我國鄉(xiāng)村碳中和發(fā)展目標與技術路徑

楊旭東

當前我國農(nóng)村建筑能耗約占全國建筑總能耗的四分之一，農(nóng)村能源消費以散煤和生物質直接燃燒為主，總量約每年3億噸標準煤，其燃燒過程排放大氣污染物和溫室氣體，對改善空氣質量、降低碳排放和保護人民健康帶來了巨大挑戰(zhàn)。農(nóng)村用能有鮮明的時代特色，1985年以前商品能還沒有大量進入農(nóng)村，此時農(nóng)村是“柴時代”;改革開放后隨著農(nóng)民收入的提升開始大量使用散煤，到現(xiàn)在仍然屬于煤時代;未來預測則將進入電氣化時代。

在我國“碳達峰、碳中和”目標和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的背景下，農(nóng)村能源領域需要發(fā)生根本性的變革，亟需發(fā)展先進技術，建立低碳清潔能源體系，解決農(nóng)村用能和環(huán)境問題，提高農(nóng)民生活水平，改善農(nóng)村人居環(huán)境。因此，研究建立農(nóng)村低碳清潔能源體系及發(fā)展相關的技術具有深遠意義。

農(nóng)村清潔供暖的“四一”模式

從減碳目標來衡量，我國農(nóng)村碳排放重點區(qū)域和農(nóng)村采暖區(qū)域高度重合，因此農(nóng)村能源轉型重要抓手是先做好清潔取暖和散煤治理工作，而解決北方農(nóng)村清潔取暖問題需要從我國農(nóng)村的實際出發(fā)，走可持續(xù)發(fā)展之路。清華大學建筑節(jié)能研究中心經(jīng)過多年探索與實踐，提出了農(nóng)村清潔取暖的“四一”模式。如圖所示，即每戶建筑節(jié)能和取暖設備改造總初投資平均不超過一萬元、無補貼的年取暖運行費不超過一千元、設備一鍵式智能化操作、建立一個頂層規(guī)劃的創(chuàng)新模式，該模式已經(jīng)分別在河南鶴壁市及山東省商河縣等地成功示范。

“四一”模式由一系列關鍵技術支撐，包括按需靶向圍護結構節(jié)能改造技術、低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風機技術、戶用生物質成型燃料清潔取暖（炊事）技術等。例如按需靶向圍護結構節(jié)能改造技術，針對農(nóng)村采暖部分時間、部分空間的特征，形成了靶向傳熱抑制技術和經(jīng)濟型菜單式鄉(xiāng)村建筑圍護結構改造方案，實現(xiàn)源頭上節(jié)能減碳。針對常住房間進行節(jié)能改造，通過模擬分析和優(yōu)化，對每一單項節(jié)能改造帶來的效果和初投資進行對比分析，形成菜單式改造方案。

低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風機技術歷經(jīng)十余年的探索和研發(fā)，在農(nóng)村地區(qū)的應用能夠滿足在超低溫環(huán)境下正常工作，尤其北方地區(qū)零下20℃～30℃時仍能正常供暖，而且節(jié)能效果非常顯著，能效比在華北地區(qū)能夠達到3左右，比常規(guī)電直熱采暖節(jié)能約三分之二。即使超低溫室外溫度在零下30℃以下也能夠滿足正常供熱需求，同時兼顧夏季制冷。空氣源熱泵熱風機操作簡單，即開即用按需調溫，能夠促進農(nóng)戶行為節(jié)能。此外還能滿足農(nóng)宅熱舒適的需求，通過優(yōu)化制熱氣流組織，采用雙風口落地式室內機，下風口產(chǎn)生地暖的效果，上面風口產(chǎn)生迅速加熱室溫的效果。目前空氣源熱泵熱風機產(chǎn)品價格不斷優(yōu)化和降低，達到四五千元一臺的水平，其較高的能效比也使得對電網(wǎng)改造要求較低，因此各地對熱泵熱風機的重視程度正在不斷提升。

建立農(nóng)村低碳清潔能源體系

農(nóng)村碳中和應該是更加合理的生活狀態(tài)和更加科學的用能統(tǒng)一，包括節(jié)能、減碳、經(jīng)濟、舒適和降污五位一體。未來農(nóng)村低碳清潔能源體系的建立，除了持續(xù)在用能側開展建筑節(jié)能、提高終端用能設備效率、降低污染物及碳排放，還應根據(jù)自身的資源稟賦，因地制宜地發(fā)展可再生能源，進一步促進農(nóng)村能源結構優(yōu)化轉型，逐步建立以低碳清潔能源為主體的農(nóng)村新能源體系，協(xié)同助力大氣污染防治和氣候變化應對工作。

我國農(nóng)村可再生能源資源豐富，未來重點包括加強開發(fā)利用農(nóng)村太陽能，建立以村鎮(zhèn)為單位的“光儲直柔”新能源微網(wǎng)，合理利用農(nóng)村生物質資源，發(fā)展多種形式的商品化生物質能產(chǎn)供用網(wǎng)絡等。據(jù)測算，在理想情景下，基于農(nóng)村低碳清潔能源體系的建設，我國農(nóng)村有望于2027年實現(xiàn)用電的自給自足，在2030年消除農(nóng)村散煤使用，在2040年全部使用低碳清潔能源。到2060年，我國農(nóng)村低碳清潔能源體系除能滿足自身用能需求外，還可向城鎮(zhèn)每年至少輸出1.5萬億kWh的電力和5億噸標準煤的零碳燃料，協(xié)同帶來約15億噸的碳減排潛力。這將助力農(nóng)村能源從“高污染、高能耗”模式轉變?yōu)椤暗吞记鍧嵁a(chǎn)能、智慧高效用能”的模式，逐步實現(xiàn)農(nóng)村能源的自給自足和農(nóng)村-城鎮(zhèn)能源的互聯(lián)互通，徹底改善農(nóng)村人居環(huán)境質量，減少相關碳排放，助力實現(xiàn)我國鄉(xiāng)村振興和“碳達峰、碳中和”目標。