Oszczędzanie energii w Stanach Zjednoczonych

Stany Zjednoczone są drugim co do wielkości pojedynczym konsumentem energii na świecie. Departament Energii Stanów Zjednoczonych kategoryzuje krajowe zużycie energii w czterech szerokich sektorach: transportowym, mieszkaniowym, handlowym i przemysłowym.

Zużycie energii w USA w 2019 r

Zużycie energii w sektorze transportowym i mieszkaniowym (około połowa zużycia energii w USA) jest w dużej mierze kontrolowane przez indywidualnych konsumentów krajowych. Komercyjne i przemysłowe wydatki na energię są określane przez podmioty gospodarcze i innych zarządców obiektów. Krajowa polityka energetyczna ma znaczący wpływ na zużycie energii we wszystkich czterech sektorach.

Transport

Sektor transportu obejmuje wszystkie pojazdy używane do transportu osobowego lub towarowego. Z energii zużywanej w tym sektorze około 65% zużywają benzyną , będące głównie własnością prywatną. Transport napędzany olejem napędowym (pociągi, statki handlowe, ciężkie ciężarówki itp.) zużywa około 20%, a ruch lotniczy pochłania większość pozostałych 15%. Dwa kryzysy dostaw ropy naftowej z lat 70. zachęciły do ​​​​utworzenia w 1975 r. Federalnego programu korporacyjnego średniego zużycia paliwa (CAFE), który wymagał od producentów samochodów spełnienia coraz wyższych celów w zakresie oszczędności paliwa we flocie. Następna dekada przyniosła radykalną poprawę w zakresie oszczędności paliwa, głównie w wyniku zmniejszenia rozmiaru i masy pojazdu, które zapoczątkowano pod koniec lat 70., wraz z przejściem na napęd na przednie koła . Zyski te nieco osłabły po 1990 r. Ze względu na rosnącą popularność samochodów typu SUV , pickupów i minivanów , które podlegają łagodniejszemu standardowi CAFE „lekkich ciężarówek”.

Na przyczepkę do programu CAFE, rząd US postarał się zachęcić lepszą skuteczność pojazdu przez politykę podatkową. Od 2002 r. podatnicy są uprawnieni do ulg podatkowych związanych z pojazdami hybrydowymi zasilanymi gazem i elektrycznością. Od 1978 roku na producentów samochodów o wyjątkowo niskim zużyciu paliwa nakładany jest podatek „ gazowy ”. Chociaż podatek ten pozostaje w mocy, generuje bardzo niewielkie dochody, ponieważ ogólna oszczędność paliwa uległa poprawie.

Kolejnym celem oszczędzania benzyny jest zmniejszenie liczby przejechanych mil. Szacuje się, że 40% korzystania z samochodów w Ameryce wiąże się z codziennymi dojazdami do pracy . Wiele obszarów miejskich oferuje dotowany transport publiczny w celu zmniejszenia ruchu dojeżdżającego do pracy i zachęca do wspólnego korzystania z samochodów poprzez zapewnienie wyznaczonych pasów dla pojazdów o dużej liczbie pasażerów i niższych opłat za samochody z wieloma kierowcami. Praca zdalna jest również realną alternatywą dla dojazdów do pracy w przypadku niektórych prac.

Zachowania maksymalizujące oszczędność paliwa również pomagają zmniejszyć zużycie paliwa. Do najskuteczniejszych należy umiarkowana (w przeciwieństwie do agresywnej) jazda, jazda z mniejszą prędkością, używanie tempomatu i wyłączanie silnika pojazdu na postojach, a nie na biegu jałowym. Zużycie paliwa przez pojazd gwałtownie spada wraz ze wzrostem prędkości na autostradzie, zwykle powyżej 55 mil na godzinę (chociaż dokładna liczba różni się w zależności od pojazdu), ponieważ siły aerodynamiczne są proporcjonalnie związane z kwadratem prędkości obiektu (gdy prędkość jest podwojona, opór czterokrotnie) . Według amerykańskiego Departamentu Energii (DOE), z reguły każde przejechanie z prędkością 5 mil na godzinę (8,0 km/h) powyżej 60 mil na godzinę (97 km/h) jest podobne do płacenia dodatkowych 0,30 USD za galon gazu. Dokładna prędkość, przy której pojazd osiąga najwyższą wydajność, zależy od współczynnika oporu powietrza pojazdu, powierzchni czołowej, prędkości otaczającego powietrza oraz sprawności i przełożeń układu napędowego i skrzyni biegów pojazdu .

Sektor mieszkaniowy

Sektor mieszkaniowy to wszystkie prywatne rezydencje, w tym domy jednorodzinne , apartamenty, domy fabryczne i akademiki. Zużycie energii w tym sektorze znacznie różni się w poszczególnych krajach ze względu na regionalne różnice klimatyczne i różne regulacje. Średnio około połowa energii zużywanej w amerykańskich domach jest zużywana na klimatyzację pomieszczeń (tj. ogrzewanie i chłodzenie).

Wydajność pieców i klimatyzatorów stale rośnie od czasu kryzysów energetycznych lat 70. [ potrzebne źródło ] Ustawa National Appliance Energy Conservation Act z 1987 r. upoważniła Departament Energii do ustalania co roku minimalnych standardów wydajności dla urządzeń do klimatyzacji pomieszczeń i innych urządzeń, w oparciu o to, co jest „wykonalne technologicznie i ekonomicznie uzasadnione”. Poza tymi minimalnymi standardami Agencja Ochrony Środowiska (EPA) przyznaje oznaczenie Energy Star urządzeniom, które przekraczają średnie branżowe w zakresie wydajności o procent określony przez EPA.

Pomimo ulepszeń technologicznych, wiele zmian stylu życia w Ameryce spowodowało wyższe zapotrzebowanie na zasoby grzewcze i chłodnicze. Średnia wielkość domów budowanych w Stanach Zjednoczonych wzrosła z 1500 stóp kwadratowych (140 m2 ) w 1970 r. do 2300 stóp kwadratowych (210 m2 ) w 2005 r. Coraz powszechniejsze stają się jednoosobowe gospodarstwa domowe, podobnie jak centralna klimatyzacja : 23% gospodarstw domowych miało centralną klimatyzację w 1978 r., liczba ta wzrosła do 55% w 2001 r. [ potrzebne źródło ]

Wraz ze wzrostem wydajności pieca odpowiednie dopasowanie wielkości sprzętu do wydajności systemu dystrybucji i obciążenia budynku staje się coraz ważniejsze dla optymalizacji zdolności sprzętu w celu maksymalizacji wydajności pracy. Instalowanie znacznie niższej wydajności, wysokowydajnych urządzeń zastępczych daje szansę na zwiększenie komfortu i oszczędności, ale poprawę przegród zewnętrznych budynku poprzez uszczelnienie powietrzne i dodanie większej izolacji , zaawansowanych okien itp. należy zbadać jednocześnie lub przed etapem projektowania sprzętu zastępczego. Podejście domów pasywnych pozwala na tworzenie budynków z superizolacją , których zużycie energii netto zbliża się do zera . Poprawa przegród zewnętrznych budynku może być również tańsza niż wymiana pieca lub klimatyzatora. [ potrzebne źródło ]

Nawet tańsze ulepszenia obejmują przystosowanie do warunków atmosferycznych , które jest często dotowane przez zakłady użyteczności publicznej lub stanowe i federalne ulgi podatkowe , podobnie jak programowalne termostaty . Konsumentów zachęcano również do przyjęcia szerszego zakresu temperatur w pomieszczeniach (np. 65 °F (18 °C) zimą, 80 °F (27 °C) latem).

Jednym z niewykorzystanych, ale potencjalnie bardzo skutecznych sposobów zmniejszenia zużycia energii w gospodarstwach domowych jest dostarczanie informacji zwrotnych właścicielom domów w czasie rzeczywistym, aby mogli skutecznie zmienić swoje zachowania związane z zużyciem energii. Dostępne stały się tanie wyświetlacze ze sprzężeniem zwrotnym energii , takie jak Energy Detective lub Wattvision. Badanie podobnego urządzenia wdrożonego w 500 domach w Ontario w Kanadzie przez Hydro One wykazało średni spadek całkowitego zużycia energii elektrycznej o 6,5% w porównaniu z grupą kontrolną o podobnej wielkości. Inną techniką jest poproszenie właścicieli domów o oszczędzanie energii w czasie rzeczywistym w okresach szczytowego zapotrzebowania, kiedy w przeciwnym razie musiałyby zostać włączone stosunkowo brudne elektrownie.

Energia w trybie czuwania zużywana przez elektronikę użytkową i urządzenia, gdy są wyłączone, odpowiada za około 5 do 10% zużycia energii elektrycznej przez gospodarstwa domowe, dodając szacunkowo 3 miliardy dolarów do rocznych kosztów energii w USA. „W przeciętnym domu 75% energii elektrycznej wykorzystywanej do zasilania domowej elektroniki jest zużywane, gdy produkty są wyłączone”.

Średnie zużycie energii w domu

Średnie zużycie energii w domu
Sektor Odsetek Notatki
Domowe systemy grzewcze 28,9%
Domowe systemy chłodzenia 14,0%
Podgrzewanie wody 12,9%
Oświetlenie 9,0%
Elektronika domowa 7,1%
Lodówki i zamrażarki 5,9%
do ubrań i naczyń 4,5% obejmuje suszarki do ubrań, nie obejmuje ciepłej wody
Gotowanie 3,7%
Komputery 2,2%
Inny 4,4% obejmuje małe elementy elektryczne, elementy grzejne, silniki, podgrzewacze do basenów i jacuzzi, grille zewnętrzne i oświetlenie zewnętrzne na gaz ziemny
Wydatki energetyczne niezwiązane z użytkownikiem końcowym 5,4%

Zużycie energii w niektórych domach może znacznie różnić się od tych średnich. Na przykład łagodniejsze regiony, takie jak południowe Stany Zjednoczone i wybrzeże Pacyfiku, potrzebują znacznie mniej energii do klimatyzacji przestrzeni niż Nowy Jork czy Chicago. Z drugiej strony zużycie energii przez klimatyzację może być dość wysokie w gorących i suchych regionach (południowy zachód) i gorących i wilgotnych strefach (południowy wschód ) . Niektóre urządzenia, takie jak łóżko wodne, wanna z hydromasażem lub lodówka sprzed 1990 r., zużywają znaczne ilości [ niejasno ] energii elektrycznej. Jednak ostatnio [ kiedy? ] trendy w sprzęcie domowej rozrywki mogą mieć duże znaczenie w zużyciu energii przez gospodarstwa domowe. Na przykład 50-calowy telewizor LCD (średni czas włączenia 6 godzin dziennie) może pobierać o 300 watów mniej niż system plazmowy o podobnej wielkości. W większości domów żadne pojedyncze urządzenie nie dominuje, a wszelkie działania konserwatorskie muszą być skierowane na wiele obszarów, aby osiągnąć znaczne oszczędności energii. Jednak gruntowe, powietrzne i wodne pomp ciepła , systemy ogrzewania słonecznego i chłodnice wyparne należą do bardziej wydajnych energetycznie , ekologicznych i opłacalnych systemów klimatyzacji pomieszczeń i ciepłej wody użytkowej (Agencja Ochrony Środowiska) i mogą osiągnąć redukcje w zużyciu energii do 69%. [ potrzebne źródło ]

Najlepsze praktyki budowlane

Obecny [ kiedy? ] najlepsze praktyki w zakresie projektowania, budowy i modernizacji budynków dają domy, które są znacznie bardziej energooszczędne niż przeciętne nowe domy. Obejmuje to izolację oraz energooszczędne okna i oświetlenie.

Inteligentne sposoby budowania domów, które wykorzystują minimalne [ niejasne ] zasoby do chłodzenia i ogrzewania domu odpowiednio latem i zimą, mogą znacznie [ niejasno ] obniżyć koszty energii.

Sektor komercyjny

Sektor handlowy obejmuje sklepy detaliczne, biura (biznesowe i rządowe), restauracje, szkoły i inne miejsca pracy. Energia w tym sektorze ma takie same podstawowe zastosowania końcowe jak sektor mieszkaniowy, w nieco innych proporcjach. Kondycjonowanie przestrzeni jest ponownie obszarem największego zużycia energii, ale stanowi jedynie około 30% zużycia energii w budynkach komercyjnych. Oświetlenie, na poziomie 25%, odgrywa znacznie większą rolę niż w sektorze mieszkaniowym. Oświetlenie jest również ogólnie najbardziej nieekonomicznym elementem zastosowań komercyjnych. Liczne studia przypadków wskazują, że bardziej wydajne oświetlenie i eliminacja nadmiernego oświetlenia może zmniejszyć zużycie energii świetlnej o około pięćdziesiąt procent w wielu budynkach komercyjnych. [ potrzebne źródło ]

Budynki komercyjne mogą znacznie zwiększyć efektywność energetyczną dzięki przemyślanemu projektowi, z dzisiejszym [ kiedy? ] zasoby budowlane są bardzo słabymi przykładami potencjału systematycznego (niedrogiego) projektowania energooszczędnego. Budynki komercyjne często mają profesjonalne zarządzanie, co pozwala na scentralizowaną kontrolę i koordynację działań związanych z oszczędzaniem energii. W rezultacie oświetlenie fluorescencyjne (około cztery razy wydajniejsze od żarówek) jest standardem w większości powierzchni komercyjnych, chociaż może powodować pewne niekorzystne skutki zdrowotne. Potencjalne problemy zdrowotne można złagodzić, stosując nowsze oprawy ze statecznikami elektronicznymi zamiast starszych stateczników magnetycznych. Ponieważ większość budynków ma stałe godziny pracy, powszechne są zaprogramowane termostaty i sterowanie oświetleniem. Jednak zbyt wiele firm uważa, że ​​samo posiadanie sterowanego komputerowo automatyki budynkowej gwarantuje efektywność energetyczną. Na przykład jedna duża firma w Północnej Kalifornii chwaliła się, że jest przekonana, że ​​jej najnowocześniejszy system zoptymalizował ogrzewanie pomieszczeń. Dokładniejsza analiza przeprowadzona przez firmę Lumina Technologies wykazała, że ​​system otrzymał instrukcje programowania w celu utrzymania stałej 24-godzinnej temperatury w całym kompleksie budynków. Ta instrukcja spowodowała wstrzyknięcie nocnego ciepła do pustych budynków, kiedy dzienne temperatury latem często przekraczały 90 ° F (32 ° C). To błędne programowanie kosztowało firmę ponad 130 000 USD rocznie w postaci marnowanej energii (Lumina Technologies, 1997). Wiele korporacji i rządów wymaga również oceny Energy Star dla każdego nowego sprzętu zakupionego do ich budynków.

Ładowanie ciepła słonecznego przez standardowe konstrukcje okien zwykle prowadzi do dużego zapotrzebowania na klimatyzację w miesiącach letnich. Przykładem projektu budowlanego przezwyciężającego to nadmierne obciążenie cieplne jest Dakin Building w Brisbane w Kalifornii , gdzie okna zaprojektowano tak, aby uzyskać kąt w stosunku do padania słońca, aby umożliwić maksymalne odbicie ciepła słonecznego; ten projekt pomógł również zredukować nadmierne oświetlenie wnętrza , aby zwiększyć wydajność i komfort pracowników.

Postępy obejmują wykorzystanie czujników obecności do wyłączania światła, gdy pomieszczenia są puste, oraz fotoczujników do przyciemniania lub wyłączania oświetlenia elektrycznego, gdy dostępne jest naturalne światło. W systemach klimatyzacji ogólna wydajność sprzętu wzrosła, ponieważ kody energetyczne i informacje dla konsumentów zaczęły kłaść nacisk na całoroczną wydajność, a nie tylko oceny wydajności przy maksymalnej mocy. Kontrolery, które automatycznie zmieniają prędkość wentylatorów, pomp i sprężarek, radykalnie poprawiły wydajność tych urządzeń przy częściowym obciążeniu. Do ogrzewania pomieszczeń lub wody elektryczne pompy ciepła zużywają mniej więcej połowę energii wymaganej przez elektryczne grzejniki oporowe. Efektywność ogrzewania gazem ziemnym poprawiła się dzięki zastosowaniu pieców i kotłów kondensacyjnych, w których para wodna zawarta w spalinach jest schładzana do postaci ciekłej przed jej odprowadzeniem, co pozwala na wykorzystanie ciepła skraplania. W budynkach, w których wymagany jest wysoki poziom powietrza zewnętrznego, wymienniki ciepła mogą przechwytywać ciepło z powietrza wywiewanego w celu wstępnego ogrzania powietrza nawiewanego.

Firma z Florydy rozwiązała problem zarówno oszczędzania energii, jak i poprawy środowiska pracy, wdrażając system przenośników, który jest o 40–60% cichszy niż tradycyjne systemy, emitując poziom hałasu zaledwie 55–50 decybeli, co odpowiada miękkiej skale stacja radiowa. Oświetlenie zostało rozwiązane nie tylko poprzez zaprogramowanie konsoli oświetleniowej, aby można było włączać i wyłączać pojedyncze światła w wyznaczonych obszarach magazynu, ale także poprzez wzmocnienie naturalnego oświetlenia poprzez zastosowanie świetlików i podłogi na wysoki połysk.

Sektor przemysłowy

Sektor przemysłowy obejmuje wszelką produkcję i przetwarzanie towarów, w tym produkcję, budownictwo, rolnictwo, gospodarkę wodną i górnictwo.

Rosnące koszty zmusiły energochłonne gałęzie przemysłu do znacznej poprawy wydajności w ciągu ostatnich 30 lat. Na przykład energia wykorzystywana do produkcji wyrobów ze stali i papieru została zmniejszona w tym czasie o 40%, podczas gdy rafinacja ropy naftowej/aluminium i produkcja cementu zmniejszyły jej zużycie o około 25%. Redukcje te są w dużej mierze wynikiem recyklingu odpadów i wykorzystania kogeneracyjnych do produkcji energii elektrycznej i ciepła.

Innym przykładem poprawy wydajności jest stosowanie produktów wykonanych z wysokotemperaturowej wełny izolacyjnej (HTIW), która umożliwia głównie użytkownikom przemysłowym eksploatację zakładów obróbki termicznej w temperaturach od 800 do 1400 °C. W tych zastosowaniach wysokotemperaturowych zużycie energii pierwotnej i związana z tym emisja CO 2 może zostać zmniejszona nawet o 50% w porównaniu ze staroświeckimi instalacjami przemysłowymi.

W ciągu ostatnich 25 lat rolnictwo w USA podwoiło efektywność energetyczną gospodarstw . [ kiedy? ]

Energia potrzebna do dostarczania i uzdatniania świeżej wody często stanowi znaczny procent zużycia energii elektrycznej i gazu ziemnego w regionie (szacunkowo 20% całkowitego zużycia energii w Kalifornii jest związane z wodą). W świetle tego niektóre samorządy lokalne pracowały nad bardziej zintegrowanym podejściem do związanych z oszczędzaniem energii i wody .

Aby oszczędzać energię, niektóre branże zaczęły wykorzystywać panele słoneczne do podgrzewania wody . [ potrzebne źródło ]

W przeciwieństwie do innych sektorów, całkowite zużycie energii w sektorze przemysłowym spadło w ostatniej dekadzie. [ kiedy? ] Chociaż jest to częściowo spowodowane działaniami ochronnymi, jest to również odzwierciedlenie rosnącej tendencji amerykańskich firm do przenoszenia działalności produkcyjnej za granicę. [ potrzebne źródło ] . Może to być również spowodowane przyjęciem nowych technologii, takich jak ulepszenia geometrii narzędzi, które zwiększają wydajność produkcji. Wzrost wydajności zmniejsza zużycie energii poprzez skrócenie czasu bezczynności i marnotrawstwa zasobów.

Zachęty i inicjatywy rządowe

Wojenna propaganda na rzecz ochrony w domu

Część B tytułu III ustawy o polityce energetycznej i poszanowaniu energii ustanowiła program oszczędzania energii dla produktów konsumpcyjnych innych niż samochody , który daje Departamentowi Energii „uprawnienia do opracowywania, przeglądu i wdrażania minimalnych norm oszczędzania energii dla urządzeń i sprzętu”. Jak obecnie [ kiedy? ] , Departament Energii egzekwuje procedury testowe i minimalne standardy dla ponad 50 produktów obejmujących zastosowania mieszkaniowe, handlowe i przemysłowe, oświetlenie i hydraulikę.

Ustawa o polityce energetycznej z 2005 r. zawierała zachęty, które zapewniały ulgę podatkową w wysokości 30% kosztu nowej pozycji z łącznym limitem 500 USD; program miał początkowo wygasnąć pod koniec 2007 r., ale został przedłużony do 2010 r., a łączny limit wzrósł do 1500 USD na mocy ustawy Energy Improvement and Extension Act z 2008 r. oraz American Recovery and Reinvestment Act z 2009 r. , kiedy to wygaśnie.

Stany i obszary lokalne (np. miasta lub hrabstwa) mają różne inicjatywy, a Departament Energii USA sfinansował bazę danych znaną jako DSIRE, która zawiera informacje o tych inicjatywach. Stan Maryland wyznaczył cel zmniejszenia zużycia energii elektrycznej o 15% w latach 2008-2015.

Rozporządzeniem wykonawczym 13514 prezydent USA Barack Obama nakazał, aby do 2015 r. 15% istniejących budynków federalnych spełniało nowe standardy efektywności energetycznej, a 100% wszystkich nowych budynków federalnych miało do 2030 r. zeroenergetyczne netto .

W lutym 2023 roku Departament Energii Stanów Zjednoczonych zaproponował zestaw nowych standardów efektywności energetycznej, które, jeśli zostaną wdrożone, pozwolą użytkownikom różnych maszyn elektrycznych w Stanach Zjednoczonych zaoszczędzić około 3 500 000 000 $ rocznie i zmniejszą do roku 2050 emisję dwutlenku węgla o tyle samo, ile wyemitowało 29 000 000 domów.

Zobacz też

Linki zewnętrzne

Pobrane z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Energy_conservation_in_the_United_States&oldid=1139743202 ”