編者按：在“雙碳”背景下分布式能源領(lǐng)域貫徹新發(fā)展理念，以“雙碳背景下能源安全新思維——新型分布式綜合能源保障”為主題的“第十八屆中國分布式能源國際論壇”于2022年12月8日在北京采用線上的形式召開，本次大會由中國能源研究會與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會上，中國能源網(wǎng)副總經(jīng)理張葵葉出席大會并為大會主持。

以下內(nèi)容根據(jù)論壇演講實錄進(jìn)行整理。

主持人 張凱：第二位嘉賓是來自清華大學(xué)建筑學(xué)院的楊旭東院長，他發(fā)言的題目是《農(nóng)村建筑碳中和愿景目標(biāo)與分布式供能技術(shù)路徑探討》。農(nóng)村建筑用能的需求主要在用電和供熱上，但在農(nóng)村用能對價格更敏感，利用分布式光伏和分布式生物質(zhì)能解決農(nóng)村建筑的供電和供熱問題是個完美的解決方案，接下來就有請楊旭東院長帶我們深度解析一下農(nóng)村碳中和的愿景目標(biāo)和分布式供能技術(shù)，有請楊院長。

楊旭東：各位早上好!感謝張總的介紹，同時感謝段總的邀請。前面徐院長做了非常好的報告。稍微跟各位簡要介紹一下，主要基于我從2005年到現(xiàn)在這十幾年在農(nóng)村的實踐，也有一些研究和政策性方面的探討。

現(xiàn)在國家“雙碳”目標(biāo)和鄉(xiāng)村振興，這是國家戰(zhàn)略，所以給農(nóng)村的未來也指明了方向，當(dāng)然也是我們一個重大的機(jī)遇。我一直講農(nóng)村在我們國家無論是建筑節(jié)能還是低碳方面，我們一直都是以差等生的角色出現(xiàn)的，為什么是差等生?這里面有一些數(shù)據(jù)可以看一下，我們的建筑面積非常大，能耗的量也非常多，同時碳排放一年也有4多億噸的二氧化碳。最大的問題現(xiàn)在農(nóng)村還在大量使用散煤，所以這個問題也造成了很多隱患，其實不光是隱患，后果也非常大，大氣污染的問題，固廢污染的問題，健康的影響，同時也帶來大量的碳排放，所以農(nóng)村的問題非常突出。

大家都知道，咱們國家從2017年開始有這樣一個重大行動叫北方清潔取暖試點行動，這個大的背景主要針對大氣污染治理問題，但是我們可以看一下，這是我讓學(xué)生從1985年到現(xiàn)在整個農(nóng)村地區(qū)的能耗做了一個統(tǒng)計，這里面每一年的數(shù)字都能看到，大家可以看到大的趨勢變化非常明顯，大量的散煤使用一直都下不來，還有一大塊是生物質(zhì)直接燃燒，這是一個大的背景，國家從2017年開始實施這個行動計劃以來，現(xiàn)在已經(jīng)有88個城市進(jìn)入到這個行動計劃，得到了一個很好的效果，我們在短短的幾年之內(nèi)迅速地替代了2000多萬戶的散煤，實際上減少了大量的散煤量，我們可以看到，這一刀砍下來，到現(xiàn)在等于把散煤降了不少，同時也把農(nóng)村的建筑用能直接達(dá)峰了，現(xiàn)在處于下降的通道，這是非常好的事。但是我們也要關(guān)注一下，整個行動得到了一個什么效果?還有一些負(fù)面的，可能未來還要關(guān)注的一些效果，老百姓用不起、能源供應(yīng)問題等等。比如說我們看到的這個筆尖是天然氣的使用，原來在農(nóng)村幾乎都沒有，由于煤改氣現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了，液化石油氣也在大量使用，電是上升的趨勢。我們再看碳排放，其實也類似，碳排放和能耗基本上是同步，散煤占的是最主要的，電帶來了碳，天然氣、液化氣、這些都帶來一定的碳，但是由于國家的行動也讓我們的碳排放在2017年達(dá)峰了，這應(yīng)該是個好消息。將來我們的路徑怎么走就變得特別重要，我們可以按照三個大的階段，改革開放之前是以柴為主的時代，從1980年到現(xiàn)在，甚至在未來到2030年之內(nèi)，估計是以煤為主的時代，2030年之后是什么時代就需要我們認(rèn)真思索了?，F(xiàn)在比較著急的，因為我們處于煤時代，所以現(xiàn)在比較著急的還是清潔取暖和散煤治理，這也是國家看得非常準(zhǔn)的這樣一個情況。

但是這個過程我已經(jīng)說了，并不都是皆大歡喜的。而且大家也看到了報道里面經(jīng)常出現(xiàn)一系列的問題，關(guān)于這件事有很多的討論，我今天不展開了，做這樣的行動計劃我們不能脫離開我們的國情、老百姓、政府和資源的承受能力，當(dāng)然也基于這個目標(biāo)，清潔、節(jié)能、低碳、舒適，在2016年我們提出所謂的“四一”模式，這里面“四一”的具體含意我都寫了，當(dāng)然有些人質(zhì)疑“四一”實現(xiàn)不了，太理想化了，所以當(dāng)時2018年、2019年這兩年我們又分別在河南的鶴壁和山東濟(jì)南商河縣做了試點，證明這是可以實現(xiàn)的，鶴壁做到非常好的一個試點，實現(xiàn)了只補(bǔ)初裝，不補(bǔ)運(yùn)行費(fèi)，這個在很多地區(qū)是非常羨慕的?，F(xiàn)在的問題是很多地方還沒有做到，希望各個地方在這方面遇到困難的時候參考一下這兩個地方的經(jīng)驗。

具體怎么做我稍微說一下，首先一定要了解農(nóng)村的建筑用能特征是什么，農(nóng)村的房子都比較大，但是實際使用又出現(xiàn)了“部分時間部分空間”的典型特征，我們做了大量的實測發(fā)現(xiàn)，它的使用系數(shù)按照時間和空間來算，有些農(nóng)宅可能10%都不到，在這樣的情況下整個實現(xiàn)全空間、全時間的供暖，當(dāng)然能耗就會巨高無比。我們怎么樣充分利用這種特征來節(jié)能，這就是非常關(guān)鍵的一個基礎(chǔ)性的問題。在這個基礎(chǔ)上我們也知道北方的農(nóng)宅保溫效果都比較差，所以怎么做好保溫是第一關(guān)鍵的事情，我們把能耗降下來，然后用清潔能源替代。怎么降現(xiàn)在也有各種各樣的做法，我們經(jīng)?？吹降木褪前凑粘鞘姓麄€房子加外保溫，這樣做下來成本就高了，我們也提出了一種方案就是基于剛才說的這種“部分時間部分空間”的特點，我們提出一種叫做靶向的保溫技術(shù)，主要針對它的常用房間做到大用大保、小用小保、不用不保，這樣我們給出了一個菜單式的方案。

菜單式方案的特點是主要針對經(jīng)費(fèi)的量，比如說只有5000塊錢，怎么樣把5000塊錢用到最大的節(jié)能效果，這里面有一系列的優(yōu)化問題，給出一個菜單，如果錢多有1萬，當(dāng)然就做1萬的最優(yōu)方案，所以要注意的是這里的方案一定要最優(yōu)。

除了節(jié)能以外，設(shè)備側(cè)也非常重要，我們不能燒煤了，天然氣將來也不太符合低碳，那到底用什么呢?低碳的技術(shù)在不斷地發(fā)展，這個技術(shù)跟剛才徐院長講的非常接近，空氣源熱泵，但是空氣源熱泵對于農(nóng)村的使用最廣泛的條件還是空氣源，熱泵有各種各樣的形式，可以搞地源，可以搞水源，但是空氣源是限制是最少的，但是讓空氣源熱泵+在北方尤其在嚴(yán)寒地區(qū)進(jìn)行供暖要解決幾個特別大的難題。第一個必須保證在超低溫下能正常運(yùn)行，同時不出現(xiàn)衰減，這就是很大的難題，所以經(jīng)過了十幾年的摸索，現(xiàn)在提出了一種產(chǎn)品，基于環(huán)境、溫度、熱泵機(jī)，現(xiàn)在標(biāo)準(zhǔn)早已經(jīng)出來了，用得也比較多了，老百姓接受度也比較好，而且最大的好處是可以實現(xiàn)分時、分區(qū)、分室進(jìn)行控制，需要的時候打開，不需要的時候就關(guān)上，溫度也是自己調(diào)，而且達(dá)到了一個比較好的舒適效果，基本上和地暖實現(xiàn)媲美，成本也比較低，大概就比分體空調(diào)稍微貴一點，達(dá)到了非常好的節(jié)能效果，COP能達(dá)到3，1份電進(jìn)去能出3份熱，可以節(jié)省67%左右的熱。

太陽能供暖也摸索了好幾十年了，這里介紹一種技術(shù)，采用的是季節(jié)自適應(yīng)型太陽能集熱，它把集熱管不是平放，而是立起來，底下再加一個反射板，這樣可以在冬天的時候通過反射板增加集熱能力。另外,在太陽能高度角低的時候能夠大量地接受光線，所以冬天的集熱效果非常好。同時它還有一個特別大的優(yōu)點，到了夏天太陽能高度角高的時候能夠?qū)崿F(xiàn)自遮擋，所以集熱效果就會降下來，降下來以后夏天不會過熱，也就不會爆管，就能夠?qū)崿F(xiàn)在冬天的時候達(dá)到一個很高的太陽能保證率，這個技術(shù)在不同地方進(jìn)行示范，也達(dá)到了一定的效果。

前面我說的主要是現(xiàn)在的這些技術(shù)，將來我們農(nóng)村地區(qū)想要從差等生變好，我們希望怎么做?就要圍繞低碳去考慮問題，當(dāng)然我們也進(jìn)一步地去節(jié)能，進(jìn)一步地去發(fā)展零碳技術(shù)，這是必然的。對農(nóng)村來講我們需要考慮的就是幾個問題，一個是我們的清潔取暖這么長時間做下來，它和低碳能不能合二為一，有些技術(shù)可以，有些技術(shù)不行，我們怎樣發(fā)展一些能把兩者協(xié)調(diào)起來的技術(shù)。進(jìn)一步來講清潔取暖、低碳，甚至和經(jīng)濟(jì)發(fā)展能夠合三為一，這樣才能有可能實現(xiàn)將來的農(nóng)村能源“產(chǎn)-供-用”的這種跨越式發(fā)展。

我們想強(qiáng)調(diào)一點，農(nóng)村是不是要走出一個新的路徑，而不是重復(fù)城市的路徑，這些問題都擺在我們面前。所以從碳的角度來講，實際上它的排放就是三類：直接碳排放，各種各樣的燃料燃燒，化石能源燃燒產(chǎn)生的;間接碳排放，就是用一些化石能源產(chǎn)生的電;還有一些隱含碳排放，就是建筑材料。在這三個方面農(nóng)村都有巨大的空間能夠解決的，比如我們先說用電的問題，如果我們還用以前的方式電網(wǎng)取電，再節(jié)能還得耗電，但是我們發(fā)現(xiàn)農(nóng)村有足夠的發(fā)展自己分布式光伏的空間，假如在屋頂上裝20千瓦的光伏，一年產(chǎn)電量就是2萬多度電，而大量的農(nóng)戶用電量一年只不過3000度電之內(nèi)，所以我們的產(chǎn)電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于需求，這樣的條件給我們提供了巨大的節(jié)能和低碳的發(fā)展空間。

我們可以看一下農(nóng)村的可再生能源分布，我們只考慮屋頂可安裝的面積，經(jīng)過衛(wèi)星圖像的識別，大概有19億千瓦的潛力，一年就能夠出3萬億度電，這也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過農(nóng)村自身的用電量。另外生物質(zhì)有大量的條件，我們算下來至少一年是8億噸，約等于4億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的能源供應(yīng)量。所以這些能源都是分布式的，特點就是量雖然很大，但是密度極低，使用并不容易，怎么用就變成一個巨大的問題。農(nóng)村是個巨大的產(chǎn)能基地，這句話沒錯，但是怎么樣把農(nóng)村巨大的產(chǎn)能基地發(fā)揮出來，我們就要考慮比如說電，電的特點就是它的儲存非常難，傳輸、損耗也比較大，所以最主要的就是要就地消納，怎么樣消納好就是一個難點。而生物質(zhì)是可以儲存的能源，也可以運(yùn)輸，更好的是可以適合向外輸送，如果農(nóng)村自己用不了的時候，向城市運(yùn)送出去，解決城市的低碳能源供應(yīng)問題，這兩條道就完全不同。

農(nóng)村屋頂光伏大家也知道都在發(fā)展，但是現(xiàn)在的發(fā)展模式總體來講出現(xiàn)了這么幾個問題。第一個問題是它不充分，它受限于農(nóng)村的電力變壓器的容量，所以并不是都想裝就都能上網(wǎng)的，只有個別村的個別用戶才有條件去上網(wǎng)，另外一個就是不公平，發(fā)電上網(wǎng)是一個價格，從電網(wǎng)買電又是另外一個價格，而自己發(fā)的電又不能直接用，這就造成很大的問題，同時也存在很大的不平衡性。光伏發(fā)電是不穩(wěn)定波動性的，而我們自己的電力需求又是一個相對比較穩(wěn)定的，所以說怎么做呢?最好的模式就是實現(xiàn)自我消納，剩余的電再上網(wǎng)，這樣就可以把這三個問題基本上解決掉，但是怎么消納又有不同的路徑了。

消納要看農(nóng)村的用電都有些什么負(fù)荷：電器、供暖、生產(chǎn)和交通，這些其實都可以用電來解決，但是問題是，這些都是很持續(xù)，相對波動性比較弱的，都是很穩(wěn)定性的一個需求，可是太陽能不是，它是一會兒有一會兒沒有的，所以這兩個之間的匹配就變成一個巨大的難題。怎么做?我舉一個例子，比如我們想解決供熱問題，太陽能的發(fā)電是一會兒有一會兒沒有，白天有晚上沒有，但是我們的供暖不行，所以我們就可以巧妙地通過墻體蓄熱的形式，讓發(fā)的電通過熱的形式儲存在墻體里面，到了晚上就可以釋放出來，就不至于白天熱晚上冷，這個我們在山西芮城做了5戶的示范，目前達(dá)到了一個很好的效果。大家可以看到當(dāng)室外溫度，太陽能輻射波動非常強(qiáng)的時候，室內(nèi)溫度還是能達(dá)到相對舒適的范圍，而且這種形式不需要任何其他的儲能，其他輔助能源的幫助，完全靠太陽能就可以解決它的供暖問題。

將來的發(fā)展趨勢，實際上很重要的一點就是我們農(nóng)村的農(nóng)機(jī)具和交通工具的電氣化?，F(xiàn)在整體來講還沒有達(dá)到很好的效果，但是未來一旦發(fā)展起來以后，它又給我們農(nóng)村實現(xiàn)儲能提供了一個非常好的廉價儲能資源，這就像城市的電動汽車一樣，農(nóng)村的電動交通工具、電動農(nóng)具都是帶電池以后都可以和我們的電網(wǎng)形成互動，解決我們的戶內(nèi)儲能問題。

未來的場景非?？善冢覀兤谕吹降亩际沁@些東西，雖然是不穩(wěn)定的光伏，但是通過我們自身的使用調(diào)配，實現(xiàn)巨大的柔性，既解決了自身的用能問題，又能夠給電網(wǎng)有序地送電。舉個例子，這是學(xué)生最近做的工作，從時序上來講，我們的供電曲線和用電曲線是包絡(luò)不住的，但是我們通過一定的儲能，帶動一定的調(diào)節(jié)，可以讓它完全包在里面，這樣屋頂光伏就完全可以把我們的用電全部涵蓋，同時在其他時間又能夠有序地實現(xiàn)上網(wǎng)，這些都可以做到。同時如果能形成微網(wǎng)，在村級再加上一些大型的免費(fèi)儲能設(shè)備，我們就可以按照電網(wǎng)的指令實現(xiàn)柔性的上網(wǎng)，不是說白天太陽好的時候就往上送，電網(wǎng)又不要，而是實現(xiàn)電網(wǎng)讓我們什么時候送就什么時候送，達(dá)到這樣的一個目標(biāo)，這就是所謂“光儲直柔”的概念，這是目前在山西，在其他地方在做試點。

將來的做法希望能夠?qū)崿F(xiàn)全面的電氣化，就是以前我們這種燒油、燒柴、燒煤的做法將來都變成通過我們自身的產(chǎn)電、消納、儲能，然后再上網(wǎng)，實現(xiàn)非常好的一個電氣化的形式，這也是我們期待看到的未來農(nóng)村的一個美好生活的場景。

下面稍微說一下生物質(zhì)的事，因為現(xiàn)在生物質(zhì)的消納也是討論得比較多，生物質(zhì)資源量很大，但是現(xiàn)在實際的情況下，我們的消納做得并不好，所謂的肥料化其實是還田了，大量的使用比較少，還有一些焚燒，所以我們要考慮的就是，首先生物質(zhì)和太陽能有些不同，太陽能是個資源，但可以不用，但是生物質(zhì)產(chǎn)生之后必須消納，你沒有選擇，必須想辦法把它消納完。生物質(zhì)消納過程有各種各樣的不同形式，但是無論哪種形式都會產(chǎn)生一定的碳排放，包括甲烷，包括氧化亞氮，這兩種都是很強(qiáng)的溫室氣體，如果消納過程不產(chǎn)生這些東西，只產(chǎn)生二氧化碳，它就是一個零碳的，如果多出來這些東西以后，它就不是零碳了，所以它的零碳屬性就會被打破。

我們統(tǒng)計分析了一個不同的消納途徑，發(fā)現(xiàn)如果把它作為燃料清潔化燃燒，或者把它變成沼氣，或者變成可燃的氣體，這兩種情況下它的等效碳排放基本上接近于零碳的。如果水稻、秸稈還田，或者直接外面燒了，就會產(chǎn)生大量的強(qiáng)溫室氣體，所以它就實現(xiàn)不了零碳。

一個是從零碳，另外一個從助力鄉(xiāng)村振興的角度來講，希望能夠把農(nóng)村這些東西能源化、資源化，所以現(xiàn)在各種各樣的技術(shù)也在不斷地發(fā)展，目前看到的有些是生物質(zhì)固體成型燃料、生物天然氣，還有熱解氣各種各樣的形式都有，這些形式、這些技術(shù)其實都是一種消納，消納我們農(nóng)村生物質(zhì)資源的。而且它還有一個更大的好處，生物質(zhì)本身做好了是零碳，如果再往下做還可以做成負(fù)碳，通過碳封存，或者是生物質(zhì)燃燒過程中煙氣的捕獲，或者把它高端材料化，還可以挖掘一些能源植物，比如微藻等，都有很強(qiáng)的固碳能力，所以還能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)碳的效果。

在這方面歐洲做得很好，有大量非常好的經(jīng)驗值得我們學(xué)習(xí)，在歐洲生物能源已經(jīng)是他們最大的可再生能源了，而且已經(jīng)有大量生物經(jīng)濟(jì)的投入，上萬億歐元的經(jīng)濟(jì)投入，對整個經(jīng)濟(jì)發(fā)展起到了很大的作用。

我們想做一個預(yù)測，農(nóng)村現(xiàn)在是個差等生，差就差在我們現(xiàn)在的供能結(jié)構(gòu)不好，碳排放高，將來如果做好的話是個什么樣的場景?我們預(yù)測的結(jié)果是這樣的：2027年就可以把農(nóng)村用電自給自足，2030年基本實現(xiàn)散煤替代，2040年基本上實現(xiàn)近零碳排放，如果這樣做下來就需要我們把這五樣?xùn)|西逐步退出去，像散煤、直接燃燒的生物質(zhì)、非可再生的電力、液化氣、天然氣，這些都得退出去，而需要進(jìn)的主要就是屋頂光伏電、生物質(zhì)和其他可再生能源，如果真能做到這一點，農(nóng)村不但不是個差等生，甚至有可能馬上成為優(yōu)等生，因為它除了自己實現(xiàn)零碳以外，還能夠給國家貢獻(xiàn)15億噸/年的減碳潛力，這能支援城市實現(xiàn)減碳。

最后做一個簡要的總結(jié)。第一，我們所謂農(nóng)村實現(xiàn)達(dá)峰了，這件事情并不一定是什么太大的喜事，因為將來的技術(shù)路徑設(shè)計得不好，達(dá)峰實現(xiàn)了，但是永遠(yuǎn)實現(xiàn)不了中和。第二，我們怎樣挖掘生物質(zhì)、太陽能這些農(nóng)村的可再生能源，它有廣闊的發(fā)展空間，因為它擁有廣闊的空間，發(fā)展可再生能源必須得有空間，這是農(nóng)村的一個很好的特點。像電要優(yōu)先考慮自消納，發(fā)展分布式光儲直柔電力系統(tǒng)，帶動將來全面的電氣化。生物質(zhì)希望能夠向外輸出燃料，商品能，我們也希望大量地去發(fā)展零碳鄉(xiāng)村，把農(nóng)村從現(xiàn)在的能源消費(fèi)者，將來慢慢地辦成零能耗的社區(qū)，再將來慢慢地變成正能量的社區(qū)，就是一個零碳能源的供應(yīng)者，實現(xiàn)這樣的一個跨越以后，農(nóng)村是有潛力真正成為我們國家能源轉(zhuǎn)型、低碳發(fā)展的排頭兵和優(yōu)等生。

我的介紹就這些，謝謝大家。

主持人 張凱：謝謝楊旭東院長的發(fā)言。楊院長的發(fā)言從農(nóng)村的用能需求量、排放量，熱泵、太陽能集熱技術(shù)解決方案和數(shù)據(jù)測算等多個角度幫助我們理解了農(nóng)村在實現(xiàn)碳中和目標(biāo)中分布式能源應(yīng)用市場的前景與市場機(jī)遇，楊院長提到農(nóng)村實現(xiàn)碳中和趨勢中的“五退三進(jìn)”和2040年實現(xiàn)近零排放讓人印象深刻，這比2060年實現(xiàn)碳中和提前20年，相信從現(xiàn)在到2040年，農(nóng)村實現(xiàn)碳中和的過程中，分布式光伏和分布式生物質(zhì)還有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>