能源转型视域下“零碳乡村”的可行性和环保性——以陕西关中C县F村为例

雷小苗，何继江，杨守斌，王影

（1.清华大学 社会科学学院，北京100084；2.清华大学 能源转型与社会发展研究中心，北京 100084）

中国农村地区的环境污染和能源转型问题一直未受到应有的重视，目前仍未有切实可行的解决方案。2017年，中国农村地区常住人口5.77亿，占总人口的41.5%[1]。农村地区在炊事、取暖等方面高度依赖薪柴、秸杆、煤炭等传统能源[2-3]，用能方式高碳化不仅对妇女、新生儿、留守老人的健康造成威胁，而且严重污染了大气环境[4]。近年来，部分省份推出禁止农村地区燃烧散煤、秸杆等新政，农民的炊事、取暖等日常生活受到极大影响。因此，从微观实践视角研究农村能源转型问题势在必行。本文选取太阳能资源相对丰富的陕西关中C县F村作为样本区，通过调查问卷、入户调研等方式获取第一手资料，系统研究利用可再生清洁能源建设“零碳乡村”的可行性、经济性、环保性。本文的贡献和创新体现在以下四个方面：第一，从“碳源—碳汇”平衡和“碳中和”评价框架角度来量化定义“零碳乡村”，赋予“零碳乡村”量化意义。第二，利用Yoichi Kaya碳排放恒等式与直接间接计算法相结合等来量化计算“零碳乡村”的可行性、环保性、经济性等，使“零碳乡村”具有真正的实践价值。第三，有助于在可再生清洁资源更丰富的区域、更大的范围带动“零碳机关”“零碳社区”“零碳县城”“零碳城市”建设，具有推广性。第四，后续研究将会根据气候、资源禀赋、人口等参数构建起中国农村地区“多能互补”模式下的“零碳乡村”建设模型，本文为后续研究奠定了基础。

一、文献综述

国内外学者对农村能源消费结构研究发现，中国农村能源消费逐渐从秸杆、薪柴等非商品性能源向煤炭、电力等商品性能源过渡[5]，尽管如此，史清华等[6]对晋、黔、浙三省2 253个农户的能源消费情况进行调查认为，传统高排放燃料在农村能源消费结构中占比依然很大，农户能源消费排放正成为碳排放的主要来源。尽管各级政府在推动农村能源转型上做了大量工作，但是根据《第三次全国农业普查数据公报》，中国仍有45%的农村家庭处于薪柴、秸秆、煤炭等传统燃料的粗放利用阶段[7]，北方地区农村取暖用散烧煤接近2亿吨标准煤①廖华.我国农村居民生活用能现状与展望.北京：北京理工大学能源与环境政策研究中心，2019：2。，大多数农户使用柴灶、火炕、煤炉或土暖气等供暖，清洁取暖率不到15%[8]，取暖用能的综合热效率不足17%[9]。

在环境气候恶化和碳减排目标的双重压力下，农村能源转型问题需要高度重视，应该在农村广泛推广可再生清洁能源生产技术，提倡使用绿色能源[10]。在农村地区利用可再生清洁能源具有得天独厚的优势，与城镇居民居住多层楼房、集中供暖、供气不同，农村家庭多为独墅或院落式居住方式，户均居住面积大，清洁能源获取更便捷[11]。那么，如何通过政策引导农户转变能源消费行为，如何有效利用农村可再生清洁能源？有学者针对农户消费行为展开研究，如滕玉华等[12]利用江西省农户的调查数据研究发现，农户清洁能源使用行为正向影响最大的是行为便利性。也有学者就农村可再生清洁能源利用提出建议，如徐礼德和仝允桓[13]提出了农村清洁能源的三种不同发展模式，即生态经济结合的循环模式、可规模化生产的集中模式和自给自足的分散模式。

综上所述，关于农村能源转型的研究不在少数，但已有研究普遍将农村作为整体，从农村能源消费结构、农村家庭消费行为等视角切入，而针对某一特定行政村进行微观实践的研究则较少；以往研究所提对策也多为方向性指导，往往与落地实施仍有一段距离。因此，本文选取具有代表性的实体行政村作为样本区，详细分析其可再生清洁能源资源禀赋、能源消费现状、居民的能源消费态度等，评估通过分布式光伏替代传统能源的可行性、环保性、经济性，使“零碳乡村”从概念到实践，由理念到落地，为打通农村能源转型的最后一公里提供理论支撑和实践建议。

二、“零碳乡村”的内涵及定义

（一）研究边界确定

农村能源消费中分生产性和生活性两种。生产性能源消费因机械终端的耗能特性决定了其耗能方式难以短期内改变；而生活性能源消耗包括炊事、取暖、交通等，电气化程度已经很高，可再生清洁能源取代传统能源的可能性更大。因此，本文在计算农村能源消耗时仅考虑生活性能源消耗。

农户生活能源消费又包括了直接生活能源消费和间接生活能源消费两类[14]。前者指农民在生活中所使用的电力、煤炭等商品性能源和薪柴、秸杆等非商品性能源；后者则是隐含在农民其他生活消费中的非直接能源商品和其他服务全生命周期中的能源消费。比如网购衣服，包含在衣服生产、销售、运输等环节中的能源消耗，这些能源消耗已固化于产品中难以量化计算，且如果计算在内会造成重复计算问题。因此，本文仅考虑直接能源消费。

（二）“零碳乡村”的内涵基础：碳中和

“碳中和”（Carbon Neutral），即净零碳排放，是英国伦敦原Future Forests公司在1997年提出的概念，并于2006年被《新牛津美国字典》评为年度词汇。英国标准协会（BSI）将碳中和定义为：一标的物相关的温室气体排放，并未造成全球排放到大气中的温室气体产生净增量[15]。碳中和有碳补偿与碳抵消两大实现途径，各类均有直接法与间接法之分。

对于碳补偿法，直接法与间接法分别以直接与间接的能源替代方式，降低化石能源消费量，进而降低地球大气系统的碳负荷。对于碳抵消法，直接法通过植树，由自然百分百地吸纳、去除能源燃烧排放到大气中的CO2；间接法本质上是碳交易，通过清洁发展机制或者联合履行机制获得一定的碳信用额（Carbon Credit），由他方减排掉付费方能源利用产生的所有碳排放。

就两类碳中和途径的污染防治本质而言，碳补偿属事前的预防措施，而碳抵消则属事后的末端措施。世界各国的经验表明，现代污染防治应从源头做起，走清洁生产之路，尽可能地降低末端治理的比例。因而，本文所构建的碳中和评价框架只考虑碳源侧碳补偿法。

（三）“零碳乡村”的量化定义

农村具有丰富的可再生能源，是节能减排和社会发展中的关键环节。本文基于能量平衡理论，构建农村生活能源“碳中和”框架，如图1所示。其核心是：在“碳源”侧，通过调研问卷、入户调研等形式收集样本区的各类能源消耗情况，测算能源总消耗量，用EC（Energy Consumption）表示；在“碳汇”侧，掌握样本区可再生清洁能源情况，测算可利用的可再生清洁能源数量，用RE（Renewable Energy）表示。实际测量中，不同能源之间存在“质”的差异，因此，“碳源”和“碳汇”均换算为标准煤量，用“kgce”表示，使测量结果更具可比性。

“碳中和”评价框架中，最基本、最核心的任务是准确核算样本区生活能源消费量（碳源）和可再生清洁能源资源量（碳汇）。“碳源”根据式（1）结合样本区各类型能源消耗量计算求得

其中，EC为样本区能源消耗量；e为样本区某种类型能源消耗量，包括秸杆、柴薪等非商品性能源和电力、煤炭等商品性能源，单位：标准煤；β为不同能源折合标准煤系数；i为能源类型。

“碳汇”根据式（2）计算，样本区可再生清洁能源资源量（RE）是各类零排放清洁能源如风能、水力能、太阳能等的总和。考虑到样本区处于西北内陆地区，水资源和风能资源短缺且不稳定，加之农户分布式利用风能、水资源的经济性和可行性低，本文仅测算太阳能。计算可得

其中，RE指样本区可再生清洁能源资源量，单位：标准煤；WH为光伏板发电量，单位：千瓦·时；βd为1度电对标准煤的折算系数，单位：标准煤/千瓦·时；Wp太阳能电池板峰值功率，单位：千瓦；H为峰值日照时数，单位：小时。

对“碳中和”的计算结果可以直接反映“零碳乡村”的量化评价。碳中和分两种结果：一是当RE≥EC时，为完全碳中和，表示样本区的可再生清洁能源利用量足以替代农村商品性能源和非商品性能源消耗，实现零碳化；二是当RE＜EC时，为部分碳中和，未实现零碳化。

“零碳乡村”的量化意义在于实现完全碳中和，当某一行政村的可再生清洁能源利用量大于农村商品性能源和非商品性能源消耗量，并替代现有能源消费终局时，“零碳乡村”具有理论意义。

三、陕西关中C县F村能源消费实证分析

（一）样本区选取标准及确定

受地域气候条件、资源禀赋等影响，西北地区不同地域的农户在能源消费行为上表现出较大差异。为充分利用有限的研究经费对中国农村能源消费情况进行相对深入的了解，在确定样本区域时，遵循三大原则：第一，可再生能源资源相对丰富，但不能选在太阳能资源最丰富的区域，因为太阳能资源最丰富的区域试点成功并不具有广泛的推广性；第二，具有安装可再生能源设备的空间条件和经济条件，户均住宅面积适中，保证成功的经验可以在经济条件更好的地区实行；第三，已经全面实行了农网改造，具备接入可再生能源的电网基础。

经过慎重考察，最终选择位于西北地区陕西省关中平原地带的C县F村作为样本区。该村太阳能资源较丰富[17]，如图2所示。2018年该村户均宅基地面积509平方米，人均可支配年收入8 073元，全村427户，人口1 557人，已完成农网改造，这些参数在陕西关中地区处于均值区，具有一定的代表性。

C县地处渭北高原东北部，前拱原阜，后依山陇，大浴河襟左，洛河环右。 县境介于东经 109°46′30″～110°05′50″、北纬 34°55′45″～35°27′05″之间，辖 9 镇 1 办 163个行政村，总人口40万，面积1 121平方公里。境内沟壑纵横，地势北高南低。县境属关中平原暖温带半湿润气候区，四季分明，年均气温12℃，降水量680毫米，无霜期204天，昼夜温差大。

F村位于C县县城北侧20公里处，8个村民小组，共427多户，常住人口1 557人，户均耕地面积14亩，户均宅基地面积509平方米，以窑洞和平房相结合的院落式居住方式为主[18]，如图3所示。主导产业以苹果、生猪、蔬果、玉米为主，建筑工人集中，农民人均可支配收入8 073元。2017年改造了全村电网、实现了户户通网络电视。

（二）调查方法及内容

本文采用入户实地勘查、入户调查问卷、网络调查问卷等调查方法。邀请对农村能源转型感兴趣且为农村籍的8名在校大学生、研究生作为调研员，集中讨论并培训，共同制作调查问卷。C县F村共427户，重点选取15户人家，由项目负责人带队与村委会进行访谈，并进行入户实地调研。15户入户家庭的选择遵循广泛性、代表性原则。分别在村南、村中、村北各选择5户家庭，选择户均常住人口3～4人（因F村户均常住人口3.6人）且人均收入在0.7～0.9万元之间（因F村平均人均收入约0.8万元）的家庭，以保证样本的广泛性和代表性。调研以农户家庭为单元，对一次做饭所使用秸秆、薪柴或煤炭的用能重量进行称重并记录，对农户家庭的院落空间进行实地测量，对农户家庭的房顶可利用空间进行测量，与农户访谈了解家庭成员在能源使用过程中的健康影响、环保意识、环保常识等。

8名大学生分为两组，其中一组3人，对新媒体和计算机较为熟悉者，负责制作电子版调查问卷，并联系村委员，由村支书在本村微信群进行宣传，以户为单位由村民亲自填写。另一组5人，对农村情况较为了解者，负责对不使用网络或智能手机的农户进行入户问卷。共发放问卷427份，网络问卷回收368份，入户问卷回收39份，合计407份，剔除无效问卷9份，有效问卷为398份，问卷回收率95.3%，问卷有效率93.2%。

调查问卷主要内容分为六大类共30项细分指标。包括：（1）农户家庭构成、家庭年收入、家庭年商品性能源支出等基本情况；（2）炊事（做饭、热水）主要使用的燃料中秸秆、薪柴、煤炭、电力、燃气、太阳能等能源的使用频率；（3）取暖主要使用的设备中煤炉、煨炕、空调、电烤炉等设备的使用频率；（4）制冷的主要方式是以空调为主还是风扇为主；（5）交通出行使用最多的是自行车、电动三轮车、电动汽车、还是燃油汽车；（6）是否因厨房做饭引发呛鼻、咳嗽；家庭是否有成员因燃煤或煤柴患有呼吸首疾病（包括婴幼儿）；对可再生能源及环保的意识及常识等。

除田野调研获取数据之外，文中关于中国农村情况及农村能源使用情况的宏观数据来自《中国农村能源统计年鉴》《中国农业统计资料》《中国能源统计年鉴》和《中国统计年鉴》等。

（三）调查结果

1.样本区能源消费结构现状

项目负责人带队进行田野入户调研并与村委会成员、村民座谈，根据收集到的具体数据和资料发现：C县F村常住居民为1 557人，427户，大多数农户常住人口为2～4人，少部分农户常住人口为4～6人，常住人口中以中老年人为主，年轻劳动力大多外出务工。F村2018年户均年收入2.94万，人均可支配收入0.807万元。

能源消费数据获取和测量主要通过以下方式：第一，F村属C县某行政部门对口扶贫村，在扶贫干部支持下通过F村微信群发放电子调查问卷，问卷中包括秸杆、薪柴、煤炭等户均使用量，村民环保意识等。考虑到问卷中能源消费数据的可信度，电子调查问卷仅采用了家庭成员人数、户均收入、环保意识等基本信息。第二，为确保能源消费数据采集的准确性，由5名调查员对上述重点选择的15户家庭进行入户考察、测量。在炊事前对已收集的秸杆、薪柴、煤炭进行测重，在做饭后对剩余的秸杆、薪柴、煤炭进行测重，从而计算每顿饭所需不同能源的具体数量，进而以每天三顿饭，每年365天，估算出每户家庭一年中不同能源的使用量（家庭一年中有外出不在家用餐从而不使用能源的情况；也有婚嫁、丧事等重要日子使用能源较多的情况，本文计算中做相互抵消处理）。采暖用能数量计算方法同上。第三，全村生活用电量则是通过电力管理部门获取权威数据，进而计算出户均用电量。

调研后经计算得出，F村2018年全村用电量30万千瓦·时，户均用电量约为702千瓦·时，人均用电量192千瓦·时；全村秸杆、薪柴消耗量346 724千克，户均秸杆、薪柴消耗量420千克，人均秸杆、薪柴消耗量115千克；2018年全村煤炭消耗量357 399千克，户均用煤量约为837千克，人均用煤量230千克；沼气池数量和太阳能电站数量为零，对F村各种能源消耗量进行统计，整体上分为商品性能源和非商品性能源[19]，如表1所示。

表1 C县F村2018年能源消费结构

炊事（做饭、热水）方面仍然是以秸秆、柴薪、玉米芯、煤炭等固体燃料为主，大多采用传统的炉灶形式；随着农网改造成功，使用电磁炉、电饭锅、微波炉等电炊具的家庭越来越多；使用天然气、沼气、太阳能等清洁能源的家庭较少。

取暖方面，以煤炉、煨炕为主，采用的燃料为煤炭、秸秆等。北方的炕多是与灶台相连通的灶连炕，冬季在做饭时同时加热炕，达到取暖效果。

在制冷方面，则主要是以风扇制冷和自然乘凉方式为主，仅28%的家庭使用空调制冷，一是空调购置成本高，二是空调耗电量大，用电成本高。在生活交通方面，以电动三轮和燃油汽车为主，以自行车和电动汽车为辅。

在能源消费成本方面，按陕西省当地民用市场价格，烟煤700～1 000元/吨，无烟煤1 500～1 600元/吨，煤渣300～600元/吨，综合煤价1 000元/吨。家庭用电0.5～0.7元/千瓦·时，实行阶梯电价，取中间值0.6元/千瓦·时。秸杆、薪柴等为自产能源，单价取为0。结合F村能源支出数量，可计算出：2018年全村年能源支出为53.74万元，户均年能源支出为1 258.55元，人均年能源支出为345.2元。F村2018年人均收入8 073元，可知能源支出占总收入的比重为4.3%。

2.样本区环保意识及健康状况

通过收集到的调查问卷结果分析发现，和前人研究结果不同的是，村民的环保意识并不薄弱，调研中发现，98.7%的调研对象均认为环保很重要，其中50%以上的村民愿意为清洁能源支付更多经济成本。在被询问到对可再生能源是否了解时，60.8%的受访者仅了解一点，34%的受访者完全不了解。可见，村民的环保常识和健康常识是比较匮乏的，比如他们并不认为秸杆、柴薪燃烧会对健康产生太大的影响，因为祖祖辈辈都是采用这种方式。同时为达到保暖效果，冬季使用煤炉取暖时，大多数家庭并不会保持一定的通风量，在一定程度上增加了CO中毒的风险。有5.4%的家庭近五年有家庭成员因燃煤、燃薪等造成CO中毒现象。约28%的家庭成员因燃料污染造成呼吸道疾病、心脑血管疾病（包括婴幼儿）。绝大多数家庭因为厨房做饭经常或偶尔引发呛鼻、咳嗽。

四、C县F村“零碳乡村”方案设计及评价

（一）C县F村“零碳乡村”方案选择

通过对F村能源消费实证分析可以看出，零碳排放可再生能源在能源消费结构中有很大的提升空间。打造“零碳乡村”，即是要提升可再生能源比例，降低秸杆、薪柴、煤炭等固体燃料比例。从F村的区位特征和资源禀赋来看，F村位于西北内陆地区，常年缺水，水资源不丰富；冬季西北风盛行，但其他季节风能利用并无优势；F村所在的陕西省关中地区位于太阳能相对丰富区域，且为高原地带，地势平稳、土地资源丰富，户均宅基地面积达509平方米，具有利用太阳能资料的气候条件和空间条件。因此，考虑以零碳家庭为基础，采用分布式光伏建构，打造“零碳乡村”。分布式发电与集中式发电不同，集中式多是由国家主导的大型电网，而分布式则安装于用户端的能源利用方式，一般规模较小（30兆瓦以下），以满足特定用户需求，可独立运行[20]，也支持并网运行[21]。

以F村为代表的关中地区农村，通过分布式光伏实现“零碳乡村”，除了太阳能资源丰富、户均住宅面积充裕的优势之外，建设分布式光伏还具有其他先天优势[22]：一是农村房屋产权清晰，多为自建房，没有共用产权的纠纷隐患，这与城市高层商品房住宅屋顶资源共有的情况不同。二是关中地区农户住宅多为院落式窑洞或平层，屋顶面积大，无高楼遮挡，适合光伏电站的安装、清洗和维修[23]。

光伏发电与空调、电炊具结合使用可解决农户制冷和日常做饭、热水等用电需求，取代秸杆、柴薪等在炊事方面的应用。通过蓄热式电采暖、空气源热泵、太阳能—低温热管地板辐射采暖系统等技术，解决农户采暖问题，胡诗尧[24]、Izquierdo[25]、赵薇[26]、李金平[27]等通过模拟仿真证实了这些技术应用的可行性。其中，李金平在甘肃民勤一单体建筑外墙搭建太阳能低温地板辐射取暖系统，实验表明室内温度可达14.2℃以上，采暖效果良好。实际案例说明，屋顶加装光伏板起到了一定隔热效果，在夏季炎热天气，室温可降低3～5℃，有降能耗效果。

综上认为，在F村利用分布式光伏具有可行性，选择以分布式光伏方案打造“零碳乡村”。

（二）可行性分析：基于碳中和的量化计算

那么安装多大规模的分布式光伏可实现零碳化？根据上文提到的“碳中和”的概念，如果F村碳源侧的能源消耗量EC小于或等于碳汇侧的可再生清洁能源可利用量RE时，即当F村目前的各类能源消费折合标准煤的等量发电量小于等于分布式光伏板发电量时，实现碳源—碳汇平衡，达到完全的碳中和，“零碳乡村”具有可行性。

1.计算EC

其中，EC为样本区能源消耗量；e为样本区各种类型能源消耗量，包括秸杆、柴薪等非商品性能源和电力、煤炭等商品性能源，单位：标准煤；β为不同能源折合标准煤系数；i为能源类型。

样本区各类能源消耗量如表1所示；不同能源折合标准煤系数如表2所示。将两组数据带入式（1），得到EC数据计算结果：F村2018年能源消耗折合482 530标准煤；户均能源消耗折合标准煤为1 130标准煤；人均能源消耗折合标准煤为310标准煤，如表3所示。

表2 传统能源折算标准煤系数[28]

表3 F村能源消耗量折合标准煤后EC计算结果

2.计算能源消耗量EC的等量发电量

标准煤发电系数为3.1千瓦·时/标准煤，计算可得，2018年全村能源消耗折合发电量为1 495 843千瓦·时；户均能源消耗折合发电量为3 503.15千瓦·时，人均能源消耗折合发电量为960.7千瓦·时。因此，分布式光伏安装规模年发电量大于或等于折合标准煤发电量，方可实现“零碳乡村”。

太阳能光伏板的年发电量与当地日照时数有关，计算公式如下

在NASA网站输入经纬度参数，F村所在的陕西关中地区年日照时数为1 393～1 625小时，取中间值1 500千瓦·时。将发电量与年日照时数带入式（3）。

结果显示，要实现“零碳乡村”，全村安排分布式光伏规模需为1 000千瓦；户均安装分布式光伏规模需为2.34千瓦；人均安装分布式光伏规模需为0.64千瓦。

目前1千瓦光伏装机需要安排面积为10平方米，那么对F村来说，一家农户23.4平方米的房间仅需安装2.34千瓦的分布式发伏发电设施，即可实现能源自给。

考虑到F村户均宅基地面积达509平方米，户均可利用安装面积至少在80～230平方米，更考虑到农户并网收益问题，将户均安装容量设置为5千瓦，预留安装面积50平方米。

由此可见，F村具备使用分布式光伏的空间条件、能源条件，可在保证能源自给的情况下，具备较大的收益空间，在F村实现“零碳乡村”具有可行性。

（三）环保性分析：碳排放的定量计算

有关碳排放的测算，有两种不同的方法：直接测算法[29]和间接测算法。

1.直接测算法

直接测算法中将商品性能源和非商品性能源的碳排放量分别计算，然后加总。

首先，对“商品性能源碳排放量”的测算大多采用日本Yoichi Kaya提出的碳排放恒等式，这是Kaya教授1989年在联合国政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）上最先提出的[30]。

碳排放量的基本公式为

其中，C为碳排放量；Ci为i种能源的碳排放量；E为一次能源的消费量；Ei为i种能源的消费量；Y为国内生产总值（GDP）；P 为人口。

为便于计算将公式化简为

其中，Fi为碳排放系数，根据《省级温室气体清单编制指南》（发改办气候〔2011〕1041号），西北区域电网单位供电平均CO2排放系数为0.977千克/千瓦·时；焦煤的碳排放系数为1.900 3千克CO2/千克。

依据式（6）计算出2018年F村商品能源生活消费的碳排放（单位：千克）总量为

其次，直接测算法中对“非商品性能源碳排放量”的测算依据王革华[31]等人的计算方法，其基本公式为

其中，EBM为秸秆、薪柴燃烧后的CO2排放量，千克；BM为秸秆、薪柴消耗量，千克；Ccont为秸秆、薪柴含碳量，%，秸秆、薪柴含碳系数分别为40%和45%；Ofrac为秸秆、薪柴氧化率，%，秸秆、薪柴氧化率分别为85%和87%。

沼气的CO2排放量计算公式

其中，EBG 为沼气利用的CO2排放量，千克；BG 为沼气消耗量，立方米；Cthermal为沼气热值，兆焦/立方米，取值为20.8兆焦/立方米；Ocont为秸秆、薪柴含碳量，千克/万亿焦耳，沼气含碳量为15.3千克/万亿焦耳。

由式（7）计算得到2018年F村秸秆、薪柴生活消费的碳排放（单位：千克）

将商品性能源与非商品性能源碳排放加总，得出F村2018年能源消耗碳排放总量为1 436 112千克，约1 436吨。

2.间接测算法

参照相关标准将能源消费折算成标准煤消耗量（如表3所示），然后由标准煤再折算出相应的CO2排放量，1标准煤碳排放量为2.54吨CO2[32]，计算F村2018年能源消耗碳排放总量为1 225 626千克，约1 225.6吨；户均碳排放量为2.9吨，如表4所示。

从表5可以看出，F村碳排放中商品性能源碳排放比例高于非商品性能源，其中，散煤燃烧碳排放占比最高，介于47%～50%之间，这主要因为西北属于中国的严寒地区，冬季采暖期长达4～5个月。商品性能源碳排比例高与近年来农村家庭经济生活水平提高有关，在商品性能源上支出更多。沼气、太阳能等零碳排放的可再生能源在F村未见使用[33-34]。

综上所述，用分布式光伏发电代替传统的秸杆、煤炭、柴薪、电力等，可为环境减排1 225.6～1 436吨的CO2，环保性能突出。

表4 间接测算法下的F村碳排放量情况 单位：千克

表5 直接法与间接法计算2018年F村生活消费能源碳排放占比 单位：%

表6 分布式户用光伏安装成本

（四）经济性分析：造价成本与收益

从成本投入角度来看，5千瓦分布式户用光伏电站的安装总成本在18 950～22 950元之间，如表6所示。其中各组件的价格取目前正规厂家中等偏上产品市场价均值。

从运行收益来看，目前F村的户用分布式光伏并网发电仍在推进过程中，通过预估方法计算预期收益，具体计算方法如式（9）所示

其中，P为预期收益；P1为补贴电价，2019年户用分布式光伏发电量补贴标准为0.18元/千瓦·时①关于完善光伏发电上网电价机制有关问题的通知，发改价格〔2019〕761号。，补贴时长为20年；P2为当地上网电价，国家规定陕西关中地区标准脱硫煤上网电价由0.354 5元/千瓦·时；H为当地日照时数，依据《2018年最新全国各地区光伏发电数据表》，陕西关中地区属于太阳能Ⅲ类资源区，1千瓦每年1 500小时的发电时数；V为光伏电站装机规模，户均5千瓦。从而计算出光伏电站户均年预期收益约为4 009元左右，5～6年收回成本。太阳能光伏板寿命约22～25年，那么收益期约为16～20年。

在关中农村地区人口老龄化严重、扶贫任务艰巨的情况下，分布式户用光伏在保证环保性的基础上兼具了光伏扶贫和光伏养老的社会任务。

五、结论

能源转型战略与气候变化战略在政策上高度协同。农业、农村、农民问题关系经济社会发展全局[35]，农村能源转型是推动社会可持续发展的重要支点。本文以陕西关中C县F村生活能源消费和碳排放为切入点，基于“碳源—碳汇”平衡视角，构建区域“碳中和”评价框架，提出“零碳乡村”实践理念，通过对427户农户家庭进行问卷调查和入户走访，掌握第一手数据及资料，对F村能源消费结构、碳排放量、分布式光伏发电性进行详细的阐述。基于本文分析和计算，得到如下结论：

第一，从能源消耗现状角度看，在C县F村的能源消费结构中炊事（做饭、热水）仍然是以煤炭、柴薪、玉米芯、等固体燃料为主，大多采用煤炉、土炉灶等形式，但近年来使用电饭锅、电磁炉、微波炉等电炊具的家庭比例逐渐上升；取暖主要使用秸杆、煤炭、柴薪等，以土炕、灶连炕、煤炉等形式为主，也有部分家庭采用电取暖。整体来看，沼气、天然气、太阳能等清洁能源在F村的使用几乎为零。村民环保意识很强，但环保常识匮乏。

第二，基于“碳源—碳汇”平衡的“碳中和”量化计算认为，全村安装分布式光伏规模需为1 000千瓦；户均安装分布式光伏规模需为2.34千瓦；人均安装分布式光伏规模需为0.64千瓦，即可实现“零碳乡村”。考虑到F村户均宅基地面积达509平方米，更考虑到农户并网收益问题，将户均安装容量设置为5千瓦，利用50平米的安装空间不仅能够能源自足，还有较大的收益空间。

第三，采用直接法与间接法计算2018年F村生活消费能源碳排放情况，F村商品性能源碳排放比例高于非商品性能源，其中，散煤燃烧碳排放占比最高，介于47%～50%之间。用分布式光伏发电代替传统的秸杆、煤炭、柴薪、煤电等，可为环境减排1 225.6～1 436吨的CO2，环保性能突出。通过经济性分析可以看出，分布式光伏投资成本在农户可承受范围内，回本期约6年，纯收益期约15～20年，在保证环保性的基础上，兼具了光伏扶贫、光伏养老的社会任务。

综上所述，F村仅仅是位于陕西关中地区一个拥有429户、人口仅1 557人的小村落，用可再生清洁能源替代后，能够减少碳排放1 225吨以上，为农民提供15年以上的清洁电力收益。那么，全国有69万以上的行政村，其中比F村太阳能资源更丰富的新疆、宁夏、甘肃、内蒙、青海、山西、河北、西藏等地区行政村数量数十万，建立“零碳乡村”，实现零碳化，其经济效应与环保效应将蔚为可观。星星之火，可以燎原，应通过当地政府与中小民营企业合作共建“零碳乡村”，加快推动分布式清洁能源发展。