Новое исследование показывает, что в нужных местах тепловые насосы могут помочь домовладельцам снизить выбросы парниковых газов, сэкономить на отоплении и охлаждении и укрепить здоровье населения.   

В 1855 году инженер Петер фон Риттингер(PetervonRittinger) занялся производством соли. Он конструировал устройство, которое могло испарять воду из рассола более эффективно, чем существующие методы. Более поздние версии этого устройства, теплового насоса, станут инструментами для замедления климатических изменений. Сегодня тепловые насосы призваны заменить потребление нефти или газа в доме благодаря более чистому использованию электроэнергии. 

Исследователи недавно обнаружили, что более широкая установка бытовых тепловых насосов для отопления помещений может снизить выбросы парниковых газов. Результаты, опубликованные в журнале EnvironmentalResearchLetters, показали, что тепловые насосы сократят выбросы для двух третей домохозяйств и принесут финансовую выгоду трети домовладельцев в США. 

Но только около 10% домов используют тепловые насосы, которые перекачивают тепло из дома летом и в дом зимой. «Большая часть отопления в зданиях, а также горячее водоснабжение и приготовление пищи основаны на ископаемом топливе, сжигаемом на месте», - сказал Майкл Уэйт (MichaelWaite), младший научный сотрудник Колумбийского университета, не участвовавший в новом исследовании. Чтобы снизить выбросы, домовладельцам необходимо заменить такие системы отопления. «Единственный прямой способ сделать это - электрифицировать эти объекты», - сказал Уэйт.

За и против  

Но широкомасштабное внедрение тепловых насосов может иметь непредвиденные нежелательные последствия. Томас Дитджен (ThomasDeetjen), научный сотрудник Техасского университета в Остине, и его соавторы хотели выяснить, при каких обстоятельствах тепловые насосы являются разумным выбором для домовладельцев и общества. 

Используя инструменты Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии (NREL), они смоделировали результаты широкого внедрения тепловых насосов. Они смоделировали 400 местных типовых домов на одну семью в каждом из 55 городов. Чтобы смоделировать электрическую сеть, исследователи предположили умеренную декарбонизацию сети (снижение выбросов на 45% за 15-летний срок службы теплового насоса).

Исследователи оценили влияние на домовладельцев, сравнив затраты на установку теплового насоса с экономией энергии. Они также проанализировали изменения в выбросах углекислого газа и загрязнителях воздуха, наносящих ущерб климату и здоровью. Ущерб, нанесенный климату, включает затраты, связанные с такими опасными природными явлениями, как наводнения и лесные пожары, вызванные изменением климата. Ущерб здоровью включает преждевременную смерть из-за загрязнения воздуха.

«Главный вывод заключается в том, что примерно в трети односемейных домов в США, если вы установите тепловой насос, вы уменьшите ущерб окружающей среде и здоровью», - сказал Парт Вайшнав (ParthVaishnav), доцент Школы окружающей среды и устойчивого развития. в Мичиганском университете и соавтор статьи. Установка тепловых насосов позволит избежать ущерба здоровью на 600 миллионов долларов и ущерба климату на 1,7 миллиарда долларов ежегодно. Это также позволит напрямую сэкономить деньги домовладельцев на затратах на электроэнергию. Они также обнаружили, что для всех домов, при условии умеренной декарбонизации электросети, использование теплового насоса снижает выбросы парниковых газов. 

Но установка теплового насоса имела другие последствия. «Тепловые насосы - не обязательно серебряная пуля для каждого дома», - сказал Дитжен. 

Хотя домовладельцы могут обменять печь на тепловой насос, например, электричество для этого насоса может по-прежнему поступать от завода, работающего на ископаемом топливе. Стоимость производства электроэнергии может превышать стоимость использования ископаемого топлива на месте. «Есть дома, в которых, если они будут оснащены тепловым насосом, эффект для населения будет отрицательным», - сказал Дитжен. «В конечном итоге они создают ещё больше загрязнения». 

Преимущества теплового насоса также зависят от климата. Тепловые насосы работают менее эффективно в холодную погоду, увеличивая расходы на электроэнергию. В 24 из исследованных городов, в основном в более холодном климате, пиковый спрос на электроэнергию в жилых домах увеличился бы более чем на 100%, если бы во всех домах были установлены тепловые насосы, что потребовало бы модернизации сети.

«Может быть сложно справиться с этим увеличением зимних пиков, потому что наша система построена иначе», - сказала Элла Чжоу (EllaZhou), старший инженер по моделированию в NREL, не участвовавшая в этом исследовании. «Нам нужно думать, как о планировании, так и о работе энергосистемы более интегрированным образом с учётом будущего использования». 

Последствия повсеместной электрификации  

Новое исследование поддержало преобразование 32% частных домов в тепловые насосы. Более широкое распространение потребовало гораздо более высоких финансовых и медицинских затрат. Согласно исследованию, если все дома в США будут использовать тепловые насосы, это принесёт пользу климату в размере 6,4 миллиарда долларов. Однако это также обойдется домовладельцам в 26,7 миллиарда долларов, а загрязняющие вещества от увеличения производства электроэнергии приведут к ущербу для здоровья на 4,9 миллиарда долларов из-за финансового бремени, вызванного болезнями или преждевременной смертью. 

В отношении этих результатов есть некоторая неопределённость. В исследовании не учитывалась стоимость потенциальных обновлений сети или то, что полная декарбонизация будет означать для внедрения тепловых насосов. Уэйт отметил, что по мере развития сети будущие исследования также должны определить, могут ли возобновляемые источники энергии удовлетворить потребности в высоких нагрузках на электроэнергию.

Ссылка: https://eos.org/articles/heat-pumps-can-lower-home-emissions-but-not-everywhere