Teljesen átalakítottam egy otthont elektromos áramra. Így működött – és mennyibe került

Teljesen átalakítottam egy otthont elektromos áramra. Így működött – és mennyibe került

Barry Cinnamon a kaliforniai Cinnamon Energy Systems vezérigazgatója.

***

Ezt San Joséban írom, a Marshoz hasonló vörös égbolt alatt, ahol időnként könnyű hamu hullik, és enyhe füstszag terjeng a levegőben. A napenergia teljesítménye 60 százalékkal csökkent, pedig az égő tüzek legalább 50 mérföldre vannak innen.

Mások szerint ez az új normális állapot. Minden valószínűség szerint a dolgok rosszabbodni fognak, ahogy egyre több szélsőséges időjárási eseményt tapasztalunk, és a jégtakaró olvadása miatt emelkedik a tengerszint. Kaliforniában sokan szó szerint áram nélkül maradnak, mivel közmű-infrastruktúránk nem képes lépést tartani az éghajlatváltozás hatásaival, amit felnagyít társadalmunk növekvő villamosenergia-szükséglete.

Szerencsére a jelenleg rendelkezésre álló napenergia-, akkumulátor- és hőszivattyú-technológiával minden két emelet alatti, napfényes tetővel rendelkező épület nettó energiatermelővé válhat – lényegében szén-dioxid-negatívvá. Ráadásul a hálózatra csatlakoztatott akkumulátorokkal az épületek könnyen biztosíthatják azt a rugalmasságot, amelyre a hálózatunknak szüksége van áramhiány és áramkimaradás esetén.

Az önzetlenséget félretéve, a meglévő épületek esetében a termelés olcsóbb, mint a takarékosság. Költséghatékonyabb napenergiát és tárolót beépíteni, mint az épülethéj hatékonyságát javítani, vagy a meglévő HVAC-berendezéseket az élettartamuk lejárta előtt új, nagy hatékonyságú berendezésekre cserélni.

Ideje felgyújtani a hidat a földgáz felé

A korábbi amerikai energiaügyi miniszter, Ernest Moniz a földgázt a megújuló energiaforrások felé vezető hídként pozicionálta. Átléptük ezt a hidat; a helyszíni megújuló energiaforrások ma már minden alkalmazásban olcsóbbak, mint a földgáz, kivéve az ipari folyamatok hőjét és a távolsági teherautó-közlekedést.

Az emberiség a “minden kéz a fedélzeten” klímaváltozási vészhelyzet előtt áll. Mivel a napenergia és a tárolás gyorsan és olcsón telepíthető a háztetőkre, nem szabad megállnunk a nulla szén-dioxid-kibocsátásnál – arra kell törekednünk, hogy minden épület a lehető leggyorsabban szén-dioxid-negatív legyen.

A helyszíni megújuló energiaforrások vásárlói gazdaságossága meggyőző. Gondoljunk csak egy olyan otthonra, amely évente 1000 termméter földgázt használ fűtésre; 2 dollár/hőmérséklet mellett ez évi 2000 dollárt jelent. A jelenlegi hőszivattyúk évente 8300 kilowattórát fogyasztanának ugyanennyi hő előállításához; 0,30 $/kWh árfolyamon ez körülbelül 2500 $ villamos energiát jelent.

Ha azonban a tetőtéri napenergia is szerepel az egyenletben, átlagosan 0,10 $/kWh árfolyamon, a hőszivattyú éves üzemeltetési költsége 830 $ lenne. Hasonló energetikai számítások azt is bizonyítják, hogy a hőszivattyús vízmelegítő jobb, mint a földgázüzemű vízmelegítő.

A fosszilis tüzelőanyagoktól való függőségünk leküzdése a kihívás, mivel Kaliforniában a teljes energiafelhasználás 28 százalékát az épületek teszik ki. Sajnos a meglévő épületek villamosításának valós példáiról kevés szakirodalom áll rendelkezésre. Praktikus, költséghatékony és kényelmes-e az utólagos villamosítás? Lehetséges-e, hogy az épületek éves szinten megtermelik az összes szükséges energiát?

Hogy ezt kiderítsem, belevágtam egy projektbe, amelynek keretében egy 50 éves San Jose-i házat teljesen átállítok villamosításra. Nincs többé fosszilis tüzelőanyag.

Az út során találkoztam néhány buktatóval, de ért néhány nagyon pozitív meglepetés is. A következő értekezés ezeket az épületvillamosítási tapasztalatokat három alapvető szakaszra bontja: előkészítés, előállítás és átalakítás.

A részleteket a következő táblázat és az alábbi értekezés tartalmazza.

Előkészítés: Alacsonyan lógó gyümölcsök

A hagyományos bölcsesség szerint az energiaauditálással kell kezdeni. Több mint 40 éve használok energiaaudit-programokat, köztük a DOE Home Energy Advisor programját. Sajnos ezek a programok ritkán veszik figyelembe a helyi közüzemi díjakat, a napenergia- és tárolási ösztönzőket, a csökkenő napenergia- és tárolási költségeket, valamint az új hőszivattyú- és készüléktechnológiát.

Az én ellenkező értelmű tanácsom az, hogy hagyjuk ki az energiaauditot, és helyette koncentráljunk az alacsonyan függő gyümölcsökre – általában a LED-es világításra; a szivárgó ablakok, ajtók és csatornák tömítésére; és az elektromos készülékek hatékony üzemeltetésére, amikor a legalacsonyabbak az elektromos díjak.

Mindazonáltal vannak olyan termékek és szolgáltatások, amelyek valós idejű jelentést nyújtanak a villamosenergia-fogyasztásról; ezek a szolgáltatások igen hasznosak az épületek villamosenergia-felhasználásának azonosításában és későbbi csökkentésében.

Ez a projekt esetében nem volt gazdasági értelme a falak újraszigetelésének vagy a megmaradt egyrétegű üvegezésű ablakok korszerűsítésének. A régi padlásszigetelést azonban kiporszívózták, és 18″-nyi befúvott cellulózt adtak hozzá, ami az R-értéket kevesebb mint 7-ről 60-ra emelte.

Az összes izzót és CFL-izzót LED-re cserélték. A régi egysebességes medenceszivattyút egy új, változó fordulatszámú szivattyúra cserélték, amely olyan csendes, hogy éjszaka is működtethető, amikor alacsonyak voltak az áramdíjak. A vámpírterhelés megszüntetése, a visszaállító termosztát használata és a készülékek csúcsidőn kívüli üzemelése további megtakarításokat eredményezett.

Generáció: Napenergia és tárolás

Az egyszerű és olcsó energiahatékonysági intézkedések végrehajtása után szinte minden esetben a következő lépés az áramtermelés egy tetőtéri napelemes rendszerrel. Ezeknek a rendszereknek a megtérülése gyorsabban történik, mint a funkcionális készülékek korszerűsítésével, a falak további szigetelésével vagy az ajtók és ablakok cseréjével.

Mivel nem álltak rendelkezésre adatok az otthon korábbi energiafogyasztásáról, a becslések szerint körülbelül 10 kW tetőtéri napelemes rendszer nulla villanyszámlát eredményezne – beleértve a HVAC-ot, a vízmelegítést, a főzést, a medence szivattyúkat és egy elektromos járművet. Emellett 20 kWh energiatárolót és két invertert (az egyiket EV-töltési lehetőséggel) is telepítettem.

A jelenlegi villamosenergia-díjak délután 4 és 9 óra között 0,48 $/kWh, a legtöbb más időszakban pedig 0,17 $/kWh. Azáltal, hogy a napenergiát napközben az akkumulátorban tárolják (ahelyett, hogy azt az alacsonyabb déli árakon értékesítenék vissza a hálózatba), majd ezt az energiát éjszaka használják fel, az akkumulátoros ügyfelek hatékonyan el tudják kerülni a magas villamosenergia-csúcstarifákat. Ráadásul nyilvánvaló előnye, hogy a közüzemi berendezések meghibásodásából, tűzesetekből és közbiztonsági áramkimaradásokból eredő áramkimaradások idején is van tartalék energia a házban lévő alapvető fogyasztók számára.

Átalakítás: Cserélje le az összes gázkészüléket

Ritkán költséghatékony új, nagy hatékonyságú készülékeket vásárolni a meglévő, működőképes készülékek helyett. Jobb megvárni, amíg a régi készülékek elhasználódnak, kivéve, ha a meglévő készülék hatékonysága rendkívül alacsony, vagy más okok (például kényelem, zaj vagy kényszerítő környezeti bűnösség) állnak fenn.

A teljes villamosítási projekt előkészítéseként az eredeti 200 amperes főszolgáltatási panelt új, “napelemes” szolgáltatási panellá korszerűsítették. Mivel ezt a munkát a napelem- és akkumulátor-berendezéssel egy időben végezték el, a szövetségi adójóváírás erre a frissítésre is vonatkozott.

A meglévő gázkazán ugyan működőképes volt, de a légkondicionáló kompresszora nem működött megbízhatóan, és a házban lévő csatornarendszer rossz állapotban volt. A fűtés és a légkondicionálás biztosítása érdekében kétzónás hőszivattyúrendszert telepítettek, két ventilátoregységgel, új csatornarendszerrel és két internetkapcsolatos termosztáttal együtt.

Megjegyzendő, hogy ez nem egy “osztott” vezeték nélküli rendszer volt, hanem egy hagyományos csatornázott rendszer, amely az egyes helyiségekben meglévő szellőzők elrendezését használja. Működés közben ezt a nagy hatékonyságú, inverter-alapú HVAC-rendszert szinte lehetetlen meghallani. Ráadásul a kültéri kompresszoregység kevesebb helyet foglalt el, mint a meglévő hengeres klímakompresszor, és a régi gázkazán és a szellőzőrendszer eltávolítása további helyet szabadított fel a garázsban.

San Joséban van egy kedvezményprogram a hőszivattyús vízmelegítők telepítésének ösztönzésére. A meglévő 65 gallonos gázbojlert egy 65 gallonos hőszivattyús vízmelegítőre cserélték. Mivel a használati idő szerinti tarifák további előnyöket biztosítottak a csúcsidőn kívüli mosáshoz, a gázszárítót elektromos szárítóra cserélték.

A fenti készülékcserék után az antik gázfőzőlap maradt az egyetlen gázkészülék a házban. Ennek a gáztűzhelynek a helyére egy indukciós főzőlapot szereltek be, ezzel befejeződött az otthon villamosítása. Két ritkán használt kültéri gázkészülék azonban megmaradt: a gázüzemű medence-/fürdőfűtés és a gázgrill. Mivel ezeket a környezetszennyező gázkészülékeket ritkán használják – és mivel nincsenek meggyőző elektromos lehetőségek – a helyükön hagyták őket.

Tanulságok

• A teljesen villamosított házak – hőszivattyús HVAC, hőszivattyús vízmelegítő, elektromos tűzhely/sütő, elektromos szárító, napelem, tároló, elektromos áram – nem boldogulnak kisebb, 100 vagy 125 amperes elektromos szolgáltatásokkal. Az egyéni fogyasztók költségei az egyszerű elektromos szolgáltatás korszerűsítése esetén az 5000 dollártól a 20 000 dollárt jóval meghaladó költségekig terjedhetnek, ha a földalatti vezetékeket vagy transzformátorokat kell korszerűsíteni. Jellemzőek az előzetes közüzemi mérnöki díjak és a hat hónapos vagy annál is hosszabb késedelmek. A meglévő épületek villamosítását tervező városoknak és államoknak meg kell találniuk a módját annak, hogy proaktívan racionalizálják és csökkentsék az elektromos szolgáltatás korszerűsítésének költségeit. Egyetlen épeszű lakástulajdonos sem várna három-hat hónapot fűtés vagy melegvíz nélkül egy elektromos korszerűsítésre. Egyszerűen kicserélik az elromlott földgázüzemű készülékeket újakra.

• A hőszivattyús technológia gyorsan fejlődött. A HVAC-vállalkozók azonban nem feltétlenül értik a napenergiával, a tárolással és a tartalék energiával kapcsolatos integrációs problémákat. Néhány általam kapott árajánlat földgáz- vagy elektromos tartalékfűtést, valamint régebbi és kevésbé hatékony hőszivattyú-technológiát ajánlott, amely áramkimaradás esetén nem működne. A telepített többzónás inverteres hőszivattyú kompakt és hatékony, és alacsony a működési és indítási áramfelvétele.

• A szerelők néha összekeverték a hőszivattyús vízmelegítőket a villanybojlerekkel vagy a hagyományos elektromos tartályos vízmelegítőkkel (amelyek egyes területeken valójában tilosak). A hőszivattyús vízmelegítő telepítéséhez szükség lehet egy további 30 amperes elektromos áramkörre, ami olyan elektromos feladat, amely kívül esik a hagyományos vízvezeték-szerelők munkakörén.

• A napelemes rendszer méretezése meglehetősen egyszerű, ha történelmi energiaadatokat használunk. Bonyolultabb mérnöki számítások szükségesek a szükséges további napenergia-kapacitás meghatározásához, ha hőszivattyús vízmelegítőt, HVAC-rendszert vagy EV-t veszünk figyelembe. Az akkumulátoros rendszerek tervezésénél figyelembe kell venni mind az akkumulátorból elérhető teljesítményt, mind az akkumulátor energiakapacitását, és ezek a teljesítmény/energia követelmények a napelemes rendszer méretétől, valamint az áramkimaradás során várhatóan üzemelő készülékektől függenek.

• Bár a teljesen elektromos otthonok hardvere megbízható, a legtöbb szoftver és kommunikációs protokoll még korai stádiumban van. Ezek a rendszerek (és a hozzájuk tartozó mobiltelefonos alkalmazások) ritkán beszélnek egymással. A projekt legnagyobb kihívásai ezen alkalmazások konfigurálásával és megbízható kommunikációra bírásával kapcsolatosak.

• Ez a projekt hét különböző típusú szakvállalkozó munkáját foglalta magában: szigetelés, medence, elektromos, napenergia/tárolás, HVAC, vízvezeték-szerelés és ácsmunka. Azoknak a háztulajdonosoknak, akik nem ismerik a mérnöki kompromisszumokat, érdemes megfontolniuk, hogy olyan tanácsadót bízzanak meg, aki tisztában van a rendelkezésre álló berendezésválasztékkal, valamint a helyi szabályzatokkal, elektromos tarifákkal és ösztönzőkkel.

• A projekt során jelentősen javult a kényelem és a biztonság. Az elektromos rendszer biztonságosabb; a HVAC, a vízmelegítés és a főzés nem okoz károsanyag-kibocsátást vagy tűzveszélyt; a fűtés és a hűtés csendesebb és kényelmesebb; a tartalék energiaellátás pedig automatikus, csendes és biztonságos.

• Egy év működés után egyértelmű, hogy egy 10 kW-os tetőtéri napelemes rendszer lett volna a megfelelő méret. A telepítés során azonban további panelek kerültek felszerelésre, így a rendszer mérete 12,8 kW-ra nőtt. Az első év után a rendszer 17 404 kWh-t termelt, a közüzemi számla szerint 7 788 kWh többletet. Sokkal kevesebb többletenergia keletkezett volna, ha nem egy, hanem két EV-t töltöttek volna otthon. A 20 kWh energiatároló elegendő kapacitást biztosított ahhoz, hogy az év 365 napjából 335 napon elkerülhető legyen az energiacsúcs-felhasználás. Csak nagyon meleg, füstös vagy felhős napokon volt szükség arra, hogy a csúcsidőszakban közüzemi energiát vegyenek igénybe.

Politikai ajánlások

Az éghajlatváltozás kézzelfogható hatásai arra kényszerítik Kaliforniát, hogy egyre rövidebb időn belül villamosítani kell az épületeket és a közlekedést. Minden gázkészüléket le kell cserélni, és az olcsó és megbízható villamos energia is elengedhetetlen. A meglévő épületek helyszíni napenergiával és tárolóval történő korszerűsítése a leggyorsabb és legolcsóbb eszköz erre a célra. Mivel a napenergia és a tárolás növelésének járulékos költsége viszonylag alacsony, az épületek szén-dioxid-negatívvá tételének ösztönzése előnyös a környezet, a hálózat és a díjfizetők számára.

Az ilyen nagyságrendű hatékony átállást felgyorsítja a kedvező fogyasztói gazdaságosság. Pénzügyi szempontból mind az épülettulajdonosok, mind a bankszektor részéről rendelkezésre áll magántőke. Ezt az átállást azonban az inkumbens közműszolgáltatók késleltetik és félrevezetik. A befektetői tulajdonú közműszolgáltatók növekvő profittermelésre való törekvése alapvetően ellentétes azzal, hogy Kaliforniának gyorsan át kell térnie a biztonságos és megfizethető árú villamos energiára; az egyetlen megoldás a közművek üzleti modelljének átalakítása – ami nem könnyű feladat.

A projekt valós eredményei három kulcsfontosságú szakpolitikát javasolnak a gazdaságosság javítása és az épületek villamosításának felgyorsítása érdekében:

1. Megfelelő kompenzáció a hálózati fogyasztóknak

A fogyasztóknak és a befektetőknek továbbra is méltányos kompenzációt kell kapniuk mind az általuk a hálózatba szolgáltatott energiáért (kWh), mind a teljesítményért (kW). Kompenzációt kell kapniuk a napenergia- és tárolórendszerekbe történő befektetéseikért, különösen mivel ezek a több millió napenergia- és akkumulátor-rendszerek energiát és áramot szolgáltatnak áramhiány és áramkimaradás idején. A közüzemi befektetők elmaradt nyereségét nem szabad indoklásként felhasználni a fogyasztói költségek növelésére – különösen akkor, amikor a díjfizetők számára gyorsabb és olcsóbb alternatívák állnak rendelkezésre.

1. A papírmunka megszüntetése, az ösztönzők egyszerűsítése, az összekapcsolás automatizálása

Az ilyen felesleges bürokratikus költségek 30 százalékkal vagy még többel növelik a villamosítási projektek költségeit, különösen azokét, amelyek az elektromos hálózattal kölcsönhatásban álló fejlesztésekhez kapcsolódnak. Az ösztönzők és az összekapcsolások kezelését ki kell venni az inkumbens iparágak kezéből, amelyek nyilvánvalóan ellenzik ezeket az öntermelő és energiatakarékossági intézkedéseket. Nevetséges, hogy a befektetői tulajdonú közműszolgáltatók olyan szándékosan és hatékonyan kezelik rosszul az ösztönző programokat, hogy a papírmunka feldolgozásának költségei gyakran meghaladják magának az ösztönzőnek az értékét. A csatlakoztatás négy-hat hónapos késedelme jellemző az akkumulátorprojektek esetében, ami arányosan csökkenti az ügyfelek pénzügyi előnyeit (egy öt hónapos késedelem 300 dolláros villanyszámla esetén azt jelenti, hogy további 1500 dollár megy a közműszolgáltatóhoz ahelyett, hogy az ügyfél megtakarítást érne el).

1. A lakossági elektromos infrastruktúra korszerűsítése

Az otthoni elektromos szolgáltatás korszerűsítésének folyamata elromlott, és felül kell vizsgálni. Amikor egy lakástulajdonos vízmelegítője vagy kazánja elromlik, vagy elektromos járművet vásárol, vagy napelemes tetőt szeretne telepíteni az összes (vagy több) elektromos igénye kielégítésére, vagy akkumulátort szeretne telepíteni a tartalék energiaellátáshoz és a hálózatot támogató szolgáltatásokhoz, nem várhat hat hónapot és nem költhet akár 20 000 dollárt arra, hogy a közműszolgáltatója rászánja magát a szolgáltatás korszerűsítésére. Ezek a többletköltségek és késedelmek gyakran teljesen félrevezetik a háztulajdonosok villamosításra irányuló erőfeszítéseit. Az önkormányzatok számára jobb megoldás lenne, ha összehangolnák a közeli házak csoportjainak elektromos szolgáltatási korszerűsítését. A lakástulajdonosoknak nem kellene a korszerűsítésre vonatkozó átláthatatlan közüzemi és városi szabályok között eligazodniuk, egyetlen vállalkozót lehetne kiválasztani a drága földalatti és légi elektromos munkák elvégzésére a környéken, és a lakástulajdonosok akkor villamosíthatnák otthonukat, amikor az nekik megfelel.

A kaliforniai villamosítási átállás felgyorsításával elkerülhetjük a globális felmelegedés legsúlyosabb hatásait, miközben a környezet és a gazdaság is javul. A jó hír az, hogy mind a technológia, mind a gazdaságosság adott ahhoz, hogy támogassa ezeket a villamosítási törekvéseket.