США является вторым по величине одного потребителя энергии в мире. Департамент энергетики США классифицирует использование национальной энергии в четырех широких областях: транспорте, жилых, коммерческих и промышленных. [1]
Использование энергии в транспортном и жилом секторах (около половины потребления энергии в США) в значительной степени контролируется отдельными внутренними потребителями. Коммерческие и промышленные затраты на энергию определяются хозяйствующими субъектами и другими управляющими объектами. Национальная энергетическая политика оказывает значительное влияние на потребление энергии во всех четырех секторах.
Транспорт
Транспорт сектор включает в себя все транспортные средства , используемые для личного или грузового транспорта. Примерно 65% энергии, используемой в этом секторе, потребляется автомобилями с бензиновым двигателем , в основном личными. Транспорт с дизельным двигателем (поезда, торговые суда, тяжелые грузовики и т. Д.) Потребляет около 20%, а воздушные перевозки потребляют большую часть оставшихся 15%. [2] Два кризиса поставок нефти 1970-х годов спровоцировали создание в 1975 году федеральной программы средней корпоративной экономии топлива (CAFE), которая требовала от производителей автомобилей постепенно повышать целевые показатели экономии топлива для автопарков. Следующее десятилетие ознаменовалось резким улучшением экономии топлива, в основном в результате уменьшения размера и веса автомобиля, которое началось в конце 1970-х годов, а также с переходом на передний привод . Эти достижения несколько снизились после 1990 года из-за растущей популярности внедорожников , пикапов и минивэнов , подпадающих под более мягкий стандарт CAFE для легких грузовиков.
Помимо программы CAFE, правительство США пыталось стимулировать повышение эффективности транспортных средств с помощью налоговой политики. С 2002 года налогоплательщики имеют право на получение налоговых льгот для газовых / электрических гибридных транспортных средств. С 1978 года производители облагают налогом автомобили с очень низкой топливной экономичностью. Хотя этот налог остается в силе, он приносит очень мало доходов, поскольку общая экономия топлива улучшилась.
Еще одно направление экономии бензина - сокращение пробега. По оценкам, 40% использования автомобилей в Америке связано с ежедневными поездками на работу . Многие городские районы предлагают субсидируемый общественный транспорт, чтобы уменьшить количество поездок на работу, и поощряют совместное использование автомобилей , предоставляя выделенные полосы движения для транспортных средств с высокой загруженностью и более низкие сборы для автомобилей с несколькими пассажирами. В последние годы удаленная работа также стала жизнеспособной альтернативой поездкам на работу на работу, но в 2003 году только 3,5% работников были на дому. По иронии судьбы сотни тысяч американских и европейских рабочих были заменены рабочими в Азии, которые работают удаленно за тысячи миль.
Поведение, направленное на максимальную экономию топлива, также помогает снизить расход топлива. К наиболее эффективным относятся умеренное (в отличие от агрессивного) вождение, вождение на более низких скоростях, использование круиз-контроля и выключение двигателя автомобиля на остановках, а не на холостом ходу. Расход топлива на бензине быстро уменьшается с увеличением скорости на шоссе, обычно выше 55 миль в час (хотя точное число зависит от транспортного средства), потому что аэродинамические силы пропорционально связаны с квадратом скорости объекта (когда скорость увеличивается вдвое, сопротивление увеличивается в четыре раза) . По данным Министерства энергетики США (DOE), как показывает практика, каждые 5 миль в час (8,0 км / ч), превышающие 60 миль в час (97 км / ч), равносильны уплате дополнительных 0,30 доллара за галлон газа. [3] Точная скорость , с которой транспортным средство достигает свою наибольшую эффективность изменяется в зависимости от транспортного средства коэффициента лобового сопротивления , лобной области, окружающей скорости воздуха, а также эффективности и зацепления транспортного средства привода и трансмиссии.
Жилой сектор
Жилой сектор - это все частные резиденции, включая дома на одну семью , квартиры, промышленные дома и общежития. Энергопотребление в этом секторе значительно различается по стране из-за региональных климатических различий и различного регулирования. В среднем около половины энергии, используемой в домах в США, расходуется на кондиционирование помещения (то есть на отопление и охлаждение).
После энергетического кризиса 1970-х годов эффективность печей и кондиционеров неуклонно росла. [ необходимая цитата ] Закон 1987 года о сбережении энергии в национальных приборах уполномочил Министерство энергетики ежегодно устанавливать минимальные стандарты эффективности для оборудования для кондиционирования помещений и других приборов на основе того, что «технологически осуществимо и экономически оправдано». Помимо этих минимальных стандартов, Агентство по охране окружающей среды (EPA) присуждает статус Energy Star устройствам, эффективность которых превышает средние по отрасли показатели на процент, установленный EPA.
Несмотря на технологические усовершенствования, многие изменения в образе жизни американцев предъявили более высокие требования к ресурсам отопления и охлаждения. Средний размер домов, построенных в Соединенных Штатах, увеличился с 1500 квадратных футов (140 м 2 ) в 1970 году до 2300 квадратных футов (210 м 2 ) в 2005 году. Все более распространенными стали домохозяйства, состоящие из одного человека, а также центральное кондиционирование воздуха. : 23% семей имели центральное кондиционирование воздуха в 1978 году, эта цифра возросла до 55% к 2001 году [ править ]
По мере того, как эффективность печи становится выше, соответствующее соответствие размера оборудования пропускной способности системы распределения и нагрузке на здание становится более важным для оптимизации возможностей оборудования для обеспечения максимальной эффективности работы. Установка высокоэффективного заменяемого оборудования с гораздо меньшей производительностью дает возможность для повышения комфорта и экономии, но улучшение оболочки здания за счет воздухонепроницаемости и добавления дополнительной изоляции , усовершенствованных окон и т. Д. Следует изучить одновременно или до этапа проектирования оборудования для замены. Пассивный дом подход производит superinsulated зданий , которые приближаются к нулевому чистому расходу энергии . Улучшение оболочки здания также может быть дешевле, чем замена печи или кондиционера. [ необходима цитата ]
Еще более низкие затраты включают в себя утепление , которое часто субсидируется коммунальными предприятиями или государственными и федеральными налоговыми льготами , как и программируемые термостаты . Потребителей также призывают использовать более широкий диапазон температур в помещении (например, 65 ° F (18 ° C) зимой, 80 ° F (27 ° C) летом).
Одним из малоиспользуемых, но потенциально очень мощных средств снижения потребления энергии в домах является предоставление домовладельцам обратной связи в реальном времени, чтобы они могли эффективно изменить свое поведение в отношении энергопотребления. Доступны недорогие дисплеи с обратной связью по энергии , такие как Energy Detective или Wattvision [4] [5] . Исследование аналогичного устройства, развернутого Hydro One в 500 домах в Онтарио, Канада, показало, что общее потребление электроэнергии снизилось в среднем на 6,5% по сравнению с контрольной группой аналогичного размера. [6] Другой метод - попросить домовладельцев экономить энергию в режиме реального времени во время пикового спроса, когда в противном случае потребовалось бы включать относительно грязные электростанции. [7]
Энергия в режиме ожидания, используемая бытовой электроникой и бытовой техникой, когда они выключены, составляет примерно от 5 до 10% потребления электроэнергии домохозяйствами, добавляя примерно 3 миллиарда долларов к годовым затратам на электроэнергию в США. «В среднем доме 75% электроэнергии, используемой для питания домашней электроники, потребляется, когда продукты выключены». [8]
Среднее потребление энергии в доме
Сектор | Процент | Заметки |
---|---|---|
Системы отопления дома | 28,9% | |
Системы домашнего охлаждения | 14,0% | |
Водяное отопление | 12,9% | |
Освещение | 9,0% | |
Бытовая электроника | 7,1% | |
Холодильники и морозильники | 5,9% | |
Стиральные машины и посудомоечные машины | 4,5% | включает сушилки для белья, не включает горячую воду |
Кулинария | 3,7% | |
Компьютеры | 2,2% | |
Другой | 4,4% | включает в себя небольшую электротехнику, нагревательные элементы, двигатели, обогреватели для бассейнов и гидромассажных ванн, уличные грили и наружное освещение на природном газе. |
Энергозатраты, не связанные с конечным пользователем | 5,4% |
Энергопотребление в некоторых домах может значительно отличаться от этих средних значений. Например, более мягкие регионы, такие как юг США и Тихоокеанское побережье США, требуют гораздо меньше энергии для кондиционирования помещений, чем Нью-Йорк или Чикаго. С другой стороны, потребление энергии для кондиционирования воздуха может быть довольно высоким в жарких засушливых регионах (юго-запад) и жарких влажных зонах (юго-восток). В более мягком климате, таком как Сан-Диего , световая энергия может легко потреблять до 40% общей энергии. Определенные приборы, такие как водяная кровать, гидромассажная ванна или холодильник, выпущенный до 1990 года, потребляют значительное [ неопределенное ] количество электроэнергии. Однако недавнее [ когда? ] тенденции в домашнем развлекательном оборудовании могут существенно повлиять на потребление энергии в домашних условиях. Например, 50-дюймовый ЖК-телевизор (в среднем шесть часов в день) может потреблять на 300 Вт меньше, чем плазменная система аналогичного размера. В большинстве жилых домов не доминирует ни один прибор, и любые усилия по сбережению должны быть направлены на множество областей, чтобы добиться существенной экономии энергии. Тем не менее, наземные, воздушные и водные тепловые насосы , солнечные системы отопления и испарительные охладители относятся к наиболее энергоэффективным , экологически чистым и экономичным системам кондиционирования помещений и горячего водоснабжения (Агентство по охране окружающей среды), и их можно сократить. в энергопотреблении до 69%. [ необходима цитата ]
Лучшие строительные практики
Текущее [ когда? ] передовой опыт проектирования, строительства и переоборудования зданий приводит к созданию домов, которые значительно экономят энергию по сравнению с обычными новыми домами. Это включает изоляцию и энергоэффективные окна и освещение. [11]
Разумные способы построить дома, в которых используются минимальные [ неопределенные ] ресурсы для охлаждения и обогрева дома летом и зимой, соответственно, могут значительно [ неопределенно ] снизить затраты на электроэнергию.
Коммерческий сектор
Коммерческий сектор состоит из розничных магазинов, офисов (деловых и правительственных), ресторанов, школ и других рабочих мест. Энергия в этом секторе имеет такое же основное конечное использование, что и жилищный сектор, но в несколько других пропорциях. Кондиционирование помещений снова является самой большой областью потребления, но на него приходится лишь около 30% энергопотребления коммерческих зданий. Освещение, составляющее 25%, играет гораздо большую роль, чем в жилом секторе. [12] Освещение также обычно является наиболее расточительным компонентом коммерческого использования. Ряд тематических исследований показывает, что более эффективное освещение и устранение чрезмерного освещения может снизить потребление энергии освещения примерно на пятьдесят процентов во многих коммерческих зданиях. [ необходима цитата ]
Коммерческие здания могут значительно повысить энергоэффективность за счет продуманного дизайна в современных условиях [ когда? ] строительный фонд является очень плохим примером потенциала систематического (недорогого) энергоэффективного проектирования. [13] Коммерческие здания часто управляются профессионально, что позволяет централизованно контролировать и координировать усилия по энергосбережению. В результате флуоресцентное освещение (примерно в четыре раза более эффективное, чем лампа накаливания) является стандартом для большинства коммерческих помещений, хотя может иметь определенные неблагоприятные последствия для здоровья. [14] [15] [16] [17] Потенциальные проблемы со здоровьем можно смягчить, используя более новые светильники с электронными балластами, а не старые магнитные балласты. Поскольку большинство зданий имеют постоянные часы работы, обычно используются запрограммированные термостаты и средства управления освещением. Однако слишком многие компании считают, что простое управление системой автоматизации зданий с помощью компьютера гарантирует энергоэффективность. В качестве примера одна крупная компания в Северной Калифорнии хвасталась, что она уверена, что ее современная система оптимизировала отопление помещений. Более тщательный анализ, проведенный Lumina Technologies, показал, что системе были даны инструкции по программированию для поддержания постоянной 24-часовой температуры во всем строительном комплексе. Эта инструкция вызвала нагнетание ночного тепла в пустующие здания, когда летние дневные температуры часто превышали 90 ° F (32 ° C). Это неправильное программирование обходилось компании более чем в 130 000 долларов в год из-за потерь энергии (Lumina Technologies, 1997). Многие корпорации и правительства также требуют наличия рейтинга Energy Star для любого нового оборудования, приобретенного для их зданий.
Нагрузка солнечным теплом через стандартные оконные конструкции обычно приводит к высокому спросу на кондиционирование воздуха в летние месяцы. Примером конструкции здания, позволяющей преодолеть эту чрезмерную тепловую нагрузку, является здание Dakin Building в Брисбене, Калифорния , где фенестрация была спроектирована для достижения угла падения солнечного света, чтобы обеспечить максимальное отражение солнечного тепла; эта конструкция также помогла уменьшить чрезмерное освещение в салоне, чтобы повысить эффективность и комфорт рабочих.
Достижения включают использование датчиков присутствия для выключения света, когда люди свободны, и фотосенсоров для затемнения или выключения электрического освещения, когда доступно естественное освещение. В системах кондиционирования воздуха общая эффективность оборудования увеличилась, поскольку в энергетических нормах и правилах для потребителей стали уделяться больше внимания круглогодичной производительности, а не просто рейтингам эффективности при максимальной мощности. Контроллеры, которые автоматически изменяют скорость вращения вентиляторов, насосов и компрессоров, радикально улучшили характеристики этих устройств при частичной нагрузке. Для обогрева помещений или воды электрические тепловые насосы потребляют примерно половину энергии, необходимой для резистивных электронагревателей. Эффективность нагрева природного газа повысилась за счет использования конденсационных печей и котлов, в которых водяной пар в дымовых газах перед выпуском охлаждается до жидкой формы, что позволяет использовать тепло конденсации. В зданиях, где требуется высокий уровень наружного воздуха, теплообменники могут улавливать тепло из отработанного воздуха для предварительного нагрева входящего приточного воздуха.
Компания из Флориды решила проблему как энергосбережения, так и улучшения условий на рабочем месте, внедрив конвейерную систему, которая на 40–60% тише, чем традиционные системы, излучающая уровень шума всего 55-50 децибел, что эквивалентно мягкому камню. радио станция. Освещение было решено не только за счет программирования консоли освещения, чтобы можно было включать и выключать отдельные светильники в специально отведенных местах склада, но и за счет увеличения естественного освещения за счет использования световых люков и глянцевого пола. [18]
Производственный сектор
Промышленный сектор представляет все производство и переработку товаров, включая производство, строительство, сельское хозяйство, водное хозяйство и горнодобывающую промышленность.
Рост затрат вынудил энергоемкие отрасли промышленности существенно повысить эффективность за последние 30 лет. Например, энергия, используемая для производства стали и бумажной продукции, была сокращена на 40% за этот период времени, в то время как переработка нефти / алюминия и производство цемента снизили их использование примерно на 25%. Эти сокращения в значительной степени являются результатом переработки отходов и использования когенерационного оборудования для производства электроэнергии и отопления.
Другим примером повышения эффективности является использование изделий из высокотемпературной изоляционной ваты (HTIW), которая позволяет преимущественно промышленным пользователям эксплуатировать установки термической обработки при температурах от 800 до 1400 ° C. В этих высокотемпературных приложениях потребление первичной энергии и связанные с этим выбросы CO 2 могут быть снижены до 50% по сравнению с промышленными установками старого образца.
Сельское хозяйство США удвоило энергоэффективность ферм за последние 25 лет. [ когда? ] [19]
Энергия, необходимая для доставки и очистки пресной воды, часто составляет значительный процент от потребления электроэнергии и природного газа в регионе (примерно 20% от общего потребления энергии в Калифорнии связано с водой). [20] В свете этого некоторые местные органы власти работали над более комплексным подходом к усилиям по сбережению энергии и воды .
В целях экономии энергии некоторые отрасли промышленности начали использовать солнечные батареи для нагрева воды . [ необходима цитата ]
В отличие от других секторов, общее потребление энергии в промышленном секторе снизилось за последнее десятилетие. [ когда? ] Хотя это частично связано с усилиями по сохранению, это также является отражением растущей тенденции американских компаний переносить производственные операции за границу. [ необходима цитата ]
Государственные стимулы и инициативы
Часть B раздела III Закона об энергетической политике и энергосбережении учредила Программу энергосбережения для потребительских товаров, кроме автомобилей , которая дает Министерству энергетики «право разрабатывать, пересматривать и внедрять минимальные стандарты энергосбережения для приборов и оборудования». [21] Как сейчас [ когда? ] , Министерство энергетики применяет процедуры тестирования и минимальные стандарты для более чем 50 продуктов, охватывающих жилые, коммерческие и промышленные, осветительные и водопроводные системы. [22]
Закон об энергетической политике 2005 г. включал льготы, которые предусматривали налоговый кредит в размере 30% от стоимости нового объекта с совокупным лимитом в 500 долларов; Изначально срок действия программы истекал в конце 2007 года, но был продлен до 2010 года, а совокупный лимит увеличился до 1500 долларов в соответствии с Законом об улучшении и продлении энергии от 2008 года и Законом о восстановлении и реинвестициях в Америке от 2009 года , когда он истечет. [23]
В штатах и регионах (например, в городах или округах) есть различные инициативы, и Министерство энергетики США профинансировало базу данных, известную как DSIRE, которая предоставляет информацию об этих инициативах. [24] Штат Мэриленд поставил цель сократить потребление электроэнергии на 15% с 2008 по 2015 год. [25]
Постановлением № 13514 президент США Барак Обама постановил, что к 2015 году 15% существующих федеральных зданий будут соответствовать новым стандартам энергоэффективности, а к 2030 году 100% всех новых федеральных зданий будут иметь нулевое энергопотребление .
Смотрите также
- Земной Корабль
- Энергия и окружающая среда
- Эффективное использование энергии
- Окружающая среда США
- Сосредоточьтесь на энергии
- Пассивный дом
- Портлендское энергосбережение
- Суперизоляция
- Самодостаточные дома
- Здание с нулевым потреблением энергии
- Федеральные здания США с нулевым потреблением энергии
Рекомендации
- ^ Департамент энергетики США, « Годовой энергетический отчет » (июль 2006 г.), диаграмма потока энергии.
- ^ Министерство энергетики США, « Annual Energy Outlook » (февраль 2006 г.), таблица A2
- ^ «Советы по расходу бензина - более эффективное вождение» . fueleconomy.gov . Проверено 26 декабря 2016 года .
- ^ http://www.diykyoto.com
- ^ Wattvision.com. «Wattvision.com - экономьте на энергии» . wattvision.com . Проверено 26 декабря 2016 года .
- ^ ChartwellHydroOneMonitoringProgram.pdf Архивировано 18 марта 2009 г., на Wayback Machine
- ^ https://www.ohmconnect.com/
- ^ home_office.html Архивировано 25 августа 2009 г. на Wayback Machine
- ^ Министерство энергетики США, « Книга данных по энергии в зданиях » (2011)
- ^ «Книга данных по энергии зданий» . doe.gov . Проверено 26 декабря 2016 года .
- ^ Гор, Эл (9 ноября 2008 г.). «Климат для перемен» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 2 мая 2010 года .
- ↑ Департамент энергетики США, «Книга данных по энергии в зданиях» (август 2005 г.), сек. 1.3.3
- ^ Steffy, 1997
- ^ Сьюзан Л. Беркс, Управление вашей мигренью , Humana Press , Нью-Джерси (1994) ISBN 0-89603-277-9
- ^ Кембриджский справочник по психологии, здоровью и медицине , под редакцией Эндрю Баума, Роберта Уэста, Джона Вайнмана, Стэнтона Ньюмана, Криса Макмануса, Cambridge University Press (1997) ISBN 0-521-43686-9
- ^ Л. Pijnenburg, М. Лагеря и Г. Jongmans-Liedekerken, приглядевшись при ассимиляции освещения , Венло, GGD, Noord-Лимбург (1991)
- ^ Игорь Князь, «Влияние цвета света на невизуальных психологических процессах», журнал экологической психологии , том 21, выпуск 2, июня 2001, стр 201-208
- ^ «Qmed - единственный в мире каталог предварительно квалифицированных поставщиков медицинского оборудования и диагностики in vitro. - Qmed» . devicelink.com . Проверено 26 декабря 2016 года .
- ^ «Введение в энергоэффективность и энергосбережение на ферме - расширение» . extension.org . Проверено 26 декабря 2016 года .
- ^ Энергетическая комиссия Калифорнии, «Взаимосвязь воды и энергии Калифорнии» (ноябрь 2005 г.), стр. 8
- ^ «Стандарты и процедуры испытаний» . eere.energy.gov . Министерство энергетики США . Проверено 26 марта 2013 года .
- ^ «Налоговый кредит за энергоэффективность жилых домов. DSIRE» . Архивировано из оригинального 26 июля 2011 года . Проверено 10 декабря 2010 года .
- ^ «База данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии и эффективности® - DSIRE» . dsireusa.org . Проверено 26 декабря 2016 года .
- ^ «Энергосбережение: начиная с дома» .
Внешние ссылки
- Г. А. Мансури, Н. Энаяти, Л. Б. Агиарко (2016), Энергия: источники, использование, законодательство, устойчивость, Иллинойс как модельное государство , World Sci. Паб. Co., ISBN 978-981-4704-00-7
- Министерство энергетики США - ресурсы для промышленности
- Энергопотребление по штатам , по видам топлива и на душу населения, 2007 г.
- Американский совет по энергоэффективной экономике