普林斯顿研究人员评估了中国的几种清洁供暖方案，发现空气对空气热泵提供了最大的气候、空气质量、健康和经济效益。信用:普林斯顿大学伊根·希门尼斯许多中国家庭仍然依靠小煤炉取暖，这导致空气污染，损害健康。为了解决这些问题，中国政府在2017年启动了一项为期五年的“清洁供暖计划”，目标是让70%的北方家庭从燃煤转向更清洁的供暖方式。随着该计划进入最后一年，普林斯顿大学研究人员的一项新研究提供了政策指导:增加热泵在农村家庭的使用。在研究的选项中，研究人员发现空气对空气热泵提供了最大的空气质量、健康和气候效益。
热泵依靠电力运行，比电阻加热器、煤炉或燃气加热器更节能。从长期来看，它们的运营成本更低，但前期成本更高，这可能会成为吸收的障碍。
研究人员表示，额外的补贴和激励措施可能会有所帮助，尤其是在贫困的农村和极度寒冷的地区。给取暖设备贴上年度能源需求和运营成本的标签——类似于美国的“能源之星”计划——也可能鼓励房主安装这些高效设备。
这项发表在《自然可持续性》杂志上的研究，首次对中国北方的替代供暖方案及其成本进行了综合分析。
“中国的目标是到2060年实现碳中和，并在减少空气污染方面做出了成功的努力。我们发现，用清洁的取暖器取代城市和农村住宅的煤炉，可以显著改善整个中国北方冬季的空气质量，同时还能减少过早缺氧，”土木与环境工程和国际事务教授丹尼斯·莫泽尔说。“尽管所有清洁加热器都减少了空气污染物的排放，但有些会增加碳排放。我们发现，热泵在减少空气污染物和碳排放方面都发挥了最大的作用，而且随着电网越来越多地从煤炭转向非化石电力，这些减少量还会增加。”
莫泽尔与合著者、博士后研究助理周觅领导了这项研究；和副研究员刘鸿勋(现任西安交通大学副教授)；以及科学、技术和环境政策项目的博士生彭丽群，她们都在普林斯顿大学公共与国际事务学院能源与环境政策研究中心工作。其他作者包括北京大学的秦越和林章，以及中国气象局的陈丹。
考虑到中国计划到2060年实现碳中和，电网或电力输送系统的“脱碳”至关重要。做到这一点的一种方法是从煤炭转向更多的非化石能源。
研究团队评估了三种脱碳电网场景下的替代供暖方案:2015年的数据，其中煤炭为中国68%的电网提供电力，以及两个2030年的预测——一个是煤炭仅为35%的电网提供电力，另一个是电网不含碳的预测。
然后，他们在这些场景下研究了四种清洁取暖选择:电空气对空气热泵、天然气加热器、电阻加热器和清洁煤炉(使用加工过的煤的改良煤炉)。考虑到前期和运营费用，他们决定了如果中国北方的家庭从煤炉转而使用这些替代品会发生什么。
研究人员发现，所有清洁的取暖方式都会产生空气质量和健康益处，但碳排放会因加热器和燃料选择的不同而有很大差异。他们发现，当电阻加热器主要由煤发电时，二氧化碳排放量大幅增加，就像2015年中国的情况一样，当空气源热泵与脱碳电网一起使用时，二氧化碳排放量大幅减少。
电阻加热器可能导致碳罚款，其运行成本高度依赖于电价和补贴。因此，研究人员只推荐它们在温度极低时作为热泵的备用加热器，使热泵效率低下。
带有改良炉灶的清洁煤购买和操作都很便宜，但它们的排放是可变的，如果使用脏煤，可能会相当高。与使用传统的煤炉相比，目前无法使用电或燃气供暖的家庭临时使用这些设备将减少排放。研究人员说，尽管如此，需要一个国家统一的洁净煤标准来确保减排。
虽然气体加热器在短期内有最大的好处，但建造必要的气体基础设施成本很高，可能会限制化石燃料的长期使用。随着电网逐渐从煤电转变为可再生能源和核能，电热泵将使居民生活区远离化石燃料。
在所分析的所有方案中，使用带有脱碳电网的热泵对空气质量、健康和碳减排有最大的好处。
这项研究确实有一些局限性。研究人员仅限于2015年基线排放情景的数据。自该计划于2017年宣布以来，中国已采取措施减少排放，因此研究中报告的环境和健康益处现在可能较小。此外，该分析没有调查室内空气污染或家庭之间的任何变化，如家庭规模、建筑能效和室内温度偏好，其中一些将被纳入毛泽拉尔小组的未来工作。
“这项工作的一个主要贡献是纳入了所有北方省份的替代加热器的全部成本分析，”莫泽尔说。“尽管在北京这样的富裕省份，热泵的前期成本得到了慷慨的补贴，但在贫困省份，需要降低热泵资本成本的政策，尤其是在极寒地区的农村地区。”
12月23日发表在《自然可持续性》杂志上的论文《中国北方清洁取暖方式的环境效益和家庭成本》。
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