热泵(HP)热水器。传统的电阻加热器基本上是包含一个或多个浸没式电加热元件的装备。空气源热泵热水器是带有直接连接到热泵的罐。 虽然这两种技术路线具有不同的成本和操作特性,但都可能在未来促进电气化方面占有一席之地。目前,电热水供应在美国各地分布不均匀——在东南部占主导地位,在西北地区很常见,而在中西部和新英格兰比较少。在这些地区内,各州之间以及农村和城市地区之间也存在差异。 具体哪种方案效果最佳,也取决于住房类型(单户住宅,公寓或移动式住房),提供热水供应服务的设备数量和住宅年龄等因素。例如,在每个单元具有单独的电阻热水器的公寓建筑物中,最佳选择可以是通过电网使这些单元可控。 对于带有中央热水的多单元住宅,热泵系统可以高效运行。新建筑可以为家庭提供全电气化服务的机会,包括热泵热水器,避免了延伸天然气管网的成本。 实现共益电气化的条件 消费者经济性 确定电气化是否会带来消费者经济利益,满足共益电气化的第一个条件,是受若干因素影响的具体情况计算。 这些包括: 住房类型 安装热水供应的成本(特别是高于替代品的增量成本) 运行热水器的能源成本; 和 在安装供暖和制冷的同时安装热水供应的潜在共同效益。 2018年,美国能效经济委员会(ACEEE)发布了一项研究,分析了在石油和丙烷热水器故障时更换的全生命周期成本。该研究的结论是,与石油和丙烷替代品相比,热泵热水器的成本更低。 在本文中,我们通过用热泵模型替换故障的天然气热水器来简单计算当前的消费者利益。睿博能源智库发现,热泵热水器目前的安装成本估算值比天然气热水器高出50美元至1,000美元左右。依靠固定电费,替换的简单投资回收期为1至20年。然而,在分时电价下,安装热泵模型将具有0至6年的简单投资回收期。 美国国家可再生能源实验室于2017年进行了一项研究,根据现有文献和成本数据预测了各种电气化方案。即使在最不利的情况下,在2020年,住宅热泵热水器相比天然气热水器也具有成本竞争力。 这表明热泵热水器的效率可以在相对近期内提高,它还表明住宅热泵热水器的资本成本虽然较高,但可以通过长期燃料节省来抵消。转换为受控热泵模型可望产生最高的经济回报,但受控的电阻热水器也可在易于安装的住宅类型为其产生可观的节能量。 电网管理 实现更好的电网管理是有益电气化的第二个条件。电阻和热泵热水器都可以通过控制系统并到电网中,控制系统允许最终用户,电网运营商,负荷集成商或其机构监控“充电”状态(即水温) 并控制充电。这可以实现诸如需求响应和负载转移等功能。由于电热水负荷是可控的,它可以增加电网的灵活性,并作为电网运营商的工具。尽管有这种潜力,但只有2%的电热水器目前正在参与电力公司的需求响应项目,电力公司对利用这种灵活性资源很有兴趣,而且兴趣持续增长。 电热水供应可以为解决电力公司面临的电网管理挑战做出重大贡献。 需求转移:波动性可再生能源在电网中的份额越来越大,意味着系统运营商越来越需要关注满足净负荷——预测负荷与间歇性资源满足的负荷量之间的差异。受控热水供应负荷可以从系统峰值转移到电费更便宜的时段。它也可以移动到波动性能源充足的时间。这可减少弃电并为消费者节省开支,同时仍然确保他们在需要时有热水。 辅助服务:智能电子和完善的通信正在创建一种新型响应设备,可以通过提供辅助服务来帮助电网运营商。电阻热水器特别适用于快速响应类型的控制,使其特别适合于提供电压支持和频率响应。 与屋顶光伏发电等可变能源直接合作:在美国的一些地区,安装人员开始部署光伏太阳能热水器,直流太阳能电池板与电阻热水器连接,无需中间逆变器(不必增加成本或减少交付电力)。 将这些资源与电网控制项目相协调是电力公司的一个机会,特别是在太阳能需求强劲的地区。 能源和排放效率 减少环境的负面影响是有益电气化的第三个条件。在整个经济体中持续使用化石燃料——无论使用效率如何——都无法减少温室气体排放以实现气候目标。然而,这些目标是可以通过尽可能多的提高能效,使电力部门脱碳,增加最终用途的电气化以及依靠更清洁的电网为其提供燃料来实现的。… View Summary +
![](https://www.raponline.org/wp-content/uploads/2023/09/BE-water-heat-FB-1-680x420.jpg)
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![electricity transmission lines and towers in twilight|electricity transmission lines and towers in twilight|electricity transmission lines and towers in twilight|energy supply curve showing value of lost load against price cap](https://www.raponline.org/wp-content/uploads/2023/09/transmission-rte-blog-source-russ-allison-loar-flickr-banner-featured-image-fb-680x420.jpg)