“生態(tài)+”視域下我國農村新能源應用路徑探析

摘 要：農業(yè)作為溫室氣體排放的重要來源，也是關鍵的碳匯，其發(fā)展應與實現(xiàn)“雙碳”目標相協(xié)調。鑒于農村能源與生態(tài)環(huán)境問題對可持續(xù)發(fā)展的制約作用，通過深入分析鄉(xiāng)村能源系統(tǒng)現(xiàn)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(tǒng)，實現(xiàn)鄉(xiāng)村區(qū)域的“碳減排”“碳中和”乃至能源外輸。“雙碳”目標不僅是實現(xiàn)農村地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的有效途徑，也是“美麗鄉(xiāng)村建設”的內在要求。

關鍵詞：生態(tài)；能源耦合；新能源；雙碳；美麗鄉(xiāng)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(tài)+”的宏觀視角框架下，我國農村地區(qū)正經歷著新能源應用領域的一次重大發(fā)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(tài)環(huán)境部、農業(yè)農村部、國家鄉(xiāng)村振興局聯(lián)合發(fā)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(fā)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(fā)電的就地就近開發(fā)和利用，按照集中開發(fā)和分散發(fā)展并舉的原則，大力發(fā)展多能互補。在此基礎上，加快風電、光伏發(fā)電建設開發(fā)，同時保護生態(tài)環(huán)境，這與農村地區(qū)節(jié)能減排的戰(zhàn)略地位相契合，進一步凸顯了農村在實現(xiàn)“碳中和”目標中的關鍵作用［1］。

農村地區(qū)的碳排放源多樣［2］，包括能源消耗、化肥使用、畜禽養(yǎng)殖及農業(yè)機械的使用等。然而，農村生態(tài)系統(tǒng)的碳匯能力為實現(xiàn)“碳中和”目標提供了天然條件和廣闊空間。因此，“美麗鄉(xiāng)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(xiàn)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(tǒng)構建路徑。這一模式不僅旨在實現(xiàn)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(xù)的農村能源生態(tài)系統(tǒng)。這不僅是我國“美麗鄉(xiāng)村”能源系統(tǒng)建設的必然選擇，也是在“生態(tài)+”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(xiāng)村生態(tài)建設的基本特征

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

“生態(tài)優(yōu)先、綠色低碳”成為鄉(xiāng)村生態(tài)建設的核心理念，是對“雙碳”目標深刻理解的直接體現(xiàn)［5］。面對鄉(xiāng)村生態(tài)環(huán)境的多重挑戰(zhàn)，如土地退化、水資源短缺、生物多樣性減少及農業(yè)面源污染加劇，鄉(xiāng)村生態(tài)建設必須遵循生態(tài)優(yōu)先的原則，強化環(huán)境治理與人居環(huán)境整治，致力于構建宜居宜業(yè)的和美鄉(xiāng)村。同時，推動農業(yè)向生態(tài)化、循環(huán)化、智能化轉型，發(fā)展生態(tài)農業(yè)、循環(huán)農業(yè)與智慧農業(yè)，減少農業(yè)生產中的碳排放，增強鄉(xiāng)村生態(tài)系統(tǒng)的碳匯功能，可為“雙碳”目標的實現(xiàn)奠定堅實基礎。

資源節(jié)約與循環(huán)利用構成了鄉(xiāng)村生態(tài)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(xiāng)村資源利用效率低、循環(huán)水平不高的問題，鄉(xiāng)村生態(tài)建設需堅持資源節(jié)約原則，嚴守自然生態(tài)資源紅線，確保資源可持續(xù)利用。同時，推動鄉(xiāng)村循環(huán)經濟的發(fā)展，促進生產、生活、生態(tài)三大系統(tǒng)的有機循環(huán)，通過一二三產業(yè)的深度融合，提高資源循環(huán)利用效率，增加農民收入，改善鄉(xiāng)村生活品質，形成資源節(jié)約型與環(huán)境友好型的鄉(xiāng)村發(fā)展模式。

科技創(chuàng)新與制度創(chuàng)新是鄉(xiāng)村生態(tài)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(xiāng)村生態(tài)建設需以科技創(chuàng)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(wǎng)等綠色低碳技術的研發(fā)與應用，提升鄉(xiāng)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(chuàng)新，完善鄉(xiāng)村“碳達峰”“碳中和”發(fā)展規(guī)劃與監(jiān)測評估體系，建立健全碳市場與碳減排、碳匯產品價值實現(xiàn)機制，為鄉(xiāng)村生態(tài)建設提供堅實的制度保障與激勵機制。科技創(chuàng)新與制度創(chuàng)新的深度融合，可激發(fā)鄉(xiāng)村生態(tài)建設的內生動力，有助于推動鄉(xiāng)村經濟社會全面綠色轉型，助力“雙碳”目標的順利實現(xiàn)。

2 “雙碳”目標下鄉(xiāng)村生態(tài)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(xiàn)象嚴重

農村地區(qū)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(xiàn)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(tǒng)能源依賴性強，清潔能源發(fā)展滯后

當前，農村地區(qū)對傳統(tǒng)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(qū)具備較大的開發(fā)潛力，但由于技術、資金、政策等多方面的限制，其發(fā)展和應用相對滯后，難以有效替代傳統(tǒng)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(tǒng)在提高能源利用效率、促進能源就地消納方面具有顯著優(yōu)勢，但在農村地區(qū)的推廣卻受到技術水平的制約。一方面，農村地區(qū)的電網(wǎng)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(fā)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(qū)的推廣難度較大。

2.4 能源系統(tǒng)規(guī)劃與建設缺乏統(tǒng)籌協(xié)調

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

3 生物質與風光耦合的能源系統(tǒng)

3.1 構建農村零碳綜合能源系統(tǒng)的總體思路

在“雙碳”目標及鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的雙重驅動下，構建農村零碳能源系統(tǒng)成為推動農村可持續(xù)發(fā)展的重要途徑［6］。這一構建過程需緊密結合生態(tài)視域，以促進農村能源結構的綠色轉型，實現(xiàn)經濟、社會與環(huán)境的協(xié)調發(fā)展。以下是構建農村零碳綜合能源系統(tǒng)的總體思路。

3.1.1 生態(tài)優(yōu)先，綠色導向

①生態(tài)承載力評估。對農村地區(qū)的生態(tài)承載力進行全面評估，明確各區(qū)域的資源稟賦、環(huán)境容量及生態(tài)敏感性，為后續(xù)能源系統(tǒng)的規(guī)劃與建設提供科學依據(jù)。

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

3.1.2 系統(tǒng)規(guī)劃，協(xié)同優(yōu)化

①綜合能源系統(tǒng)規(guī)劃。構建集多種能源形式于一體的綜合能源系統(tǒng)，通過能源互補，提高能源利用效率，降低系統(tǒng)運行成本。

②協(xié)同優(yōu)化。在規(guī)劃過程中，注重不同能源子系統(tǒng)之間的協(xié)同優(yōu)化，包括能源生產、轉換、儲存、傳輸及消費等各個環(huán)節(jié)，形成有機整體，實現(xiàn)能源系統(tǒng)的高效運行。

3.1.3 因地制宜，特色發(fā)展

①差異化布局。根據(jù)農村地區(qū)的地理條件、氣候條件、資源狀況及經濟發(fā)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(fā)展。結合農村地區(qū)的特色產業(yè)和資源優(yōu)勢，如農業(yè)廢棄物、養(yǎng)殖廢水等，探索“農業(yè)+能源”的融合發(fā)展模式，實現(xiàn)資源的高效利用和循環(huán)利用。

3.1.4 技術創(chuàng)新，智能管理

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

②智能管理。利用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代信息技術，構建農村能源系統(tǒng)的智能管理平臺，實現(xiàn)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(guī)，為農村零碳能源系統(tǒng)的建設提供政策支持，包括財政補貼、稅收優(yōu)惠、綠色金融等，降低建設成本，激發(fā)市場活力。

②多方參與。鼓勵政府、企業(yè)、農戶等多方主體共同參與農村零碳能源系統(tǒng)的建設與管理，形成政府引導、企業(yè)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(huán)節(jié)：清潔能源引領，電網(wǎng)為基

基于農村電網(wǎng)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(fā)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(xù)方向發(fā)展。同時，加強電網(wǎng)基礎設施建設，確保清潔能源發(fā)電的穩(wěn)定接入與高效傳輸，為農村用戶提供可靠、優(yōu)質的綠色電力。

3.2.2 消費環(huán)節(jié)：精準對接，滿足多元需求

在能源消費環(huán)節(jié)，充分考慮農村居民在生產生活、養(yǎng)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(yè)生產中推廣高效節(jié)能的灌溉設備與農機具，降低農業(yè)生產成本；在居民生活中推廣智能家電與節(jié)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(xiàn)能源的自產自用與余電上網(wǎng)，進一步提升能源消費的靈活性與自主性。

3.2.3 傳輸環(huán)節(jié)：電網(wǎng)為核心，多能互補

在能源傳輸環(huán)節(jié)，以電網(wǎng)為核心，串聯(lián)起氣網(wǎng)、熱網(wǎng)、冷網(wǎng)等農村能源網(wǎng)絡，構建多能互補、協(xié)同發(fā)展的綜合能源傳輸體系。通過智能化調控技術，實現(xiàn)電力、燃氣、熱能等多種能源形式的靈活調度與優(yōu)化配置。同時，加強能源網(wǎng)絡間的互聯(lián)互通與信息共享，提高能源傳輸?shù)陌踩耘c可靠性。此外，推動微電網(wǎng)技術在農村的應用，使得在局部區(qū)域內能夠實現(xiàn)能源的獨立供應與自我調節(jié)，增強農村能源系統(tǒng)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(lián)供系統(tǒng)（CCHP）旨在實現(xiàn)鄉(xiāng)村地區(qū)能源供應的多元化、清潔化及高效化。

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

在供熱方面，生物質熱電聯(lián)產技術（結合直燃與沼氣發(fā)電過程中的余熱回收）與太陽能供熱系統(tǒng)相輔相成，形成了多熱源聯(lián)合供熱的創(chuàng)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(tǒng)的靈活性與效率，實現(xiàn)熱能的高效轉化與遠距離傳輸。這一多熱源聯(lián)合供熱策略不僅保障了鄉(xiāng)村地區(qū)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(zhèn)提供了可靠的熱量補充，促進了區(qū)域能源資源的均衡分配。

針對鄉(xiāng)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(tǒng)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(yōu)勢，結合智能電網(wǎng)的調度策略，實現(xiàn)供冷負荷與電力供應的精準匹配，為鄉(xiāng)村居民提供舒適的生活環(huán)境，同時減輕電網(wǎng)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?yōu)楦呒兌菴H4氣體，可有效提升資源價值，還作為優(yōu)質清潔能源直接供應至城市燃氣系統(tǒng)，有助于緩解城鄉(xiāng)天然氣供需矛盾，推動能源消費結構的進一步優(yōu)化。最后，通過構建能源互聯(lián)網(wǎng)平臺，實現(xiàn)各類能源系統(tǒng)之間的信息交互與數(shù)據(jù)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(jiān)測能源供需動態(tài)，優(yōu)化能源配置方案，提高能源利用效率，同時增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，可為“美麗鄉(xiāng)村”的可持續(xù)發(fā)展奠定堅實基礎。

4 “生態(tài)+”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(guī)模化與產業(yè)化

建立農村生物質原料收儲中心，實現(xiàn)原料的統(tǒng)一收集與高效利用。推動農林產業(yè)園或大型養(yǎng)殖單位的生物質資源就地開發(fā)，建設微能源網(wǎng)，實現(xiàn)多元負荷的聯(lián)合供應。依托生物質熱電聯(lián)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(fā)展清潔能源供暖

對于集中居住的地區(qū)，利用生物質能、清潔燃煤、工業(yè)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(qū)，發(fā)展生物質能供暖，利用太陽能、地熱等清潔能源，并考慮當?shù)刈匀粭l件和生活習慣，挖掘潔凈能源供熱途徑。

4.3 創(chuàng)新農村能源發(fā)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(fā)展“農業(yè)生產+生態(tài)農莊”，實現(xiàn)光伏振興、生物質利用和生態(tài)農業(yè)的有機融合，推進農牧業(yè)廢棄物資源化處理。

4.4 構建農村能源生態(tài)體系

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

4.5 優(yōu)化信息支撐手段

應用物聯(lián)網(wǎng)、云計算技術，構建智能信息平臺，提升能源系統(tǒng)的協(xié)同管理能力。推廣能源智能終端，實現(xiàn)供需數(shù)據(jù)實時采集和處理。

4.6 優(yōu)化價值創(chuàng)造模式

與社會各方合作，提升農村綜合能源系統(tǒng)的價值創(chuàng)造能力。推進綜合能源系統(tǒng)與現(xiàn)代化農業(yè)、旅游、交通等部門融合，打造智慧農業(yè)綜合能源服務生態(tài)模式。創(chuàng)新農村能源資源利用方式，推廣生態(tài)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(qū)生態(tài)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(tǒng)，以實現(xiàn)鄉(xiāng)村可持續(xù)發(fā)展和“碳中和”目標。此研究強調了生態(tài)優(yōu)先、綠色低碳的發(fā)展理念，指出了當前鄉(xiāng)村能源結構存在的問題，并提出了構建農村零碳能源系統(tǒng)的總體思路，包括生態(tài)優(yōu)先、系統(tǒng)規(guī)劃、技術創(chuàng)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(tǒng)的綠色轉型提供創(chuàng)新路徑，呼吁加強政策支持和科技創(chuàng)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(xiàn)“美麗鄉(xiāng)村”建設目標和國家“雙碳”目標提供參考。

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