我國(guó)鄉(xiāng)村碳中和發(fā)展目標(biāo)與技術(shù)路徑

楊旭東

當(dāng)前我國(guó)農(nóng)村建筑能耗約占全國(guó)建筑總能耗的四分之一，農(nóng)村能源消費(fèi)以散煤和生物質(zhì)直接燃燒為主，總量約每年3億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，其燃燒過程排放大氣污染物和溫室氣體，對(duì)改善空氣質(zhì)量、降低碳排放和保護(hù)人民健康帶來了巨大挑戰(zhàn)。農(nóng)村用能有鮮明的時(shí)代特色，1985年以前商品能還沒有大量進(jìn)入農(nóng)村，此時(shí)農(nóng)村是“柴時(shí)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(shí)代;未來預(yù)測(cè)則將進(jìn)入電氣化時(shí)代。

在我國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)和鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的背景下，農(nóng)村能源領(lǐng)域需要發(fā)生根本性的變革，亟需發(fā)展先進(jìn)技術(shù)，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(guān)的技術(shù)具有深遠(yuǎn)意義。

農(nóng)村清潔供暖的“四一”模式

從減碳目標(biāo)來衡量，我國(guó)農(nóng)村碳排放重點(diǎn)區(qū)域和農(nóng)村采暖區(qū)域高度重合，因此農(nóng)村能源轉(zhuǎn)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(guó)農(nóng)村的實(shí)際出發(fā)，走可持續(xù)發(fā)展之路。清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心經(jīng)過多年探索與實(shí)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(shè)備改造總初投資平均不超過一萬元、無補(bǔ)貼的年取暖運(yùn)行費(fèi)不超過一千元、設(shè)備一鍵式智能化操作、建立一個(gè)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(guān)鍵技術(shù)支撐，包括按需靶向圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造技術(shù)、低環(huán)境溫度空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)技術(shù)、戶用生物質(zhì)成型燃料清潔取暖（炊事）技術(shù)等。例如按需靶向圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造技術(shù)，針對(duì)農(nóng)村采暖部分時(shí)間、部分空間的特征，形成了靶向傳熱抑制技術(shù)和經(jīng)濟(jì)型菜單式鄉(xiāng)村建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造方案，實(shí)現(xiàn)源頭上節(jié)能減碳。針對(duì)常住房間進(jìn)行節(jié)能改造，通過模擬分析和優(yōu)化，對(duì)每一單項(xiàng)節(jié)能改造帶來的效果和初投資進(jìn)行對(duì)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(fēng)機(jī)技術(shù)歷經(jīng)十余年的探索和研發(fā)，在農(nóng)村地區(qū)的應(yīng)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(shí)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(dá)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(shí)兼顧夏季制冷?？諝庠礋岜脽犸L(fēng)機(jī)操作簡(jiǎn)單，即開即用按需調(diào)溫，能夠促進(jìn)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(fēng)口落地式室內(nèi)機(jī)，下風(fēng)口產(chǎn)生地暖的效果，上面風(fēng)口產(chǎn)生迅速加熱室溫的效果。目前空氣源熱泵熱風(fēng)機(jī)產(chǎn)品價(jià)格不斷優(yōu)化和降低，達(dá)到四五千元一臺(tái)的水平，其較高的能效比也使得對(duì)電網(wǎng)改造要求較低，因此各地對(duì)熱泵熱風(fēng)機(jī)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(yīng)該是更加合理的生活狀態(tài)和更加科學(xué)的用能統(tǒng)一，包括節(jié)能、減碳、經(jīng)濟(jì)、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(cè)開展建筑節(jié)能、提高終端用能設(shè)備效率、降低污染物及碳排放，還應(yīng)根據(jù)自身的資源稟賦，因地制宜地發(fā)展可再生能源，進(jìn)一步促進(jìn)農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化轉(zhuǎn)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(yīng)對(duì)工作。

我國(guó)農(nóng)村可再生能源資源豐富，未來重點(diǎn)包括加強(qiáng)開發(fā)利用農(nóng)村太陽能，建立以村鎮(zhèn)為單位的“光儲(chǔ)直柔”新能源微網(wǎng)，合理利用農(nóng)村生物質(zhì)資源，發(fā)展多種形式的商品化生物質(zhì)能產(chǎn)供用網(wǎng)絡(luò)等。據(jù)測(cè)算，在理想情景下，基于農(nóng)村低碳清潔能源體系的建設(shè)，我國(guó)農(nóng)村有望于2027年實(shí)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(guó)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(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)變?yōu)椤暗吞记鍧嵁a(chǎn)能、智慧高效用能”的模式，逐步實(shí)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(zhì)量，減少相關(guān)碳排放，助力實(shí)現(xiàn)我國(guó)鄉(xiāng)村振興和“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)。