家を電気にフルコンバートしてみた。 その仕組みとコストはこうだ

家を電気にフルコンバートしてみた。 その仕組みとコストはこうだ

Barry CinnamonはカリフォルニアのCinnamon Energy SystemsのCEOです。

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私は今サンノゼで、火星のような赤い空の下、時折軽い灰が落ちてきて、かすかに煙の匂いがする中でこれを書いています。 燃えている火はここから少なくとも50マイル離れているのに、太陽出力は60%も低下しています。

これが新常態だと言う人もいます。 異常気象が増え、氷床が溶けて海面が上昇し、事態はさらに悪化する可能性が高い。 カリフォルニア州の多くの人々は、電力会社のインフラが気候変動の影響に追いつけず、文字通り無力であり、社会の電力需要の増加により拡大しています。

幸い、現在利用できる太陽光、バッテリー、ヒートポンプ技術により、2 階建て以下で日当たりのよい屋根のあるすべての建物を、エネルギーの純発電装置にでき、本質的にカーボン マイナスにできます。 さらに、グリッド接続されたバッテリーを使用すれば、電力不足や停電の際にグリッドが必要とする回復力を簡単に提供することができます。 建物シェルの効率改善や、寿命が尽きる前に既存の HVAC 機器を新しい高効率機器と交換するよりも、ソーラーやストレージを追加する方がコスト効率がよいのです。

Time to burn that bridge to natural gas

Ernest Moniz 前米国エネルギー長官は、天然ガスを自然エネルギーへの橋と位置づけました。 産業用プロセス熱源と長距離トラック輸送を除くすべての用途で、オンサイトの自然エネルギーは現在、天然ガスより安価です。

人類は、「全員参加の」気候変動の緊急事態に直面しています。 屋上太陽光発電と蓄電池は迅速かつ安価に設置できるため、炭素ゼロにとどまらず、すべての建物をできるだけ早く炭素マイナスにするよう努力すべきです。

現場での自然エネルギーに対する顧客の経済性は説得力があります。 暖房に年間1,000タームの天然ガスを使用する家庭を考えてみましょう。1タームあたり2ドルで計算すると、年間2,000ドルになります。 現在のヒートポンプは、同じ量の熱を供給するために年間 8,300 キロワット時を消費し、1kWh あたり 0.30 ドルで計算すると、電気代は約 2,500 ドルになります。 同様のエネルギー計算は、ヒートポンプ給湯器が天然ガス給湯器より優れていることも示しています。

カリフォルニア州の総エネルギー使用量の 28% を建物が占めているため、化石燃料への依存を克服することが課題となっています。 残念ながら、既存の建物を電化した実際の事例に関する文献は限られています。 電化改修は実用的で、費用対効果が高く、快適なのか？ それを知るために、私は築50年のサンノゼの家を完全に電気に変えるプロジェクトに乗り出しました。

その過程で、いくつかのつまずきに遭遇しましたが、とても良い驚きもありました。 以下の考察では、これらの建物の電化の経験を、準備、発電、および変換の 3 つの基本段階に分けて説明します。

準備。 低いところにある果実

従来の常識では、エネルギー監査から始めることが推奨されています。 私は、DOE のホーム エネルギー アドバイザー プログラムを含め、40 年以上にわたってエネルギー監査プログラムを使用してきました。 残念ながら、これらのプログラムは、地域の公共料金、ソーラーやストレージのインセンティブ、ソーラーやストレージのコストの低下、新しいヒートポンプやアプライアンスの技術などをほとんど考慮に入れていません。

とはいえ、電力消費のリアルタイム レポートを提供する製品やサービスもあり、これらのサービスは、建物の電力使用を特定し、その後削減するのに非常に役立ちます。 しかし、古い屋根裏の断熱材を掃除機で吸い取り、18 インチの吹き付けセルロースを追加し、R 値を 7 以下から 60 に引き上げました。

すべての白熱電球と CFL 電球を LED に交換するのは当然のことでした。 古いシングルスピードのプールポンプは、電気料金の安い夜間でも運転できるほど静かな、新しい可変速ポンプに交換しました。 吸血鬼のような電力負荷をなくし、セットバック・サーモスタットを使い、オフピーク時に家電製品を操作することで、さらなる節約を実現しました。 ソーラーとストレージ

簡単で安価なエネルギー効率化対策を実施したら、ほとんどの場合、次のステップとして、屋上の太陽光発電システムで電力を生成します。 これらのシステムの投資回収は、機能的な家電製品のアップグレード、壁の断熱材の追加、ドアや窓の交換よりも早く行われます。

家の以前のエネルギー消費に関するデータがなかったため、約10 kW の屋上太陽光発電によって、HVAC、水加熱、調理、プール ポンプ、電気自動車 1 台を含む電気代をゼロにできると見積もられました。 また、20kWhの蓄電池とインバータ2台（1台はEV充電機能付き）を設置しました。

現在の電気料金は、午後4時から9時までは0.48ドル/kWh、その他のほとんどの時間帯は0.17ドル/kWhとなっています。 日中に太陽エネルギーをバッテリーに蓄え（昼間の安い料金で送電網に売る代わりに）、そのエネルギーを夜間に使用することで、バッテリー利用者は高いピーク電力料金を効果的に回避することができるのです。 さらに、ユーティリティ機器の故障、火災、公共安全のための電力停止による停電の間、家の中の必要な負荷のためのバックアップ電源を持っているという明らかな利点があります。 すべてのガス器具を交換する

既存の機能的な器具を交換するために、新しい高効率の器具を購入することは、ほとんど費用対効果的ではありません。 既存の機器の効率が極端に低いか、その他の理由 (快適さ、騒音、または環境に対するやむを得ない罪悪感など) がない限り、古い機器が死ぬまで待ったほうがよいでしょう。

この完全電化プロジェクトの準備として、元の 200 アンペアのメイン サービス パネルを新しい「ソーラー対応」サービス パネルにアップグレードしました。

既存のガス炉は機能していましたが、エアコンのコンプレッサーは安定して作動せず、家の中のダクトの状態もよくありませんでした。 暖房と空調の両方を提供するために、2つのファンユニット、新しいダクト、インターネット接続された2つのサーモスタットとともに、2ゾーンヒートポンプシステムが設置されました。

これは「分割」ダクトレスシステムではなく、各部屋の既存の空気排出レイアウトを使った従来のダクト式システムであることに留意してください。 運転中、この高効率インバータ式空調システムの音はほとんど聞こえない。 さらに、室外機のコンプレッサーユニットは、既存の円筒形のACコンプレッサーよりも場所を取らず、古いガス炉と換気システムを取り外すことで、ガレージに追加のスペースを確保しました。

San Joseは、ヒートポンプ給湯器の設置を奨励するリベートプログラムを用意しています。 既存の65ガロンのガス給湯器を65ガロンのヒートポンプ給湯器に交換しました。

これらの機器の変更後、家に残っているガス機器はアンティークのガスコンロのみとなりました。 このガスレンジに代わってIHクッキングヒーターが導入され、電化が完了しました。 しかし、屋外ではほとんど使われないガスプール／スパヒーターとガスグリルが残されていました。 これらの汚染するガス器具はほとんど使用されないため、また、魅力的な電気の選択肢がないため、そのままにされました。

Lessons learned

• Heat pump HVAC, heat pump water heater, electric stove/oven, electric dryer, solar, storage, EVなどの完全電化住宅は100アンペアまたは125アンペアの小さな電気サービスではやっていけないことがあります。 個人消費者のコストは、単純な電気サービスのアップグレードのための5,000ドルから、地下配線や変圧器の更新が必要な場合は20,000ドルをはるかに超えることがあります。 また、ユーティリティ・エンジニアリングの初期費用と6ヶ月以上の遅延が典型的な例です。 既存の建物の電化を計画している都市や州は、電気サービスのアップグレードを積極的に合理化し、コストを削減する方法を見つけなければなりません。 まともな家庭の所有者なら、電気のアップグレードのために暖房や給湯ができないまま3ヶ月から6ヶ月待つことはないでしょう。 彼らは、単に壊れた天然ガス器具を新しいものと交換するでしょう。

• ヒート ポンプ テクノロジーは急速に進歩しています。 しかし、HVAC の請負業者は、太陽光、ストレージ、およびバックアップ電源との統合の問題を理解していない場合があります。 私が受け取ったいくつかの見積もりでは、天然ガスや電気のバックアップ熱、および停電時に作動しないような古くて効率の悪いヒートポンプ技術を推奨していました。 設置されたマルチゾーン インバーター ベースのヒートポンプは、コンパクトで効率的であり、動作および起動時の電流が低くなっています。

• 配管工は、ヒートポンプ給湯器をフラッシュ給湯器や従来の電気タンク給湯器（これは実際にはいくつかの地域では禁止されています）と混同することがありました。 ヒートポンプ給湯器のインストールは、従来の配管工の仕事の範囲外である電気作業である追加の30アンペアの電気回路を必要とするかもしれません。 ヒートポンプ給湯器、HVAC システム、または EV を検討している場合、必要な追加の太陽光発電容量を決定するには、より複雑な工学的計算が必要です。 バッテリー システムの設計では、バッテリーから利用できる電力とバッテリーのエネルギー容量の両方を考慮する必要があり、これらの電力/エネルギー要件は、ソーラー システムのサイズと停電時に動作すると予想される家電製品に依存します。 これらのシステム (およびそれぞれの携帯電話アプリ) は、互いにほとんど会話することがありません。 このプロジェクトの最大の課題は、これらのアプリを設定し、確実に通信できるようにすることでした。

• このプロジェクトには、断熱、プール、電気、ソーラー/ストレージ、HVAC、配管および大工の 7 種類の専門業者の仕事が含まれています。 エンジニアリングのトレードオフに精通していない住宅所有者は、利用可能な機器の選択肢だけでなく、地域の法規制、電気料金、インセンティブを理解しているコンサルタントを雇うことを考慮する必要があります。 電気システムはより安全になり、HVAC、給湯、調理は排気ガスや火災の危険を生じさせず、冷暖房は静かでより快適になり、バックアップ電源は自動的で静かで安全です。

1年間の運用後、10 kW 屋上ソーラー システムが正しいサイズだっただろうということが明らかになりました。 しかし、設置工事中にパネルを追加で設置し、システム規模を12.8kWに引き上げました。 初年度の発電量は17,404kWhで、光熱費として7,788kWhの余剰が発生しました。 1台のEVではなく、2台のEVを充電していれば、もっと余剰電力は少なかったはずだ。 20kWhの蓄電池は、1年365日のうち335日のピークカットを回避するのに十分な容量であった。

Policy recommendations

気候変動の具体的な影響により、カリフォルニアでは建物や交通機関の電化をますます短期間で進めなければならなくなっています。 すべてのガス器具を交換する必要があり、安価で信頼性の高い電気も不可欠である。 既存の建物をオンサイトのソーラーとストレージでアップグレードすることが、この目的のための最も迅速かつ最も安価な手段です。 ソーラーとストレージを追加するための追加コストは比較的低いため、建物のカーボン マイナス化を促進することは、環境、送電網、および料金支払者にとって有益です。

この規模の効果的な移行は、顧客経済が良好であれば加速します。 財務的な観点からは、ビルの所有者と銀行業界の両方から民間資本があります。 しかし、この移行は、現存の電力会社によって遅れ、横取りされている。 投資家所有の電力会社が利益を上げようとすることは、安全で安価な電力への迅速な移行を求めるカリフォルニアのニーズと根本的に相容れない。唯一の解決策は、電力会社のビジネスモデルを見直すことだが、それは簡単なことではないのだ。

このプロジェクトから得られた実際の結果は、経済性を改善し、建物の電化を加速するための 3 つの重要なポリシーを示唆しています。 特に、これらの何百万もの太陽光発電および蓄電池システムが電力不足や停電の際にエネルギーと電力を提供するため、彼らは太陽光発電および蓄電池への投資に対して補償されるべきです。 特に、料金支払者にとって、より迅速かつ安価な代替手段がある場合はそうです。 インセンティブおよび相互接続の管理は、これらの自己発電および節約対策に明らかに反対している既存産業の手から離れる必要があります。 投資家所有の電力会社がインセンティブ・プログラムを意図的かつ効果的に管理し、この事務処理のコストがインセンティブ自体の価値を上回ることが多いのは滑稽なことである。 4 か月から 6 か月の相互接続の遅れは、バッテリー プロジェクトでは典型的で、顧客への金銭的な利益を相応に減らします (300 ドルの電気代で 5 か月の遅れは、顧客が節約する代わりに、追加の 1,500 ドルが電気会社に支払われることを意味します)。 住宅所有者の給湯器や炉が壊れたとき、電気自動車を購入したとき、すべての（またはそれ以上の）電気需要を満たすために屋上ソーラーを設置したいとき、バックアップ電源やグリッド サポート サービスのためにバッテリーを設置したいとき、サービスのアップグレードに取り掛かるまで 6 か月待ち、2 万ドルも費やすわけにはいかないのです。 このような余分なコストや遅れは、家庭の電化への取り組みを完全に後退させることになります。 政府にとってより良い方法は、近隣の住宅に電気サービスを提供するよう調整することである。 住宅所有者は、アップグレードのための不透明な電力会社や市の規則に従う必要がなく、近隣の高価な地下および空中電気工事を行う業者が 1 つ選ばれ、住宅所有者は都合のよいときに自分の家を電化することができるのです。 良い知らせは、こうした電化の取り組みを支える技術と経済の両方が整っていることだ

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