沈阳市王士兰村分布式能源自供给系统发展模式的启示

刘中秋

(辽宁省农业发展服务中心农村能源环保事业部,辽宁 沈阳 110034)

习近平同志在中央财经领导小组第十四次会议上提出农村能源革命的概念,并强调推进北方地区清洁采暖等6 个问题。“十九大”报告又提出了乡村振兴战略。乡村没有现代化的能源利用体系,农村能源革命就无从谈起,乡村振兴更无从谈起,抓好农村用能问题具有重大意义。“因地制宜、多能互补、综合利用,讲求效益”是农业部提出的农村能源建设指导方针。尤其是多能互补,特别适用于现阶段农村能源突破局限,实现新增长,提高效益,扩大战果。多能互补对提高农村能源技术的生存能力和综合效益方面具有重要意义。

近年来,辽宁省着力打造分布式能源自供给系统,以村为基本单元,推广农村能源多能互补模式,试点村基本达到生活能源自给自足。为了研究辽宁省多能互补利用模式,下面以沈阳市李相街道王士兰村为例进行研究分析。

1 王士兰村概况

王士兰村位于沈阳市浑南区,村域面积803.8 hm2,耕地373.3 hm2,人口1 560 人,人均收入21 200 元。2017年,该村被列为全球清洁炉灶炕联盟试点,开展了北方农村户用清洁采暖模式及其他采暖新技术建设。

1.1 农村能源发展概况

2015 年开始,王士兰村逐渐认识到发展再生清洁能源的重要性,该村把农村能源、生态建设与推进城乡一体化、发展高效生态农业、发展乡村旅游有机结合,把能源与生态融于一体发展。截至目前,围绕加强农业基础建设、促进农业稳定发展和农民持续增收的目标,全村建设吊炕450 铺、户用沼气池43 户、户用太阳能光伏发电52户、太阳能采暖房32 户(2 560 m2)、太阳能温室大棚2座、源民合作社秸秆收储点1 处;安装节能炊事采暖炉350 台、太阳能路灯260 盏、太阳能热水器160 台、太阳能杀虫灯110 盏,改造卫生厕所400 户。2018 年,新建秸秆沼气集中供气工程1 处,全村使用上了管道燃气。通过农村能源技术的推广,不仅将王士兰村打造成为生态文明的美丽乡村,促进了农民增收节支,而且北方农村户用清洁采暖模式、秸秆能源化利用和太阳能综合利用技术的结合,基本使该村秸秆和畜禽粪污等农业废弃物得到资源化利用,同时促进了农民炊事和采暖清洁化、便捷化,打造了区域内分布式能源模式,向“零碳村”目标迈进,为辽宁省在农村能源方面促进乡村振兴战略的实施,提供了很好的范本。

1.2 能源结构分析

王士兰村年人均能源消费总量约为2.55 t 标准煤(表1)。

包括煤炭、电力、液化石油气在内的商品能源是主要能源来源,占40%,其次秸秆、薪柴等生物质能源,占72%。室内取暖和炊事是最主要的两大能源需求,占71%。在碳排放方面,农村家庭用电和用煤的碳排放量最高,超过70%。取暖是其中最主要的碳排放来源。

结论:王士兰村居民家庭生活能源由单一型向多样性、优质型、清洁型转变,农民生活环境大大改善,生活质量大大提高,生活能源获取更加便捷,对环境污染越来越小;农户对能源利用的观念不断更新,更加倾向于清洁高效的能源利用方式。

2 王士兰村主要发展农村能源模式

王士兰村农村能源系统分为3 大系统,即采暖系统(取暖)、炊事系统(炊事)和太阳能综合利用系统(热水、照明、发电),基本覆盖了农户日常生活用能。

表1 2010 年和2017 年王士兰村居民人均能源结构对比

2.1 采暖系统

辽宁省冬季气候寒冷,采暖期长,经过几年的试点示范,王士兰村大部分农户均建设了适合辽宁省气候特点的北方农村户用清洁采暖模式,受到了农民群众的欢迎。该模式主要是将高效节能炊事采暖炉具+吊炕+水暖空调+暖气打包推广,形成了“四位一体”立体供暖模式。经过科学设计的节能炉和吊炕搭配,热效率从老式炕灶的35%提升到75%以上,炉具单独热效率可达80%以上,远远超过土灶和普通煤炉。炉具炉膛设计合理,可燃用多种生物质燃料以及燃煤等。据调查,农户原使用普通煤炉、老式炕和土暖气取暖,户均烧煤3 t,折合2 400 元,室内温度在14～18 ℃左右;在建设北方户用清洁采暖模式后,一个采暖季烧煤不到2 t,约1 600 元,室内温度可维持20 ℃以上,节支800 元以上。户均节省1 t 标准煤可减排二氧化碳2.62 t 二氧化硫8.5 kg、氮氧化物7.4 kg。农户家中卫生条件也大大改观;吊炕多面散热,温暖舒适,水暖空调加热迅速,清洁方便,彻底解决了炕热屋冷的状况,加上暖气,在室外极温条件下,四者结合可使室内温度迅速达到20 ℃以上。通过模式建设,既能优化用能结构,也能促进节能减排,同时保护了资源环境。

该模式整体造价在5 000 元左右,其中采暖炉800元、吊炕2 000 元、热水空调1 000 元,暖气1 000 元,安装费用200 元。假设政府每户补贴2 500 元,农户自筹2 500 元。以煤为燃料计算,每年可节约标准煤1 t,约800元,农户自筹部分3 年即可收回全部成本,投资回收率达35%以上。如农户部分燃料使用玉米芯、薪柴等,成本基本可忽略不计,2 年即可收回成本,推广前景较好;如政府不补助,农户大约6 年可收回成本,投资回收率16%以上,但生活环境的改善和居民健康的价值远超投资价值。

该村在现有的北方农村户用清洁采暖模式基础上,还探索了新的户用采暖模式:太阳能集热器与节能炉、吊炕相结合。将节能炉与吊炕、暖气及太阳能集热器连接,白天利用太阳能集热器与暖气进行供暖,晚上采用节能炉与暖气、吊炕进行供暖,年可节省50%燃煤;在秸秆沼气集中供气工程达产后,将继续推广燃气壁挂炉等采暖方式。2019 年,王士兰村开始建设民宿和村民集中上楼工程,供暖面积1.3 万m2,住户150 户,将同步建设秸秆打捆直燃集中工程,把秸秆作为燃料实现集中供暖。

2.2 炊事系统

该系统主要以秸秆沼气集中供气的方式实现,辅助用液化气、电等。

王士兰村大型秸秆沼气工程实现了全村集中供气。该工程将秸秆和粪便作为原料进行发酵,产生的燃气通过管道输送到农户。采取运作模式是农户可以购买燃气,也可用秸秆换燃气。计划2 元/m2。目前,王士兰村家庭年均用气成本880 元左右,如果用沼气,每户每天用气0.8 m3,全年利用沼气292 m3,用气成本在584 元左右,年可节支300 元左右。秸秆沼气工程不仅使农户用上了方便的管道燃气,厨房变得美观干净,也使得周边秸秆找到消耗出口,解决了秸秆焚烧问题。沼液沼渣还可以作为肥料,用于500 余栋大棚生产无公害蔬果,发展绿色生态循环农业。

2.3 用电照明系统

太阳能综合利用系统主要是解决农户的辅助取暖、用电、照明等方面需求。主要技术内容以户用分布式光伏发电技术、太阳能热水蓄热技术、太阳能采暖房技术等,3 种技术可整合为太阳能节能建筑一体化技术。

太阳能光伏发电是分布式能源自供给系统不可或缺的部分。王士兰村有52 户居民安装了光伏发电,户均装机5 kW·h,建设投资4 万元左右。每户日收入在20 元左右,年发电增加收入5 000 元以上,投资回报率在12%～17%左右,不仅能抵消用电成本,还能实现盈余。项目建设分为两种模式:一种是农户自己投资,年获发电补贴5 000 元左右;另一种与企业合作,由企业承担80%的建设投资,省级和农户各承担10%投资,运行阶段由企业运作,每年给农户发放发电补贴,农户在4～5 年收回自筹部分成本。企业收回成本后,产权归农户。

王士兰村不少农户均建设了太阳能采暖房。据入户调查,太阳能采暖房比普通民房投资增加10%～15%左右。在无辅助热源的情况下,比普通房室内温度高5～8 ℃左右,室内外温差达到15 ℃以上。太阳房可以节约标准煤0.0133 t/m2。按照户均80 m2计算,每年每户就可节约1.06 t 标准煤,节支848 元。太阳能热水器可以为农民洗浴提供热水,也可以作为地热热源。据测算,太阳能热水器年可节约标准煤0.12 t/m2。太阳能采暖房和太阳能热水器一次投资,长久受益。在照明方面,王士兰村的主要街道、文化广场等地点已经基本全部安装了太阳能路灯,极大方便了农民夜间出行。太阳能综合利用技术的发展,大大提升了王士兰村农民的生活品味和质量,同时创造了额外收益。

3 存在问题分析

3.1 从长远来看,煤改电、煤改气是清洁用能的大趋势,但由于使用电和气的成本较高,存在冬季取暖时期供应不足的问题,效果也还有不尽如人意之处。农村清洁用能仍需遵循“因地制宜、多能互补”的方针,充分利用当地的资源,根据当地的资源条件和居民可承受力选择适合当地的技术路线和方式。在农村地区,最终方向还是因地制宜、多能互补。

3.2 农村能源技术存在一定公益性,投资回收期较长,一次性投入较大,在没有政府引导的情况下,农户自发建设意愿不足。政府未来还需综合运用政策引导加市场化机制,推动炊事采暖用能尽快清洁化、优质化、再生化,确保这一民生工程走得稳、走得远。

3.3 就人居环境整治来说,农村地区垃圾和污水如何处理仍然是难题,农村能源技术具备解决两大问题的能力,但目前探索建设和积极介入的省市还很少。采用农村地区大量的有机垃圾、粪便、污水等资源生产生物燃气是实现农村燃气化的低成本供气模式,也是解决农村地区垃圾、污水问题的有效手段。

3.4 农村能源与农业发展结合不够,没有真正融入农业发展大循环里,导致越干越窄、越干越没后劲的情况。农村能源须将能源建设和解决农村生态环境问题相统一,必须是以解决秸秆、粪便、垃圾等农业废弃物的角色融入大农业循环,充分发挥其在秸秆综合利用、循环农业、垃圾处理、美丽乡村建设、小城镇建设等方面的重要作用,才能有广阔的发展前景,才能步入持续发展快车道。

4 下一步建议

4.1 开展北方清洁炊事取暖新农村建设

根据农村用能分散、小型的特点,应推广适合当地经济、资源条件的清洁炊事取暖技术,适应当前农业农村转型形势,把提高效率、降低使用成本、降低环境污染、方便卫生作为主要目标。在炊事方面,以秸秆、粪便等农业废弃物以及有机垃圾为原料,以气化、发酵为手段,重点发展门站式、集中式供气,探索市场化运营机制;在取暖方面,对于分散农户,推广以节能炉具为技术核心的成熟的采暖模式,以及秸秆成型燃料、清洁型煤等燃料,加大中央和省级政策、资金扶持力度。建议对北方农村户用清洁取暖模式先行立项,每户补助2 500 元,地方和农户自筹2 500 元;试点推广空气源热泵、地源热泵、太阳能取暖等其他高效率取暖技术;对于集中上楼的和乡镇村公共场所,结合秸秆能源化利用示范县建设,重点发展秸秆直燃供暖技术,每个试点补助20 万元,中央补助比例为不高于50%,主要用于锅炉购置和锅炉房改造等。

4.2 大力发展分布式能源

短期内商品化能源在农村地区仍然无法满足需求。随着新农村建设,利用各种可再生能源利用方式和技术进行系统集成形成集约化的分布式能源系统是必然发展趋势。建议开展分布式能源试点村建设,每个村屯、乡镇能源体系自成系统,部分能源消耗依靠太阳能、生物质能、风能等实现自我供给,不足部分靠电力、化石能源补充,实现60%以上能源消耗靠可再生能源供应。

4.3 拓展农村能源生态保护功能

进入生态文明时代,农村能源已经不仅仅是解决用能短缺问题,必须发挥其生态保护和循环利用的功能,才能保证持续发展。探索通过沼气发酵、垃圾气化等技术处理农村垃圾和粪便的模式,建设垃圾、粪便处理试点,试点村垃圾进行分类,可利用部分与粪便均投入沼气池进行发酵,或气化,不可利用部分集中处理,形成垃圾处理机制。通过农村能源建设实现对秸秆、粪便、垃圾等废物群的处置处理。建议每个试点补助100 万元。

4.4 因地制宜差别化发展农村能源

农村能源建设项目种类比较多,各个地区因为资源、生活习惯等不同,对能源项目的需求也有很大差别。对于城市周边经济发达的农村地区,可先行炊事取暖“电气化”;对于落后贫困地区,往往这些地区也是资源有限、生态环境脆弱的地区,建议结合扶贫项目,建立保障能源供应的政策体系,充分利用当地的可再生能源,例如秸秆、粪便,建立分布式能源体系,增加商品能源供应,逐步改善生态环境和农户用能习惯。

4.5 加强调查研究,做好顶层设计

在项目推广前要充分进行调查研究,对农户的需求进行充分了解,对于符合当地条件,深受百姓欢迎的新能源项目,不但要持续推广,更应该加大推广力度。同时,要做好顶层设计,必须掌握真实情况和数据。应委托专业部门对农村能源资源有多少、可实现转化程度有多少、农村未来的能源需求、各地农村能源项目需求等进行调查,深入研究,摸清第一手数据,对农村能源正确定位,搞清楚这些之后再提出下一步工作思路和目标。这样更有说服力,也体现科学发展的理念。