中國儲能網(wǎng)訊：對于我國來講，農(nóng)村零碳建設(shè)處于起步時期，實踐探索還在初級階段。我國農(nóng)村地區(qū)擁有豐富的生物質(zhì)能、太陽能等清潔能源，農(nóng)村能源轉(zhuǎn)型和“零碳村鎮(zhèn)”建設(shè)擁有廣闊天地。
清晨，太陽從黃河邊的山巒間緩緩升起，晨光灑下，坐落在高崖之上的山西省運城市芮城縣莊上村逐漸蘇醒。迎著朝霞，村民張保民開啟了他的一天——用電磁爐做頓早餐，駕駛電動三輪車到蘋果園修剪樹枝，夜幕降臨后，取暖片開啟，他在一片暖意中安穩(wěn)睡下……
看似尋常的生活，實則暗藏玄機。走進莊上村，不見從煙囪里升起的煤煙，沒有黑突突的車輛尾氣，許多村民的生活、生產(chǎn)、交通等用電基本告別了傳統(tǒng)化石能源，取而代之的是太陽能發(fā)電。
莊上村依靠陽光獲得多個光環(huán)：2023年被全球環(huán)境基金、聯(lián)合國開發(fā)計劃署、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部共同授予“中國零碳村鎮(zhèn)示范村”；同年12月，莊上村“光儲直柔”新型配電系統(tǒng)，在阿聯(lián)酋迪拜召開的第28屆聯(lián)合國氣候變化大會上，榮獲“能源轉(zhuǎn)型變革者”獎項，成為全球28個入選項目之一。
這個位于山西、河南、陜西三省交界的偏遠山村，如何探尋“零碳”發(fā)展路徑？又緣何備受國際青睞？走進莊上村，農(nóng)家屋頂、黃土山坡上，一塊塊、一排排藍色光伏板在陽光下熠熠閃光，黃河畔的古老村落與現(xiàn)代科技交織融合。2019年的一天，莊上村迎來直流建筑建設(shè)試點，一場最先由27戶村民參與的光伏試驗拉開帷幕。眼下，這場試驗仍在進行中，“零碳村鎮(zhèn)”建設(shè)如火如荼。
赴一場“前途未卜”的試驗
相傳，女媧補天時煉石的燃料，正是出自山西的煤炭，足以說明山西用煤歷史之悠久。莊上村的山崖上，保留著村民世代居住的窯洞，土黃色洞壁熏得黢黑，張貼在墻壁上的舊報紙燒出焦邊?？梢韵胂螅О倌陙?，煤炭是人們做飯、取暖的主要能源。
初訪莊上村的場景，清華大學(xué)建筑學(xué)院副院長楊旭東記憶猶新：“2020年，村民雖已搬進磚房，但仍采取燒煤、燒柴這些原始用能方式，屋里常年煤煙繚繞，冬天村民往爐子里添煤時，屋內(nèi)的PM2.5濃度能達到2000多微克每立方米。”
隨著資源枯竭和傳統(tǒng)化石能源帶來的全球氣候、環(huán)境問題加劇，能源系統(tǒng)清潔低碳轉(zhuǎn)型的任務(wù)迫在眉睫，而農(nóng)村匯集了豐富的可再生能源資源，能源低碳發(fā)展?jié)摿薮蟆＾r(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護總站首席專家王全輝介紹，建設(shè)“零碳村鎮(zhèn)”的初衷正是充分挖掘農(nóng)村可再生能源資源，培育鄉(xiāng)村可再生能源產(chǎn)業(yè)，在做好農(nóng)村建筑和生活用能節(jié)能工作的基礎(chǔ)上，提高能源利用效率，利用微網(wǎng)、儲能等分布式能源應(yīng)用技術(shù)，實現(xiàn)在農(nóng)村居民生活場景利用可再生能源取代傳統(tǒng)化石能源。
2017年，山西省提出要“爭當(dāng)全國能源革命排頭兵”，莊上村迎來轉(zhuǎn)變契機。彼時，土生土長的莊上村人陳文波在外從事直流配電相關(guān)行業(yè)，聽聞家鄉(xiāng)的計劃，他毅然回鄉(xiāng)。
經(jīng)過調(diào)研謀劃，2019年3月，陳文波經(jīng)營的南京國臣直流配電科技有限公司（以下簡稱“南京國臣”）在清華大學(xué)江億院士團隊的技術(shù)支持下，率先在莊上村進行了27戶居民和窯洞文旅區(qū)的“光儲直柔”技術(shù)示范。
張保民算得上村里第一位“零碳戶”，他家里的“能源革命先行戶NO.1”牌子十分醒目。南京國臣給張保民家西側(cè)廂房和正房的屋頂免費安裝了8塊光伏板，后來增加到64塊。光伏板產(chǎn)生的直流電經(jīng)過“直來電”多端能量路由器轉(zhuǎn)化后，可連接家用電器直接使用。
進入張保民家，客廳、臥室窗明幾凈，廚房內(nèi)，老式灶臺封了起來，電磁爐、燒水壺、電煮鍋一應(yīng)俱全?！斑^去，家里燒煤取暖，一個冬天至少花費三千多元，還搞得滿屋子烏煙瘴氣?！睆埍Ｃ袼懔怂?，自從用上光伏電，再也沒自掏腰包充過電費。
陳文波介紹，與傳統(tǒng)屋頂光伏相比，莊上村建設(shè)的是“屋頂光伏+儲能+直流配電+柔性用電”的新型電力系統(tǒng)，簡稱“光儲直柔”。“這項技術(shù)發(fā)展還不夠成熟，在基礎(chǔ)設(shè)施薄弱的農(nóng)村應(yīng)用更是一次全新嘗試，村民的認識也不到位，項目推進面臨層層阻礙。”陳文波確定的是，“農(nóng)村能源低碳轉(zhuǎn)型是大勢所趨，不管成功與否，都要去蹚蹚水！”
“面對新鮮事物，村民們覺得太超前，都不愿意嘗試，害怕改造后電費更貴、用電不方便?！鼻f上村黨支部書記杜康雷回憶，村里專門召開動員會，技術(shù)團隊每天風(fēng)雨無阻向村民科普新技術(shù)，功夫不負有心人，終于有27位“先行者”愿意赴這場“前途未卜”的改革試驗。
改革試驗在質(zhì)疑聲中開始了。莊上村是東漢時期“神仙縣令”王喬的故里，為便于后期開發(fā)旅游資源，王喬故里景區(qū)附近的部分院落、窯洞安裝了“光儲直柔”系統(tǒng)。同時村里還建設(shè)了光伏車棚、電動汽車和電動三輪車雙向充放電樁，打造了“零碳食堂”。首期項目成功實現(xiàn)“光儲直柔”系統(tǒng)在農(nóng)村的完整技術(shù)示范，27戶村民實現(xiàn)炊事、清潔取暖和交通全電氣化。
“自從我家安上了光伏板，用電方便又安全，家里變得干凈多了！”張保民說，不僅如此，投資方還以光伏板每塊每年20元的價格向村民支付“地租”，每年的租金完全可以抵銷家中唯一一臺未改為直流電的普通空調(diào)的電費?？吹綄崒嵲谠诘男б婧凸?jié)能效果，越來越多村民的意愿高漲了起來?！按迕駛兟犝f了，都爭著要來家里參觀，希望成為下一個‘零碳戶’?！睆埍Ｃ裾f。
2021年，中國電力、國家電網(wǎng)、南京國臣共同在莊上村開展了農(nóng)村“光儲直柔”新型電力系統(tǒng)技術(shù)和商業(yè)示范。陳文波介紹，二期項目自愿參與的村民增加到71戶，同時利用廢舊荒地，打造了光伏庭院和光伏走廊場景，于2022年初全部并網(wǎng)，裝機2兆瓦，一年的發(fā)電量可達280萬度，除村里自用，余電可以輸送給周邊的村莊或城鎮(zhèn)。
減碳效果是顯而易見的。據(jù)測算，整個項目每年可減少燃煤消耗800噸，從而削減了約2500噸的二氧化碳排放。2023年，莊上村成為全國首個掛牌“中國零碳村鎮(zhèn)示范村”的村莊，“零碳”逐漸融入莊上人的生活。
不斷解鎖新能源應(yīng)用場景
來到莊上村這天，陰雨連綿，厚厚的云層將太陽遮個嚴實。張保民卻不太擔(dān)心壞天氣致使家里無電可用。他指著臥室內(nèi)的黑箱子告訴記者，這是村民口中的“日光寶盒”，猶如一個巨大的充電寶，光伏板發(fā)出的電可以存儲其中，陰天和夜晚均可正常用電。
與“陽光之城”洛杉磯同在北緯35度，豐富的光照資源造就了芮城縣這個全國唯一縣級光伏領(lǐng)跑技術(shù)基地、全國清潔能源輸出縣，加上農(nóng)村大量屋頂閑置資源，為發(fā)展光伏發(fā)電提供了得天獨厚的條件。
巨大的發(fā)展?jié)摿χ?，一連串問題亟待解答。當(dāng)前我國農(nóng)村電網(wǎng)依然薄弱，面對突發(fā)惡劣天氣等情形，莊上村如何保障村民用電穩(wěn)定性？除了村民室內(nèi)的生活用能，交通運輸、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等也是化石能源消耗大頭，如何實現(xiàn)各領(lǐng)域能源替代，真正實現(xiàn)“零碳”？
破局的關(guān)鍵，在楊旭東看來，正是“光儲直柔”技術(shù)。“光儲直柔”技術(shù)是在現(xiàn)有光伏產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)上進行的一種創(chuàng)新，它將分布式太陽能光伏（光）、分布式蓄能（儲）、低壓直流配電系統(tǒng)（直）和柔性用電（柔）相結(jié)合。簡單來說，光伏板、“直來電”盒、儲能設(shè)備、家電，構(gòu)成了一套完整的小型電力系統(tǒng)。
楊旭東介紹，在這套系統(tǒng)中，最關(guān)鍵的就是要處理好“就地消納、余電上網(wǎng)”的難題。顧名思義，莊上村屋頂光伏板發(fā)出的電，優(yōu)先滿足村民生產(chǎn)、生活、交通等方面的用電需求，剩余電能儲存起來，以備不時之需。在大電網(wǎng)需要時，則通過線路送上電網(wǎng)，與電網(wǎng)形成柔性互動?！肮鈨χ比帷毕到y(tǒng)安全性更高，與新能源、儲能無縫連接，農(nóng)村供電不再過分依賴外部大電網(wǎng)，通過合理配置儲能設(shè)備，能夠解決電能供應(yīng)的不穩(wěn)定問題，提高能源的可靠性，減少停電。
“光儲直柔”的原理或許深奧生澀，但其卻為莊上村帶來顯而易見的變化。莊上村自用電約每年40萬度，全村年發(fā)電量已達280萬度，遠遠超出自用所需，這使村民“用電自由”成為可能。除了取暖、炊事等日常生活用能，由于儲能技術(shù)的突破，各種場景用能需求得到滿足。
在村里的光伏車棚，停滿了電動汽車和電動三輪車。采訪途中，一輛外省車牌的小貨車來到充電樁?！拔乙ミ\城市里，車子只剩36%的電，以往經(jīng)過這里都要繞路去充電，今天發(fā)現(xiàn)這里也安裝充電樁了，不用再繞遠，便利許多?！背錆M電后，司機計算了電費，莊上村一度電只需9毛錢，比市里的1塊多還要便宜。
光伏車棚下的電動三輪車也不一般，經(jīng)過改造后，它也成為一個小型儲能設(shè)備，可以給小型農(nóng)機充電。張保民家中就有一輛電動三輪車，農(nóng)忙時，三輪車成了打草機、直流水泵、果樹剪枝機的可移動“充電寶”，隨用隨充。“以前三輪車要加汽油，跑起來冒黑煙不說，跑20公里需要10多塊錢油費，現(xiàn)在換成電動三輪車，跑同樣的距離只需要2塊錢電費?！睆埍Ｃ裼X得甚是劃算，在勞動力日益短缺且老齡化嚴重的農(nóng)村，這也無疑進一步解放了勞動力。
此外，依托“光儲直柔”系統(tǒng)，莊上村公共空間的亮化工程、污水處理設(shè)施、公共衛(wèi)生間等場景的用電也進行了光伏電替代，最大限度地實現(xiàn)就地消納，推動村莊用能的電氣化轉(zhuǎn)變，煤油氣能源使用大幅減少，降碳效果顯著。
“光儲直柔”技術(shù)助力莊上村進行能源轉(zhuǎn)型，莊上村也給技術(shù)革新提供了舞臺。項目建設(shè)過程中，先后有19項技術(shù)取得創(chuàng)新突破，而技術(shù)升級勢必帶來成本降低。一期項目建設(shè)時，設(shè)備功率密度小，單瓦造價高，度電成本約0.5元，現(xiàn)在已降至0.1~0.2元。
在“國際莊”依靠太陽賺錢
“村里人都來點贊啦！”2023年12月5日，莊上村在聯(lián)合國獲獎的消息在村民們的朋友圈里刷屏了。當(dāng)日，在第28屆聯(lián)合國氣候變化大會上，陳文波從阿聯(lián)酋能源轉(zhuǎn)型專家賽義夫·古達的手中接過“能源轉(zhuǎn)型變革者”獎牌。
黃河岸邊名不見經(jīng)傳的小村莊，從全球2000余個項目中脫穎而出，這讓村民們的自豪感油然而生，激發(fā)了村民共同參與、共治共享的熱情，構(gòu)建新的“零碳”生活方式，成為莊上人的“標(biāo)配”。
莊上村的懸崖邊，矗立一塊刻有“零碳村鎮(zhèn)示范村”的石碑，極目遠眺，浢津渡口雄渾壯闊，美不勝收?！笆澈蟮难逻呍臼菑U棄窯洞，幾年前，由于常年沒人居住，村民把垃圾丟到這里，幾乎成了垃圾場。”杜康雷回憶道。
近幾年，莊上村將光伏發(fā)電技術(shù)與美麗鄉(xiāng)村建設(shè)相結(jié)合，一邊挖掘可再生能源，一邊整治村容村貌，美化村莊環(huán)境，解決農(nóng)村污染問題。村民們也自發(fā)收整自家門前空地，將里里外外打掃得整潔干凈。張保民形容，村里過去是“爛糟的”，現(xiàn)在“美如畫”。
如今，漫步村中，窯洞上、庭院內(nèi)、長廊頂，都“長滿”了光伏板，成為一道獨特的風(fēng)景線。莊上村充分挖掘浢津渡口、古代書院等黃河文化，利用“光儲直柔”技術(shù)打造以古村落為中心的“零碳文旅景區(qū)”，實現(xiàn)文旅景區(qū)所有用能的低碳化。獲國際獎項之后，莊上村成為附近小有名氣的“網(wǎng)紅村”。去年國慶節(jié)期間，每日吸引游客1500余人，帶動農(nóng)產(chǎn)品銷售、民宿、餐飲等業(yè)態(tài)發(fā)展，拓寬了村民增收致富渠道。
王全輝總結(jié)，莊上村的改革是系統(tǒng)性的，由技術(shù)切入，最終建立起農(nóng)村“零碳”生活新方式，是健康可持續(xù)的生活理念?！皩嶋H上，這是未來實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興的重要模式，對生態(tài)振興、產(chǎn)業(yè)發(fā)展起著重要作用?！蓖跞x說。
“做飯不用炭、農(nóng)機不冒煙；屋頂能發(fā)電、多余還賣錢?！贝迕駛冊缫寻褜π律畹纳羁桃娊飧爬ǖ巾樋诹锢铮詈唵沃卑椎脑捳Z，最能體現(xiàn)發(fā)展的力度。
一方面，開源之路越走越寬。除滿足莊上村村民用電外，剩余的約240萬度電向周邊城鎮(zhèn)供應(yīng)，“隔墻售電”每年為投資方帶來收益近100萬元。
另一方面節(jié)流效應(yīng)明顯。村民張青告訴記者，家里的10畝果園，每年需要剪枝、除草，自從除草機、打藥機等機器都用上光伏電，全年能節(jié)約電費2000多元。此外，芮城縣縣長張琳介紹，村莊建設(shè)獨立微電網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)電力的自發(fā)自用，可以省去高昂的布設(shè)電線成本。
“短短幾年，莊上村的變化肉眼可見。預(yù)計2027年，三期項目將全部完成，屆時將實現(xiàn)‘光儲直柔’技術(shù)在全村233戶村民全覆蓋?！标愇牟▽ξ磥沓錆M信心。
隨著莊上村的名氣打響，越來越多“零碳村”正在崛起。全球環(huán)境基金（GEF）七期“中國零碳村鎮(zhèn)促進”項目自2022年啟動以來，在包括芮城在內(nèi)的河北安平、四川西昌等9個地區(qū)開展示范，各地正在根據(jù)自身資源條件加速推進項目建設(shè)。
距離“零碳”還有多遠
作為全國首個掛牌“中國零碳村鎮(zhèn)示范村”的村莊，莊上村，真的實現(xiàn)“零碳”了嗎？
楊旭東認為，對于已經(jīng)參與到項目中的村民，他們的生產(chǎn)生活已經(jīng)完全去除了煤、燃氣等化石能源，實現(xiàn)了初級意義的“零碳”。
這里所說的“零碳”，王全輝解釋，并不單單是將村莊二氧化碳生產(chǎn)量和消耗量進行加減法實現(xiàn)碳中和，而是利用農(nóng)村可再生能源資源，培育農(nóng)村分布式能源產(chǎn)業(yè)，在農(nóng)村能源負荷端應(yīng)用情景中，實現(xiàn)可再生能源對傳統(tǒng)化石能源的高比例或全比例替代。當(dāng)然，并不意味完全不產(chǎn)生碳排放，而是通過太陽能、儲能等清潔式能源技術(shù)，擴大植樹造林面積，降低能源消費等措施進行減排，讓鄉(xiāng)村的碳排放相互抵銷后增量為零。
不過，整村真正實現(xiàn)嚴格意義上的零碳排放，莊上村還有很長的路要走。莊上村仍有超過一半的家庭未并入“光儲直柔”系統(tǒng)，一些村民的房屋承重能力弱，并不適合安裝屋頂光伏，未來想要將這部分村民納入進來，仍需在建筑條件提升上付出更多。
楊旭東認為，“零碳”有三個層面，莊上村“中國零碳村鎮(zhèn)示范村”項目實現(xiàn)了第一個層面的直接去除傳統(tǒng)化石能源。第二個層面，在去除化石能源燃燒基礎(chǔ)上，要實現(xiàn)發(fā)電量和用電量的平衡。最理想的情況是第三個層面，屆時將實現(xiàn)電力的“只出不進”，不但不從電網(wǎng)取電，按照電網(wǎng)要求，任何時候都可以向電網(wǎng)送電，實現(xiàn)動態(tài)穩(wěn)定。
實現(xiàn)最理想化的零碳，并非易事?！懊恳粦舻漠a(chǎn)能能力都要足夠大，儲能能力也要足夠大，用電與產(chǎn)電之間要做到協(xié)同匹配，這對經(jīng)濟、技術(shù)、設(shè)備等提出了更高的挑戰(zhàn)。”楊旭東說。
早在1997年，丹麥的索爾村采用多種可再生能源技術(shù)，如風(fēng)能、太陽能和生物質(zhì)能源，實現(xiàn)自給自足的能源供應(yīng)，不再依賴傳統(tǒng)化石能源，成為全球第一個零碳村。
對于我國來講，農(nóng)村零碳建設(shè)處于起步時期，實踐探索還在初級階段。我國農(nóng)村地區(qū)擁有豐富的生物質(zhì)能、太陽能等清潔能源，但當(dāng)前農(nóng)村能源中的煤油氣占比仍高達70%，而全國約有200億平方米的農(nóng)村屋頂面積，農(nóng)村能源轉(zhuǎn)型和“零碳村鎮(zhèn)”建設(shè)擁有廣闊天地。隨著全球氣候變化問題的日益嚴重，國家對于生態(tài)文明建設(shè)的重視程度不斷提高，打造零碳鄉(xiāng)村，恰逢其時意義重大。王全輝認為，實際上，“零碳村鎮(zhèn)”建設(shè)也是為鄉(xiāng)村經(jīng)濟建設(shè)開辟新的賽道，有助于發(fā)掘農(nóng)村新功能，推動農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展，助力實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興。
挑戰(zhàn)同樣艱巨。楊旭東認為，在基礎(chǔ)較為薄弱的廣大農(nóng)村地區(qū)，許多難題有待逐一突破。首先，農(nóng)村電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施較為單薄，還應(yīng)加強電力設(shè)施建設(shè)。其次，做好農(nóng)村新能源消納需要技術(shù)支持，依靠農(nóng)民自己是很難的，他呼吁企業(yè)和科研院所積極參與。此外，站在全局角度和鄉(xiāng)村振興的尺度上看，農(nóng)村是可再生能源最豐富的地方，農(nóng)村能源是解決國家低碳轉(zhuǎn)型的根本，未來應(yīng)以“農(nóng)村包圍城市”的路徑解決我國能源轉(zhuǎn)型，而當(dāng)前大量財政投入集中的城市，見效慢、成本高，農(nóng)村迫切期待更多政策、資金、技術(shù)與試點示范。
莊上村打造“中國零碳村鎮(zhèn)示范村”的三期項目正緊鑼密鼓地推進，陳文波對未來充滿信心。不過他還有一些擔(dān)憂，對大電網(wǎng)來說，越來越多的農(nóng)村微電網(wǎng)，尤其是“光儲直柔”新技術(shù)的加入，讓電力調(diào)峰成本和壓力增加，電網(wǎng)并不能全然接受，一定程度上限制了發(fā)展的積極性。他呼吁國家進一步細化電改政策，支持新技術(shù)助力農(nóng)村能源轉(zhuǎn)型。
王全輝暢想，未來“低碳”“零碳”的生活方式將更持久深入地在廣大農(nóng)村地區(qū)悄然綻放。但在這之前，他建議，政策層面，要建立政府主導(dǎo)、社會參與的格局，把“零碳村鎮(zhèn)”建設(shè)納入鄉(xiāng)村振興大格局中，加強住建、發(fā)改、能源、農(nóng)業(yè)農(nóng)村等多部門協(xié)同，從能源、建筑、交通、農(nóng)業(yè)等多個方面進行全面轉(zhuǎn)型和升級；技術(shù)層面，農(nóng)村能源轉(zhuǎn)型要實現(xiàn)技術(shù)上的“一能為主、多能互補”，結(jié)合各地區(qū)資源稟賦發(fā)展適合的技術(shù)，培育新能源產(chǎn)業(yè)；可持續(xù)發(fā)展層面，要堅持節(jié)能優(yōu)先，讓“低碳”“零碳”的理念融入百姓生活方式中，養(yǎng)成節(jié)約、循環(huán)的生產(chǎn)生活新方式。
據(jù)科學(xué)考證，早在180萬年前，人類文明的第一把圣火在位于芮城縣的西侯度遺址燃起。而今，在同一片土地上，莊上村也進行了一次前無古人的探索。1978年，小崗村的十八位村民在土地承包書上按下鮮紅的手印，掀開了農(nóng)村改革的浪潮；或許，從莊上村燃起的農(nóng)村能源轉(zhuǎn)型革命的星星之火，未來也將照亮中國零碳鄉(xiāng)村的模樣……
