河(he)南沼氣設備廠(chang)家之目(mu)前，我國農(nong)(nong)村(指以(yi)農(nong)(nong)林畜牧業為(wei)主要經(jing)濟活(huo)動(dong)的村落)建筑用(yong)能(neng)總(zong)(zong)量(liang)(liang)為(wei)3.1億(yi)噸標煤(mei)，約占(zhan)我國建筑運行(xing)用(yong)能(neng)總(zong)(zong)量(liang)(liang)的1/3.其中，燃煤(mei)、燃氣和(he)(he)電力等商品(pin)能(neng)源占(zhan)農(nong)(nong)村用(yong)能(neng)總(zong)(zong)量(liang)(liang)的70%。盡管農(nong)(nong)村戶均(jun)商品(pin)能(neng)消耗量(liang)(liang)低于城(cheng)市(shi)居民，但目(mu)前農(nong)(nong)村戶均(jun)用(yong)能(neng)總(zong)(zong)量(liang)(liang)卻已經(jing)高于城(cheng)市(shi)居民，并(bing)且(qie)生(sheng)物質能(neng)比例逐年減少，煤(mei)、電和(he)(he)燃氣戶均(jun)用(yong)量(liang)(liang)不斷提高。

為改善(shan)農(nong)民(min)生活水(shui)平(ping)，消除散燒燃煤造成的大氣(qi)污染，我國自2016年開(kai)始推動“清(qing)潔(jie)(jie)取暖(nuan)(nuan)”行動，在華北和周(zhou)邊“2+26”城(cheng)市(shi)的農(nong)村(cun)地區開(kai)展大規(gui)模取消散煤的清(qing)潔(jie)(jie)取暖(nuan)(nuan)工程，通過改變(bian)能源種(zhong)(zhong)類(lei)和推廣多種(zhong)(zhong)采(cai)暖(nuan)(nuan)方式(shi)，有(you)效提(ti)高了冬(dong)季(ji)農(nong)民(min)室內(nei)取暖(nuan)(nuan)水(shui)平(ping)，大幅減少了污染物排放，改善(shan)了室內(nei)外的空氣(qi)質量。

清潔取暖僅是農(nong)(nong)(nong)村(cun)能源革(ge)命(ming)的開始，全國農(nong)(nong)(nong)村(cun)都面臨用(yong)(yong)能結構和用(yong)(yong)能方(fang)式的變革(ge)。目前(qian)，電力部門(men)在(zai)積(ji)極(ji)進行(xing)農(nong)(nong)(nong)網擴容，燃(ran)氣(qi)部門(men)在(zai)積(ji)極(ji)鋪設燃(ran)氣(qi)管道。農(nong)(nong)(nong)村(cun)的能源革(ge)命(ming)未來將(jiang)走(zou)向何(he)方(fang)?我們是否應按照城市標(biao)準建設農(nong)(nong)(nong)村(cun)的能源系統?

生物質材料將成主要燃料來源(yuan)

在各(ge)類(lei)可再生(sheng)(sheng)能(neng)源中，生(sheng)(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)是目(mu)前(qian)..的(de)零(ling)碳燃料。據(ju)不完全統計，不包(bao)括城市垃圾中的(de)生(sheng)(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)材料，我國目(mu)前(qian)尚未利用的(de)生(sheng)(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)材料包(bao)括2.8億噸(dun)(dun)農(nong)業秸稈、1.9億噸(dun)(dun)林業枝條和枯葉、25億噸(dun)(dun)牲畜和禽類(lei)糞(fen)便(濕(shi))。這些生(sheng)(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)材料根據(ju)其(qi)性質(zhi)(zhi)(zhi)可通過粉碎(sui)和壓(ya)縮加工(gong)為成型顆粒(li)燃料，或通過規模化方式生(sheng)(sheng)產(chan)沼氣，再分離出CO2.從而成為95%以上(shang)甲烷(wan)含量的(de)生(sheng)(sheng)物(wu)燃氣。

采用“一(yi)村一(yi)廠、來料(liao)加工(gong)”的(de)方(fang)式，可(ke)(ke)以(yi)在(zai)經濟性可(ke)(ke)行(xing)的(de)條件下實現干生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)材料(liao)的(de)成(cheng)型(xing)顆粒化;而以(yi)萬(wan)畝農(nong)田為(wei)一(yi)個服務單元的(de)大型(xing)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)燃氣(qi)站，還能處理大量濕(shi)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)材料(liao)。目(mu)前生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)燃氣(qi)的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)產成(cheng)本已經可(ke)(ke)以(yi)與普通(tong)天然氣(qi)持(chi)平。初步(bu)測(ce)算，我(wo)國產自農(nong)牧(mu)林(lin)區的(de)生(sheng)(sheng)(sheng)物(wu)質(zhi)(zhi)材料(liao)加工(gong)成(cheng)固(gu)體和(he)氣(qi)體燃料(liao)，可(ke)(ke)提供相當(dang)于7.5億噸標(biao)煤的(de)燃料(liao)。

傳統的(de)(de)(de)(de)秸稈(gan)柴灶的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)不(bu)到(dao)(dao)15%，而(er)現在已(yi)開發并批量生(sheng)(sheng)產的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)物(wu)質成型燃料的(de)(de)(de)(de)炊事爐具(ju)(ju)熱(re)(re)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)可(ke)(ke)(ke)超(chao)過(guo)35%，取暖(nuan)爐具(ju)(ju)熱(re)(re)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)可(ke)(ke)(ke)超(chao)過(guo)80%，同樣的(de)(de)(de)(de)炊事和采暖(nuan)效(xiao)(xiao)果僅需原來1/3的(de)(de)(de)(de)秸稈(gan)。同時，這類新爐具(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)排(pai)放(fang)污染(ran)物(wu)基本滿(man)足燃氣(qi)爐具(ju)(ju)的(de)(de)(de)(de)排(pai)放(fang)標準，只是(shi)NOx排(pai)放(fang)略(lve)顯高。但是(shi)，由于這種NOx與燃煤、燃氣(qi)燃燒所(suo)排(pai)放(fang)的(de)(de)(de)(de)不(bu)同，對大(da)氣(qi)污染(ran)貢獻很(hen)小。通(tong)過(guo)生(sheng)(sheng)物(wu)法(fa)(fa)制備的(de)(de)(de)(de)生(sheng)(sheng)物(wu)燃氣(qi)則完(wan)全可(ke)(ke)(ke)以和天然氣(qi)一樣利(li)(li)用，壓縮后可(ke)(ke)(ke)作(zuo)為(wei)汽(qi)車燃料或(huo)進入(ru)燃氣(qi)管(guan)道。由于各種燃氣(qi)設備的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)都可(ke)(ke)(ke)達到(dao)(dao)90%以上，所(suo)以燃氣(qi)法(fa)(fa)從生(sheng)(sheng)物(wu)質材料熱(re)(re)值折算到(dao)(dao).終的(de)(de)(de)(de)熱(re)(re)利(li)(li)用效(xiao)(xiao)率(lv)(lv)也超(chao)過(guo)40%。生(sheng)(sheng)產沼(zhao)氣(qi)所(suo)產生(sheng)(sheng)的(de)(de)(de)(de)沼(zhao)渣、沼(zhao)液可(ke)(ke)(ke)以作(zuo)為(wei)**的(de)(de)(de)(de)有(you)機(ji)肥(fei)，替(ti)代(dai)綠(lv)肥(fei)和秸稈(gan)直接還田，從沼(zhao)氣(qi)中分離出的(de)(de)(de)(de)CO2則可(ke)(ke)(ke)以再(zai)利(li)(li)用或(huo)填埋，從而(er)實現CO2的(de)(de)(de)(de)負排(pai)放(fang)。

與來自礦物(wu)的(de)化石燃(ran)料不(bu)同，生(sheng)物(wu)質材料是為(wei)了滿足人類各(ge)種需求而作為(wei)副產品所(suo)產出，必須全部消納(na)。秸稈還田(tian)或堆放(fang)綠肥的(de)方式消納(na)，將(jiang)產生(sheng)和排(pai)放(fang)一定(ding)量的(de)甲(jia)烷及(ji)其它溫(wen)室(shi)氣(qi)體(ti)(ti)。這些氣(qi)體(ti)(ti)的(de)溫(wen)室(shi)氣(qi)體(ti)(ti)效應是CO2的(de)20~300倍(bei)，其危害遠大(da)于直(zhi)接燃(ran)燒。而加(jia)工為(wei)成(cheng)型燃(ran)料或生(sheng)物(wu)質燃(ran)氣(qi)，則可避免(mian)這些非二氧化碳溫(wen)室(shi)氣(qi)體(ti)(ti)的(de)排(pai)放(fang)。因此，生(sheng)物(wu)質材料作為(wei)燃(ran)料處理，即使(shi)不(bu)考慮其替(ti)代化石燃(ran)料的(de)作用(yong)，僅從減少溫(wen)室(shi)氣(qi)體(ti)(ti)排(pai)放(fang)角(jiao)度看，也非常必要。

我(wo)國(guo)新(xin)能源(yuan)發(fa)展(zhan)很快，生物質(zhi)能卻相(xiang)對滯后。生物質(zhi)材料的(de)(de)能源(yuan)化利用率不到20%，很多地方甚至還在焚燒(shao)消納。目前能源(yuan)化利用.多的(de)(de)是(shi)秸(jie)稈發(fa)電，然而由于采集半徑大，導致采集運輸成本(ben)高。更嚴(yan)重(zhong)的(de)(de)是(shi)，把秸(jie)稈從(cong)農民(min)手中(zhong)拿走(zou)替代(dai)電廠(chang)(chang)燃燒(shao)的(de)(de)煤(mei)，農民(min)失去秸(jie)稈就只好去燒(shao)煤(mei)，支持這種(zhong)不合理交(jiao)換(huan)的(de)(de)是(shi)生物質(zhi)發(fa)電的(de)(de)高上網電價，而這種(zhong)交(jiao)換(huan)的(de)(de)結果只是(shi)用農戶散(san)煤(mei)燃燒(shao)方式替代(dai)了(le)電廠(chang)(chang)的(de)(de)集中(zhong)燒(shao)煤(mei)，加(jia)重(zhong)了(le)污染(ran)。

生(sheng)物(wu)質(zhi)材(cai)料源于農(nong)(nong)村(cun)，就應優先服(fu)務于農(nong)(nong)村(cun)。農(nong)(nong)村(cun)炊事(shi)(shi)和(he)熱(re)水用(yong)能(neng)、北(bei)方冬季(ji)采(cai)暖(nuan)用(yong)能(neng)是目前主要(yao)(yao)的(de)農(nong)(nong)村(cun)建筑用(yong)燃料型能(neng)源，而加(jia)工后的(de)生(sheng)物(wu)質(zhi)能(neng)源恰好可(ke)用(yong)于此。初步(bu)測算，產(chan)糧區農(nong)(nong)戶(hu)、畜牧禽業農(nong)(nong)戶(hu)、林業農(nong)(nong)戶(hu)生(sheng)產(chan)過(guo)程所獲(huo)得的(de)生(sheng)物(wu)質(zhi)能(neng)都可(ke)以滿足其炊事(shi)(shi)和(he)生(sheng)活熱(re)水需(xu)要(yao)(yao)。北(bei)方地區農(nong)(nong)戶(hu)冬季(ji)采(cai)暖(nuan)一半以上(shang)的(de)燃料也(ye)可(ke)以從自產(chan)的(de)生(sheng)物(wu)質(zhi)材(cai)料中獲(huo)得。

光電(dian)(dian)、風電(dian)(dian)大有可為

農村的(de)非生產用能(neng)的(de)其它部分(fen)應(ying)(ying)依靠電(dian)(dian)力(li)。進入本世紀以來，風力(li)發(fa)(fa)電(dian)(dian)、光伏(fu)發(fa)(fa)電(dian)(dian)裝置的(de)成(cheng)本已(yi)下降至(zhi).初的(de)幾十(shi)分(fen)之一，如果不包(bao)括對應(ying)(ying)的(de)土(tu)地或空間成(cheng)本，風電(dian)(dian)、光電(dian)(dian)的(de)發(fa)(fa)電(dian)(dian)成(cheng)本已(yi)經低于煤電(dian)(dian)。

從近(jin)10年前開始，光伏就(jiu)被作(zuo)為(wei)扶貧方式(shi)，通(tong)過上(shang)網高價售電，補貼貧困戶。農村(cun)未能普(pu)遍推廣光伏電池，是受限于光伏元(yuan)件的高成本(ben)和上(shang)網權。現在，光伏元(yuan)件本(ben)身的成本(ben)已不(bu)是障礙，如果有低成本(ben)的安(an)裝方式(shi)，并且自用而不(bu)是上(shang)網，就(jiu)有可能迅速發展。風電也早已成為(wei)偏遠(yuan)地區獲得電力(li)的方式(shi)。

目前(qian)，農(nong)村發展風、光電(dian)需要(yao)(yao)解決(jue)的問題是蓄(xu)電(dian)和(he)微電(dian)網(wang)系統。如(ru)果每戶LED照明和(he)晚(wan)上家電(dian)需要(yao)(yao)功率為(wei)300瓦(wa)，每晚(wan)使用(yong)4小(xiao)時，則(ze)每戶只要(yao)(yao)有2千瓦(wa)時的蓄(xu)電(dian)池就可(ke)(ke)**基本需求。車輛充電(dian)、其它家電(dian)和(he)農(nong)機(ji)具(ju)都盡(jin)可(ke)(ke)能在白天光電(dian)充裕時使用(yong)，搭建分戶的全直流系統，則(ze)每個農(nong)戶蓄(xu)電(dian)和(he)配電(dian)微網(wang)投資(zi)可(ke)(ke)以在1萬元以內。加上光伏(fu)或小(xiao)型風電(dian)，每戶2萬元即可(ke)(ke)解決(jue)基本問題。

目(mu)前農村電網擴容(rong)，各(ge)地(di)的(de)(de)(de)(de)(de)擴容(rong)標準(zhun)是每戶5到8千瓦，為實現(xian)這(zhe)(zhe)樣(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)容(rong)量戶均農網改造(zao)費都高于2萬元。改造(zao)后為了(le)實現(xian)“煤(mei)改電”，再把(ba)谷間電價降低(di)到每千瓦時0.1元，完(wan)全依(yi)賴地(di)方政府(fu)和電力(li)部門(men)的(de)(de)(de)(de)(de)補(bu)貼(tie)。如(ru)果取消這(zhe)(zhe)樣(yang)的(de)(de)(de)(de)(de)補(bu)貼(tie)電價，同時把(ba)電網改造(zao)費用(yong)投(tou)向農村微網改造(zao)，就可(ke)在(zai)農村建(jian)成(cheng)分布(bu)式(shi)電力(li)系統。而大電網在(zai)現(xian)有(you)基礎上，承擔輔助和補(bu)充的(de)(de)(de)(de)(de)作(zuo)用(yong)，僅承擔農用(yong)電的(de)(de)(de)(de)(de)20%~50%。這(zhe)(zhe)種“分布(bu)式(shi)、半自給”的(de)(de)(de)(de)(de)電力(li)模式(shi)，不(bu)就是我們希望的(de)(de)(de)(de)(de)從集(ji)中轉為分布(bu)式(shi)的(de)(de)(de)(de)(de)未來電力(li)系統模式(shi)嗎?

農村能源系統可成為能源革(ge)命(ming)的先行

能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)革命的(de)(de)(de)(de)核心(xin)是由化石能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)轉為(wei)(wei)以可(ke)(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)為(wei)(wei)主的(de)(de)(de)(de)低碳能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)系(xi)統。如同化石能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)系(xi)統依賴礦(kuang)產資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)，發(fa)展風電(dian)、光電(dian)和生(sheng)物質能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)依賴于土地空(kong)(kong)間(jian)資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)。相比人口高密集的(de)(de)(de)(de)城市，我國農(nong)村擁(yong)有廣大豐(feng)富(fu)的(de)(de)(de)(de)土地空(kong)(kong)間(jian)資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)。農(nong)村建筑(zhu)屋(wu)頂、農(nong)畜業設施表面(mian)，以及不能(neng)(neng)耕作的(de)(de)(de)(de)空(kong)(kong)地都可(ke)(ke)以安(an)裝太陽能(neng)(neng)光伏電(dian)池。在(zai)不影響生(sheng)產和生(sheng)活(huo)的(de)(de)(de)(de)條件下，也可(ke)(ke)以零(ling)星布(bu)局風力(li)發(fa)電(dian)裝置(zhi)。一些山區還(huan)有發(fa)展小水(shui)電(dian)的(de)(de)(de)(de)條件。而作為(wei)(wei)農(nong)林畜牧業的(de)(de)(de)(de)副產品所(suo)產出的(de)(de)(de)(de)生(sheng)物質材料(liao)，又是..的(de)(de)(de)(de)零(ling)碳燃(ran)料(liao)資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)。能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)產業是資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)依賴型產業，而對低碳能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)系(xi)統來說，農(nong)村恰恰可(ke)(ke)為(wei)(wei)可(ke)(ke)再(zai)生(sheng)能(neng)(neng)源(yuan)(yuan)(yuan)提(ti)供豐(feng)富(fu)的(de)(de)(de)(de)資(zi)(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)。

能源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)革命的(de)(de)(de)又一特征是(shi)從(cong)集中(zhong)的(de)(de)(de)生(sheng)產、運輸和(he)轉換方式(shi)(shi)轉變為(wei)分(fen)布(bu)式(shi)(shi)生(sheng)產、產用(yong)(yong)(yong)同地。農(nong)村(cun)(cun)的(de)(de)(de)可(ke)再生(sheng)能源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)又正(zheng)好(hao)符合這(zhe)一特點(dian)。我們完全可(ke)以從(cong)農(nong)村(cun)(cun)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)力(li)系(xi)(xi)統開始，探討怎樣實現基(ji)于(yu)可(ke)再生(sheng)電(dian)(dian)力(li)的(de)(de)(de)分(fen)布(bu)式(shi)(shi)發電(dian)(dian)、分(fen)散式(shi)(shi)蓄(xu)電(dian)(dian)、就地用(yong)(yong)(yong)電(dian)(dian)新模(mo)式(shi)(shi)。農(nong)村(cun)(cun)用(yong)(yong)(yong)電(dian)(dian)負(fu)荷(he)稀疏(shu)、集中(zhong)的(de)(de)(de)電(dian)(dian)力(li)輸配方式(shi)(shi)投(tou)資(zi)高(gao)、效(xiao)率低。遠距離(li)輸送(song)天(tian)然氣(qi)成本高(gao)、效(xiao)率低、安全性差;繼續(xu)使用(yong)(yong)(yong)燃煤會(hui)帶來(lai)高(gao)污染、低效(xiao)率，積攢的(de)(de)(de)爐灰還會(hui)成為(wei)公害。采用(yong)(yong)(yong)新的(de)(de)(de)分(fen)布(bu)式(shi)(shi)模(mo)式(shi)(shi)，依賴自身資(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)，建立起(qi)以可(ke)再生(sheng)能源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)為(wei)基(ji)礎(chu)的(de)(de)(de)農(nong)村(cun)(cun)新能源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)系(xi)(xi)統，正(zheng)好(hao)與農(nong)村(cun)(cun)的(de)(de)(de)資(zi)源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)環(huan)境條(tiao)件相符，又是(shi)未來(lai)能源(yuan)(yuan)(yuan)(yuan)發展的(de)(de)(de)目標。為(wei)什么不可(ke)以在(zai)農(nong)村(cun)(cun)先行先試，邁出(chu)這(zhe)一步呢?

(作者(zhe)系中(zhong)國(guo)工程院(yuan)院(yuan)士(shi))

[來源(yuan)：中國(guo)科學報 編輯：古德(de)]

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