住宅供暖電氣化：邁向低碳未來的關鍵一步

在應對氣候變遷的競賽中，建築部門的減碳進展相對落後。根據統計，2005年至2021年間，美國電力部門的二氧化碳排放量下降了34%，但建築部門的排放量僅減少了18%。尤其在極寒地區，燃燒天然氣供暖佔據了碳排放的相當大比例。因此，推動建築物電氣化，特別是住宅供暖的電氣化，成為美國能源系統脫碳的關鍵策略。

然而，這一轉變將導致電力需求增加，天然氣需求減少。這樣的變化對碳排放和脫碳成本將產生何種影響？電力與天然氣部門在長期規劃和基礎設施投資中又該如何應對這些新挑戰？麻省理工學院（MIT）的一項最新研究深入探討了住宅供暖電氣化對電力與天然氣系統的綜合影響，並提出了一套專為此設計的模型框架，用以估算電力部門滿足新需求所增加的成本與排放，以及天然氣部門可能發生的變化。

這項研究發表於《Cell Reports Sustainability》期刊，其分析結果令人意外。例如，在某些條件下，將80%的家庭轉為電氣供暖，不僅能大幅減少碳排放，還能顯著降低電力與天然氣部門的綜合成本。然而，這一結果取決於兩個關鍵因素：消費者必須安裝高效能熱泵並採取措施減少住宅熱能流失，同時電力與天然氣部門的規劃者需在長期基礎設施與運營決策中密切合作。

基於這些發現，研究人員強調，需要強有力的州、區域和國家政策來鼓勵和支援屋主與產業規劃者採取行動，協助當今建築部門的脫碳程序。為分析住宅供暖電氣化對電力與天然氣部門成本與排放的影響，MIT的研究團隊開發了一套包含兩部分的模型框架。第一部分的模型量化了不同程度的電氣化如何改變電力與天然氣的最終需求，以及屋主可能採取的節能措施的效果。第二部分的模型則以第一部分的結果為輸入，對電力與天然氣系統進行「共同最佳化」，以最小化年度投資與運營成本，同時遵守排放或資源可用性的限制。

研究團隊以新英格蘭地區為案例進行分析，該地區氣候嚴寒，燃燒天然氣供暖對整體排放貢獻顯著。研究結果顯示，相較於常規情況，住宅供暖的高度電氣化可能使尖峰時段的電力需求增加超過一倍，整體電力需求增長近60%。然而，若在電氣化的同時進行建築外殼改善（如密封熱能流失處與增加隔熱材料），尖峰負載的幅度與天氣敏感性將降低，整體效率提升可使住宅供暖的電力與天然氣綜合需求減少高達30%。

值得注意的是，高度電氣化與建築外殼改善的結合，將使2050年電力與天然氣系統的平均成本降至最低。此外，研究還發現，屋主採取傳統的節能措施（如增加隔熱與密封空氣洩漏）對降低成本的貢獻不可忽視，這些措施能有效減少因電力需求增加而需進行的電網升級成本。

研究人員也指出，電氣化可能導致在寒冷冬季出現持續數天的尖峰電力負載事件，因此未來仍需依賴「穩定、可排程」的電力來源，例如使用低碳燃料或配備碳捕獲裝置的天然氣發電廠。然而，205年可用的技術仍存在不確定性，可能包括尚未成熟甚至目前尚未出現的系統。

最後，研究人員強調，推動住宅供暖電氣化需要政策支援。目前對安裝熱泵與提升住宅熱效率的財政補助是一個良好的開端，但這些激勵措施必須與能源基礎設施投資的新規劃方式相結合。傳統上，電力與天然氣的規劃是分開進行的，但為了實現住宅供暖的脫碳，兩部門應在規劃未來運營與基礎設施需求時進行協調。MIT的分析結果表明，這樣的合作能顯著降低住宅供暖的排放與成本，為建築部門整體的脫碳邁出重要一步。