“生態+”視域下我國農村新能源應用路徑探析

摘 要：農業作為溫室氣體排放的重要來源，也是關鍵的碳匯，其發展應與實現“雙碳”目標相協調。鑒于農村能源與生態環境問題對可持續發展的制約作用，通過深入分析鄉村能源系統現狀及主要能源技術特點，提出以生物質能和風光能源為核心的“新型能源耦合”模式。該模式旨在通過構建一個綜合利用冷、熱、電、氣等能源的系統，實現鄉村區域的“碳減排”“碳中和”乃至能源外輸。“雙碳”目標不僅是實現農村地區可持續發展的有效途徑，也是“美麗鄉村建設”的內在要求。

關鍵詞：生態；能源耦合；新能源；雙碳；美麗鄉村

中圖分類號：F323.21 文獻標志碼：A 文章編號：1674-7909（2024）12-52-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.12.011

0 引言

在“生態+”的宏觀視角框架下，我國農村地區正經歷著新能源應用領域的一次重大發展階段。此階段的核心議題是高效整合農村資源，以促進其向綠色低碳經濟的轉型，響應國家層面提出的“雙碳”目標。2023年3月15日，國家能源局、生態環境部、農業農村部、國家鄉村振興局聯合發布了《關于組織開展農村能源革命試點縣建設的通知》（國能發新能〔2023〕23號），提出了推動農村能源供給革命，建立可再生能源多元供能體系的重點任務，這標志著農村能源革命的進一步深化。該通知強調了推進可再生能源發電的就地就近開發和利用，按照集中開發和分散發展并舉的原則，大力發展多能互補。在此基礎上，加快風電、光伏發電建設開發，同時保護生態環境，這與農村地區節能減排的戰略地位相契合，進一步凸顯了農村在實現“碳中和”目標中的關鍵作用［1］。

農村地區的碳排放源多樣［2］，包括能源消耗、化肥使用、畜禽養殖及農業機械的使用等。然而，農村生態系統的碳匯能力為實現“碳中和”目標提供了天然條件和廣闊空間。因此，“美麗鄉村”建設不僅被視為解決“三農”問題的關鍵途徑，更成為推動“雙碳”目標實現的重要平臺。

在這一背景下，筆者深入探討了基于生物質能與風光資源為主的“能源耦合”系統構建路徑。這一模式不僅旨在實現農村能源消費的零碳或負碳轉型［3］，而且著眼于通過能源的自給自足乃至外輸，構建一種新型、高效、可持續的農村能源生態系統。這不僅是我國“美麗鄉村”能源系統建設的必然選擇，也是在“生態+”理念指導下，對農村新能源應用路徑的一次深刻探析，為我國農村能源革命的新篇章的開啟提供了理論和實踐基礎。

1 “雙碳”目標下鄉村生態建設的基本特征

在“碳達峰”與“碳中和”的宏偉藍圖下，我國鄉村生態建設展現出鮮明而迫切的基本特征，這些特征不僅指引著鄉村發展的方向，也構成了實現“雙碳”目標的重要基石［4］。

“生態優先、綠色低碳”成為鄉村生態建設的核心理念，是對“雙碳”目標深刻理解的直接體現［5］。面對鄉村生態環境的多重挑戰，如土地退化、水資源短缺、生物多樣性減少及農業面源污染加劇，鄉村生態建設必須遵循生態優先的原則，強化環境治理與人居環境整治，致力于構建宜居宜業的和美鄉村。同時，推動農業向生態化、循環化、智能化轉型，發展生態農業、循環農業與智慧農業，減少農業生產中的碳排放，增強鄉村生態系統的碳匯功能，可為“雙碳”目標的實現奠定堅實基礎。

資源節約與循環利用構成了鄉村生態建設的物質基礎與運行模式，是緩解資源壓力、減少碳排放的有效途徑。針對鄉村資源利用效率低、循環水平不高的問題，鄉村生態建設需堅持資源節約原則，嚴守自然生態資源紅線，確保資源可持續利用。同時，推動鄉村循環經濟的發展，促進生產、生活、生態三大系統的有機循環，通過一二三產業的深度融合，提高資源循環利用效率，增加農民收入，改善鄉村生活品質，形成資源節約型與環境友好型的鄉村發展模式。

科技創新與制度創新是鄉村生態建設不可或缺的內在動力與核心支撐。面對技術與制度的雙重瓶頸，鄉村生態建設需以科技創新為引領，聚焦關鍵核心技術攻關，如生物質能源轉化、高效光伏技術、風電并網等綠色低碳技術的研發與應用，提升鄉村資源利用效率，降低碳排放強度，增強碳匯能力。同時，加強制度創新，完善鄉村“碳達峰”“碳中和”發展規劃與監測評估體系，建立健全碳市場與碳減排、碳匯產品價值實現機制，為鄉村生態建設提供堅實的制度保障與激勵機制。科技創新與制度創新的深度融合，可激發鄉村生態建設的內生動力，有助于推動鄉村經濟社會全面綠色轉型，助力“雙碳”目標的順利實現。

2 “雙碳”目標下鄉村生態建設存在的能源結構問題

2.1 能源利用效率低下與浪費現象嚴重

農村地區的能源消費普遍存在低效和浪費的問題。雖然能源應用廣泛，但設備老舊、技術落后及管理不善等原因，導致能源轉換效率和利用效率偏低下。這一現象不僅增加了農民的經濟負擔，也加劇了碳排放問題，與“雙碳”目標背道而馳。

2.2 傳統能源依賴性強，清潔能源發展滯后

當前，農村地區對傳統能源的依賴依然較強，尤其是煤炭、燃油等化石能源。這些能源的高碳排放特性嚴重制約了農村能源結構的綠色轉型。盡管風能、太陽能等清潔能源在農村地區具備較大的開發潛力，但由于技術、資金、政策等多方面的限制，其發展和應用相對滯后，難以有效替代傳統能源。

2.3 分布式能源推廣受技術水平限制

分布式能源系統在提高能源利用效率、促進能源就地消納方面具有顯著優勢，但在農村地區的推廣卻受到技術水平的制約。一方面，農村地區的電網基礎設施相對薄弱，難以滿足分布式能源接入和運行的需求；另一方面，分布式能源技術的研發和應用仍處于初級階段，缺乏成熟的技術體系和標準化產品，導致其在農村地區的推廣難度較大。

2.4 能源系統規劃與建設缺乏統籌協調

農村能源系統的規劃與建設往往缺乏統籌協調，導致各類能源設施各自為政，難以實現互補和互動。在“雙碳”目標下，需要構建農村綜合能源系統，實現多能源系統的有機融合和高效利用。這要求在農村能源系統規劃和建設過程中，充分考慮各類能源的特點和優勢，通過科學規劃和合理布局，實現能源系統的優化配置和協同運行。

3 生物質與風光耦合的能源系統

3.1 構建農村零碳綜合能源系統的總體思路

在“雙碳”目標及鄉村振興戰略的雙重驅動下，構建農村零碳能源系統成為推動農村可持續發展的重要途徑［6］。這一構建過程需緊密結合生態視域，以促進農村能源結構的綠色轉型，實現經濟、社會與環境的協調發展。以下是構建農村零碳綜合能源系統的總體思路。

3.1.1 生態優先，綠色導向

①生態承載力評估。對農村地區的生態承載力進行全面評估，明確各區域的資源稟賦、環境容量及生態敏感性，為后續能源系統的規劃與建設提供科學依據。

②綠色能源優先。在能源選擇上，堅持綠色、低碳、可再生的原則，優先發展太陽能、風能、生物質能等清潔能源，減少對傳統化石能源的依賴，減少溫室氣體排放量。

3.1.2 系統規劃，協同優化

①綜合能源系統規劃。構建集多種能源形式于一體的綜合能源系統，通過能源互補，提高能源利用效率，降低系統運行成本。

②協同優化。在規劃過程中，注重不同能源子系統之間的協同優化，包括能源生產、轉換、儲存、傳輸及消費等各個環節，形成有機整體，實現能源系統的高效運行。

3.1.3 因地制宜，特色發展

①差異化布局。根據農村地區的地理條件、氣候條件、資源狀況及經濟發展水平，因地制宜地布局零碳能源項目，避免一刀切的做法。

②特色化發展。結合農村地區的特色產業和資源優勢，如農業廢棄物、養殖廢水等，探索“農業+能源”的融合發展模式，實現資源的高效利用和循環利用。

3.1.4 技術創新，智能管理

①技術創新。加大科技投入，推動農村零碳能源技術的研發與應用，包括高效能源轉換技術、儲能技術、智能電網技術等，提高能源系統的技術水平。

②智能管理。利用大數據、云計算、物聯網等現代信息技術，構建農村能源系統的智能管理平臺，實現能源生產、消費、管理的智能化和精細化。

3.1.5 政策引導，多方參與

①政策激勵。完善相關政策法規，為農村零碳能源系統的建設提供政策支持，包括財政補貼、稅收優惠、綠色金融等，降低建設成本，激發市場活力。

②多方參與。鼓勵政府、企業、農戶等多方主體共同參與農村零碳能源系統的建設與管理，形成政府引導、企業主導、農戶參與的共建共享機制。

3.2 農村能源供需體系分析

3.2.1 供應環節：清潔能源引領，電網為基

基于農村電網的廣泛敷設與智能化升級，著重提升清潔能源（風能、太陽能、水能、生物質能、地熱能等）的接入與利用比例。通過合理布局風電場、光伏電站、小水電及生物質能發電設施，減少對一次化石能源的依賴，推動農村能源供應向清潔、低碳、可持續方向發展。同時，加強電網基礎設施建設，確保清潔能源發電的穩定接入與高效傳輸，為農村用戶提供可靠、優質的綠色電力。

3.2.2 消費環節：精準對接，滿足多元需求

在能源消費環節，充分考慮農村居民在生產生活、養殖種植等方面的多樣化用能需求。通過市場調研與用戶反饋，精準定位各類用戶的能源消費特征，提供定制化、差異化的能源服務。例如，在農業生產中推廣高效節能的灌溉設備與農機具，降低農業生產成本；在居民生活中推廣智能家電與節能照明產品，提高能源利用效率。此外，鼓勵居民參與分布式能源項目，如屋頂光伏安裝，實現能源的自產自用與余電上網，進一步提升能源消費的靈活性與自主性。

3.2.3 傳輸環節：電網為核心，多能互補

在能源傳輸環節，以電網為核心，串聯起氣網、熱網、冷網等農村能源網絡，構建多能互補、協同發展的綜合能源傳輸體系。通過智能化調控技術，實現電力、燃氣、熱能等多種能源形式的靈活調度與優化配置。同時，加強能源網絡間的互聯互通與信息共享，提高能源傳輸的安全性與可靠性。此外，推動微電網技術在農村的應用，使得在局部區域內能夠實現能源的獨立供應與自我調節，增強農村能源系統的韌性與抗風險能力。

3.3 “新型能源耦合”模式

基于生物質與風光耦合的冷熱電聯供系統（CCHP）旨在實現鄉村地區能源供應的多元化、清潔化及高效化。

在電力供應層面，鄉村電力系統通過集成生物質發電（涵蓋直燃與沼氣發電技術）、光伏發電、光熱利用、風力發電、小型水電及與大電網的智能互補，構建了一個高度靈活且自給自足的能源網絡。此耦合系統有利于確保鄉村地區電力負荷的完全覆蓋，還具備向城市電網輸送綠色電力的能力，促進城鄉能源結構的綠色轉型。此設計體現了能源梯級利用與優化配置的原則，有助于提高能源系統的整體效能與韌性。

在供熱方面，生物質熱電聯產技術（結合直燃與沼氣發電過程中的余熱回收）與太陽能供熱系統相輔相成，形成了多熱源聯合供熱的創新模式。通過引入沼氣GHP（燃氣熱泵）及水地源熱泵技術，可增強供熱系統的靈活性與效率，實現熱能的高效轉化與遠距離傳輸。這一多熱源聯合供熱策略不僅保障了鄉村地區的集中供熱需求，還通過大溫差長距離供熱技術，為周邊城鎮提供了可靠的熱量補充，促進了區域能源資源的均衡分配。

針對鄉村供冷需求，采用電空調制冷與水地源熱泵供冷相結合的集中供冷方式，可顯著提高制冷系統的能效比，有效降低電力消耗。該設計充分利用地源熱泵的自然冷源優勢，結合智能電網的調度策略，實現供冷負荷與電力供應的精準匹配，為鄉村居民提供舒適的生活環境，同時減輕電網的峰谷壓力。

在清潔能源拓展方面，對沼氣資源進行深度處理，如分離提純為高純度CH4氣體，可有效提升資源價值，還作為優質清潔能源直接供應至城市燃氣系統，有助于緩解城鄉天然氣供需矛盾，推動能源消費結構的進一步優化。最后，通過構建能源互聯網平臺，實現各類能源系統之間的信息交互與數據共享，為能源管理提供智能化、精細化的決策支持。通過平臺實時監測能源供需動態，優化能源配置方案，提高能源利用效率，同時增強系統的穩定性與可靠性，可為“美麗鄉村”的可持續發展奠定堅實基礎。

4 “生態+”視域下農村新能源綜合應用建議

4.1 加強生物質能源的規模化與產業化

建立農村生物質原料收儲中心，實現原料的統一收集與高效利用。推動農林產業園或大型養殖單位的生物質資源就地開發，建設微能源網，實現多元負荷的聯合供應。依托生物質熱電聯產項目，推廣綠色建筑，降低生活用能成本和二氧化碳的排放量。

4.2 因地制宜發展清潔能源供暖

對于集中居住的地區，利用生物質能、清潔燃煤、工業余熱和地熱等多能互補，推動集中供暖工程。對于分散居住的地區，發展生物質能供暖，利用太陽能、地熱等清潔能源，并考慮當地自然條件和生活習慣，挖掘潔凈能源供熱途徑。

4.3 創新農村能源發展路徑

推動“農村生活+綠電替代”，提高電力普及率，更新農用電力設備，改變能源消費觀念，減少劣質能源使用，增加清潔能源消費比重。發展“農業生產+生態農莊”，實現光伏振興、生物質利用和生態農業的有機融合，推進農牧業廢棄物資源化處理。

4.4 構建農村能源生態體系

結合農村能源供給和用能特點，優化能源網架結構，建立以電網為核心的能源網架體系。推廣光伏與房屋一體化建設、生物質熱電聯產等項目，提高清潔能源使用比例。在城郊接合地區，推進基礎設施互聯互通，延展能源耦合轉化效益服務范圍。

4.5 優化信息支撐手段

應用物聯網、云計算技術，構建智能信息平臺，提升能源系統的協同管理能力。推廣能源智能終端，實現供需數據實時采集和處理。

4.6 優化價值創造模式

與社會各方合作，提升農村綜合能源系統的價值創造能力。推進綜合能源系統與現代化農業、旅游、交通等部門融合，打造智慧農業綜合能源服務生態模式。創新農村能源資源利用方式，推廣生態旅游，開辟農村電動汽車市場，建設充電站/樁，增加農民收入。

5 結束語

此研究綜合分析了在“雙碳”目標下，我國農村地區生態建設與能源結構轉型的必要性，并提出了以生物質能和風光資源為核心的“能源耦合”系統，以實現鄉村可持續發展和“碳中和”目標。此研究強調了生態優先、綠色低碳的發展理念，指出了當前鄉村能源結構存在的問題，并提出了構建農村零碳能源系統的總體思路，包括生態優先、系統規劃、技術創新、政策引導和多方參與等策略。“新型能源耦合”模式的提出，旨在為農村能源系統的綠色轉型提供創新路徑，呼吁加強政策支持和科技創新，促進多方參與，共同推動農村能源結構的綠色轉型，為實現“美麗鄉村”建設目標和國家“雙碳”目標提供參考。

參考文獻：

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［3］李鵬，王利利，劉孟暉，等.新時代農村能源轉型發展研究［J］.鄉村科技，2019（5）：113-115.

［4］賈麗，錢胡至，王文琴.“雙碳”目標下鄉村振興綠色低碳發展路徑研究［J］.沈陽師范大學學報（社會科學版），2024，48（2）：73-78.

［5］張永生.為什么碳中和必須納入生態文明建設整體布局：理論解釋及其政策含義［J］.中國人口·資源與環境， 2021，31（9）：6-15.

［6］劉鐘淇，肖晉宇，吳佳瑋，等.農村零碳能源系統構建框架研究［J］.可再生能源，2023，41（4）：538-545.