弥合差距：美国能源部建筑研发组合的优先事项（英）

缩小差距：优先事项美国能源部的 建立研发组合 浩宇冲|2022年8月 到2050年，该建筑部门未能达到零排放。 投资一直低得不成比例，而解决关键问题的国家战略一直缺乏建筑部门脱碳的障碍。 关键要点 ▪2019年建筑业占温室气体排放量的14%，高于8% 自2005年以来，它是唯一一个温室气体排放量上升的能源相关最终用途部门。 ▪从历史上看，联邦研究、开发和示范(RD&D)投资已经 很大程度上忽视了建筑部门，该部门平均只获得了DOE的7% 研发预算。 ▪高全球变暖潜能值(GWP)制冷剂排放量上升是主要原因 建筑行业温室气体排放量上升的驱动因素。支持HVAC&R的创新低GWP制冷剂技术应该是联邦政府的首要任务。 ▪水加热、烹饪和干衣也是建筑物的主要贡献者 部门的排放，但在这些领域只有几个DOE项目。 ▪用于减少垃圾填埋场和废水处理排放的研发资金几乎不存在。DOE应执行现有指令以与EPA合作关于减少这些来源的排放。 ▪最后，DOE应该在其整个 办公室和其他机构解决材料中体现的碳由现有程序解决。 itif.org 介绍 2021年，拜登总统设定了温室气体净零排放的国家目标 2050年，标志着美国必须加紧应对气候变化的新时代 采取决定性的行动。1清洁能源创新是这场斗争的核心。美国部能源（DOE）资助大部分联邦能源研究，开发和演示 （研发）计划。本简报是考察DOERD&D的系列文章中的第一篇 投资组合与总统的大胆目标保持一致，必须在所有排放中实现这一目标部门。 住宅和商业建筑（统称为“建筑部门”）占 美国温室气体排放量的比例越来越大。虽然总排放量下降，但直接建筑物的排放量增加了。直接排放（不计算用电） 行业在2019年占全国总数的14％，而该行业的总排放占34％，包括用电的间接排放。 这些增长是特别是由于臭氧替代品的日益增长的驱动而驱动释放氢氟化合物（HFC）的耗尽物质，这是一组氟化气体广泛用于空调和制冷，具有很高的全球变暖潜力 （全球变暖潜能值）。建筑单位能源消耗的温室气体排放量仅略有下降，表明美国最大的能源消耗国的效率水平停滞不前 部门。建筑电气化和效率改造也没有太大进展。 因此，到2050年，建筑部门远非有望达到零排放。 更不幸的是，目前DOE建筑物的RD&D组合并不能帮助部门改变方向。主要的研发挑战包括： ▪长期资金不足； ▪未能解决因供暖、通风、空气而导致的HFC排放量上升的问题调理和冷藏（HVAC＆R）活动； ▪无法涵盖电器化石燃料燃烧的全部范围； ▪缺乏针对以外的主要废物处置活动排放的计划 废水处理，例如垃圾填埋场，堆肥和厌氧消化；和 ▪缺乏生命周期的体现碳-碳排放在建筑物的运营阶段之后。 数字1说明了HFC，化石燃料燃烧和 废物处理活动。每个部门都在DOE当前的RD&D工作中存在差距。什么数字1没有说明是超越建筑物排放的挑战 用于具体碳的操作-在制造业，生产中发布的排放，以及建筑材料的运输以及生命尽头的拆除和处置。 现有程序没有充分解决 并非每个设备都被现有 程式 100 -11% 大部分不是现有程序解决的 0 2005 2019 替代臭氧耗尽物质（HFCS）化石燃料燃烧（CO₂) 固定燃烧 垃圾填埋场，堆肥，厌氧消化和废水处理（CH₄,N₂○） 图1：建筑部门的温室气体排放2 900800 +8% +239% 700600500400 +1% 300200 +16% 这本简介解释了为什么国家为什么需要强大的RD＆D投资组合来解决从建立部门并讨论它的位置不足。它从建筑物的概述开始 部门的温室气体排放和能源消耗。随后的部分讨论了DOE的当前的RD＆D投资组合，并描述了其优势和缺陷。总结部分提供解决这些缺陷的建议，并将帮助将建筑物放置 在通往净零的路径上的部门。解决这些缺陷： 1.美国应大大增加对建筑技术的投资RD＆D; 2.DOE应加速RD＆D努力使建筑物电气化，将其整合到电源中网格，然后对其进行改造； 3.DOE应逐步旨在增加其建筑物下无GWP项目的资金技术办公室（BTO）； 4.DOE应该逐步淘汰旨在推动化石燃料电器的RD＆D 对当前尚未覆盖的电器的RD＆D的支持，并改善能源这些设备的效率；和 5.DOE应启动，范围和扩大跨越办公室的协作RD＆D努力 DOE以及DOE与其他机构之间关于现有计划未涉及的主题和子程序，例如废物活动和具体的碳。 脱碳行业的进展缓慢 住宅和商业部门（统称“建筑部门”）占 越来越大的温室气体排放量主要是由HFC的排放驱动的。建筑物占温室气体总排放量的14%（31%包括来自 电力）2019年。3虽然温室气体排放量比2005年下降了12％，但温室气体排放量增加了在2005年至2019年期间，建筑业增长了8％（数字1)从7.76亿公制 吨二氧化碳当量(MMTCOe)至836MMTCOe。除2了农业，2 建筑部门是唯一逆转趋势的部门，强调了脱碳。 建筑部门的温室气体排放来自化石燃料燃烧，固定燃烧从锅炉和燃烧器等来源（但不到该行业直接的1％ 排放）、废物相关活动（包括填埋、堆肥、厌氧消化和 废水处理——排放甲烷和一氧化二氮气体），并替代臭氧—— 消耗物质，会排放HFC（数字1）。HFC具有非常高的GWP并用于空气中调理，制冷剂，气溶胶，抑制火势，泡沫吹动，消毒剂和溶剂。 而化石燃料燃烧活动，如空间和水加热，占最大 在建筑物的温室气体排放中，HFCs的排放是增长的主要驱动力部门的排放。 建筑部门是美国最大的能源耗费部门，代表39能源消耗的75%和用电量的75%。排除电力， 人均能源消耗略有下降（-4.5％），而单位温室气体排放 2005年至2019年间，能源消耗略有下降（-0.9%）（桌子1) 同样，每平方英尺的能耗也略有下降（-2.6％） 2005年和2019年。这些略有减少的人均消费和人均尺寸表明适度的能源效率提高，一定程度的建筑电气化或两者兼而有之。 表1：建筑物部门的能源消耗和温室气体排放4 总能源消耗（万亿BTU）排除电力† 人均能源消耗： 20052019改变 10,93711,8938.7% 人口（数千） 288,378 328,240 13.8% 人均能量消耗（百万BTU） 37.9 36.2 -4.5% 每个楼层的能源消耗： 地板面积（十亿平方英尺）276.7 308.8 11.6% 单位建筑面积能耗（千 BTU） 39.5 38.5 -2.6% 71.0 70.3 -0.9% 温室气排放/能耗 （mtco2e/千btu） †能源消耗基于最终使用部门（运输，工业，商业和住宅），而 温室气排放基于经济部门，其中包括电力。然而，电力最终被馈入 四个最终使用部门。因此，在比较最终用途的能源消耗和排放时，用电消耗和电气系统的能量损耗被排除在外。发电产生的排放将单独讨论 （即将到来）。 活动/设备 空间加热 电 0.25 化石燃料来源† 0.15 全部的 0.40 表2：从2005年到2021年，燃料和活动（四亿BTU）的能源消耗变化部门5 空间冷却 0.04 0.06 0.10 加热水 0.07 -0.22 -0.15 冷藏†† 0.32 --0.32 通风†† 0.31 -- 0.31 烹饪-0.01 -0.01 -0.02 干衣机 -0.03 -0.03 -0.06 灯光†† -1.20 ---1.20 其他用途††† 1.03 -0.30 0.74 全部的 †化石燃料来源包括天然气，馏出燃料油和丙烷。 0.80 -0.34 0.45 ††这些活动仅由电力提供动力。制冷和 通风是由于需求增加而导致的，而照明的电力消耗减少是 增加节能发光二极管（LED）产品的采用增加了，从而节省了约5％根据最近的一项研究，2018年建筑物的全部用电使用。6 †††其他用途包括冰柜，衣服，洗碗机，电视和相关设备，计算机和计算机 相关设备，炉风扇和锅炉循环泵，计算机，办公设备；电气和电子 设备，加热元件和电动机；户外烤架，天然气燃料灯，泳池加热器，水疗中心等设备加热器和备用发电机；变压器，医疗成像和其他医疗设备，电梯， 自动扶梯，越野电动汽车，实验室通风罩，洗衣设备，咖啡酿造商和水服务；应急发电机，商业建筑中的热量和电源以及在 商业建筑。 桌子2显示，从2005年到2021年，建筑行业的化石燃料消耗量当用电增加时略有下降，这意味着建筑物的电气化缓慢 发生。空间加热和热水是消耗化石燃料的主要活动， 然后进行空间冷却，烹饪和使用干衣机。但是，空间冷却可能会成为建筑部门未来排放概况的越来越重要的决定因素 由于气候变化，温度温暖。 建筑电气化速度缓慢的进一步证据是电力停滞的份额建筑领域的最终用途能源消耗，徘徊在23-24％左右 2005年至2019年之间。7加速建筑电气化的努力应侧重于空间 供暖、空间冷却和水加热。空间供暖占65% 2021年该行业的化石燃料能源消耗量（高于2005年的61%）。空间供暖来自化石燃料的能源实际上在商业建筑中增长（0.48万亿英热单位之间2005年和2021年），超过美国能源信息署(EIA)的预测， 即使它在同一时期在住宅建筑中下降（-0.32万亿英热单位）。8照明是一大亮点：发光二极管的开发和商业化 (LED)和有机发光二极管(OLED)照明技术降低了电力 从2005年到2021年，消费量增加了62%（1.2万亿英热单位）。 这些趋势——排放量增加（数字1),适度的效率提升（桌子1),增加 能源消耗大，电气化速度慢n（桌子2)——意味着建筑行业还远未开启到2050年实现净零排放。二氧化碳（CO2)化石燃料燃烧的排放量2005年至2019年间建筑物趋于平缓（平均555MMTCO2e)。美国长期 实现净零的战略要求该数字降至95MMTCOe和300MMTCOe之间22 （数字2).实现这一目标的唯一方法是使主要最终用途电气化，同时同时减少电网的碳排放。然而，2022年度能源 展望（AEO）预测，已经假设已知能源生产有所改善，交付和消费技术的投影趋势趋于平坦，略高于上方 到2050年（564MMTCOE）的2005-2019年历史平均水平2（555MMTCOE）2 参考案例。9 图2：直接CO2与能源相关（化石燃料燃烧）活动的排放，历史，净零范围，和参考案例预测10 为了增加和加速建筑电气化，DOE应在化石燃料上逐步淘汰RD＆D射击电器并优先考虑诸如热量储能等技术的RD＆D投资 通过支持交叉办公室，将可再生能源整合到网格和建筑改造中合作。同时，扩大了对高级气流，空气密封，通风的投资 控制和高性能窗口将提高建筑能源效率并降低化石燃料的能源消耗，用于供暖，冷却和通风。 最后，该部门忽略了除CO以外的温室气体的缓解策略2（例如，HFC，甲烷和一氧化二氮。）美国的长期战略承认这些挑战和 随着时间的推移，仅假定适度的技术和成本提高。实现更加重要长期降低将需要重大的技术进步和新的进步-或更多 有效-备份缓解选项。 美国能源部的建筑研发组合在资金和范围方面都缺乏 DOE的BTO负责监督建筑信封，HVAC＆R，Thermal等技术的创新储能，照明，设备和设备。由于它正在经历重大转变 战略方向，以与2050年提出的净零排放目标保持一致 行政管理，BTO必须解决慢性资金不足，无法充分解决排放来自建筑运营，以及缺乏对隐含碳的关注。 图3：温室气体排放量变化（2005年至2019年）和能源部累计研发投资（2016财年至2021财年）在建筑领域11 温室气体排放（所有温室气）的变化， 2005–2019 美国能源部累积研发， 2016-2021财年 农业 建筑物 行业 运输 建筑物是唯一的 DOE的部门purviewwhg排放增加，在收到 RD＆D的最小份额 电 0 3 6 9121518 MMTCO2e数十亿美元（名义） 长期资金不足 相对于其他领域的技术，RD＆D投资建筑技术（主要是由鉴于该行业对温室气体的贡献，BTO）的比例很低。建筑物 部门是DO