农村新能源系统：漫衍式革命第一步

现在，我国农村（指以农林畜牧业为主要经济运动的乡村）修建用能总量为3.1亿吨标煤，约占我国修建运行用能总量的1/3。其中，燃煤、燃气和电力等商品能源占农村用能总量的70%。只管农村户均商品能消耗量低于都会住民，但现在农村户均用能总量却已经高于都会住民，而且生物质能比例逐年淘汰，煤、电和燃气户均用量不停提高。

为改善农民生活水平，消除散烧燃煤造成的大气污染，我国自2016年开始推动“清洁取暖”行动，在华北和周边“2+26”都会的农村地域开展大规模取消散煤的清洁取暖工程，通过改变能源种类和推广多种采暖方式，有效提高了冬季农民室内取暖水平，大幅淘汰了污染物排放，改善了室内外的空气质量。

清洁取暖仅是农村能源革命的开始，全国农村都面临用能结构和用能方式的厘革。现在，电力部门在努力举行农网扩容，燃气部门在努力铺设燃气管道。农村的能源革命未来将走向何方？我们是否应根据都会尺度建设农村的能源系统？

生物质质料将成主要燃料泉源

在各种可再生能源中，生物质能是现在唯一的零碳燃料。据不完全统计，不包罗都会垃圾中的生物质质料，我国现在尚未使用的生物质质料包罗2.8亿吨农业秸秆、1.9亿吨林业枝条和枯叶、25亿吨牲畜和禽类粪便（湿）。这些生物质质料凭据其性质可通过破坏和压缩加工为成型颗粒燃料，或通过规模化方式生产沼气，再分散出CO2，从而成为95%以上甲烷含量的生物燃气。

接纳“一村一厂、来料加工”的方式，可以在经济性可行的条件下实现干生物质质料的成型颗粒化；而以万亩农田为一个服务单元的大型生物质燃气站，还能处置惩罚大量湿生物质质料。现在生物质燃气的生产成本已经可以与普通天然气持平。开端测算，我国产自农牧林区的生物质质料加工成固体和气体燃料，可提供相当于7.5亿吨标煤的燃料。

村级小型生物质成型燃料加工厂

传统的秸秆柴灶的热效率不到15%，而现在已开发并批量生产的生物质成型燃料的伙食炉具热效率可凌驾35%，取暖炉具热效率可凌驾80%，同样的伙食和采暖效果仅需原来1/3的秸秆。同时，这类新炉具的排放污染物基本满足燃气炉具的排放尺度，只是NOx排放略显高。可是，由于这种NOx与燃煤、燃气燃烧所排放的差别，对大气污染孝敬很小。通过生物法制备的生物燃气则完全可以和天然气一样使用，压缩后可作为汽车燃料或进入燃气管道。由于种种燃气设备的热效率都可到达90%以上，所以燃气法从生物质质料热值折算到最终的热使用效率也凌驾40%。生产沼气所发生的沼渣、沼液可以作为优质的有机肥，替代绿肥和秸秆直接还田，从沼气中分散出的CO2则可以再使用或填埋，从而实现CO2的负排放。

与来自矿物的化石燃料差别，生物质质料是为了满足人类种种需求而作为副产物所产出，必须全部消纳。秸秆还田或堆放绿肥的方式消纳，将发生和排放一定量的甲烷及其它温室气体。这些气体的温室气体效应是CO2的20~300倍，其危害远大于直接燃烧。而加工为成型燃料或生物质燃气，则可制止这些非二氧化碳温室气体的排放。因此，生物质质料作为燃料处置惩罚，纵然不思量其替代化石燃料的作用，仅从淘汰温室气体排放角度看，也很是须要。

我国新能源生长很快，生物质能却相对滞后。生物质质料的能源化使用率不到20%，许多地方甚至还在焚烧消纳。现在能源化使用最多的是秸秆发电，然而由于收罗半径大，导致收罗运输成本高。更严重的是，把秸秆从农民手中拿走替代电厂燃烧的煤，农民失去秸秆就只好去烧煤，支持这种不合理交流的是生物质发电的高上网电价，而这种交流的效果只是用农户散煤燃烧方式替代了电厂的集中烧煤，加重了污染。

生物质质料源于农村，就应优先服务于农村。农村伙食和热水用能、北方冬季采暖用能是现在主要的农村修建用燃料型能源，而加工后的生物质能源恰好可用于此。开端测算，产粮区农户、畜牧禽业农户、林业农户生产历程所获得的生物质能都可以满足其伙食和生活热水需要。北方地域农户冬季采暖一半以上的燃料也可以从自产的生物质质料中获得。

光电、风电大有可为

农村的非生产用能的其它部门应依靠电力。进入本世纪以来，风力发电、光伏发电装置的成本已下降至最初的几十分之一，如果不包罗对应的土地或空间成本，风电、光电的发电成本已经低于煤电。

从近10年前开始，光伏就被作为扶贫方式，通过上网高价售电，补助贫困户。农村未能普遍推广光伏电池，是受限于光伏元件的高成本和上网权。现在，光伏元件自己的成本已不是障碍，如果有低成本的安装方式，而且自用而不是上网，就有可能迅速生长。风电也早已成为偏远地域获得电力的方式。

现在，农村生长风、光电需要解决的问题是蓄电和微电网系统。如果每户LED照明和晚上家电需要功率为300瓦，每晚使用4小时，则每户只要有2千瓦时的蓄电池就可保证基本需求。车辆充电、其它家电和农机具都尽可能在白昼光电丰裕时使用，搭建分户的全直流系统，则每个农户蓄电和配电微网投资可以在1万元以内。加上光伏或小型风电，每户2万元即可解决基本问题。

现在农村电网扩容，各地的扩容尺度是每户5到8千瓦，为实现这样的容量户均农网革新费都高于2万元。革新后为了实现“煤改电”，再把谷间电价降低到每千瓦时0.1元，完全依赖地方政府和电力部门的补助。如果取消这样的补助电价，同时把电网革新用度投向农村微网革新，就可在农村建身分布式电力系统。而大电网在现有基础上，负担辅助和增补的作用，仅负担农用电的20%~50%。这种“漫衍式、半自给”的电力模式，不就是我们希望的从集中转为漫衍式的未来电力系统模式吗？

农村能源系统可成为能源革命的先行

村级漫衍式光伏电站

能源革命的焦点是由化石能源转为以可再生能源为主的低碳能源系统。如同化石能源系统依赖矿产资源，生长风电、光电和生物质能源依赖于土地空间资源。相比人口高麋集的都会，我国农村拥有宽大富厚的土地空间资源。农村修建屋顶、农畜业设施外貌，以及不能耕作的空隙都可以安装太阳能光伏电池。在不影响生产和生活的条件下，也可以零星结构风力发电装置。一些山区另有生长小水电的条件。而作为农林畜牧业的副产物所产出的生物质质料，又是唯一的零碳燃料资源。能源工业是资源依赖型工业，而对低碳能源系统来说，农村恰恰可为可再生能源提供富厚的资源。

能源革命的又一特征是从集中的生产、运输和转换方式转变为漫衍式生产、产用同地。农村的可再生能源又正好切合这一特点。我们完全可以从农村的电力系统开始，探讨怎样实现基于可再生电力的漫衍式发电、疏散式蓄电、就地用电新模式。农村用电负荷稀疏、集中的电力输配方式投资高、效率低。远距离输送天然气成本高、效率低、宁静性差；继续使用燃煤会带来高污染、低效率，积攒的炉灰还会成为公害。接纳新的漫衍式模式，依赖自身资源，建设起以可再生能源为基础的农村新能源系统，正好与农村的资源情况条件相符，又是未来能源生长的目的。为什么不行以在农村先行先试，迈出这一步呢？

（作者系中国工程院院士）