【環保筆談】

作者：江億、胡姗（分别系中國工程院院士、清華大學建築節能研究中心主任，清華大學建築節能研究中心助理研究員）

“二氧化碳排放力争于2030年前達到峰值，努力争取2060年前實現碳中和”是我國的目标承諾。而實現雙碳目标，其中心任務正是以可再生電力為基礎的零碳能源替代目前以化石能源為基礎的碳基能源。可以預見的是，風電、光電将是未來可再生電力系統中最主要的電源，在未來電力系統中容量将占80%以上，發電量将占60%左右。

山西省芮城縣莊上村的屋頂光伏光儲直柔系統。光明圖片

然而，在我國大力發展風電和光電，目前尚存在難點。一是安裝空間。根據測算，新增60億千瓦的風電光電裝機就需要1億畝土地。二是有效消納。與火電不同，風電和光電不易調控，其變化與用電需求不一緻，如何協調電源與電負荷的關系，從而有效消納其發電量，是目前風電和光電發展的關鍵。

反觀我國廣大的農村地區，能源需求旺盛，但存在較大的減碳減煤空間，亟待清潔能源轉型。相關數據顯示，2019年我國農村散煤用量約1.4億噸，占全國非工業散煤的90%以上，是減煤減碳的重點之一。将燃煤、柴油、稭稈等作為主要能源直接燃燒，也成為大氣等環境污染的重要原因。結合以上兩方面因素，筆者認為，在我國農村建設以屋頂光伏為基礎的農村新型能源系統，将可能成為破解風電光電發展困境、助力農村經濟社會發展的一條有效路徑。

什麼是基于屋頂光伏的農村新型能源系統？即在自然條件适合的地區，充分利用各家農戶的閑置屋頂空間，發展以光伏發電為核心的新型直流微網，為農村生産生活全面提供能源。同時，可将剩餘電力及加工成型或氣化的生物質能源向城市輸出，成為産糧區新的經濟來源。

經測算，每戶屋頂若安裝20千瓦以上的光伏，全年發電量就可超過2萬千瓦時，可滿足一戶包括冬季采暖（50平方米主要房間采暖）和炊事在内的全部生活用電和各類交通工具充電，還可剩餘接近1萬度電力用于農業生産和農副産品加工，剩餘電力還可以在合适時段上網。此外，通過建設村級直流微網和公用蓄電池，還可實現戶間電量的相互流通和補充。農村各類帶有蓄電能力的用電裝置和多數負載可按照需求響應用電的模式，從而使屋頂光伏電力的大部分有效消納，剩餘部分經過村級直流微網的整合後上網，也轉變成可調可控的優質電源。

在這樣的模式下，農村新型能源系統将實現生産生活和交通用能的全面電氣化，農村大氣環境有望徹底改觀。從建設成本上看，上述配置包括村級公共部分，每戶折合投資10萬元左右，公共用電和上網送電的全年收入除支付運維管理費外，還可實現全部初投資的分期還本付息，從而使農戶戶用電全部免費。同時，通過銀行低息貸款就可以解決工程投資來源的問題。

那麼，我國到底有多少農村屋頂可以利用？根據清華大學與原國土資源部衛星信息研究所的合作調查計算，我國鄉村各類屋頂可安裝光伏發電裝置約20億千瓦，全年可發電量接近3萬億千瓦時，占到我國2019年全年總用電量的40%，更将達到規劃中的我國零碳電力系統中光伏發電總量的60%。未來，随着城鎮化進程的推進，我國農村人口可能會有所下降，但農村建築及屋頂的規模并不會減少，可安裝光伏的規模也會穩定在這一水平。

由此可見，農村屋頂光伏無論在電量供應還是容量調節上，都可對未來的零碳電力系統起到重要作用——除能滿足農村生産生活和交通用能外，還能為電網提供容量為8億千瓦、電量為1萬億千瓦時的可調電源，有助于實現電力系統的靈活和穩定。因此，盡早盡快發展以農村屋頂光伏為基礎的新型能源系統，不僅有利于鄉村振興，也對我國構建以新能源為主體的新型電力系統、盡早實現電力零碳具有至關重要的作用。

需要強調的是，在“碳達峰碳中和”目标指引下，建設以屋頂光伏為基礎的農村新型能源系統也将成為我國新型電力系統建設的突破口。能源系統低碳轉型将促使我國現有電力系統産生一系列革命性變化——電源将由集中式轉為集中與分布相結合；電網将由目前的單向受電轉為雙向有源；電力的供需關系由目前的“源随荷變”轉為“荷随源變”；電網的穩定性由依賴集中電源的慣性轉為依靠分布式蓄電等。這些變化既關乎基礎研究和技術研發，又涉及電力政策、定價機制的調整，更需要用電方式的适應和新用電文化的建立。在保證用電安全、社會穩定和經濟持續發展的前提下完成新型電力系統建設，将是一場有待深入探索的電力技術與用電文化的革命。

對于我國中東部農村地區而言，目前電力系統的建設還相對落後，農村電網增容改造正在規劃和進行中。筆者認為，若按照以屋頂光伏為基礎的模式重新規劃這些地區的電力系統，将增容改造資金用來投入這一新方式的改造，或可減少屋頂光伏系統建設的資金壓力。同時，由集中式向分布式電力系統的改造，也不會對農村的經濟社會活動帶來過多幹擾。而由于農村地區電力市場僅占我國電力市場的很小比例，與新型電力系統相呼應的電力政策與機制的改革在農村的先行先試，将不會對整個電力市場形成沖擊，因此在該地區進行探索試點将可能為後續電力系統的改革提供可參考的借鑒。

如此，以屋頂光伏為基礎的農村新能源系統建設，或将是我國建設新型電力系統的突破口。這既是建設社會主義新農村、實施鄉村振興戰略的重要組成部分，也有望成為實現我國低碳發展、完成電力系統革命可邁出的第一步。

《光明日報》（ 2021年08月28日09版）

來源： 光明網-《光明日報》

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