山西省芮城縣碳中和路徑

尚玉良

芮城縣隸屬于山西省運城市，位于山西的最南端，黃河中游拐彎處金三角地區(qū)，與陜西、河南隔河相望，素有“雞鳴一聲聞三省”的美譽。境內(nèi)北依中條山，南臨母親河，全縣國土面積1176平方公里，轄8鎮(zhèn)2鄉(xiāng)151個建制村10個社區(qū)。2021年末，全縣總人口33.4萬人，其中城鎮(zhèn)常住人口17.3萬人，鄉(xiāng)村常住人口16.1萬人，共12.3萬戶。

2021年芮城縣地區(qū)生產(chǎn)總值116.83億元，同比增長10.7%，高于全國平均增速2.6個百分點;人均GDP為34979元，城鎮(zhèn)居民人均可支配收入35552 元，農(nóng)村居民人均可支配收入14578元;三次產(chǎn)業(yè)結構比例為29.9：25.3：44.8。

縣域清潔能源發(fā)展概況

在生態(tài)文明建設引領下，芮城縣大力發(fā)展集中式光伏電站，2016年以來全縣集中式光伏電站總裝機容量達到97萬kW，總投資59.2億元;自2015年開始積極發(fā)展風電，總裝機容量達32萬kW。先后榮獲全國光伏領跑技術芮城基地、全國主要農(nóng)作物全程機械化示范縣、國家級生態(tài)原產(chǎn)地產(chǎn)品保護示范區(qū)、全國休閑農(nóng)業(yè)與鄉(xiāng)村旅游示范縣、國家生態(tài)文明建設示范縣等10余塊國家級金字招牌。

芮城縣清潔能源體量全省領先，目前總裝機規(guī)模達到129萬kW，包含了97萬kW集中光伏和32萬kW風電，縣域內(nèi)無燃煤、燃油、燃氣礦產(chǎn)，化石能源全部外購。

全縣一次能源消費種類主要包括煤炭類（原煤、焦炭、粉煤灰、煤矸石），石油類（汽油、柴油），天然氣以及可再生電力（光電、風電）。2019年全社會用電量7.24億kWh，縣域內(nèi)年消耗燃煤燃氣量46萬噸標煤，包括工農(nóng)業(yè)、建筑、生活等;年消耗燃油3.7萬噸標煤，主要用于交通和農(nóng)業(yè)機械;由于能源導致的直接碳排放54萬噸二氧化碳，間接碳排放43萬噸二氧化碳，總計97萬噸二氧化碳。本地可再生電力發(fā)電上網(wǎng)13億kWh，按照國家平均度電排放因子計算，可抵消本地78萬噸二氧化碳排放。

芮城縣實現(xiàn)碳中和的挑戰(zhàn)、目標和原則

從能源結構看，芮城縣實現(xiàn)碳中和主要面臨兩個方面的挑戰(zhàn)。一是解決工業(yè)、農(nóng)村采暖、交通等領域的燃料來源，減少由于化石能源使用造成的直接排放。工業(yè)企業(yè)蒸汽鍋爐和其他工業(yè)加工用煤和燃氣、農(nóng)村采暖用煤、居民生活用氣、交通和農(nóng)機具用油造成了直接碳排放54萬噸。二是克服風光電與用電的不匹配，降低從外電網(wǎng)取電造成的間接碳排放。雖然芮城縣本地風光電發(fā)電已超過本地用電，但由于風電光電發(fā)電與用電存在季節(jié)和日內(nèi)的不匹配，芮城縣用電只消納了60%的本地可再生電力，仍有40%的電是從外電網(wǎng)取電。因此，芮城縣實現(xiàn)碳中和，需要把握1個發(fā)展目標和5項基本原則。

1個發(fā)展目標，即在實現(xiàn)社會經(jīng)濟全面發(fā)展，人均GDP達到全國平均水平前提下，實現(xiàn)2025年之前全縣域內(nèi)碳排放達峰，力爭在2035年之前在全縣域內(nèi)實現(xiàn)碳中和。5項基本原則，一是充分開發(fā)利用“零碳能源”的各種資源;二是資源開發(fā)利用的收益要優(yōu)先使資源擁有者獲益;三是以全縣社會經(jīng)濟全面進步為目標，而不是以開發(fā)者最大收益為目標;四是技術、政策、機制全面創(chuàng)新，以滿足能源革命的要求;五是充分發(fā)揮試點的“示范”功能，探索技術、政策、機制的全面創(chuàng)新試點。

芮城縣實現(xiàn)碳中和的主要手段

通過分析研判，芮城縣為實現(xiàn)碳中和制定了四大主要任務和相應的重點工程。

主要任務一：以光伏電力為主，實現(xiàn)全面電氣化。

農(nóng)村“光儲直柔”村級直流微網(wǎng)工程。按照可利用空閑屋頂70%計算，可裝機160萬kW。主要實現(xiàn)兩個目標：一是戶內(nèi)建成獨立戶級直流微網(wǎng)，戶均裝機20kW，滿足炊事、采暖、家電用電需求，每戶配3～5kWh蓄電池，采用電熱膜蓄熱墻解決30～40m2/戶的采暖需求，剩余電量送到村級直流微網(wǎng)。二是村內(nèi)建成村級直流微網(wǎng)，村級網(wǎng)配置若干光伏和儲能，滿足街道照明、公共充電、生產(chǎn)設施用電，利用電動車、公用大型電動農(nóng)機及農(nóng)副業(yè)生產(chǎn)設備有序充放電，調(diào)節(jié)上網(wǎng)供電功率和時間。工程建成后可實現(xiàn)農(nóng)村地區(qū)年發(fā)電20億kWh，自用6億kWh，外送電力14億kWh。

主要任務二：利用產(chǎn)糧大縣優(yōu)勢，充分發(fā)展生物質能。

生物質能開發(fā)和商品化利用工程。芮城是產(chǎn)糧大縣，有豐富的生物質資源，目前除滿足飼料等要求外，主要是秸稈還田。未來將取消秸稈還田，作為商品能源深度開發(fā)利用，建立35萬kW生物質燃料電廠，補充冬季電力短缺，并通過熱電聯(lián)產(chǎn)為縣中心城區(qū)集中供熱。

主要任務三：全面實現(xiàn)車輛電氣化，解決光伏電力調(diào)蓄

城鎮(zhèn)區(qū)域發(fā)展建筑屋頂光伏，建立智能有序充電樁網(wǎng)絡工程。城鎮(zhèn)屋頂目前可開發(fā)利用安裝光伏42萬kW，預計年發(fā)電4.5億kWh。主要實現(xiàn)汽車全面電氣化，芮城全縣至少有7萬輛私人和公務乘用電動車，規(guī)劃建設8萬個充電樁，日蓄電能力280萬kWh，可基本解決城區(qū)非工業(yè)生產(chǎn)過程的電力調(diào)蓄（日用電350萬kWh），全縣域建設有序充電樁網(wǎng)絡，“一位一樁”、“既停既插”、有序充放電，推動形成新的充電文化和用電文化。

主要任務四：改造部分引黃灌溉系統(tǒng)，解決電力調(diào)蓄。

引黃灌溉站改造為引黃灌溉與抽水蓄能雙功能電站工程。利用原來的引黃灌溉工程，在抽灌站排水點修建蓄水池，可對一天內(nèi)的峰谷變化進行調(diào)節(jié)，也可解決幾天內(nèi)的連陰天缺電問題。

芮城縣實現(xiàn)碳中和的三個階段

根據(jù)上面介紹的四大任務，芮城縣實現(xiàn)碳中和的過程可拆解為三個階段，逐一攻破。

第一階段，2026年實現(xiàn)能源系統(tǒng)碳排放為零。能源系統(tǒng)碳排放允許通過向外凈輸出可再生電力來抵扣自身消耗化石燃料導致的碳排放。這一階段的主要任務為：（1）大力發(fā)展城鄉(xiāng)屋頂光伏及集中風光電;（2）城鄉(xiāng)用能電氣化，替代化石能源。

第二階段，2035年實現(xiàn)化石能源直接碳排放為零。這一階段主要任務為：（1）開發(fā)利用并商品化生物質能，替代部分無法電氣化的工業(yè)流程所消耗的化石燃料，同時利用余熱為城鎮(zhèn)清潔采暖;（2）建立生物質電廠，補充冬季電力短缺，并通過熱電聯(lián)產(chǎn)為縣中心城區(qū)集中供熱。

第三階段，2035年實現(xiàn)電力系統(tǒng)碳排放為零。這一階段主要任務為：（1）建設抽水蓄能電站，解決幾日內(nèi)的電力供需調(diào)節(jié);（2）發(fā)展“光儲直柔”建筑，建設有序充電樁，開發(fā)利用電動車和農(nóng)機具的蓄能能力，實現(xiàn)城鄉(xiāng)建筑柔性用電，增加日內(nèi)的電力供需調(diào)節(jié)能力。