为了探索电气化作为缓解气候平均状态随时间的变化的策略，我们研究了美国住宅热泵的采用情况，同时考虑到美国目前的住房存量。

  我们的研究询问 (a) 采用热泵的成本和收益如何随着渗透率的增加而演变，(b) 考虑到当今的住房存量、电网、能源价格和热泵技术，采用多少热泵采用率是经济的，以及 (c ) 改变政策、创新和技术改进可能对热泵采用产生什么影响。我们通过模拟美国 55 个城市中每个城市的 400 个代表性独户住宅在采用热泵前后的能耗来回答这些研究问题。个人会使用能源价格、二氧化碳排放量、标准空气污染物对健康的损害以及峰值电力需求的变化来量化每个房屋热泵改造的成本和收益。根据结果得出，32% 的美国房屋会从安装热泵中获得经济效益，70% 的美国房屋能够最终靠安装热泵减少排放损害。

  我们表明，采用热泵的潜力因电网、气候、基线供暖燃料和住房特征而异。基于这些结果，我们确定了战略、技术和政策见解，以刺激美国住宅供暖行业的高热泵采用率和深度电气化，由此减少二氧化碳排放和气候平均状态随时间的变化的影响。

  热泵的采用与脱碳非常吻合。在某些情况下，这种一致性很弱——对于8%的美国家庭来说，采用热泵要么增加二氧化碳排放量，要么产生非常高的减排成本。虽然美国各地的普遍热泵采用价值值得怀疑，但80%-90%的高采用率可能会经济高效地减少温室气体排放。

  然而，考虑到目前的能源价格、电网排放预测和热泵技术，我们得知如此高的采用率不太可能。从私人经济的角度来看，我们得知热泵的采用为21%的美国单户住宅带来了净经济效益。如果包括现有热泵的房屋，这相当于32%的总采用率。从公益的角度来看，我们得知采用热泵的气候和健康综合NPV对美国70%的非热泵住房存量是正的。考虑到为应对增加的峰值电力需求而建立电网的成本，这一比率可能会降低：这是许多城市将经历的后果。

  因此，我们得知热泵作为脱碳工具的优点，但实现高采用率存在许多障碍。然而，我们的分析揭示了克服这些障碍的关键技术、政策和战略见解，所有这些障碍不仅适用于美国，也适用于其他几个国家或司法管辖区：

  • 首先解决温和气候问题：在混合和沿海气候中采用热泵（见图1）显示出强大的私人经济潜力和有限的公共损害。在中等排放的电网中尤其如此。此外，气候温和的城市不太可能看到峰值电力需求或相关电网固化成本的飞速增加。

  • 最后解决寒冷气候问题：在寒冷气候下采用热泵（见图 1）表明私人经济潜力薄弱且对公共利益造成重大损害。此外，寒冷气候中的城市更有可能看到电力需求高峰和相关的电网稳定成本急剧增加。例外情况是安装热泵来替换电阻加热器：这种改造通常会降低房主成本、减少排放并减少峰值电力需求。

  • 加快减少电力部门的排放：努力减少发电厂的标准空气污染物和构建零碳或低碳发电将加强采用热泵的公共案例。这些努力进展得越快，热泵的高采用率就会变得越有利。在现存技术是燃油或电阻热的情况下，即使在当前的电网情况下，改用热泵也可能对环境和经济有益。

  • 支付中效热泵技术的成本：资本成本的小幅降低和效率的小幅提高可以大幅度提高采用率。这些能够最终靠政策来实现，例如降低安装成本的行业培训、降低技术成本的研发、第一先考虑效率更加高的装置的补贴，或激励二氧化碳净排放量减少的奖励。

  • 关注合适的住房存量市场：一些房屋类型比其他房屋类型从采用热泵中获益更多。例如，在美国，天然气改造在中等效率的房屋（1970-1989 年份）中似乎最有希望，在小型（1500 SF）、较旧（1990 年代以前的年份）房屋中进行石油和丙烷改造，以及大型（ 2500 SF）旧（1970 年代前复古）房屋中的电阻加热器改造。

  有针对性的战略、技术和政策举措能支持热泵的高采用率和住宅供暖行业的深度电气化。随着电网变得更清洁，电气化将大幅度减少二氧化碳排放量。