沈陽市王士蘭村分布式能源自供給系統(tǒng)發(fā)展模式的啟示

劉中秋

(遼寧省農業(yè)發(fā)展服務中心農村能源環(huán)保事業(yè)部,遼寧 沈陽 110034)

習近平同志在中央財經領導小組第十四次會議上提出農村能源革命的概念,并強調推進北方地區(qū)清潔采暖等6 個問題。“十九大”報告又提出了鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略。鄉(xiāng)村沒有現(xiàn)代化的能源利用體系,農村能源革命就無從談起,鄉(xiāng)村振興更無從談起,抓好農村用能問題具有重大意義?！耙虻刂埔?、多能互補、綜合利用,講求效益”是農業(yè)部提出的農村能源建設指導方針。尤其是多能互補,特別適用于現(xiàn)階段農村能源突破局限,實現(xiàn)新增長,提高效益,擴大戰(zhàn)果。多能互補對提高農村能源技術的生存能力和綜合效益方面具有重要意義。

近年來,遼寧省著力打造分布式能源自供給系統(tǒng),以村為基本單元,推廣農村能源多能互補模式,試點村基本達到生活能源自給自足。為了研究遼寧省多能互補利用模式,下面以沈陽市李相街道王士蘭村為例進行研究分析。

1 王士蘭村概況

王士蘭村位于沈陽市渾南區(qū),村域面積803.8 hm2,耕地373.3 hm2,人口1 560 人,人均收入21 200 元。2017年,該村被列為全球清潔爐灶炕聯(lián)盟試點,開展了北方農村戶用清潔采暖模式及其他采暖新技術建設。

1.1 農村能源發(fā)展概況

2015 年開始,王士蘭村逐漸認識到發(fā)展再生清潔能源的重要性,該村把農村能源、生態(tài)建設與推進城鄉(xiāng)一體化、發(fā)展高效生態(tài)農業(yè)、發(fā)展鄉(xiāng)村旅游有機結合,把能源與生態(tài)融于一體發(fā)展。截至目前,圍繞加強農業(yè)基礎建設、促進農業(yè)穩(wěn)定發(fā)展和農民持續(xù)增收的目標,全村建設吊炕450 鋪、戶用沼氣池43 戶、戶用太陽能光伏發(fā)電52戶、太陽能采暖房32 戶(2 560 m2)、太陽能溫室大棚2座、源民合作社秸稈收儲點1 處;安裝節(jié)能炊事采暖爐350 臺、太陽能路燈260 盞、太陽能熱水器160 臺、太陽能殺蟲燈110 盞,改造衛(wèi)生廁所400 戶。2018 年,新建秸稈沼氣集中供氣工程1 處,全村使用上了管道燃氣。通過農村能源技術的推廣,不僅將王士蘭村打造成為生態(tài)文明的美麗鄉(xiāng)村,促進了農民增收節(jié)支,而且北方農村戶用清潔采暖模式、秸稈能源化利用和太陽能綜合利用技術的結合,基本使該村秸稈和畜禽糞污等農業(yè)廢棄物得到資源化利用,同時促進了農民炊事和采暖清潔化、便捷化,打造了區(qū)域內分布式能源模式,向“零碳村”目標邁進,為遼寧省在農村能源方面促進鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的實施,提供了很好的范本。

1.2 能源結構分析

王士蘭村年人均能源消費總量約為2.55 t 標準煤(表1)。

包括煤炭、電力、液化石油氣在內的商品能源是主要能源來源,占40%,其次秸稈、薪柴等生物質能源,占72%。室內取暖和炊事是最主要的兩大能源需求,占71%。在碳排放方面,農村家庭用電和用煤的碳排放量最高,超過70%。取暖是其中最主要的碳排放來源。

結論:王士蘭村居民家庭生活能源由單一型向多樣性、優(yōu)質型、清潔型轉變,農民生活環(huán)境大大改善,生活質量大大提高,生活能源獲取更加便捷,對環(huán)境污染越來越小;農戶對能源利用的觀念不斷更新,更加傾向于清潔高效的能源利用方式。

2 王士蘭村主要發(fā)展農村能源模式

王士蘭村農村能源系統(tǒng)分為3 大系統(tǒng),即采暖系統(tǒng)(取暖)、炊事系統(tǒng)(炊事)和太陽能綜合利用系統(tǒng)(熱水、照明、發(fā)電),基本覆蓋了農戶日常生活用能。

表1 2010 年和2017 年王士蘭村居民人均能源結構對比

2.1 采暖系統(tǒng)

遼寧省冬季氣候寒冷,采暖期長,經過幾年的試點示范,王士蘭村大部分農戶均建設了適合遼寧省氣候特點的北方農村戶用清潔采暖模式,受到了農民群眾的歡迎。該模式主要是將高效節(jié)能炊事采暖爐具+吊炕+水暖空調+暖氣打包推廣,形成了“四位一體”立體供暖模式。經過科學設計的節(jié)能爐和吊炕搭配,熱效率從老式炕灶的35%提升到75%以上,爐具單獨熱效率可達80%以上,遠遠超過土灶和普通煤爐。爐具爐膛設計合理,可燃用多種生物質燃料以及燃煤等。據(jù)調查,農戶原使用普通煤爐、老式炕和土暖氣取暖,戶均燒煤3 t,折合2 400 元,室內溫度在14～18 ℃左右;在建設北方戶用清潔采暖模式后,一個采暖季燒煤不到2 t,約1 600 元,室內溫度可維持20 ℃以上,節(jié)支800 元以上。戶均節(jié)省1 t 標準煤可減排二氧化碳2.62 t 二氧化硫8.5 kg、氮氧化物7.4 kg。農戶家中衛(wèi)生條件也大大改觀;吊炕多面散熱,溫暖舒適,水暖空調加熱迅速,清潔方便,徹底解決了炕熱屋冷的狀況,加上暖氣,在室外極溫條件下,四者結合可使室內溫度迅速達到20 ℃以上。通過模式建設,既能優(yōu)化用能結構,也能促進節(jié)能減排,同時保護了資源環(huán)境。

該模式整體造價在5 000 元左右,其中采暖爐800元、吊炕2 000 元、熱水空調1 000 元,暖氣1 000 元,安裝費用200 元。假設政府每戶補貼2 500 元,農戶自籌2 500 元。以煤為燃料計算,每年可節(jié)約標準煤1 t,約800元,農戶自籌部分3 年即可收回全部成本,投資回收率達35%以上。如農戶部分燃料使用玉米芯、薪柴等,成本基本可忽略不計,2 年即可收回成本,推廣前景較好;如政府不補助,農戶大約6 年可收回成本,投資回收率16%以上,但生活環(huán)境的改善和居民健康的價值遠超投資價值。

該村在現(xiàn)有的北方農村戶用清潔采暖模式基礎上,還探索了新的戶用采暖模式:太陽能集熱器與節(jié)能爐、吊炕相結合。將節(jié)能爐與吊炕、暖氣及太陽能集熱器連接,白天利用太陽能集熱器與暖氣進行供暖,晚上采用節(jié)能爐與暖氣、吊炕進行供暖,年可節(jié)省50%燃煤;在秸稈沼氣集中供氣工程達產后,將繼續(xù)推廣燃氣壁掛爐等采暖方式。2019 年,王士蘭村開始建設民宿和村民集中上樓工程,供暖面積1.3 萬m2,住戶150 戶,將同步建設秸稈打捆直燃集中工程,把秸稈作為燃料實現(xiàn)集中供暖。

2.2 炊事系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要以秸稈沼氣集中供氣的方式實現(xiàn),輔助用液化氣、電等。

王士蘭村大型秸稈沼氣工程實現(xiàn)了全村集中供氣。該工程將秸稈和糞便作為原料進行發(fā)酵,產生的燃氣通過管道輸送到農戶。采取運作模式是農戶可以購買燃氣,也可用秸稈換燃氣。計劃2 元/m2。目前,王士蘭村家庭年均用氣成本880 元左右,如果用沼氣,每戶每天用氣0.8 m3,全年利用沼氣292 m3,用氣成本在584 元左右,年可節(jié)支300 元左右。秸稈沼氣工程不僅使農戶用上了方便的管道燃氣,廚房變得美觀干凈,也使得周邊秸稈找到消耗出口,解決了秸稈焚燒問題。沼液沼渣還可以作為肥料,用于500 余棟大棚生產無公害蔬果,發(fā)展綠色生態(tài)循環(huán)農業(yè)。

2.3 用電照明系統(tǒng)

太陽能綜合利用系統(tǒng)主要是解決農戶的輔助取暖、用電、照明等方面需求。主要技術內容以戶用分布式光伏發(fā)電技術、太陽能熱水蓄熱技術、太陽能采暖房技術等,3 種技術可整合為太陽能節(jié)能建筑一體化技術。

太陽能光伏發(fā)電是分布式能源自供給系統(tǒng)不可或缺的部分。王士蘭村有52 戶居民安裝了光伏發(fā)電,戶均裝機5 kW·h,建設投資4 萬元左右。每戶日收入在20 元左右,年發(fā)電增加收入5 000 元以上,投資回報率在12%～17%左右,不僅能抵消用電成本,還能實現(xiàn)盈余。項目建設分為兩種模式:一種是農戶自己投資,年獲發(fā)電補貼5 000 元左右;另一種與企業(yè)合作,由企業(yè)承擔80%的建設投資,省級和農戶各承擔10%投資,運行階段由企業(yè)運作,每年給農戶發(fā)放發(fā)電補貼,農戶在4～5 年收回自籌部分成本。企業(yè)收回成本后,產權歸農戶。

王士蘭村不少農戶均建設了太陽能采暖房。據(jù)入戶調查,太陽能采暖房比普通民房投資增加10%～15%左右。在無輔助熱源的情況下,比普通房室內溫度高5～8 ℃左右,室內外溫差達到15 ℃以上。太陽房可以節(jié)約標準煤0.0133 t/m2。按照戶均80 m2計算,每年每戶就可節(jié)約1.06 t 標準煤,節(jié)支848 元。太陽能熱水器可以為農民洗浴提供熱水,也可以作為地熱熱源。據(jù)測算,太陽能熱水器年可節(jié)約標準煤0.12 t/m2。太陽能采暖房和太陽能熱水器一次投資,長久受益。在照明方面,王士蘭村的主要街道、文化廣場等地點已經基本全部安裝了太陽能路燈,極大方便了農民夜間出行。太陽能綜合利用技術的發(fā)展,大大提升了王士蘭村農民的生活品味和質量,同時創(chuàng)造了額外收益。

3 存在問題分析

3.1 從長遠來看,煤改電、煤改氣是清潔用能的大趨勢,但由于使用電和氣的成本較高,存在冬季取暖時期供應不足的問題,效果也還有不盡如人意之處。農村清潔用能仍需遵循“因地制宜、多能互補”的方針,充分利用當?shù)氐馁Y源,根據(jù)當?shù)氐馁Y源條件和居民可承受力選擇適合當?shù)氐募夹g路線和方式。在農村地區(qū),最終方向還是因地制宜、多能互補。

3.2 農村能源技術存在一定公益性,投資回收期較長,一次性投入較大,在沒有政府引導的情況下,農戶自發(fā)建設意愿不足。政府未來還需綜合運用政策引導加市場化機制,推動炊事采暖用能盡快清潔化、優(yōu)質化、再生化,確保這一民生工程走得穩(wěn)、走得遠。

3.3 就人居環(huán)境整治來說,農村地區(qū)垃圾和污水如何處理仍然是難題,農村能源技術具備解決兩大問題的能力,但目前探索建設和積極介入的省市還很少。采用農村地區(qū)大量的有機垃圾、糞便、污水等資源生產生物燃氣是實現(xiàn)農村燃氣化的低成本供氣模式,也是解決農村地區(qū)垃圾、污水問題的有效手段。

3.4 農村能源與農業(yè)發(fā)展結合不夠,沒有真正融入農業(yè)發(fā)展大循環(huán)里,導致越干越窄、越干越沒后勁的情況。農村能源須將能源建設和解決農村生態(tài)環(huán)境問題相統(tǒng)一,必須是以解決秸稈、糞便、垃圾等農業(yè)廢棄物的角色融入大農業(yè)循環(huán),充分發(fā)揮其在秸稈綜合利用、循環(huán)農業(yè)、垃圾處理、美麗鄉(xiāng)村建設、小城鎮(zhèn)建設等方面的重要作用,才能有廣闊的發(fā)展前景,才能步入持續(xù)發(fā)展快車道。

4 下一步建議

4.1 開展北方清潔炊事取暖新農村建設

根據(jù)農村用能分散、小型的特點,應推廣適合當?shù)亟洕?、資源條件的清潔炊事取暖技術,適應當前農業(yè)農村轉型形勢,把提高效率、降低使用成本、降低環(huán)境污染、方便衛(wèi)生作為主要目標。在炊事方面,以秸稈、糞便等農業(yè)廢棄物以及有機垃圾為原料,以氣化、發(fā)酵為手段,重點發(fā)展門站式、集中式供氣,探索市場化運營機制;在取暖方面,對于分散農戶,推廣以節(jié)能爐具為技術核心的成熟的采暖模式,以及秸稈成型燃料、清潔型煤等燃料,加大中央和省級政策、資金扶持力度。建議對北方農村戶用清潔取暖模式先行立項,每戶補助2 500 元,地方和農戶自籌2 500 元;試點推廣空氣源熱泵、地源熱泵、太陽能取暖等其他高效率取暖技術;對于集中上樓的和鄉(xiāng)鎮(zhèn)村公共場所,結合秸稈能源化利用示范縣建設,重點發(fā)展秸稈直燃供暖技術,每個試點補助20 萬元,中央補助比例為不高于50%,主要用于鍋爐購置和鍋爐房改造等。

4.2 大力發(fā)展分布式能源

短期內商品化能源在農村地區(qū)仍然無法滿足需求。隨著新農村建設,利用各種可再生能源利用方式和技術進行系統(tǒng)集成形成集約化的分布式能源系統(tǒng)是必然發(fā)展趨勢。建議開展分布式能源試點村建設,每個村屯、鄉(xiāng)鎮(zhèn)能源體系自成系統(tǒng),部分能源消耗依靠太陽能、生物質能、風能等實現(xiàn)自我供給,不足部分靠電力、化石能源補充,實現(xiàn)60%以上能源消耗靠可再生能源供應。

4.3 拓展農村能源生態(tài)保護功能

進入生態(tài)文明時代,農村能源已經不僅僅是解決用能短缺問題,必須發(fā)揮其生態(tài)保護和循環(huán)利用的功能,才能保證持續(xù)發(fā)展。探索通過沼氣發(fā)酵、垃圾氣化等技術處理農村垃圾和糞便的模式,建設垃圾、糞便處理試點,試點村垃圾進行分類,可利用部分與糞便均投入沼氣池進行發(fā)酵,或氣化,不可利用部分集中處理,形成垃圾處理機制。通過農村能源建設實現(xiàn)對秸稈、糞便、垃圾等廢物群的處置處理。建議每個試點補助100 萬元。

4.4 因地制宜差別化發(fā)展農村能源

農村能源建設項目種類比較多,各個地區(qū)因為資源、生活習慣等不同,對能源項目的需求也有很大差別。對于城市周邊經濟發(fā)達的農村地區(qū),可先行炊事取暖“電氣化”;對于落后貧困地區(qū),往往這些地區(qū)也是資源有限、生態(tài)環(huán)境脆弱的地區(qū),建議結合扶貧項目,建立保障能源供應的政策體系,充分利用當?shù)氐目稍偕茉?例如秸稈、糞便,建立分布式能源體系,增加商品能源供應,逐步改善生態(tài)環(huán)境和農戶用能習慣。

4.5 加強調查研究,做好頂層設計

在項目推廣前要充分進行調查研究,對農戶的需求進行充分了解,對于符合當?shù)貤l件,深受百姓歡迎的新能源項目,不但要持續(xù)推廣,更應該加大推廣力度。同時,要做好頂層設計,必須掌握真實情況和數(shù)據(jù)。應委托專業(yè)部門對農村能源資源有多少、可實現(xiàn)轉化程度有多少、農村未來的能源需求、各地農村能源項目需求等進行調查,深入研究,摸清第一手數(shù)據(jù),對農村能源正確定位,搞清楚這些之后再提出下一步工作思路和目標。這樣更有說服力,也體現(xiàn)科學發(fā)展的理念。