Uma década atrás, os edifícios totalmente elétricos apresentavam muitos desafios: eram servidos por carvão sujo em vez de gás natural mais limpo, lutavam para atender aos pontos de ajuste de temperatura em climas frios e aumentavam drasticamente as contas de serviços públicos.

Por que então esse grande impulso em direção à eletrificação? Simplificando, a eletrificação é uma estratégia essencial para alcançar as metas agressivas de clima estabelecidas no Compromisso dos EUA e nos planos de ações climáticas implementados pelas principais cidades do país. A eletrificação está sendo alimentada cada vez mais pela energia limpa e renovável, que é mais barata (na maioria dos casos) do que o gás natural – além de ser mais segura e mais saudável.

No entanto, o mito de edifícios totalmente elétricos que não atendem à demanda em climas frios continua. O novo Adendo do Clima Frio do Instituto Rocky Mountain (RMI) para o nosso Relatório de Economia de Casas com Energia Zero: Insights de Família Única é o mais recente de uma série de relatórios de combate a mitos que mostram quantas dessas suposições estão desatualizadas. Nossa análise demonstra como a eficiência, combinada com painéis solares fotovoltaicos pode melhorar drasticamente a economia da eletrificação e tornar nossas casas mais seguras e confortáveis.

Por que eletrificar?

Reduzir as emissões de gases de efeito estufa (GEE) em mais de 80% exigirá essencialmente a eliminação dos GEEs produzidos pelos edifícios – o que só é possível em escala com os prédios totalmente elétricos ligados a uma rede elétrica limpa. A eletrificação também é essencial para melhorar a segurança de nosso estoque de habitações.

Setenta milhões de lares e empresas americanas queimam gás natural, petróleo ou propano no local para aquecer seu espaço e água para cozinhar alimentos, gerando 560 milhões de toneladas de emissões equivalentes de dióxido de carbono (CO2e) a cada ano – um décimo do total de emissões de CO2 dos Estados Unidos. Ter gás natural nas residências também pode criar preocupações de saúde e segurança. Por exemplo, vazamentos podem resultar em envenenamento por monóxido de carbono, o que causa 400 mortes, 20.000 visitas a uma sala de emergência e 4.000 hospitalizações na América anualmente, de acordo com os Centros para Controle e Prevenção de Doenças.

Em suma, os edifícios são responsáveis ​​por mais de um bilhão de toneladas de emissões anuais de CO2e – tudo porque queimamos um gás altamente explosivo em nossos fornos, aquecedores de água quente, secadores de roupa, fogões e lareiras.

Os Estados Unidos estão fazendo progressos significativos na substituição do carvão por energia limpa, com o uso de carvão em geral caindo de mais de 50% da geração de eletricidade para menos de 30% em menos de uma década. Enquanto a rede ficou mais limpa na última década ao reduzir o carvão e aumentar as fontes renováveis ​​de eletricidade, como eólica e solar, ainda há um longo caminho a percorrer antes que a nossa rede se torne livre de carbono. O relatório RMI de Economia de Eletricidade de Edifícios mostra claramente que eletrificar o estoque de construção hoje resultará em reduções de carbono na maioria dos Estados Unidos e, nos bolsos do país onde a energia de carvão ainda é uma porção significativa do mix de eletricidade, esperamos que as usinas de carvão serão fechadas no futuro previsível.

Figura 1: Mudança na Composição da Grade na Última Década

Fonte: Administração de Informações sobre Energia dos EUA

A eletrificação é possível em climas frios?

Assim como a grade melhorou na última década, a tecnologia de construção também aumentou. As bombas de calor de clima frio podem aquecer efetivamente as casas, mesmo quando as temperaturas externas atingem -12 ° F, com o calor suplementar de resistência elétrica como reserva quando realmente necessário. Em nossa análise, o calor suplementar foi utilizado apenas 3% do tempo em Bozeman, Montana (representando a zona climática 6) e 10% do tempo em Duluth, Minnesota (representando a zona climática 7).

Os aquecedores de água com bomba de calor (HPWH) também utilizam calor de backup de resistência elétrica para quando a tecnologia de bomba de calor sozinha não pode atender aos valores de temperatura da água, seja devido a um sistema subdimensionado ou à temperatura ambiente estar muito baixa. Em climas frios, as HPWHs devem ser colocadas em ambientes fechados para que não estejam utilizando calor de resistência elétrica excessivamente. A colocação de HPWHs em ambientes internos elimina a necessidade de aquecimento de reserva de resistência elétrica, mas aumenta a quantidade de aquecimento de espaço necessário. A boa notícia é que, em ambos os locais de clima frio estudados, as bombas de calor foram capazes de manter o espaço e o aquecimento da água a temperaturas desejadas.

Quão econômicas são as casas totalmente elétricas de energia zero em climas frios?

Apesar de a eletrificação ser tecnicamente viável, apenas 8% de todas as residências existentes são servidas por aquecimento elétrico espacial em climas frios e menos de 1% são servidas por bombas de calor. Isso é provavelmente devido à eletrificação, resultando em contas mais altas quando não é implementada como parte de uma estratégia de projeto altamente eficiente e integrada. Modelamos uma linha de base totalmente elétrica e uma linha de base de gás natural nas zonas climáticas 5, 6 e 7, com as duas linhas de base atendendo aos padrões de código de energia da IECC 2009. Descobrimos que, enquanto os custos iniciais tendem a ser menores para uma linha de base totalmente elétrica, as contas de energia foram significativamente maiores em climas mais frios.

Curiosamente, você pode atravessar essa barreira econômica perseguindo níveis mais profundos de eficiência e adicionando energia solar fotovoltaica. Na Tabela 1, comparamos um código de linha de base elétrica, uma casa elétrica com energia zero (EZ) e uma casa elétrica com zero energia pronta (EZR) para uma casa de base de gás natural usando o valor presente líquido do custo inicial, a economia de conta de energia ao longo de 12 anos (os proprietários típicos planejam ficar em suas casas) e 30 anos (a duração típica da hipoteca). Definimos uma casa de EZ como uma casa que produz tanto energia renovável quanto usa ao longo de um ano e uma casa EZR como uma casa que é tão eficiente quanto uma casa EZ, mas sem renováveis.


Tabela 1: Valor Agregado na Revenda e Hipoteca Comparado a uma Linha de Base IECC 2009 com Aquecimento do Gás Natural

Descobrimos que, em todos os casos, a busca de residências EZR era mais econômica do que apenas eletrificar equipamentos de aquecimento de espaço com equipamentos compatíveis com código e, em climas mais frios, realmente mudava a economia da eletrificação de dolorosa para proprietária para benéfica.

Casas EZ contou uma história econômica mais interessante. Durante o período de revenda, eles se comportaram economicamente de maneira bastante semelhante a simplesmente eletrificar o equipamento de aquecimento com o equipamento de linha de base de código, exceto na zona climática 7, onde as residências da EZ eram muito mais econômicas. Usando o prazo de hipoteca de 30 anos, as residências EZ são mais econômicas do que as residências EZR e elétricas. Vale ressaltar que, embora essa análise inclua o crédito fiscal federal para investimento em energia solar, ela não inclui incentivos locais nem economias resultantes da eliminação das conexões de gás, o que ajudaria as residências EZ a equilibrar as casas de gás natural ainda mais cedo.

Olhando para o futuro

A eletrificação é uma estratégia necessária para alcançar nossas metas de ação climática e saúde pública. Embora os níveis profundos de eficiência possam tornar a eletrificação em casas recentemente construídas econômica hoje em dia, os construtores podem precisar de um empurrão de formuladores de políticas e concessionárias para se sentirem à vontade para mudar seus projetos do gás natural de negócios nesses locais de clima frio. Os formuladores de políticas e empresas públicas devem parar de incentivar novas conexões e aparelhos a gás. Além disso, as concessionárias devem parar de socializar o custo das extensões de infraestrutura de gás por meio de suas bases de taxas. Em vez disso, eles devem começar a fornecer incentivos para os proprietários de casas e construtores eletrificarem, inclusive oferecendo autorização rápida para equipamentos elétricos, mais incentivos financeiros e assistência técnica e treinamento para a força de trabalho.

A boa notícia é que muitas cidades entendem a importância da eletrificação e estão desenvolvendo políticas para promovê-la, o que resultará em um estoque de construção mais seguro e descarbonizado.