■中國工程院院士 江億

目前，我(wo)國農(nong)村（指以農(nong)林畜牧業為(wei)主要經(jing)濟活動的村落）建筑用(yong)能(neng)總(zong)(zong)量為(wei)3.1億噸標煤(mei)(mei)(mei)，約占我(wo)國建筑運行用(yong)能(neng)總(zong)(zong)量的1/3。其(qi)中，燃(ran)煤(mei)(mei)(mei)、燃(ran)氣和電力(li)等商品能(neng)源占農(nong)村用(yong)能(neng)總(zong)(zong)量的70%。盡管農(nong)村戶(hu)(hu)均(jun)商品能(neng)消耗量低(di)于(yu)城市居民，但目前農(nong)村戶(hu)(hu)均(jun)用(yong)能(neng)總(zong)(zong)量卻已經(jing)高于(yu)城市居民，并且生物質能(neng)比例逐年(nian)減少，煤(mei)(mei)(mei)、電和燃(ran)氣戶(hu)(hu)均(jun)用(yong)量不斷(duan)提高。

為改善農民生活水平，消除散燒燃煤造成的大氣污染，我國自2016年開始推動“清潔取暖”行動，在華(hua)北(bei)和周(zhou)邊“2+26”城市的(de)農(nong)村(cun)地區開展大規(gui)模取消散(san)煤的(de)清潔取暖工程(cheng)，通過改(gai)(gai)變能源種(zhong)類(lei)和推(tui)廣多(duo)種(zhong)采暖方(fang)式，有效(xiao)提(ti)高(gao)了冬季農(nong)民室內取暖水平，大幅減少(shao)了污染物排放，改(gai)(gai)善(shan)了室內外的(de)空氣質量。

清潔取暖僅是農村能源革命的開始，全國農(nong)村(cun)都面(mian)臨用能結(jie)構和用能方式的變革(ge)。目(mu)前(qian)，電力部(bu)門在(zai)積極(ji)進行農(nong)網擴(kuo)容，燃(ran)(ran)氣部(bu)門在(zai)積極(ji)鋪(pu)設(she)燃(ran)(ran)氣管道。農(nong)村(cun)的能源(yuan)(yuan)革(ge)命未來(lai)將走向(xiang)何方？我(wo)們(men)是否應按照城市標準建設(she)農(nong)村(cun)的能源(yuan)(yuan)系統？

生物質材料將成主要燃料來源

在(zai)各類可(ke)(ke)再生(sheng)能源中，生(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)能是目前唯一的零碳燃(ran)料(liao)(liao)。據不(bu)完全統計，不(bu)包(bao)括城(cheng)市垃圾(ji)中的生(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)材(cai)(cai)料(liao)(liao)，我(wo)國目前尚未利用的生(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)材(cai)(cai)料(liao)(liao)包(bao)括2.8億噸農業秸稈、1.9億噸林業枝(zhi)條和(he)枯葉、25億噸牲畜和(he)禽類糞便（濕）。這些(xie)生(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)材(cai)(cai)料(liao)(liao)根據其(qi)性質(zhi)(zhi)可(ke)(ke)通過粉碎和(he)壓縮(suo)加工為成型顆粒燃(ran)料(liao)(liao)，或通過規模(mo)化(hua)方式生(sheng)產沼氣(qi)，再分離(li)出CO2，從(cong)而成為95%以上甲烷含量(liang)的生(sheng)物(wu)燃(ran)氣(qi)。

采用“一村(cun)一廠、來料(liao)(liao)加工(gong)”的(de)(de)方式，可(ke)以在經(jing)濟性可(ke)行的(de)(de)條件下(xia)實(shi)現(xian)干生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)質(zhi)材料(liao)(liao)的(de)(de)成(cheng)(cheng)型顆粒化(hua)；而以萬(wan)畝農田為(wei)一個(ge)服務單元的(de)(de)大型生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)質(zhi)燃氣(qi)站(zhan)，還能處理(li)大量濕生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)質(zhi)材料(liao)(liao)。目前生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)質(zhi)燃氣(qi)的(de)(de)生(sheng)(sheng)產成(cheng)(cheng)本已經(jing)可(ke)以與普通天然氣(qi)持平。初(chu)步(bu)測算，我國產自農牧林區的(de)(de)生(sheng)(sheng)物(wu)(wu)質(zhi)材料(liao)(liao)加工(gong)成(cheng)(cheng)固體和(he)氣(qi)體燃料(liao)(liao)，可(ke)提供相當(dang)于7.5億噸標煤的(de)(de)燃料(liao)(liao)。

傳統的(de)(de)秸(jie)稈柴灶的(de)(de)熱效(xiao)率(lv)(lv)(lv)不(bu)到15%，而現在已開發并批量生(sheng)(sheng)產的(de)(de)生(sheng)(sheng)物質成型(xing)燃(ran)(ran)(ran)料的(de)(de)炊事(shi)爐具熱效(xiao)率(lv)(lv)(lv)可(ke)(ke)(ke)超過(guo)35%，取暖爐具熱效(xiao)率(lv)(lv)(lv)可(ke)(ke)(ke)超過(guo)80%，同(tong)樣(yang)的(de)(de)炊事(shi)和采暖效(xiao)果僅需原來1/3的(de)(de)秸(jie)稈。同(tong)時，這類新爐具的(de)(de)排(pai)(pai)(pai)放污染物基本滿足燃(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)爐具的(de)(de)排(pai)(pai)(pai)放標準，只是NOx排(pai)(pai)(pai)放略顯高(gao)。但是，由(you)于這種(zhong)NOx與燃(ran)(ran)(ran)煤、燃(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)燃(ran)(ran)(ran)燒(shao)所排(pai)(pai)(pai)放的(de)(de)不(bu)同(tong)，對大氣(qi)(qi)污染貢獻很小(xiao)。通過(guo)生(sheng)(sheng)物法(fa)制備的(de)(de)生(sheng)(sheng)物燃(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)則(ze)完全(quan)可(ke)(ke)(ke)以(yi)和天然(ran)氣(qi)(qi)一樣(yang)利用(yong)(yong)，壓(ya)縮后可(ke)(ke)(ke)作(zuo)為(wei)汽車燃(ran)(ran)(ran)料或進入燃(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)管道。由(you)于各種(zhong)燃(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)設備的(de)(de)熱效(xiao)率(lv)(lv)(lv)都可(ke)(ke)(ke)達到90%以(yi)上，所以(yi)燃(ran)(ran)(ran)氣(qi)(qi)法(fa)從生(sheng)(sheng)物質材料熱值(zhi)折算到最終的(de)(de)熱利用(yong)(yong)效(xiao)率(lv)(lv)(lv)也超過(guo)40%。生(sheng)(sheng)產沼(zhao)氣(qi)(qi)所產生(sheng)(sheng)的(de)(de)沼(zhao)渣、沼(zhao)液(ye)可(ke)(ke)(ke)以(yi)作(zuo)為(wei)優質的(de)(de)有機肥，替代綠肥和秸(jie)稈直(zhi)接還田，從沼(zhao)氣(qi)(qi)中分(fen)離出的(de)(de)CO2則(ze)可(ke)(ke)(ke)以(yi)再利用(yong)(yong)或填埋，從而實現CO2的(de)(de)負(fu)排(pai)(pai)(pai)放。

與來(lai)自(zi)礦(kuang)物(wu)的(de)(de)化石燃(ran)(ran)料不同，生(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)材(cai)料是為了滿(man)足人(ren)類各種需求而(er)作(zuo)為副產(chan)品所產(chan)出(chu)，必須全部消納。秸稈還田(tian)或堆放(fang)(fang)綠肥(fei)的(de)(de)方式消納，將產(chan)生(sheng)和(he)排(pai)(pai)放(fang)(fang)一定量的(de)(de)甲烷及其它溫(wen)室氣(qi)體(ti)。這些氣(qi)體(ti)的(de)(de)溫(wen)室氣(qi)體(ti)效(xiao)應是CO2的(de)(de)20~300倍(bei)，其危害遠(yuan)大(da)于直接燃(ran)(ran)燒。而(er)加工為成型燃(ran)(ran)料或生(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)燃(ran)(ran)氣(qi)，則可避免這些非(fei)二氧化碳溫(wen)室氣(qi)體(ti)的(de)(de)排(pai)(pai)放(fang)(fang)。因此，生(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)材(cai)料作(zuo)為燃(ran)(ran)料處理，即使不考慮其替代化石燃(ran)(ran)料的(de)(de)作(zuo)用(yong)，僅從減少溫(wen)室氣(qi)體(ti)排(pai)(pai)放(fang)(fang)角(jiao)度看，也非(fei)常必要。

我國新(xin)能源(yuan)發展很快，生(sheng)(sheng)物質能卻相對滯后。生(sheng)(sheng)物質材料的(de)(de)能源(yuan)化利(li)用(yong)率不到(dao)20%，很多(duo)地方(fang)(fang)甚至還(huan)在焚燒(shao)消(xiao)納。目前(qian)能源(yuan)化利(li)用(yong)最多(duo)的(de)(de)是(shi)秸稈發電，然而由于采集半徑大，導致采集運輸成本高(gao)。更嚴重的(de)(de)是(shi)，把秸稈從農民手中拿(na)走替代電廠燃燒(shao)的(de)(de)煤(mei)，農民失(shi)去秸稈就(jiu)只好去燒(shao)煤(mei)，支持這(zhe)種不合理交換(huan)的(de)(de)是(shi)生(sheng)(sheng)物質發電的(de)(de)高(gao)上網電價，而這(zhe)種交換(huan)的(de)(de)結(jie)果只是(shi)用(yong)農戶散煤(mei)燃燒(shao)方(fang)(fang)式替代了(le)電廠的(de)(de)集中燒(shao)煤(mei)，加重了(le)污染。

生物(wu)質材(cai)料(liao)源于農(nong)(nong)(nong)村(cun)，就應(ying)優(you)先(xian)服務于農(nong)(nong)(nong)村(cun)。農(nong)(nong)(nong)村(cun)炊(chui)事和(he)熱水(shui)用(yong)(yong)能(neng)、北方冬季(ji)采(cai)暖用(yong)(yong)能(neng)是目前主要的(de)(de)農(nong)(nong)(nong)村(cun)建(jian)筑用(yong)(yong)燃(ran)料(liao)型能(neng)源，而加工(gong)后的(de)(de)生物(wu)質能(neng)源恰好可用(yong)(yong)于此。初(chu)步測算，產糧區農(nong)(nong)(nong)戶(hu)、畜牧禽(qin)業農(nong)(nong)(nong)戶(hu)、林(lin)業農(nong)(nong)(nong)戶(hu)生產過程(cheng)所獲得(de)的(de)(de)生物(wu)質能(neng)都可以滿足其炊(chui)事和(he)生活熱水(shui)需要。北方地區農(nong)(nong)(nong)戶(hu)冬季(ji)采(cai)暖一(yi)半以上(shang)的(de)(de)燃(ran)料(liao)也可以從自產的(de)(de)生物(wu)質材(cai)料(liao)中(zhong)獲得(de)。

光電、風電大有可為

農村的(de)非生產用能的(de)其它部分(fen)應(ying)依靠(kao)電(dian)力。進入本(ben)(ben)世紀以(yi)來(lai)，風力發電(dian)、光(guang)伏發電(dian)裝(zhuang)置(zhi)的(de)成本(ben)(ben)已(yi)下降(jiang)至最初的(de)幾(ji)十分(fen)之一(yi)，如果不包括對應(ying)的(de)土地或空間成本(ben)(ben)，風電(dian)、光(guang)電(dian)的(de)發電(dian)成本(ben)(ben)已(yi)經低于煤(mei)電(dian)。

從近10年前開始，光伏(fu)就(jiu)被作為(wei)扶(fu)貧方(fang)式，通過(guo)上(shang)(shang)(shang)網(wang)(wang)高價售電(dian)，補貼貧困戶(hu)。農村(cun)未能普遍推廣(guang)光伏(fu)電(dian)池，是受限于光伏(fu)元件的高成本和上(shang)(shang)(shang)網(wang)(wang)權。現(xian)在，光伏(fu)元件本身的成本已不是障礙，如果(guo)有低成本的安裝方(fang)式，并且自(zi)用而不是上(shang)(shang)(shang)網(wang)(wang)，就(jiu)有可能迅速發展。風電(dian)也早(zao)已成為(wei)偏遠地區獲(huo)得電(dian)力的方(fang)式。

目(mu)前，農(nong)村(cun)發(fa)展風、光(guang)電(dian)(dian)(dian)需(xu)要(yao)解決的(de)問題是蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)和(he)微電(dian)(dian)(dian)網(wang)系統(tong)。如果(guo)每(mei)戶LED照明和(he)晚上家(jia)電(dian)(dian)(dian)需(xu)要(yao)功(gong)率為300瓦，每(mei)晚使用4小時，則每(mei)戶只要(yao)有2千瓦時的(de)蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)池(chi)就可保證基本需(xu)求。車(che)輛充電(dian)(dian)(dian)、其它家(jia)電(dian)(dian)(dian)和(he)農(nong)機具都盡可能在(zai)白天光(guang)電(dian)(dian)(dian)充裕時使用，搭建分戶的(de)全直流系統(tong)，則每(mei)個農(nong)戶蓄(xu)電(dian)(dian)(dian)和(he)配電(dian)(dian)(dian)微網(wang)投資可以在(zai)1萬元以內(nei)。加(jia)上光(guang)伏或小型風電(dian)(dian)(dian)，每(mei)戶2萬元即可解決基本問題。

目前農村(cun)電(dian)(dian)(dian)(dian)網擴(kuo)容(rong)，各地(di)的擴(kuo)容(rong)標準是每(mei)戶5到(dao)8千(qian)瓦(wa)，為實現這(zhe)樣的容(rong)量戶均農網改造費都(dou)高于2萬元(yuan)。改造后為了(le)實現“煤(mei)改電(dian)(dian)(dian)(dian)”，再把谷間電(dian)(dian)(dian)(dian)價降低到(dao)每(mei)千(qian)瓦(wa)時0.1元(yuan)，完(wan)全依賴地(di)方政(zheng)府和(he)電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)部門的補貼。如果(guo)取消這(zhe)樣的補貼電(dian)(dian)(dian)(dian)價，同時把電(dian)(dian)(dian)(dian)網改造費用(yong)投向農村(cun)微網改造，就可(ke)在農村(cun)建成(cheng)分布式(shi)(shi)電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)系統。而(er)大電(dian)(dian)(dian)(dian)網在現有基礎(chu)上(shang)，承(cheng)擔輔助和(he)補充的作用(yong)，僅承(cheng)擔農用(yong)電(dian)(dian)(dian)(dian)的20%~50%。這(zhe)種“分布式(shi)(shi)、半自給”的電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)模式(shi)(shi)，不(bu)就是我們希望的從集中轉為分布式(shi)(shi)的未來電(dian)(dian)(dian)(dian)力(li)系統模式(shi)(shi)嗎(ma)？

農村能源系統可成為能源革命的先行

能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)革命的(de)核心是由化石能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)轉為以(yi)可再(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)為主(zhu)的(de)低(di)碳能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)系(xi)統。如同化石能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)系(xi)統依(yi)賴(lai)(lai)礦產(chan)資源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)，發(fa)(fa)展(zhan)風電、光電和生(sheng)(sheng)(sheng)物質(zhi)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)依(yi)賴(lai)(lai)于土(tu)地空間(jian)資源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)。相比人(ren)口(kou)高密集的(de)城市，我國農(nong)村擁有廣大豐富的(de)土(tu)地空間(jian)資源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)。農(nong)村建筑屋頂、農(nong)畜(chu)業(ye)(ye)設施(shi)表面，以(yi)及(ji)不能(neng)(neng)(neng)耕作的(de)空地都可以(yi)安裝(zhuang)太陽能(neng)(neng)(neng)光伏電池。在不影響生(sheng)(sheng)(sheng)產(chan)和生(sheng)(sheng)(sheng)活的(de)條件(jian)下(xia)，也可以(yi)零星布局(ju)風力發(fa)(fa)電裝(zhuang)置。一(yi)些山(shan)區還(huan)有發(fa)(fa)展(zhan)小水電的(de)條件(jian)。而作為農(nong)林畜(chu)牧業(ye)(ye)的(de)副產(chan)品(pin)所產(chan)出的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)物質(zhi)材料(liao)，又是唯一(yi)的(de)零碳燃料(liao)資源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)。能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)產(chan)業(ye)(ye)是資源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)依(yi)賴(lai)(lai)型產(chan)業(ye)(ye)，而對(dui)低(di)碳能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)系(xi)統來(lai)說，農(nong)村恰(qia)恰(qia)可為可再(zai)生(sheng)(sheng)(sheng)能(neng)(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)提供豐富的(de)資源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)。

能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)革命的(de)又一特征是從集(ji)中(zhong)的(de)生(sheng)(sheng)產(chan)、運輸和轉換方式(shi)轉變(bian)為(wei)分(fen)布式(shi)生(sheng)(sheng)產(chan)、產(chan)用(yong)同地。農村(cun)(cun)的(de)可(ke)(ke)再(zai)生(sheng)(sheng)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)又正好(hao)符(fu)合這(zhe)(zhe)一特點(dian)。我們可(ke)(ke)以從農村(cun)(cun)的(de)電(dian)(dian)力系統開始，探(tan)討怎樣實現基(ji)于可(ke)(ke)再(zai)生(sheng)(sheng)電(dian)(dian)力的(de)分(fen)布式(shi)發(fa)電(dian)(dian)、分(fen)散式(shi)蓄電(dian)(dian)、就地用(yong)電(dian)(dian)新(xin)模(mo)式(shi)。農村(cun)(cun)用(yong)電(dian)(dian)負荷稀(xi)疏、集(ji)中(zhong)的(de)電(dian)(dian)力輸配方式(shi)投資高(gao)、效率(lv)低(di)。遠(yuan)距離輸送天然(ran)氣(qi)成本高(gao)、效率(lv)低(di)、安全性(xing)差；繼續使用(yong)燃煤會帶來高(gao)污染、低(di)效率(lv)，積攢的(de)爐灰還會成為(wei)公害(hai)。采用(yong)新(xin)的(de)分(fen)布式(shi)模(mo)式(shi)，依賴自身資源(yuan)(yuan)(yuan)，建立起以可(ke)(ke)再(zai)生(sheng)(sheng)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)為(wei)基(ji)礎的(de)農村(cun)(cun)新(xin)能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)系統，正好(hao)與農村(cun)(cun)的(de)資源(yuan)(yuan)(yuan)環境條件相符(fu)，又是未(wei)來能(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)發(fa)展的(de)目(mu)標。為(wei)什么不(bu)可(ke)(ke)以在農村(cun)(cun)先(xian)(xian)行先(xian)(xian)試，邁(mai)出這(zhe)(zhe)一步呢？