文献阅读 | 美国居民部门在1990-2015年间能源消费和温室气体排放变化的驱动力分析

题目

Drivers of change in US residential energy consumption and greenhouse gas emissions, 1990–2015

作者

Peter Berrill, Kenneth T Gillingham, Edgar G Hertwich

期刊

Environmental Research Letters

时间

2021年3月

一作

单位

Yale School of the Environment, New Haven, United States of America

链接

https://doi.org/10.1088/1748-9326/abe325

研究导读

     居民部门是主要的能源消费和温室气体（GHG）排放部门，被一些学者认为是最容易脱碳的能源需求部门之一，具有非常大的减排潜力。美国居民部门的年温室气体排放量在2005年达到峰值1.26 Gt CO_2-eq，随后以每年2%的速率降低，至2019年降低至0.96 Gt CO_2-eq。这项研究分析美国居民部门在1990-2015年间的能源消费和温室气体排放变化的驱动力，所选择的驱动因素包括人口特征、住房特征、末端能源使用效率、发电效率、电力的温室气体强度等。

图1.  美国居民部门在1990-2020年的能源消费和温室气体排放

研究方法

        这项研究首先基于美国的住宅能源消耗调查（RECS）、国家能源数据系统（SEDS）、月度能源调查（MER）等数据，构建美国1990-2015年间居民部门在空间供暖、空间制冷、家庭供热水和其他用途四种末端用途的一次能源消耗量、最终能源消耗量和温室气体排放（图2）。最终能源消耗结构中，空间供暖对应的能源占比最大，约占50%。然而，空间供暖和家庭供热在一次能源消耗结构和温室气体排放结构中变得不那么重要，电力主导空间制冷和其他用途对应的一次能源消耗和温室气体排放占比更高，原因是发电所需的能源强度和温室气体排放强度更高。

图2.  美国居民部门四种末端用途的一次能源消耗量、最终能源消耗量和温室气体排放

        进一步地，这项研究使用LMDI-I多级指数分解（IDA）的方法对不同末端用途对应的一次能源消耗量、最终能源消耗量和温室气体排放变化进行分解，选取的驱动因素包括人口特征、住房特征、末端能源使用效率、发电效率、电力的温室气体强度等。这项研究在IDA指数分解中考虑了如下效应：人口效应、区域效应、房屋类型效应、房屋年龄队列效应、燃料转换效应、家庭规模效应、空间供暖/制冷效应、末端能源强度效应。空间供暖、空间制冷、家庭供热水和其他用途对应的最终能源消耗的分解依次见公式(1)-(4)，相关参数和下标见表1。

表1.  IDA指数分解中相关参数和下标

研究结果

1. 美国居民部门最终能源消耗、一次能源消耗和温室气体排放变化的驱动力分解情况

        人口增长、家庭规模减小和空间供热/制冷面积增加是驱动美国居民部门最终能源消耗、一次能源消耗和温室气体排放增加的主要原因，其中人口增长的影响最大。末端用能效率提升、建筑更新换代是最终能源消耗降低的主要驱动力。末端用能效率提升反映单位建筑面积用能、人均用能降低，背后的原因可能是电器能效提升、建筑围护结构效率提升、住户行为改变。建筑更新换代后新的住宅节能效果更好。

        一次能源消耗降低和温室气体减排的主要驱动力是发电效率提升和发电的温室气体排放强度降低。与这些能源供应端的影响相比，末端用能效率提升、建筑更新换代导致的需求端的影响相对较小。需要注意，燃料转换减少一次能源消耗的现象并不存在，其对温室气体减排的影响也很小。尽管燃料转换能大量减少化石能源的消耗，但这件时间阶段的发电效率较低，同时发电结构并不清洁。

图3.  美国居民部门最终能源消耗、一次能源消耗和温室气体排放变化的驱动力分解情况

2. 美国居民部门四种末端能源用途的温室气体排放变化的驱动力分解情况

       为说明不同时期四种末端用途的温室气体排放变化的驱动因素，图4展示了1990-2001年间和2001-2015年间四种末端用途对应的温室气体排放的IDA分解结果。家庭规模减小导致空间供暖、空间制冷和其他末端用途导致的温室气体排放显著增加，尤其是在2001年以前。建筑更新换代是空间供暖导致的温室气体减排的重要驱动力，表明新建房屋供暖所需的能源大幅降低；但是，建筑更新换代并没有推动其他三种末端用途的温室气体减排。发电的温室气体强度降低是空间供暖对应的温室气体减排的第二大驱动力，也是其他三种末端用途的温室气体减排的主要来源，这种影响在2001年之后尤其显著。

图4.  美国居民部门四种末端能源用途的温室气体排放变化的

驱动力分解情况

讨论

        家庭规模减小、空间供暖/制冷面积增加是美国居民部门能源消耗和温室气体排放增加的主要驱动力。在其他条件不变的情况下，家庭规模减小导致最终能源消耗、一次能源消耗和温室气体排放分别增加37%、28%和108%。而能源供应端的发电效率提升、发电的温室气体排放强度降低是能源消耗和温室气体排放降低的主要驱动力。燃料转换对一次能源消耗的影响几乎为零，对温室气体排放的较小。

        比较空间供暖、空间制冷、家庭供热水和其他用途四种末端用途的温室气体排放，其他用途对应的温室气体排放占比最大。考虑到电气化水平进一步升高，未来其他用途对应的温室气体排放将随着发电的温室气体强度降低而下降，但这一下降趋势可能会被人口增长、家庭规模减小、家庭家电用能增加所抵消。

编辑：马腾

排版：马腾 江琴

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