セントラルヒートポンプ給湯器は巨大な蓄電池として機能することがシアトルのパイロットプロジェクトで示される

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セントラル ヒート ポンプ給湯器 (CHPWH) は、給湯に使用される実質的なエネルギーを削減する大きな機会を提供し、巨大な熱電池として機能します。 これは、電力網の需要が低い時間帯にエネルギーを使用して水を加熱し、後で使用するためにそれを蓄えることで、電力網のピーク時のエネルギー使用を制限できるようにすることで実現します。 Advanced Water Heating Initiative (AWHI) の商業作業部会の主要組織は、シアトルでのこの種のものとしては初となるベイビュー タワーのパイロット プロジェクトで、これが送電網資産に与える影響を示しています。

ベイビュー タワーは、シアトルのダウンタウンにある高齢者向けの低所得者向け公共住宅施設です。 ベイビューの住民のお湯は、水を加熱するために大量の電力を消費する非効率な電気抵抗給湯器によって供給されていました。 2019 年、エコトープ、シアトル住宅公社、ボンネビル電力管理、ステフェス、スカイセントリックス、三菱、シアトル シティ ライトを含む組織からなるドリーム チームが結集し、建物にセントラル ヒート ポンプ給湯器 (CHPWH) を改修しました。平均的な集合住宅のエネルギー使用量の約 25 ～ 35% を占める水の加熱に使用されるエネルギーを 3 分の 1 に削減します。

セントラルヒートポンプ給湯器は、おそらくご想像のとおり、住宅用の給湯器とは異なります。 すべての家庭やアパートに個別の給湯タンクを設置する代わりに、中央システムははるかに大規模で、一度に多くの世帯に温水を供給します。 ベイビューの場合、1 つのシステムで 100 のアパートメントにサービスを提供します。 全国的には、これまでに何百もの CHPWH が設置されていますが、このテクノロジーはまだ導入の初期段階にあります。

ベイビューに設置されたセントラルヒートポンプ給湯器は多くの新境地を開拓し、脱炭素化に向けた今後の重要な数十年間に水を加熱する方法の指針となる多くの重要な概念を証明しています。 まず、Bayview の CHPWH はパッケージ化されたスキッド マウント (金属パレットに恒久的に取り付けられる) システムで、多くのコンポーネントがオフサイトで製造され、その後クレーンで建物に配送され、ほぼすぐに接続できる状態でした。場所。 この給湯器の「プラグアンドプレイ」の性質により、ベイビュー タワーの居住者は、まったく新しい給湯システムが設置されている間、給湯の停止時間はわずか数時間しかありませんでした。 給湯器は 2021 年の夏に設置され、システムは現在 1 年半稼働しており、住民の給湯ニーズを満たしながら、年間推定 135,000 キロワット時 (kWh) を節約し、CO2 排出量と電気料金を大幅に削減しています。 。

スキッドマウント型セントラル給湯システム。 画像提供：エコトープ。

CHPWH システムが設置され、その機能がうまく機能することが証明された後、チームはプロジェクトのフェーズ 2 に移行し、CHPWH が大幅な負荷分散能力を提供できることを証明しようとしました。 コミュニティ、地域、州が建物や交通機関に電力を供給し、太陽光や風力で生成されたエネルギーの利用を増やす傾向にあるため、電気を使用する時間はますます重要になっています。 全員が同時に大量の電気を使用する場合（たとえば、朝と夕方のピーク時間帯）、電力会社は追加の供給を化石燃料発電所に頼らなければならず、最悪の場合、家庭への電力の一部が遮断されてしまいます。 電力の使用量を減らし、電力をバッテリーに蓄え、エネルギー使用を分散またはシフトすることが、この問題を解決するための重要な戦略です。

私が所属する非営利団体 New Buildings Institute は、GridOptimal Buildings Initiative を通じてグリッドの脱炭素化を可能にするビル規模のソリューションに 3 年以上取り組んでおり、給湯システムが負荷分散とグリッドの特効薬技術であることを一貫して認識しています。統合。 水は大量のエネルギーを保持できるため、バッテリーのように使用できます。効率的なヒートポンプを使用してシステムを「充電」し、電力網の需要が低いとき（または再生可能エネルギーの生産量が多いとき）に水を加熱し、蓄えられたエネルギーを使用します。電力網の需要が高いときにエネルギーを供給しながら、たっぷりのお湯を楽しむことができます。 集合住宅や商業ビルの給湯器は、1 つのシステムに集中してより多くの貯水容量を備えているため、重要な役割を果たします。

ベイビュータワープロジェクトに取り組むチームは過去数カ月間、需要の少ない時間帯に給湯器を通常より高温に予熱し、通常の使用ピーク時間帯である午前6時から午前9時までの間は給湯器をオフにするというアプローチを試験的に実施した。午後。 そして、下のグラフが示すように、それはうまくいきました。 青い線は、負荷変動がない場合のベースラインのヒートポンプ水使用量を示しています。 赤い線は、需要のピーク時にどのようにして (必要なお湯をすべて供給し続けながら) システムをオフにすることができたのかを示し、以前の電気抵抗を使用したエネルギー使用量 (緑の線) と比較しています。湯沸かし器。

画像提供：エコトープ

総エネルギー使用量は、これらのエネルギー節約の別の側面を示しています。 CHPWH を設置する前の建物では、通常、使用量のピーク時に 70 ～ 75 kWh の電力が使用されます (青いバー)。 より効率的な CHPWH をインストールし、一般的な設定で開始した後、その使用量は 60% 削減されました (赤いバー)。 このパイロットの最新段階では、非ピーク時に給湯器を切り替えて水を予熱することで、建物がピーク時に使用するエネルギーを実質的にゼロ近くまで削減できることが示されています（緑色のバー）。

画像提供：エコトープ

そして、これはシステム レベルで大きなチャンスをもたらします。 カリフォルニアのほぼすべての集合住宅が負荷変動型ヒートポンプ給湯器で稼働するように変更された場合に節約できる電力容量は、2,000 MW と推定されています。 需要のピーク時に 2,000 MW の電力を削減すると、カリフォルニア州のピーク時のエネルギー使用量の上限を大幅に削減できる可能性があります (実際には、カリフォルニア州民が昨年夏の緊急熱波の際に削減できたエネルギー量とほぼ同じ量です)。化石燃料発電所が最も必要になる可能性が高い時期。 この変化の影響を下の図に示します。

このように、ベイビュー タワーは、セントラル給湯器が一種のバッテリーとして機能し、通常運転時により効率的な給湯を提供し、給湯にエネルギーが使用される時代を完全に変えて、同じ快適さと温水を実現するという巨大な可能性をどのように秘めているかを示しています。同時に、より効率的で環境に優しいグリッドを確保します。

この記事はもともと NBI のブログに掲載されたものです。

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ジョーはオレゴン州ポートランドに住んでおり、電気建物と脱炭素化された建物を推進する非営利団体 New Buildings Institute で働いています。 彼は、交通機関から家庭に至るまであらゆるものを電化することが、公平でクリーンなエネルギーの未来への最短の道であると信じているため、Electrify Now にもボランティアとして参加しています。 そしてもちろん、ジョーと彼の家族はオール電化の家に住んでいて、EV を運転しています。

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