中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳近日印發(fā)了《鄉(xiāng)村建設(shè)行動實施方案》，提出“實施鄉(xiāng)村清潔能源建設(shè)工作”。發(fā)展太陽能、風(fēng)能、水能、地?zé)崮?、生物質(zhì)能等清潔能源，在條件適宜地區(qū)探索建設(shè)多能互補的分布式低碳綜合能源網(wǎng)絡(luò)。
廣大農(nóng)村地區(qū)可開發(fā)的光伏、風(fēng)電等資源豐富，為實現(xiàn)清潔能源供給、生態(tài)環(huán)境治理、農(nóng)民生活水平改善提供了支撐。這些資源究竟有多少?怎么有效利用?經(jīng)過大量調(diào)研與實踐驗證，中國工程院院士、清華大學(xué)建筑節(jié)能研究中心主任江億向記者闡述了他的建議。
農(nóng)村有發(fā)展新能源的空間優(yōu)勢
“我們組織過兩次大規(guī)模調(diào)研，對農(nóng)村真實用能情況摸底發(fā)現(xiàn)，散煤目前仍占據(jù)最大比重，加上柴油等使用，不僅造成大氣、固廢污染，影響著居民健康，還產(chǎn)生大量的直接碳排放。另有秸稈還田、堆肥等，帶來非二氧化碳溫室氣體排放。”江億直指農(nóng)村用能面臨的主要問題。
對此，國家已出臺多項措施。“諸如清潔取暖改造、農(nóng)村光伏扶貧、農(nóng)網(wǎng)擴容改造等工程，紛紛拿出真金白銀的支持，動輒上千億元補貼。”江億充分肯定其效果，同時也看到可持續(xù)性不足的隱患。“補貼普惠程度待提升，進一步推廣難免會加重財政壓力。有沒有更好的辦法一下子抓住‘牛鼻子’，從根本上解決問題?”
在江億看來，國家提出“雙碳”戰(zhàn)略，正是為解決農(nóng)村能源問題帶來了新啟發(fā)、新途徑。“構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)，光伏發(fā)電、風(fēng)電等項目開發(fā)最需要空間資源，農(nóng)村地區(qū)恰恰有著特別大的優(yōu)勢。通過高分衛(wèi)星圖加人工智能等方式，我們一個村、一個村摸底，全面分析了全國農(nóng)村屋頂狀況。為了驗證數(shù)據(jù)可靠性，又選取重點地區(qū)現(xiàn)場考察測試。經(jīng)統(tǒng)計識別，我國農(nóng)村區(qū)域各類屋頂面積共有273億平方米。”
這些屋頂為農(nóng)村發(fā)展光伏帶來機遇。江億稱，以目前戶均可安裝屋頂光伏20-40千瓦計算，農(nóng)村地區(qū)實際可利用的屋頂總安裝量達(dá)19.7億千瓦，預(yù)測年發(fā)電量接近3萬億千瓦時。“對照2019年全社會用電量7.2萬億多千瓦時，3萬億千瓦時已超過1/3的量。而現(xiàn)在，農(nóng)村一年的生活用電量約3500億千瓦時，農(nóng)牧林業(yè)生產(chǎn)不到2000億千瓦時，即便是全面推行電氣化，包括生活、生產(chǎn)和交通用能全部電氣化，屋頂光伏也可滿足老百姓需求。”
農(nóng)村用電特點更適宜光伏消納
事實上，難的不是安裝環(huán)節(jié)，而在于真正有效利用。
“光伏發(fā)電受到天氣影響，能不能實現(xiàn)荷隨源變、有效消納?”江億坦言，當(dāng)前大多數(shù)地方采用租賃模式，即企業(yè)租用屋頂、手握電站產(chǎn)權(quán)，收發(fā)兩條線，電量全額上網(wǎng)。“即便裝了光伏，老百姓還是從電網(wǎng)買電，跟過去沒有區(qū)別。其實農(nóng)村用電特點更適宜光伏消納，最好的方式是優(yōu)先自發(fā)自用。”
江億表示，農(nóng)村地區(qū)有著大量柔性負(fù)載，可通過有序管理挖掘其消納優(yōu)勢。實現(xiàn)全面電氣化后，拖拉機、插秧機等農(nóng)業(yè)機械，既是用電設(shè)備也可作為蓄能裝置。“在農(nóng)村，很多農(nóng)機設(shè)備并非天天用，一年用1-2個季節(jié)，使用頻率比私家車還低，也不像工廠設(shè)備一刻不能停。若能開發(fā)出標(biāo)準(zhǔn)模塊化的換電模式，一家配備兩三組電池，用于各類農(nóng)機設(shè)備。哪臺設(shè)備需要，直接把電池裝上去就行，這樣便能實現(xiàn)需求側(cè)響應(yīng)。不用時則可以作為家中的儲能單元。”
“優(yōu)先自用”也是上述方式與整縣推進光伏的最大區(qū)別，通過蓄能和需求響應(yīng)模式進行調(diào)蓄，富裕電量再上網(wǎng)，讓農(nóng)村成為單向送電系統(tǒng)。“簡單來說，就是依托農(nóng)村直流微網(wǎng)，充分利用各類閑置屋頂，接收家家戶戶的富裕電量，儲存之后上網(wǎng)調(diào)蓄。”江億解釋，一戶有光伏，配上3-5千瓦時蓄電池，自用電量足以解決。進而再滿足村里的公共用電、大型農(nóng)機充電、農(nóng)業(yè)和農(nóng)副產(chǎn)品生產(chǎn)用電等。“多余電量經(jīng)儲存調(diào)節(jié)后，在與電網(wǎng)約定好的時段上網(wǎng)，或根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度要求上網(wǎng)。通過村級網(wǎng)調(diào)蓄，還可以在目前農(nóng)網(wǎng)變壓器容量下，利用配電容量送電上網(wǎng)，確保不超載。一個個村就像是小型發(fā)電廠，輸出也不再是以往不穩(wěn)定的電量，而是優(yōu)質(zhì)電力。”
初始投資可承受，盈利可持續(xù)
對于用戶最關(guān)心的費用問題，江億及團隊也做了充分驗證。“屋頂光伏是初投資最低的光伏發(fā)電形式。”他表示，光伏器件僅占集中光電系統(tǒng)總投資的35%-45%，其余為各類組件。而在屋頂安裝支架等裝置的成本最低，清掃等日常維護由房主自行解決，使用綜合成本相應(yīng)降低。
江億算了一筆賬：戶均屋頂光伏、直流微網(wǎng)等成本在6萬元-8萬元。光伏電站產(chǎn)權(quán)歸房主，戶內(nèi)投資可通過低息貸款解決。將來在滿足自用的基礎(chǔ)上，按照年輸出電量15000千瓦時/戶、度電0.5元來算，年收入約8000元/戶，10年左右可還本付息。“村級公共設(shè)施的投資約200萬元-400萬元/百戶。而村級微網(wǎng)需要集體投資和國家財政支持建設(shè)。初投資可以從農(nóng)網(wǎng)擴容改造、清潔取暖改造等多項專項工程里面出，上網(wǎng)發(fā)電收入支撐后期運維管理，做好了產(chǎn)生盈余也不難。目前，該模式已準(zhǔn)備在山西芮城全縣500個村莊逐步推廣。”
“農(nóng)村還有豐富的生物質(zhì)資源，總量折合達(dá)6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。”江億表示，這些寶貴的零碳燃料遲遲沒有有效開發(fā)，主要原因是過于強調(diào)優(yōu)先自用了。只有充分市場化，也就是作為商品能源，其價值才能體現(xiàn)出來，比如將玉米秸、果蔬枝條等壓縮成小顆粒，性能接近木炭，市場價格約1000元/噸;麥秸、稻草可以壓制成大塊，作為鍋爐燃料市價在500元-700元/噸。“沒有形成生物質(zhì)能源市場，才沒能把這條掙錢的路給農(nóng)民趟出來。簡單在柴灶里燒柴，資源利用率只有10%-15%，經(jīng)過加工利用，綜合利用率可提高到40%以上，相當(dāng)于1斤柴禾當(dāng)作2斤、3斤使用。生物質(zhì)資源加工的主要成本是電費，屋頂光伏可以提供充足廉價的電力。以屋頂光伏為基礎(chǔ)的農(nóng)村新型能源系統(tǒng)，在替代散煤、柴油等化石能源的同時，置換出生物質(zhì)能源，可以說一舉多得。”
