碳中和赋予农村能源转型新内涵

商 颖 高 璐 姚秉琛

（天津港保税区环境监测站 天津 300308）

引言

依托碳达峰、碳中和和乡村振兴战略两大历史责任，农村能源转型势在必行。农村能源使用包括烹饪、取暖、照明等生活能源和农业、林业、畜牧业和渔业等生产性能源。农村人口分散、消费低、环保意识低，给农村能源转型带来了诸多问题。农村能源是农民生活、农业发展和农村环境改善的重要保障，也是实施农村振兴战略的重要基础。按照碳中和、碳达峰的目标要求，我国能源将呈现“清洁、综合、智能、分散”的发展趋势、智能化的发展方式和分散的发展模式，实现清洁能源转型[1]。

1 农村环境污染与碳排放压力并存

全国第二次污普结果显示，虽然这些年来我国农业减排效果显著，但农业源排放量占总排放量的比重依然不少，且农村面临的污染形势依然严峻。在此同时，我国还肩负着碳达峰、碳中和双碳的历史使命，农业碳排放问题成为农村环境治理的重要环节。随着农民生活水平的提高，农村能源消耗会随之上升，这将会带来环境污染与碳排放的双重压力。因此，乡村环境治理是实现双碳目标尤为重要的关键点。

2 农村能源转型面临多重挑战

农村能源消费主要包括生活用能与生产用能，能源消费比例约为7:3，生活能源包括烹饪、取暖、照明等，生产性能源包括农业、林业、畜牧业和渔业等。采暖造成的碳排放目前占农村碳排放量首位。据统计，农业农村温室气体排放量约占全国排放总量的15%。现阶段我国农业排放的温室气体主要是甲烷、氧化亚氮、二氧化碳，主要排放途径包括农田化肥释放氧化亚氮，稻田释放甲烷，动物肠道发酵产生甲烷，禽畜粪便产生甲烷、氧化亚氮等。农村人口分散、消费能力不高、环保意识低导致农村能源转型存在以下问题。

2.1 农村能源消费结构不合理，空气污染物排放量大

现如今，农村清洁能源消费比重逐渐上升。但是，由于我国“富煤、贫油、低气”的现状，一些农村地区仍然以煤炭为主要燃料用来取暖和做饭。产生了更多的二氧化碳排放[2]。同时，农村生产和生活过度依赖传统能源，包括秸秆焚烧、粪便处理、牲畜处理等在地区排放的问题。处理不当导致产生严重的温室效应。

2.2 农村能源资源利用不充分，能源利用率低

农村有丰富的生物质能资源，如秸秆、牲畜粪便、农林废弃物……但大部分农村地区生物质能开发和利用模式尚未形成。农村尚有大量土地资源可开发风电，在生产光伏发电及小水力发电等清洁电力方面具有明显优势。但目前来看，新能源装机容量低，可再生能源利用率低，农村人口分散，能源供给难以均衡，并且尚未建立电能、热能以及冷能等多能互补的供能模式，能源综合利用率低。

2.3 农村能源消费成本不经济，能源转型后劲不足

天然气和电属于清洁能源，为了环保，为了减少空气污染，很多农村实行“煤改气”“煤改电”的措施，但这些清洁能源使用费用太高，导致农民这部分能源支出占总消费的比例增加，大部分农民承担不起，就会造成“回煤”等现象，导致能量转换能力不足。

2.4 农村能源基础设施落后，能源转型缺乏保障

随着农业机械化生产规模不断扩大完善和新能源替代机制推进，农村商业能源消耗量迅速增加。但与此同时，农村电能供应能力很低，而天然气及供热管道的覆盖率也很低，这都不能保证农村能源转换的效率。农民参与能源转型的意愿并不积极，而能源转型的阻力较大。农民对双重碳目标的历史责任并不十分明确。

3 “碳中和”能力分析

大气中积聚的二氧化碳是排放的二氧化碳和生态系统吸收平衡的结果。在不同的生态系统里的植物通过光合作用吸收固定二氧化碳，并把它储存在植被、土壤和树木中，从而降低了二氧化碳的排放浓度。整个生态系统的碳吸收能力越强，“碳中和”结果越显著[3]。银行可以存储现金，森林也可以通过植物光合作用存储二氧化碳。森林作为陆地生态系统的主体，是地球上最大的碳储存库。森林生态系统是生物固碳的主要途径，贡献吸收了约80%的碳，而农业和灌丛生态系统为碳吸收做出了20%的贡献。大树每生长1 立方米，就可以吸收1.83 吨的二氧化碳，一亩树林，每天能吸收67 千克的二氧化碳。研究数据表明，我国的碳汇能力逐步提升，通过大力培育和保护森林，2010 年到2016 年，中国陆地生态系统每年吸收约11 亿吨碳，意味着吸收了同时期人为碳排放量的45%。碳汇资源例如森林和耕地，往往分布在农村地区。据有关专家说，中国的碳储备每年增加2 亿多吨，转换成碳汇约为7亿至8 亿吨。根据碳储存因素（如耕地、森林及牧场能源消耗）的初步计算，农村地区的碳储存能力约为5 亿吨。农村地区的生物质资源主要来自农村居民生产生活中产生的生活垃圾、畜禽粪便、农作物秸秆等。这些生物质能源在整个生命周期中都有一个优势，就是不产生碳排放：二氧化碳是通过燃烧而产生的，或其他温室气体转化成二氧化碳当量的，并且在生长过程中被吸收。禽畜粪便、稻草和农副产品等在生物质原料中起着重要作用。除了传统的农畜秸秆（用作肥料和动物饲料、加工食用菌的原料、造纸等）外，全国共收集秸秆约8.3 亿吨，由于统计方法不同所以也会存在显著差异。沼气是可开发利用的优质再生资源，农村沼气的主要来源是秸秆和牲畜粪便，这些有机物质在一定温度、厌氧等条件下，经过沼气菌发酵作用而产生沼气，沼气的主要成分是甲烷，也是温室气体中的一种。沼气可用于供暖、炊事、照明等。据相关数据显示，2019 年我国牲畜粪便总量近40 亿吨，秸秆总量9 亿至10 亿吨。如果全部使用，沼气的产量约5000 亿立方米。如果使用所有类型的沼气代替天然气，可以减少排放6 亿吨。如果将沼气中含有的二氧化碳和燃烧后产生的二氧化碳进行捕集和储存，沼气的二氧化碳总减排潜力约为9.8 亿吨/年。在我国回收利用农林废弃物并从中受益的重要方式是生物质燃烧发电。BECCS 技术是一种利用农林废弃物的燃烧作为能源（指从燃烧过程或生物质中捕获和储存二氧化碳，实现从大气中长期封存捕获的二氧化碳，并实现二氧化碳的负排放）。BECCS 技术的渗透和应用可实现负碳排放为1.55-1.58 公斤/千瓦时。根据文献计算，我国农林废弃物生物质燃烧发电替代煤炭的能力约为400-5亿吨，相当于约1 至130 万吨二氧化碳排放量[4]。

4 通过去中心化模式实现清洁转型

农村能源是满足农民生活、农业发展、农村环境改善的重要支柱，是践行乡村振兴战略的重要基础。在碳达峰、碳中和双碳目标要求下，我国能源将呈现“清洁化、综合化、智能化、去中心化”的发展趋势。建议我国农村秉承综合化发展理念、智能化发展手段、去中心化发展模式，实现用能清洁化转型。

未来主要在农村地区发展清洁能源项目，增加清洁能源消费比例。充分利用乡村大片空旷土地和屋顶等资源，积极推动太阳能、生物质能、地热能、储能等多种能源融合发展，拓展农村绿色能源开发利用空间。生物质能源是中国农村能源系统的一种特色资源，应大力推广生物质燃料清洁取暖、生物质燃烧发电技术，推进生物质成型燃料、液化天然气、沼气利用，逐步推进风能、光伏、太阳能、地源热泵等清洁能源设备的设计和建设，着力解决偏远乡村清洁用能问题，提升乡村整体用能清洁化水平，提升农民清洁能源消费占比。

建立农村综合能源体系，提高能源利用效率。每个地方有不同的自然资源、资源禀赋，根据农村不同的自身实际条件，调整不同的能源配比，根据技术的经济性和技术适用性，综合农村的资源规模和种类，在农民可以接受的范围内，注重提高能源效率，提高用电可靠性，降低能源成本和二氧化碳的排放，因地制宜的建立不同结构的农村清洁能源体系。

通过农村综合能源系统典型应用场景，“纵向源网荷储协调，横向多能互补”的综合供能模式不断推进。面对分散的农村居住区，打造以“光伏+锅炉+蓄热”、“光伏+储能”等多种能源协调场景为主要供给动力，创新小储能（蓄电、蓄热）应用模式[5]。面对集中的农村居住区，从综合能源角度，建立一个综合能源系统，以电能为核心和生物质能为主，提升能源利用效率。

优化农村能源供需结构，降低能源成本。在需求方面，应继续提高绿色能源消耗比例，逐步提高农民能源装备的智能水平，并在能源需求方面通过管理方式引导农民能源需求。在供给方面，保障农民基本用能需求前提下，优化农村清洁能源供需结构，因地制宜地制定不同能源供给方法，来降低农民能源的消费成本。

加快农村能源基础设施的建设，确保能源平稳过渡。我们将推进农村电网的转型，在农村地区引进天然气管道、热力管道，完善农村住房改造，为农村能源转型提供基础。与此同时，加强个人对碳达峰、碳中和双碳目标的主体责任，提升农民积极实现转型的主观意愿，确保农村地区清洁能源的转型。

5 能源转型是乡村振兴的重要环节

农村能源是满足农民生活、发展农业生产、改善农村环境质量的重要保障，在乡村振兴中做出重大贡献。新形势下，农村能源转型不仅在推动乡村振兴中扮演重要角色，也在碳达峰、碳中和双碳目标的落实中承担着重要责任，农村能源转型必须以“四个关系”为指导。

5.1 处理好农村能源转型长期目标和短期目标的关系

能源转型农村地区必须循序渐进的进行。短期目标是逐步让农民提高对节能和减排的认知，在满足农民基本的能源需求前提下，保障能源安全，完善农村能源基础设施建设。现阶段我国农村能源供需不充分，资源化水平低，提升农村能源质量发展是个长期的历史过程。所以长期目标是加快构建农村清洁能源体系，建立综合性农村能源系统，实现农村低碳能源转型，为乡村振兴战略提供有效保障，有助于实现双碳目标。

5.2 处理好农村能源转型顶层设计和差异化发展之间的关系

当前农村清洁能源发展缺乏顶层设计，虽然出台了不少的政策文件，政策文件之间未形成合力，部门之间协调不畅，现有规划难以落实。应科学谋划顶层设计，完善政策保障机制，消除各部门之间管理的监管障碍。根据不同农村空间分布，结合各地能源资源特色和优势，因地制宜的制定规划不同类型规模的能源转型途径。落实农村二氧化碳排放到“2030 年达到峰值，2060 年碳中和”的责任；根据农民不同的能源消费能力及习惯，构建不同供需结构的农村能源体系。

5.3 处理好农村能源转型政府监管与市场带动之间的关系

明确农村能源属性，明确政府市场边界，加大政府财政补贴，鼓励公众参与农村能源体系建设，但又不能完全依靠补贴，也不能市场万能论，政府做好规划引导、政策支持及监管保障，逐步恢复能源的商品属性。把资源的稀缺性、环境成本与用能价格整合起来，充分发挥市场在农村能源配置中的决定性作用。

5.4 处理好农村能源转型发展阶段与能源消费支出之间的关系

农村能源的转型不可能一蹴而就。在短期和长期目标方面，合理规划农村能源转型各阶段的主要任务，确保农民在能源发展各阶段的能源消耗在可接受的范围内。其中，应在能源转型的早期阶段提供适当的补贴，促进农民使用清洁能源。在能源转型的中后期阶段，财政补贴将逐步取消，实行多能互补的模式，能源成本将降低，从而降低农民的能源消费成本。

6 建议

为实现乡村振兴目标，推进“碳中和”目标落实，全面落实“强农、美丽乡村、富农”，社会各界要多方面发力，尽快实现农业农村“碳中和”。基于以上分析，本文提出以下建议。

温室气体的主要贡献者是农业生产，要实现双碳目标的主要方式就是降低生产强度、提高碳汇能力及提高可再生资源利用。

降低排放强度，提高生产效率。甲烷是除二氧化碳以外第二的温室气体，在淹水的条件下，稻田土壤中的腐烂植物等有机物，被产甲烷细菌分解，产生了甲烷，加剧了温室效应。水稻不同生育期对水分的要求不同，根据水稻不同生育期的需水规律来调节水分，实行间歇灌溉来控制甲烷的生成；氧化亚氮是仅次于二氧化碳和甲烷的造成气温升高的主要温室气体，氮肥和有机肥的大量使用会产生更多的氧化亚氮，无机态氮在硝化菌的硝化作用下变为硝态氮，硝态氮在反硝化细菌作用下转化为多种形态的氮氧化合物，在硝化和反硝化的过程中产生氧化亚氮，为了追求产量而大量施肥也会产生了更多的氧化亚氮。提高肥效，降低排放。在不同土壤、气候、作物体系和农田管理措施情况下，根据农作物的产量和维持土壤氮素平衡条件下确定合理的施氮量，选择合适的氮肥种类，在合理的施肥时期，采用不同的施肥方法，使农作物充分吸收利用施入农田的氮素，提高化肥利用率而降低氧化亚氮的排放；改善动物健康和饲料消化率控制肠道甲烷，反刍动物在瘤胃及后肠道进行厌氧发酵,在甲烷菌和微生物作用下，逆呕过程中从口腔排出甲烷，为减少甲烷排放，可根据不同品种、不同类型的反刍动物，调节饲料的粗细比和改变饲料的营养物质组分、对饲料进行加工处理、控制动物的采食量以及合理调节生活温度；提高禽畜废弃物利用率及效率，禽畜废弃物含有丰富的有机物和氮、磷、钾等元素，对粪便等废弃物进行厌氧发酵处理后产生沼气，可用于照明及加热。

改善土壤质量，提高农田和草地碳汇能力。土壤是陆地生态系统中大的碳储存库，有机质是土壤重要组成部分，它的含量影响着温室气体的排放，增加碳汇的本质就是提高有机质的含量，通过增施有机肥料、种植绿肥、秸秆还田、保护性耕作等措施提高碳汇能力。

推进可再生能源替代。推广生物质能、太阳能、风能、地热能等可再生能源替代化石能源。打成捆的秸秆在专用锅炉中燃烧为农民提供集中供暖；将农林废弃物压缩成颗粒燃料替代煤炭，供农民炊事或供暖使用；将禽畜粪便及生物秸秆制成沼气，利用沼气煮饭、照明、取暖等生活用能及发电、烘干、粮果贮藏等生产用能；根据不同环境和不同需求，推广太阳能与辅助能源综合技术，抵扣生产生活中的各种化石能源排放。

坚持把新发展理念贯穿于乡村低碳转型，推行资源共享。农业种养具有鲜明的季节特点，一些大型的农业机械购买成本及维护成本较高，在农民满足自用之余，通过农机共享，有偿共享，为其他用户提供服务，降低了设备闲置成本，给农机经营者创造利润；在农村有很多闲置房屋，造成了资源浪费，对于城里人而言，又希望自己有一处农庄，闲暇时可以在这里休养生息，村民可以将现有的房屋改造升级，将其转租或者转售，从事农家乐主导产业，但现有民宿的现状是节假日一房难求，非节假日门庭冷落，农民可加大民宿建设，但要适当降低价格，激发民宿市场，通过房屋共享，充分利用了农村闲置资源，还给农民创造了收益；农民低效益经营的土地或者小而散的土地可通过共享模式转给有需要的人，城市居民可通过众筹、有偿使用等方式，获得自己的农田，闲暇时种植自己喜爱的农产品，土地闲置资源被合理利用；农产品大量上市后不能够一次性销售，因此，仓储或者冷链特别重要，但建设仓储成本高、闲置率高，通过共享模式，帮助农民解决仓储问题。

建立并完善农村环境监测体系，摸清农村环境污染问题，与城市监测系统相结合，加强环境监测的立法环节，提升温室气体监测技术与评估能力，为农村环境监测提供保障。

尽快组建农村农业碳达峰碳中和研究创新平台，围绕减排固氮、可再生资源利用等开展研究。加快农村能源结构升级，完善农村能源基础设施建设。结合农村发展特点和实际，科学谋划，推进电网改造升级工程，完善农村电力基础设施。大范围推广沼气普及建设，同时破除闲置废弃沼气池的危险性，政府加大鼓励能源扶持政策，利用新技术引用发电上网的多用途沼气池。工业经济发展与能源发展密切相关。通过提高农民收入，使农村地区的人们能够积极配合和适应现代生活方式和生产方式，健康发展。提高农村能源基础设施和能源服务的智能化和数字化水平，推动农村低碳发展。

结语

在碳中和、碳达峰目标下，我国农村应因地制宜，结合当地经济发展情况、资源条件、农民生活习惯等，构建以绿色低碳为目标的农村清洁能源体系。未来，我国农村将大力发展生物质能和地热能技术，提高清洁能源装机容量。依据农村能源转型的短期和长期目标，结合国情，广泛发展以生物质能为主要的农村能源系统。通过农村能源转型，实现乡村振兴战略，并实现农村碳中和的重大目标。