我國鄉村碳中和發展目標與技術路徑

楊旭東

當前我國農村建筑能耗約占全國建筑總能耗的四分之一，農村能源消費以散煤和生物質直接燃燒為主，總量約每年3億噸標準煤，其燃燒過程排放大氣污染物和溫室氣體，對改善空氣質量、降低碳排放和保護人民健康帶來了巨大挑戰。農村用能有鮮明的時代特色，1985年以前商品能還沒有大量進入農村，此時農村是“柴時代”;改革開放后隨著農民收入的提升開始大量使用散煤，到現在仍然屬于煤時代;未來預測則將進入電氣化時代。

在我國“碳達峰、碳中和”目標和鄉村振興戰略的背景下，農村能源領域需要發生根本性的變革，亟需發展先進技術，建立低碳清潔能源體系，解決農村用能和環境問題，提高農民生活水平，改善農村人居環境。因此，研究建立農村低碳清潔能源體系及發展相關的技術具有深遠意義。

農村清潔供暖的“四一”模式

從減碳目標來衡量，我國農村碳排放重點區域和農村采暖區域高度重合，因此農村能源轉型重要抓手是先做好清潔取暖和散煤治理工作，而解決北方農村清潔取暖問題需要從我國農村的實際出發，走可持續發展之路。清華大學建筑節能研究中心經過多年探索與實踐，提出了農村清潔取暖的“四一”模式。如圖所示，即每戶建筑節能和取暖設備改造總初投資平均不超過一萬元、無補貼的年取暖運行費不超過一千元、設備一鍵式智能化操作、建立一個頂層規劃的創新模式，該模式已經分別在河南鶴壁市及山東省商河縣等地成功示范。

“四一”模式由一系列關鍵技術支撐，包括按需靶向圍護結構節能改造技術、低環境溫度空氣源熱泵熱風機技術、戶用生物質成型燃料清潔取暖（炊事）技術等。例如按需靶向圍護結構節能改造技術，針對農村采暖部分時間、部分空間的特征，形成了靶向傳熱抑制技術和經濟型菜單式鄉村建筑圍護結構改造方案，實現源頭上節能減碳。針對常住房間進行節能改造，通過模擬分析和優化，對每一單項節能改造帶來的效果和初投資進行對比分析，形成菜單式改造方案。

低環境溫度空氣源熱泵熱風機技術歷經十余年的探索和研發，在農村地區的應用能夠滿足在超低溫環境下正常工作，尤其北方地區零下20℃～30℃時仍能正常供暖，而且節能效果非常顯著，能效比在華北地區能夠達到3左右，比常規電直熱采暖節能約三分之二。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，同時兼顧夏季制冷。空氣源熱泵熱風機操作簡單，即開即用按需調溫，能夠促進農戶行為節能。此外還能滿足農宅熱舒適的需求，通過優化制熱氣流組織，采用雙風口落地式室內機，下風口產生地暖的效果，上面風口產生迅速加熱室溫的效果。目前空氣源熱泵熱風機產品價格不斷優化和降低，達到四五千元一臺的水平，其較高的能效比也使得對電網改造要求較低，因此各地對熱泵熱風機的重視程度正在不斷提升。

建立農村低碳清潔能源體系

農村碳中和應該是更加合理的生活狀態和更加科學的用能統一，包括節能、減碳、經濟、舒適和降污五位一體。未來農村低碳清潔能源體系的建立，除了持續在用能側開展建筑節能、提高終端用能設備效率、降低污染物及碳排放，還應根據自身的資源稟賦，因地制宜地發展可再生能源，進一步促進農村能源結構優化轉型，逐步建立以低碳清潔能源為主體的農村新能源體系，協同助力大氣污染防治和氣候變化應對工作。

我國農村可再生能源資源豐富，未來重點包括加強開發利用農村太陽能，建立以村鎮為單位的“光儲直柔”新能源微網，合理利用農村生物質資源，發展多種形式的商品化生物質能產供用網絡等。據測算，在理想情景下，基于農村低碳清潔能源體系的建設，我國農村有望于2027年實現用電的自給自足，在2030年消除農村散煤使用，在2040年全部使用低碳清潔能源。到2060年，我國農村低碳清潔能源體系除能滿足自身用能需求外，還可向城鎮每年至少輸出1.5萬億kWh的電力和5億噸標準煤的零碳燃料，協同帶來約15億噸的碳減排潛力。這將助力農村能源從“高污染、高能耗”模式轉變為“低碳清潔產能、智慧高效用能”的模式，逐步實現農村能源的自給自足和農村-城鎮能源的互聯互通，徹底改善農村人居環境質量，減少相關碳排放，助力實現我國鄉村振興和“碳達峰、碳中和”目標。