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(dòng)實(shí)施方案》,提出“實(shí)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(bǔ)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(shí)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(shí)踐驗(yàn)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(shì)
“我們組織過兩次大規(guī)模調(diào)研,對(duì)農(nóng)村真實(shí)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(duì)此,國家已出臺(tái)多項(xiàng)措施。“諸如清潔取暖改造、農(nóng)村光伏扶貧、農(nóng)網(wǎng)擴(kuò)容改造等工程,紛紛拿出真金白銀的支持,動(dòng)輒上千億元補(bǔ)貼。”江億充分肯定其效果,同時(shí)也看到可持續(xù)性不足的隱患。“補(bǔ)貼普惠程度待提升,進(jìn)一步推廣難免會(huì)加重財(cái)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(xiàng)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(shì)。通過高分衛(wèi)星圖加人工智能等方式,我們一個(gè)村、一個(gè)村摸底,全面分析了全國農(nóng)村屋頂狀況。為了驗(yàn)證數(shù)據(jù)可靠性,又選取重點(diǎn)地區(qū)現(xiàn)場(chǎng)考察測(cè)試。經(jīng)統(tǒng)計(jì)識(shí)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(jī)遇。江億稱,以目前戶均可安裝屋頂光伏20-40千瓦計(jì)算,農(nóng)村地區(qū)實(shí)際可利用的屋頂總安裝量達(dá)19.7億千瓦,預(yù)測(cè)年發(fā)電量接近3萬億千瓦時(shí)。“對(duì)照2019年全社會(huì)用電量7.2萬億多千瓦時(shí),3萬億千瓦時(shí)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(shí),農(nóng)牧林業(yè)生產(chǎn)不到2000億千瓦時(shí),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(diǎn)更適宜光伏消納
事實(shí)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(shí)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(shí)農(nóng)村用電特點(diǎn)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(shì)。實(shí)現(xiàn)全面電氣化后,拖拉機(jī)、插秧機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)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(jī)設(shè)備并非天天用,一年用1-2個(gè)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(jī)設(shè)備。哪臺(tái)設(shè)備需要,直接把電池裝上去就行,這樣便能實(shí)現(xiàn)需求側(cè)響應(yīng)。不用時(shí)則可以作為家中的儲(chǔ)能單元。”
“優(yōu)先自用”也是上述方式與整縣推進(jìn)光伏的最大區(qū)別,通過蓄能和需求響應(yīng)模式進(jìn)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(chǔ)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(shí)蓄電池,自用電量足以解決。進(jìn)而再滿足村里的公共用電、大型農(nóng)機(jī)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(chǔ)存調(diào)節(jié)后,在與電網(wǎng)約定好的時(shí)段上網(wǎng),或根據(jù)電網(wǎng)調(diào)度要求上網(wǎng)。通過村級(jí)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(gè)個(gè)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(duì)于用戶最關(guān)心的費(fèi)用問題,江億及團(tuán)隊(duì)也做了充分驗(yàn)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(hù)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(shí)/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(jí)公共設(shè)施的投資約200萬元-400萬元/百戶。而村級(jí)微網(wǎng)需要集體投資和國家財(cái)政支持建設(shè)。初投資可以從農(nóng)網(wǎng)擴(kuò)容改造、清潔取暖改造等多項(xiàng)專項(xiàng)工程里面出,上網(wǎng)發(fā)電收入支撐后期運(yùn)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(gè)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(qiáng)調(diào)優(yōu)先自用了。只有充分市場(chǎng)化,也就是作為商品能源,其價(jià)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(chǎng)價(jià)格約1000元/噸;麥秸、稻草可以壓制成大塊,作為鍋爐燃料市價(jià)在500元-700元/噸。“沒有形成生物質(zhì)能源市場(chǎng),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(fèi),屋頂光伏可以提供充足廉價(jià)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(shí),置換出生物質(zhì)能源,可以說一舉多得。”
原標(biāo)題:“雙碳”帶來農(nóng)村能源轉(zhuǎn)型新思路 開發(fā)屋頂光伏正當(dāng)時(shí)