费城中心城市,从Schuylkill河看。

费城中心城市,从Schuylkill河看。zoonar gmbh./ alamy股票照片

城市面临气候挑战:如何从天然气转向电力?

结束使用化石燃料到热门家园和建筑物是为城市而有望实现净零排放的关键挑战。无论如何更明显,而不是费城,在那里技术和金融障碍和一个不合情体的天然气公司妨碍脱碳。

1836年,费城人主要使用鲸油和蜡烛来点亮他们的家庭和企业。那一年,新成立的费城煤气厂(Philadelphia Gas Works)在斯古吉尔河(Schuylkill River)上用煤制煤气点亮了46盏市区路灯,引起了轰动。内战结束时,大多数东部大城市中心的公共道路和私人住宅都用天然气照明,这些天然气是通过埋在繁忙街道下面的铸铁管道供应的——鲸油照明行业几乎已死。

费城自己的管道网络在过去的185年里已经扩大,涵盖了6000英里的燃气电源和服务线。但今天,费城天然气工程(PGW) - 该国最大的市政天然气效用 - 现任业务旨在阐明存在的存在威胁,面临新技术,新技术的挑战,提高竞争对手,并加快21世纪的能源转换,旨在转换许多从天然气到电的建筑物。

为了认识到这些力量和城市自己的气候行动计划,费城委托了一个“多样化研究为美国历史最悠久的天然气公用事业公司寻找新的低碳商业模式,这家公司为51万名客户提供天然气。

今年早些时候,费城宣布了一项目标到2050年实现温室气体净零排放。“如果不改变PGW,这是不可能实现的,”Sierra Club宾夕法尼亚分会清洁能源项目主任汤姆·舒斯特(Tom Shuster)说。该分会倡导更广泛的建筑电气化。公用事业公司出售的天然气是该市气候变暖污染的最大单一来源,占该市温室气体排放的22%。

在全国1.2亿户家庭中,大约58%的家庭主要使用天然气取暖。

许多倡议者承认,规划一条既能确保PGW的生存又能确保城市碳中性的道路将是一项艰巨的任务。从全国范围来看,这项任务就更加艰巨。虽然许多城市正在采用或考虑要求新建筑采用全电力的规定,但更棘手的问题是如何从现有建筑中提取化石燃料。美国温室气体排放的30%来自现有建筑。

该国的1.2亿个家庭,约有58%主要加热用天然气。从那些家庭释放碳排放,它们的所有炉子,热水器和其他电器都必须用“绿色分子”(如沼气,氢气和合成气体)而不是化石气体,或者刷出热泵和其他由可再生电力供电的装置。

有几个州已经开始正式规划远离天然气的长期过渡方案。去年6月,马萨诸塞州的司法部长请求该州的公用事业监管机构调查如何从天然气过渡。加州和纽约的自身气候行动目标刺激了类似的努力。新泽西州的能源总体规划设定了2050年充电90%的建筑物的加热和冷却需求的目标。

建筑脱碳菜单包括热泵,可用于可再生电力,地热系统,氢燃料和从有机废物产生的沼气。其中一些解决方案处于开发和部署的早期阶段。空气源热泵是最成熟的技术,几十年的欧洲和日本,在美国南部,热泵占建筑加热系统的20%以上。一些天然气公用事业公司正在尝试将氢气混合进入其气体混合并测试家电如何处理,希望“绿色氢”,以可再生电器产生,将帮助他们从其运营中拧出碳。And Eversource, New England’s largest energy utility, is partnering with Home Energy Efficiency Team (HEET), a Massachusetts-based nonprofit focused on cutting emissions from the building sector, to build an innovative pilot geothermal district heating and cooling system in the Boston area this summer.

作为2018年费城太阳能计划的一部分,学生们打开安装在排屋上的屋顶太阳能。

作为2018年费城太阳能计划的一部分,学生们打开安装在排屋上的屋顶太阳能。Jared Piper / Phlcouncil

在任何情况下,我们在建筑中使用能源的方式都需要大规模转变,才能达到城市、州和联邦政府雄心勃勃的排放目标。这些挑战在东北地区的老城市中最为明显,这些城市仍然严重依赖天然气供暖,而且拥有一些最古老、最不节能的住房。

In Philadelphia, overhauling PGW entails navigating a thicket of competing imperatives beyond cutting greenhouse gas emissions: plugging dangerous methane leaks, retaining or retraining the utility’s 1,600-strong workforce, and ensuring that the most vulnerable Philadelphians aren’t left carrying the burden of propping up an increasingly expensive gas grid.

即使在大流行前导致了最近在未付账单中的飙升,许多费城都面临了能量负担能力危机。费城拥有任何主要美国城市的贫困率最高;大约三分之一的PGW客户是低收入的。为了公平,该效用的任何过渡都必须“确保依赖天然气的最后一个依赖者在冬季,烹饪食物和加热水,”宾夕法尼亚州公共法律执行董事Elizabeth Marx说项目代表低收入公用事业客户的利益。“如果你在谈论远离一个已经用RatePayers的系统转移到几十年来的系统中,你就不能轻易转移,而不会让人落后。”

随着越来越多的富裕客户放弃天然气,转而安装热泵和其他清洁能源升级,且前期成本更高,许多主张“只是过渡”的人担心,低收入的纳税人将不得不为维护PGW老化的天然气基础设施买单。

有多少氢和沼气可以替代化石气体的物理和财务限制。

“你想要避免的是你必须在整个系统上维护和花钱的情况,即使你卖的天然气卖出,”迈克哈恩斯说,在能源Thinktrank RMI上领导建筑脱碳计划。

与此同时,出于安全和环境方面的原因,一些维护工作不能再等了。2019年12月,费城南部一个有92年历史的煤气总管发生泄漏,导致爆炸,造成两人死亡,5栋排屋被夷为平地。泄漏的甲烷也是一种有效的气候变暖因子;一项2019年的研究对费城和其他五个东海岸城市的空气进行了采样188金宝搏亚洲体育搏彩成立甲烷水平比环保局排放量高2.5倍。

“天然气公用事业陷入困难,”奥德雷·桑普曼(Heet)奥黛丽Schulman表示,这是马萨诸塞州地热项目的非营利组织。“与此同时,他们必须脱碳,他们必须更换这些衰老的气体管道。”

对费城官员以及全国其他市政领导来说,更大的难题是,在“跨越式”发展到更广泛的建筑电气化之前,要在天然气基础设施上花多长时间,花多少钱。

塞拉克俱乐部介入塞拉克俱乐部的费城煤气作品申请基准率增加到州立公用事业委员会的基本税率,声称在立即安全问题所要求的管道维护上支出的支出是不明智的。“你要钱要钱来取代这个整个系统,”塞拉克俱乐部的乐器说:“但在这样做时,你可能会投入基础设施,这在它脱机之前不会看到其使用寿命的结束。”

2019年,费城南部一个有92年历史的煤气总管发生泄漏,导致爆炸,造成两人死亡,5栋排屋被夷为一地。

2019年,费城南部一个有92年历史的煤气总管发生泄漏,导致爆炸,造成两人死亡,5栋排屋被夷为一地。蒂姆泰/费城询问者通过AP

该市委托了多样化研究,解决了这些艰难的权衡。“没有干净的银弹,”费城可持续发展办公室主任Christine Knapp说。“它可能会成为一种零碎的战略,使我们实现我们的目标 - 例如,一定数量的可再生天然气,地热,电气化和耐候,加起来更大的影响。”

费城燃气公司没有回应记者的置评请求。但在a2019年市议会听证会关于拟议的多样化研究,PGW官员强调了对公用事业能力的监管和法律限制,超出其狭隘的交付天然气使命。通过自己的直接宣传及其在美国天然气协会的成员,该贸易集团的实用程序有反对更新会鼓励国家和城市政府需要更高效的电器和电气化准备接线的建筑规范。

在正在研究的一种方法中,PGW将保持其基于管道的系统,只是在其燃料混合中添加更多的低碳气体分子。例如,美国最大的天然气公用事业公司SoCalGas就有大量的天然气供应更广泛地使用沼气(也称为“可再生天然气”)的原理作为保存和扩大天然气基础设施的理由,以及抵制禁止在新建筑中使用气体的呼叫。许多其他天然气公用事业一直在推动他们的新生的努力通过将沼气和氢气混合到其天然气供应中脱碳。

但是,这条道路仍然意味着将使气候变暖的甲烷分子泵入容易泄漏的管道。氢和沼气能够替代化石天然气的数量存在物理上和经济上的限制。各种估计认为,可再生天然气的潜在总供应量在天然气总需求的2%到12%之间。可再生天然气和氢仍然是昂贵的制造燃料。

安装热泵的成本仍然远远超出了许多费城可以负担得起的东西。

一些最近研究他们发现,与走“绿色分子”路线相比,完全电气化建筑是一种成本更低的脱碳方式。在其中一项研究中,研究人员估计,使用热泵的月成本在34美元至53美元之间,而使用可再生天然气的煤气炉的月成本在160美元至263美元之间。即使在寒冷的东北地区,热泵对房主和政策制定者的吸引力也在上升:例如,缅因州要求到2025年在家庭和企业中安装10万个热泵。

但是,即使在长期运行中可能比射击炉比烧制炉子的速度更便宜,即使用沼气射出炉子,增加的支付和安装一个 - 包括升级布线和断路器以处理较重负载 - 相对于传统的气体加热器保持高。这些成本仍然远远超出了许多费城可以负担得起的东西。

一家公司正在推进一种克服这支障碍的新方法。Blocpower是一款布鲁克林的创业公司,专门从事大型城市建筑的能源改造,专注于将经济适用的住房和多家族建筑从化石燃料加热转换为可再生动力的热泵。纽约腰带拥有超过1,000多种建筑改造,Blocpower正在扩大到全国各地的城市,包括洛杉矶和芝加哥。该公司将费城视为肥沃地形。

“费城有很多战前的无电梯和多户型建筑,分布在人口稠密的地区,我们认为这些建筑与我们迄今为止一直在做的工作非常相似,也适用于我们的工作,”BlocPower的业务经理伊恩·哈里斯(Ian Harris)说。

费城市中心附近居民楼上的太阳能电池板。

费城市中心附近居民楼上的太阳能电池板。亚里拉玛龙

BlocPower于2014年开始与费城合作,参与a多家庭住房飞行员由费城能源局领导的项目。本月,该公司计划推出BlocMaps Philly,这是一个软件工具,可以帮助城市规划者和个人业主通过安装空气源热泵和电池和太阳能微电网等其他系统,模拟降低排放和能源账单的潜力。未来12个月内,该公司计划在费城完成500个项目。

BlocPower管理项目的每个阶段,从设计到安装,并为建筑业主提供租赁系统的选择。BlocPower的模式旨在消除绿化低收入城市住房的传统障碍,包括获得贷款的挑战。该公司利用算法来估算一栋建筑的潜在节能,然后利用这些预计的节能来获得纽约绿色银行(New York Green Bank)和高盛(Goldman Sachs)等机构的融资。它旨在证明投资者可以从城市热泵投资中获得稳定、长期的回报,这与他们对市政基础设施债券的期望没有什么不同。

哈里斯说:“我们看到了一个巨大的机会,让费城尽可能多的人放弃使用化石燃料。”

其他人仍然认为管道在城市能源的未来中扮演着重要角色。今年夏天,波士顿地区投资者所有的私人公用事业公司Eversource Gas将破土动工,首次展示HEET的创新。这个非营利组织发展了一个叫做Geomicrodistrict.该系统将特定街道或街区的建筑物连接到一个联网的地热能系统中。该系统由地源热泵提供动力。地源热泵是一种非常节能的设备,它将水作为介质,在建筑物之间共享热能,将热量发送到需要的地方和不需要的地方。地热区利用的是地温恒定的地温,它们本身可以进一步连接成更大的网络。

最大的前期成本与安装系统有关,包括钻6英寸宽的浅井;除此之外,运营成本也很低。HEET的联合执行董事泽内布·马格维(Zeyneb Magavi)说,像PGW这样的公用事业公司可以利用规模经济的优势,消化这些高昂的资本成本,并将其分摊到长期和广泛的用户基础上。地热管道可以铺设在已经用于燃气管道的同样的通行权上。她还说,利用公用事业工人的专业知识,地热系统还可以保留更多的工作岗位,他们中的许多人都受过安装同样塑料管道的培训。

“我们必须与我们拥有的碎片合作,”一个能源专家说脱碳努力。

“我们必须与我们拥有的作品一起工作,”马格纳维说。“前进的最快方式是翻转公用事业的融资机制和客户网络,所有这些都可以重定向到建立更好的能源系统。”

无论费城选择什么样的脱碳道路,作为第一步,RMI的Mike Henchen希望看到PGW确定城市天然气网络的一个部分——一个社区,一条街道,一个独立的街区——被关闭。Henchen说:“他们可以努力支持由这部分服务的每一栋建筑,将其转化为无碳的天然气替代品,然后废弃地下的一根真正的管道。”“关闭阀。”

他争辩,这种战略遗弃将是最重要的步骤,即PGW可能会采取,一个将承认在任何可能的情况下需要较小的气体输送系统,并将其向城市,州和公用事业领导人发出信号未来为整个天然气分销行业领导的国家。“如果他们能做到这一点,”亨更“的说法”,“那真的是突破的。”

借助于艾丽西亚·帕特森基金会的资助,本文得以报道。