編者按：在“雙碳”背景下分布式能源領域貫徹新發展理念，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聯合主辦。會上，中國能源網副總經理張葵葉出席大會并為大會主持。

以下內容根據論壇演講實錄進行整理。

主持人 張凱：第二位嘉賓是來自清華大學建筑學院的楊旭東院長，他發言的題目是《農村建筑碳中和愿景目標與分布式供能技術路徑探討》。農村建筑用能的需求主要在用電和供熱上，但在農村用能對價格更敏感，利用分布式光伏和分布式生物質能解決農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村碳中和的愿景目標和分布式供能技術，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年到現在這十幾年在農村的實踐，也有一些研究和政策性方面的探討。

現在國家“雙碳”目標和鄉村振興，這是國家戰略，所以給農村的未來也指明了方向，當然也是我們一個重大的機遇。我一直講農村在我們國家無論是建筑節能還是低碳方面，我們一直都是以差等生的角色出現的，為什么是差等生?這里面有一些數據可以看一下，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。最大的問題現在農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，這是我讓學生從1985年到現在整個農村地區的能耗做了一個統計，這里面每一年的數字都能看到，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，現在已經有88個城市進入到這個行動計劃，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，到現在等于把散煤降了不少，同時也把農村的建筑用能直接達峰了，現在處于下降的通道，這是非常好的事。但是我們也要關注一下，整個行動得到了一個什么效果?還有一些負面的，可能未來還要關注的一些效果，老百姓用不起、能源供應問題等等。比如說我們看到的這個筆尖是天然氣的使用，原來在農村幾乎都沒有，由于煤改氣現在已經出現了，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年達峰了，這應該是個好消息。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年到現在，甚至在未來到2030年之內，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真思索了。現在比較著急的，因為我們處于煤時代，所以現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的這樣一個情況。

但是這個過程我已經說了，并不都是皆大歡喜的。而且大家也看到了報道里面經常出現一系列的問題，關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，當然也基于這個目標，清潔、節能、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，當然有些人質疑“四一”實現不了，太理想化了，所以當時2018年、2019年這兩年我們又分別在河南的鶴壁和山東濟南商河縣做了試點，證明這是可以實現的，鶴壁做到非常好的一個試點，實現了只補初裝，不補運行費，這個在很多地區是非常羨慕的。現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驗。

具體怎么做我稍微說一下，首先一定要了解農村的建筑用能特征是什么，農村的房子都比較大，但是實際使用又出現了“部分時間部分空間”的典型特征，我們做了大量的實測發現，它的使用系數按照時間和空間來算，有些農宅可能10%都不到，在這樣的情況下整個實現全空間、全時間的供暖，當然能耗就會巨高無比。我們怎么樣充分利用這種特征來節能，這就是非常關鍵的一個基礎性的問題。在這個基礎上我們也知道北方的農宅保溫效果都比較差，所以怎么做好保溫是第一關鍵的事情，我們把能耗降下來，然后用清潔能源替代。怎么降現在也有各種各樣的做法，我們經常看到的就是按照城市整個房子加外保溫，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，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費的量，比如說只有5000塊錢，怎么樣把5000塊錢用到最大的節能效果，這里面有一系列的優化問題，給出一個菜單，如果錢多有1萬，當然就做1萬的最優方案，所以要注意的是這里的方案一定要最優。

除了節能以外，設備側也非常重要，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?低碳的技術在不斷地發展，這個技術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+在北方尤其在嚴寒地區進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行，同時不出現衰減，這就是很大的難題，所以經過了十幾年的摸索，現在提出了一種產品，基于環境、溫度、熱泵機，現在標準早已經出來了，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分時、分區、分室進行控制，需要的時候打開，不需要的時候就關上，溫度也是自己調，而且達到了一個比較好的舒適效果，基本上和地暖實現媲美，成本也比較低，大概就比分體空調稍微貴一點，達到了非常好的節能效果，COP能達到3，1份電進去能出3份熱，可以節省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，采用的是季節自適應型太陽能集熱，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點，到了夏天太陽能高度角高的時候能夠實現自遮擋，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，就能夠實現在冬天的時候達到一個很高的太陽能保證率，這個技術在不同地方進行示范，也達到了一定的效果。

前面我說的主要是現在的這些技術，將來我們農村地區想要從差等生變好，我們希望怎么做?就要圍繞低碳去考慮問題，當然我們也進一步地去節能，進一步地去發展零碳技術，這是必然的。對農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，有些技術可以，有些技術不行，我們怎樣發展一些能把兩者協調起來的技術。進一步來講清潔取暖、低碳，甚至和經濟發展能夠合三為一，這樣才能有可能實現將來的農村能源“產-供-用”的這種跨越式發展。

我們想強調一點，農村是不是要走出一個新的路徑，而不是重復城市的路徑，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，化石能源燃燒產生的;間接碳排放，就是用一些化石能源產生的電;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取電，再節能還得耗電，但是我們發現農村有足夠的發展自己分布式光伏的空間，假如在屋頂上裝20千瓦的光伏，一年產電量就是2萬多度電，而大量的農戶用電量一年只不過3000度電之內，所以我們的產電量遠遠大于需求，這樣的條件給我們提供了巨大的節能和低碳的發展空間。

我們可以看一下農村的可再生能源分布，我們只考慮屋頂可安裝的面積，經過衛星圖像的識別，大概有19億千瓦的潛力，一年就能夠出3萬億度電，這也遠遠超過農村自身的用電量。另外生物質有大量的條件，我們算下來至少一年是8億噸，約等于4億噸標準煤的能源供應量。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。農村是個巨大的產能基地，這句話沒錯，但是怎么樣把農村巨大的產能基地發揮出來，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。而生物質是可以儲存的能源，也可以運輸，更好的是可以適合向外輸送，如果農村自己用不了的時候，向城市運送出去，解決城市的低碳能源供應問題，這兩條道就完全不同。

農村屋頂光伏大家也知道都在發展，但是現在的發展模式總體來講出現了這么幾個問題。第一個問題是它不充分，它受限于農村的電力變壓器的容量，所以并不是都想裝就都能上網的，只有個別村的個別用戶才有條件去上網，另外一個就是不公平，發電上網是一個價格，從電網買電又是另外一個價格，而自己發的電又不能直接用，這就造成很大的問題，同時也存在很大的不平衡性。光伏發電是不穩定波動性的，而我們自己的電力需求又是一個相對比較穩定的，所以說怎么做呢?最好的模式就是實現自我消納，剩余的電再上網，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。

消納要看農村的用電都有些什么負荷：電器、供暖、生產和交通，這些其實都可以用電來解決，但是問題是，這些都是很持續，相對波動性比較弱的，都是很穩定性的一個需求，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，目前達到了一個很好的效果。大家可以看到當室外溫度，太陽能輻射波動非常強的時候，室內溫度還是能達到相對舒適的范圍，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。

將來的發展趨勢，實際上很重要的一點就是我們農村的農機具和交通工具的電氣化。現在整體來講還沒有達到很好的效果，但是未來一旦發展起來以后，它又給我們農村實現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，農村的電動交通工具、電動農具都是帶電池以后都可以和我們的電網形成互動，解決我們的戶內儲能問題。

未來的場景非常可期，我們期望看到的都是這些東西，雖然是不穩定的光伏，但是通過我們自身的使用調配，實現巨大的柔性，既解決了自身的用能問題，又能夠給電網有序地送電。舉個例子，這是學生最近做的工作，從時序上來講，我們的供電曲線和用電曲線是包絡不住的，但是我們通過一定的儲能，帶動一定的調節，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上網，這些都可以做到。同時如果能形成微網，在村級再加上一些大型的免費儲能設備，我們就可以按照電網的指令實現柔性的上網，不是說白天太陽好的時候就往上送，電網又不要，而是實現電網讓我們什么時候送就什么時候送，達到這樣的一個目標，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實現全面的電氣化，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電、消納、儲能，然后再上網，實現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村的一個美好生活的場景。

下面稍微說一下生物質的事，因為現在生物質的消納也是討論得比較多，生物質資源量很大，但是現在實際的情況下，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，但是生物質產生之后必須消納，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生一定的碳排放，包括甲烷，包括氧化亞氮，這兩種都是很強的溫室氣體，如果消納過程不產生這些東西，只產生二氧化碳，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。

我們統計分析了一個不同的消納途徑，發現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，就會產生大量的強溫室氣體，所以它就實現不了零碳。

一個是從零碳，另外一個從助力鄉村振興的角度來講，希望能夠把農村這些東西能源化、資源化，所以現在各種各樣的技術也在不斷地發展，目前看到的有些是生物質固體成型燃料、生物天然氣，還有熱解氣各種各樣的形式都有，這些形式、這些技術其實都是一種消納，消納我們農村生物質資源的。而且它還有一個更大的好處，生物質本身做好了是零碳，如果再往下做還可以做成負碳，通過碳封存，或者是生物質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，都有很強的固碳能力，所以還能夠實現負碳的效果。

在這方面歐洲做得很好，有大量非常好的經驗值得我們學習，在歐洲生物能源已經是他們最大的可再生能源了，而且已經有大量生物經濟的投入，上萬億歐元的經濟投入，對整個經濟發展起到了很大的作用。

我們想做一個預測，農村現在是個差等生，差就差在我們現在的供能結構不好，碳排放高，將來如果做好的話是個什么樣的場景?我們預測的結果是這樣的：2027年就可以把農村用電自給自足，2030年基本實現散煤替代，2040年基本上實現近零碳排放，如果這樣做下來就需要我們把這五樣東西逐步退出去，像散煤、直接燃燒的生物質、非可再生的電力、液化氣、天然氣，這些都得退出去，而需要進的主要就是屋頂光伏電、生物質和其他可再生能源，如果真能做到這一點，農村不但不是個差等生，甚至有可能馬上成為優等生，因為它除了自己實現零碳以外，還能夠給國家貢獻15億噸/年的減碳潛力，這能支援城市實現減碳。

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

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言。楊院長的發言從農村的用能需求量、排放量，熱泵、太陽能集熱技術解決方案和數據測算等多個角度幫助我們理解了農村在實現碳中和目標中分布式能源應用市場的前景與市場機遇，楊院長提到農村實現碳中和趨勢中的“五退三進”和2040年實現近零排放讓人印象深刻，這比2060年實現碳中和提前20年，相信從現在到2040年，農村實現碳中和的過程中，分布式光伏和分布式生物質還有很大的發展潛力。