在美國，可能沒有比阿拉斯加科爾多瓦更好的現實實驗室來評估在寒冷氣候下過渡到新的、更清潔的家庭供暖方法的挑戰和好處。

太平洋西北國家實驗室 (PNNL) 的研究人員去年一直在社區開展一個項目，重點關注「電氣化」——在本例中，將燃油家庭供暖裝置轉變為無需運行的電動熱泵用於室內空氣管道。這種電氣化在全國部署，可以幫助美國實現透過使用清潔能源減少碳排放的目標。

該項目表明，科爾多瓦房主不僅對改用電力供暖表現出濃厚的興趣，而且還可以平衡現有電網資源和新需求。這項工作也確定了可以幫助其他偏遠社區走向電氣化的經驗教訓。

除了專案的實際和技術方面之外，還有股權部分。為該計畫提供資金的能源部建築技術辦公室力求以公正、公平的方式提高國家住宅和建築的效率，使美國社會各階層受益。

該計畫的首席科學家、PNNL 的 Sam Rosenberg 指出：「正義和公平包括與在採用新技術方面遇到障礙的社區合作，這些社區通常可能無法獲得與全國其他地區相同類型的服務。“我們的工作將有助於減少障礙並更好地了解這些地區的現實和需求。”

項目檢驗理論

科爾多瓦是一個擁有約 2,600 人的沿海社區，位於安克雷奇東南約 150 英里處，只能透過飛機和水路到達。當地家庭通常依靠燃油爐取暖。這些石油透過遠洋油輪運送到社區，滿足了重要需求，但也喚起了對該地區 1989 年破壞性漏油事件的記憶。

在一些家庭中，木火爐用作備用熱源。社區的電力來源本質上是一個自給自足的“微電網”，所有電力均在當地產生，而無需任何電力。電源線將科爾多瓦連接到更大的供應。

迄今為止，PNNL 主導的項目已協調社區內三戶住宅的熱泵安裝，業主無需支付任何費用，併計劃進行更多安裝。正如研究人員所預期的那樣，這些裝置的表現非常出色。羅森伯格說，一名居民計劃在一年中氣候溫和的時候使用熱泵，但整個冬天都使用它，完全放棄使用柴油鍋爐。

羅森伯格說：“我們知道科爾多瓦是一個關鍵的測試案例，可以為全國各地農村、寒冷社區的許多其他電氣化工作提供參考。”“我們需要回答一系列問題，以在美國實現更廣泛的電氣化，包括如何在電力供應可能受到限制的寒冷地區有效運行電動熱泵。”

科爾多瓦計畫的核心宗旨是評估「需求回應」概念。需求響應涉及熱泵和電網之間的自動通訊以協調耗電量確保每個人都有充足的電力，同時提供理想的家庭舒適度。在任何社區中，隨著越來越多的電子設備上線，這種方法變得越來越重要。

「我們的計畫表明，新的需求響應和溝通方法是可行的。此外，我們還採用了一系列需求響應方法，這些方法已用於今年冬天的額外數據收集，」羅森伯格說。

克萊·科普林 (Clay Koplin) 是社區電力供應商科爾多瓦電力合作社的首席執行官，多年前就開始設想電氣化策略，現在他正在成為這一願景的一部分。

「作為一個小型、偏遠的微電網，我們有時會洩漏多餘的水力發電，有時我們必須用昂貴的柴油來補充發電。二十多年來，我一直在考慮需求響應和調度能力，」科普林說。可調度性是指根據市場需求快速調整發電量。

「我也一直在監測地面源熱泵技術已有 30 多年的歷史，但它是一種比 PNNL 部署的新型空氣源熱泵昂貴得多的替代方案，我立即意識到空氣源熱泵可以作為需求響應資產增加價值，」他補充道。

科爾多瓦的獨特因素

有人可能會問為什麼去年只裝了三個熱泵。研究人員希望安裝更多，電力合作社和許多房主仍然對電氣化的前景感到興奮。但也出現了一些併發症。

早些時候，羅森伯格發現社區唯一的暖氣、通風和空調公司 Copper Highway Heating 沒有足夠的頻寬來安裝住宅熱泵。經過羅森博格與業主討論後，該公司同意提供安裝服務，並獲得了必要的培訓和認證。

下一個挑戰是將熱泵運送到科爾多瓦。2022 年的供應鏈問題導致設備到達延遲了幾個月。

「我們遇到的各種安裝、配電和設計問題代表了我們將在該國其他地區看到的挑戰類型。這是未來需要了解的重要信息，它可以使未來的電氣化工作變得更加容易， 」羅森伯格說。

除了 Rosenberg 之外，參與該計畫的工作人員還包括研究人員 Chitra Nambiar 和 Alex Vlachokostas 以及計畫經理 Abinesh Selvacanabady 和 Cheryn Metzger。