المضخات الحرارية تستعد لتسريع تحول الطاقة الخضراء في مينيسوتا

في أكتوبر الماضي، عندما تعطلت غلاية البروبان القديمة في 23 Hardware and Lumber في Askov، قام المالك سكوت بيترسون بشيء يقول العديد من الخبراء إنه مهم لمينيسوتا لمكافحة تغير المناخ والوصول إلى أهداف خفض غازات الدفيئة.لقد استبدلها، ليس بغلاية أو فرن تقليدي، بل بمضخة حرارية كهربائية مصدرها الهواء.

لم يفعل ذلك لإنقاذ الكوكب.لقد فعل ذلك لتوفير المال – وللحصول على مكيف الهواء لأول مرة.

وبعد عام واحد، أصبح سعيدًا لأنه قام بالتبديل.لقد اعترف بأنه تعرض لصدمة شديدة عندما حصل على عرض أسعار لنظامه الجديد، والذي يتضمن المضخة الحرارية، ومجاري الهواء الجديدة، وفرن البروبان الاحتياطي.

قال بيترسون: "لكن، كما تعلم، إذا كنت توفر ما بين ألفين إلى ثلاثة آلاف سنويًا من شراء البروبان، فلن يستغرق الأمر وقتًا طويلاً لدفع ثمنه".

وفي الوقت نفسه، قال إن فاتورة الكهرباء زادت بشكل متواضع، بحوالي 20 إلى 30 دولارًا شهريًا.

لم يكن بيترسون قد سمع الكثير عن المضخات الحرارية قبل أن يتحدث مع كريس براشار، المالك المشارك لشركة D&E Heating and Air Conditioning في هينكلي، والذي قام بتركيب نظامه الجديد.قال براشار إن عددًا قليلاً من العملاء لديهم.

لكنه قال إنه بمجرد أن يشرح مدى كفاءتها - والحوافز المالية المتاحة - يصبح من السهل بيعها، خاصة بالنسبة للعملاء الذين يرغبون في استبدال مكيف الهواء.

"بعد أن تشرح لهم المزايا التي يحصلون عليها، والحوافز الضريبية، والحسومات، بصراحة، ليس من المنطقي تركيب مكيف هواء مستقيم."

شهدت ولاية مينيسوتا طفرة في تركيب المضخات الحرارية منذ عام 2019، تغذيها الطاقة المتجددة وفورات في التكاليف والتحسينات التكنولوجية التي تمكن المضخات الحرارية من العمل بكفاءة حتى في فصول الشتاء القاسية في ولاية مينيسوتا.

الآن، مع وجود حوافز اتحادية وحكومية إضافية في طور الإعداد لعام 2024 والتي يمكن أن تقلل من تكلفة المضخة الحرارية بمقدار 12000 دولار أو أكثر، يستعد القائمون على التركيب لطفرة نمو أكبر.

قال تشاد طومسون، صاحب شركة Twin Ports Custom Climate في سوبريور بولاية ويسكونسن: "عندما تقوم بتضمين جميع الحسومات والإعفاءات الضريبية المتاحة، فهذا أمر لا يحتاج إلى تفكير".

"خاصة إذا كنت تقوم بالفعل بوضع مكيف الهواء في منزلك، فيجب أن يكون مضخة حرارية."

الحرارة المتحركة

في كل يوم شتاء في ولاية مينيسوتا، تشتعل عشرات الآلاف من الحرائق الصغيرة في المنازل والمباني في جميع أنحاء الولاية.يقوم معظمهم بحرق الغاز الطبيعي، أو البروبان، في الأفران والغلايات، وتحويل ذلك الوقود الأحفوري إلى حرارة.

وعلى النقيض من ذلك، لا تنتج المضخة الحرارية حرارة على الإطلاق.إنه يحركها.التكنولوجيا موجودة منذ عقود.

"ثلاجتك، على سبيل المثال، عبارة عن مضخة حرارية.وأوضح جون سوليفان، الذي يقود خدمات العملاء والبرامج في شركة Minnesota Power: "إنها تستخرج الحرارة من داخل ثلاجتك وتضعها في الخارج، داخل مساحة المعيشة الخاصة بك".

وتقوم المضخة الحرارية ذات مصدر الهواء بنفس الشيء.يمكنه تبريد منزلك مثل مكيف الهواء، حيث يأخذ الحرارة من داخل منزلك ويودعها في الخارج.

ولكنه يحرك الهواء أيضًا في الاتجاه المعاكس.حتى في أيام الشتاء الباردة، هناك حرارة في الهواء الخارجي.تستخرج المضخة الحرارية الهواء الدافئ وتنقله داخل منزلك لتسخينه.

"وهذا يسمح لنا بالحصول على تدفئة وتبريد فعالين من نظام واحد.وقال سوليفان: "إنه فريد جدًا جدًا من حيث كيفية إنتاج الحرارة مقارنة بأنظمة التدفئة البديلة الأخرى".

وقال رابي فاندرجون، مدير مبادرة المضخات الحرارية بمصدر الهواء في مركز الطاقة والبيئة، بما أن مضخة الهواء تحرك الحرارة، بدلاً من توليدها، "فيمكنها العمل بكفاءة تتراوح بين 150 إلى 400 بالمائة".

المضخات الحرارية تستخدم الكهرباء.ولكن مع إنتاج المزيد من الكهرباء من مصادر خالية من الكربون مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية، فهذا يعني أن المضخات الحرارية ستنتج بشكل متزايد عددًا أقل بكثير من انبعاثات غازات الدفيئة.وأصدر مشرعو الولاية قانونًا في وقت سابق من هذا العام لإنتاج كهرباء خالية من الكربون بنسبة 100 بالمائة بحلول عام 2040.

وهذا أمر بالغ الأهمية، لأن انبعاثات الغازات الدفيئة من المنازل والمباني السكنية في ولاية مينيسوتا قد زادت 14 بالمائة في السنوات الأخيرة.تستخدم المباني حوالي 40 بالمائة من الطاقة المولدة في ولاية مينيسوتا.

وقال بيت ويكوف، مساعد المفوض الفيدرالي وحكومات الولايات: "لتحقيق هدفنا كدولة بصافي انبعاثات صفرية بحلول عام 2050، سنحتاج إلى معرفة كيفية تدفئة منازلنا بطرق لا تنتج انبعاثات". المبادرات مع وزارة التجارة في ولاية مينيسوتا.

"تعد المضخات الحرارية أداة مهمة للغاية لتحقيق هذا الهدف."

المناخ البارد

لسنوات، أعاق المناخ البارد في ولاية مينيسوتا المضخات الحرارية ذات مصدر الهواء من الحصول على موطئ قدم أوسع.إنهم ببساطة لا يستطيعون الحفاظ على المنزل دافئًا بدرجة كافية عندما تنخفض درجات الحرارة.

وقال سوليفان إن هذا تغير خلال السنوات العشر إلى الخمس عشرة الماضية.

"إننا نرى أنظمة تم تصنيفها الآن إلى سالب 20 (درجة فهرنهايت)، أو حتى أقل.وهو أمر مدهش نوعًا ما أن نفكر فيه، أنه لا يزال هناك ما يكفي من الحرارة التي يمكنك استخراجها لتدفئة المنزل.

قال سوليفان إن هناك بعض المنازل التي يتم تسخينها بشكل سلبي وتتميز بكفاءة عالية في استخدام الطاقة ومقاومة للعوامل الجوية ولا يمكن العيش فيها إلا بمضخة حرارية.

لكن القائمين على التركيب يوصون بالاحتفاظ بنسخة احتياطية - إما حرارة كهربائية، أو فرن أو غلاية، والتي في السيناريو النموذجي ستوفر حوالي 10 إلى 20 بالمائة من حرارة المنزل على مدار عام.

"إذا انكسر شيء ما، أولاً، فهذا ليس حلاً سهلاً، عادةً.ثانيًا، في نهاية المطاف، سيتغلب فصول الشتاء في مينيسوتا لدينا على المضخة الحرارية ذات مصدر الهواء.

وقال طومسون في تجربته، يمكن للمضخة الحرارية القياسية أن تسخن جيدًا إلى حوالي خمس درجات تحت الصفر.لكن التكنولوجيا تتحسن بسرعة.

وقال طومسون: "قبل خمس إلى سبع سنوات فقط لم يكن لدينا أي شيء يمكنني تركيبه بأمان بحيث تكون درجة الحرارة أقل من 20 درجة (فوق الصفر)".

وفقًا لطومسون، فإن التكلفة الأولية لتركيب مضخة حرارية قد تزيد بنسبة 20 بالمائة تقريبًا عن فرن الهواء القسري القياسي الذي يعمل بالغاز الطبيعي.لكن المنازل التي تقوم بتركيب مضخة حرارية يمكن أن تتوقع توفيرًا بنسبة 25 بالمائة تقريبًا في تكاليف التدفئة السنوية.

يمكن أن تختلف هذه الأرقام على نطاق واسع.المضخات الحرارية ليست الحل الأفضل لكل منزل.بالنسبة للبعض، وخاصة أولئك الذين يقومون بالتدفئة باستخدام أنظمة الغاز الطبيعي الفعالة، قد لا يؤدي ذلك إلى توفير الكثير من التكاليف.

لكن الخبراء يقولون إن أولئك الذين يسخنون باستخدام البروبان، أو التدفئة الكهربائية، يمكن أن يتوقعوا توفيرًا كبيرًا يصل إلى 50 بالمائة سنويًا، وفقًا لـ تعاونية مينيسوتا لمضخة الحرارة لمصدر الهواء.

هناك أيضًا حوافز كبيرة لإغراء أصحاب المنازل بالاستثمار في المضخات الحرارية.يتيح الائتمان الضريبي الفيدرالي الحالي بنسبة 30 بالمائة للعملاء توفير ما يصل إلى 2000 دولار على النظام.تقدم المرافق حاليًا خصومات تصل إلى 1000 دولار أو أكثر.

وفي عامي 2019 و2020، تضاعفت المشاركة في برنامج الخصم على المرافق في جميع أنحاء ولاية مينيسوتا، حسبما قال فاندرجون من مركز الطاقة والبيئة، الذي يدير تعاونية المضخات الحرارية.

كما نما اعتماد المضخات الحرارية في عام 2021.منذ ذلك الحين تم تسويته.ولكن على المستوى الوطني، هناك الآن مضخات حرارية تباع سنويًا أكثر من الأفران التقليدية."لقد انقلب ذلك لأول مرة في عام 2022.وقال فاندرجون: “لم يتراجع الأمر منذ ذلك الحين، بل يستمر حتى اليوم”.

ومن المتوقع أن يتسارع هذا الاتجاه مع استعداد وزارة التجارة في ولاية مينيسوتا لطرح حوافز وحسومات إضافية على مستوى الولاية والفدرالية.

اعتمادًا على مستوى الدخل، سيكون أصحاب المنازل مؤهلين قريبًا للحصول على الخصم الفيدرالي ما يصل إلى 8000 دولار، وخصم حكومي يصل إلى 4000 دولار.ستكون الحسومات الفيدرالية الإضافية متاحة أيضًا لعمليات التعديل التحديثي للمنازل التي تؤدي إلى تحسين الكفاءة، بما في ذلك تركيبات المضخات الحرارية.

قال ويكوف: "نحن نعمل على زيادة عدد الموظفين من حيث الاستعداد لتقديم هذه البرامج"، مضيفًا أن موظفًا جديدًا للمضخات الحرارية بدأ للتو الأسبوع الماضي.

"نحن بعيدون قليلاً عن الواقع الوقوف على البرنامج, لأنه كان هناك شيء من التأخير من الجانب الفيدرالي.كل شيء سوف ينجح في النهاية.ولكن ابحث عن طرح نأمل أن يكون في وقت ما في عام 2024.يجب أن يتم طرحه بحلول أوائل عام 2025."

عندما يحدث ذلك، يتوقع القائمون على التثبيت مثل Thompson أن يكونوا مشغولين.وهو يعتقد أن المضخات الحرارية ستكون مصدر التدفئة الأكبر في الولايات المتحدة.خلال العقدين المقبلين.

قال طومسون: “هذه ليست رصاصة فضية”."ولكن إذا تم استخدامها بشكل صحيح، وتم إعدادها بشكل صحيح وتركيبها بشكل صحيح، فيمكنها أن تأخذ جزءًا كبيرًا من تكاليف التدفئة لدينا، وبصمتنا الكربونية."

مصدر : أخبار إم بي آر