深入推进中国农村散煤治理

杨旭东 单明

通向碳中和

编者按：

“双碳”目标为推动我国农村能源革命带来了机遇与挑战，不断探索推动可再生能源在农村生活和生产中的应用场景多样化，以助力乡村能源革命，具有重要意义。2024年5月31日，清华大学建筑节能研究中心与能源基金会在北京联合发布《构建面向碳中和的农村新型能源系统——中国农村散煤治理综合报告（2024）》。该报告从中国散煤消费变化趋势及治理成效、农村民用散煤替代新原则和新实践、分布式可再生能源潜力分析、农村分布式太阳能资源利用途径、农村生物质能商品化途径和政策建议等方面进行了系统分析，以下为本报告的主要研究与发现。

农村是我国可再生能源开发利用的重要场所，实现农村散煤清零只是阶段性目标，最终目标是推动农村可再生能源的规模化开发，建立面向碳中和的农村新型能源系统，将农村从目前的能源消费者转变为能源供给者。以散煤治理为突破口，规划农村能源系统的发展路径，推动农村能源低碳转型，首先从需求侧出发，降低农村生活和生产能耗强度，提高能源效率；其次是从供给侧出发，大力发展以屋顶光伏、生物质等可再生能源为主的零碳能源。

农村散煤治理的必要性和紧迫性

农村散煤治理是提升农村人居环境质量的发力点，是提高广大农村居民生活质量的关键抓手，是应对气候变化和实现“双碳”目标的必然要求，也是发展农村可再生能源，构建农村新型能源系统的重要驱动力。农村散煤治理过程中推动可再生能源开发利用是提升农村经济水平、缩小城乡差距、促进经济增长、实现乡村振兴的可行路径。

2022年全国农村民用散煤消费量为0.95亿吨，较2019年的1.74亿吨下降了45.4%。民用散煤虽然仅占中国煤炭总消耗量的2.9%，但对室内PM2.5浓度的贡献可达73%，一直是散煤治理的重点。从区域性民用散煤治理方向来看，东北及西北地区是下一步民用散煤治理的重点区域，“京津冀”及周边地区民用散煤成果需要继续巩固和攻坚，部分南方省份民用散煤治理尚未系统化开展，应引起足够重视。

“五位一体”的农村民用散煤替代新原则和新实践

农村散煤治理原则。在“双碳”目标提出的新形势下，农村散煤治理应当成为减污降碳的优先领域。在能源基金会支持下，清华大学建筑节能研究中心深入青海省、内蒙古自治区、黑龙江省和山西省等农村地区开展相关政策及实地调研，提出节能、降污、经济、舒适、低碳“五位一体”的民用散煤替代新原则。在此基础上，契合北方农宅冬季取暖的实际需求，提出了实现农宅清洁取暖的适宜模式、节能路径和新实践。

北方农宅取暖模式及节能路径分析。冬季取暖在北方农宅生活用能中占比最大，其取暖具有四大特征：较低的冬季取暖室内温度、分散的居住模式和较大的建筑面积、“部分时间、部分空间”使用特征、短时段的取暖需求。作为五项原则中的首位，应将农村建筑节能改造作为散煤替代的首要措施优先实施和保障，避免能源浪费造成改用清洁能源后推高不必要的供暖成本。基于农宅实际取暖需求，建筑侧应采用“菜单式”靶向保温改造方案，用能侧使用高效灵活型取暖设备。

分布式可再生能源推进农村碳中和的潜力分析

农村屋顶光伏资源量及其分布。我国农村拥有广阔的屋顶面积和丰富的太阳能资源，充分利用太阳能资源是替代农村散煤的有效途径。清华大学建筑节能研究中心利用卫星影像统计得到，我国农村建筑屋顶可安装光伏板总面积为131.2亿平方米，装机潜力为20亿千瓦，预测年发电量达到2.9万亿千瓦时。各省市中河南、山东和河北依次是农村屋顶光伏装机和发电总量的前三位，合计装机潜力为7.2亿千瓦，发电潜力为1.08万亿千瓦时，约占总量的36.4%。

农村生物质资源量及其分布。生物质能作为目前唯一可再生的零碳燃料，具有低成本储存和运输的优势，同时能够通过加工转换，成为稳定且可控的能源来源。从类别的角度来看，生物质资源可以细分为农作物秸秆、农产品加工剩余物、林业与畜禽养殖剩余物，以及农村生活垃圾。在中国，农作物秸秆是生物质资源的重要组成部分。据统计，2021年全国农作物秸秆的总量高达9.67亿吨，考虑到实际收集利用的情况，可利用量约为7.6亿吨。农作物秸秆主要分布在东北、华北以及长江中下游地区。具体到农作物种类，玉米、水稻和小麦成为秸秆的主要来源，三大类农作物秸秆产量占比约为93.7%。农产品加工剩余物总量约为1.6亿吨。林业与畜禽养殖剩余物资源则主要集中在东北和西南地区，年产量约为2.4亿吨。农村生活垃圾每年产生总量约为1.09亿吨。

总体来看，农村生物质能源的潜力巨大，总量约为7.36亿吨标准煤当量（tce），其中以农作物秸秆占比最大，约为50.6%，其余生物质资源占比依次为林业与畜禽养殖剩余物、农产品加工剩余物和农村生活垃圾。

农村小水电资源及分布。农村水电资源点多、面广、总量很大，占水电资源可开发总量的39%，在电力结构调整中占有重要的地位。但农村水电资源分布不均匀，集中在长江上游、珠江上游和黄河中上游地区，地处西部少数民族和边疆地区。开发农村水电，实施小水电代燃料工程，是大电网的有益补充，是保护和改善生态环境的重要途径，具有显著的优势。中国大陆地区单站装机容量5万千瓦及以下的小水电资源技术可开发量1.28亿千瓦，年发电量5350亿千瓦时，居世界第一位，广泛分布在全国30个省（自治区、直辖市）的1715个山区县。西部地区最丰富，占全国的62%。中国农村水电的总发电量潜力为5350亿千瓦时，折合标准煤约1.61亿吨标准煤当量（tce）。

农村分布式太阳能资源利用途径

根据用能侧的能源类型不同，太阳能资源的利用途径可以分为太阳能光热技术和太阳能光伏技术。太阳能光热技术主要用于解决农宅供暖和热水需求；太阳能光伏技术将太阳能转化为电能，可解决农宅的各种用能需求。

太阳能光热技术

太阳能光热技术可以分为被动式和主动式两大类。被动式太阳能光热技术主要是指通过增大建筑南向围护结构透光面积从而增加室内得热的技术。主动式太阳能光热技术主要是指太阳能灶、太阳能热水器等。相较于传统太阳能光热技术，基于热需求季节适应性的集热技术在冬季有更高的热性能，保证了冬季热需求高时有高的产热能力，而在夏季的热性能低于所有常规的商用集热器，从而大大降低了夏季系统由于供需不匹配导致的过热风险。

太阳能光伏技术

光伏供暖：光伏供热系统主要由三部分组成，即发电系统、供暖末端和储热系统。光伏板在变流器的控制下在最大功率点发电，电流经过变流器送入电热丝，电热丝发热通过导热的方式加热储热体的内表面，在导热的作用下储热体的温度不断上升，然后热量通过对流换热和热辐射的方式从储热体的外表面送到室内。保温板的作用是减少热量损失，使电热丝的热量流向储热体而不是外墙。由于整个过程中，光伏板都在最大功率点发电，发出的电力全部用于电热丝发热，因此不存在弃光的问题，光伏自消纳率为100 %。而对于灵活性和温度控制要求高的居民，可以选择光伏驱动空气源热泵热风机的方式对房间进行供暖。

光伏供电与炊事用能电气化：农村地区用于炊事的能源种类呈现多样化，主要涉及电力、煤炭、木柴、液化气罐和天然气等多种能源。随着农村散煤的去除和农村电网的不断完善，同时得益于电力炊事设备的安全性与便捷性的提升，电力逐渐成为农村地区炊事用能的主要选择。未来在农村大力发展屋顶光伏的前提下，农村炊事也应大力进行电气化改造。目前常用的电炊具已经可以做到全覆盖，并且热效率在80%以上，远高于煤炉和柴灶的热效率。

同时需要出台更具有针对性的政策帮助推广以屋顶光伏开发利用为重点的新型电力系统。一是建立新型农村光伏配电网体制，推动动态分时上网电价体系；二是建立分布式电力消纳平台；三是发挥财政补贴的关键作用，推动新技术新装备的开发；四是加强农村政策协调一致性，推动新型能源系统建设。

农村生物质能商品化途径

农村生物质燃料的商品化，不仅有助于提高产品附加值，形成良性发展的产业链，而且对推动农村由能源消费者转变为能源产消者、助力乡村振兴和“双碳”目标的实现都能起到重要作用。生物质在实现能源化方面分为直接式能源化和间接式能源化，其中直接式能源化包括打捆直燃方式和生物质成型燃料方式等，与之对应的商品化产品包括电、工业蒸汽供应、供暖和炊事生活燃料应用等；间接式能源化包括厌氧发酵方式、热解气化方式和液化技术方式等，与之对应的商品化产品包括电、工业蒸汽供应、供暖和炊事生活燃料应用、交通燃料供应等。

一是打捆直燃：秸秆直燃供暖技术主要以玉米、小麦等农作物秸秆为原料，秸秆在田间打包成型，可就地存放，由企业分期拉运后集中存放，实现秸秆当季消纳。打捆收集后由自动给料装置输送至秸秆直燃锅炉的炉排内燃烧，通过换热器将二次网循环水加热，用于周边农户及公共设施供暖，实现“秸秆收储—自动上料—秸秆整捆破碎—进料燃烧—小区供热—灰渣排出—有机肥制备—生物质灰基肥还田”整套生产工艺流程。例如，黑龙江某集中供热项目，利用秸秆打捆直燃锅炉为村镇1428户居民住宅小区和全镇公共设施进行集中清洁供暖，运行成本可降低47.8%。

二是生物质成型燃料：生物质成型燃料在生活、工业、农业等领域都有广泛的应用前景，在民用领域，生物质成型燃料可被用作家庭取暖的燃料，可以在农村户用生物质炉具、壁炉和燃烧炉中使用，提供舒适的室内环境；在工业生产领域，生物质成型燃料可用于加热和烘干过程，如食品厂、砖厂、陶瓷厂和纸张厂在农业领域，生物质成型燃料可用于农产品烘干、温室大棚升温等。

三是厌氧发酵：生物质厌氧发酵是在厌氧细菌的同化作用下，有效地把生物质中的有机质转化，提纯后的生物天然气可作为生活或交通燃料以及发电使用，沼渣可以作为动物饲料或土地肥料，沼液还可以作为农作物的营养液。

四是热解气化：是生物质原料在高温条件下转化为气体和液体燃料的过程，是一项将农林废弃物向清洁燃气转化的关键技术，所产生的合成气可替代天然气等化石燃料，实现燃气、热能和电能的供给。河北省平泉市某杏壳气化发电联产活性炭、热、肥项目，实现了杏壳生物质的绿色、循环、高效利用，并同时实现固碳减排。

五是液化技术：是一种将生物质原料转化为液体燃料或化学品的过程，这一过程通常通过热解、气化或催化等方法进行。产生的多种液体产品，包括生物油、生物柴油、生物醇等，可用作替代传统石油产品的能源或化学原料。

总结与建议

中国经过过去几年对民用散煤治理工作的大力推进，散煤治理已经步入稳妥有序推进的新阶段，从“攻坚重点区域”转向“巩固重点区域、拓展非重点区域”，从“聚焦重点领域”到“全面查缺补漏”，从“追求规模和速度”转向“追求质量和长效”，从“补贴推动”转向“市场驱动”，从“单一热源清洁化”的技术改造转向“能源绿色低碳化的系统建设”。

未来在有效开展农村散煤减量替代的阶段性目标取得成功后，还要逐步推进在农村地区实现碳中和目标，应在以下领域重点布局：一是提高农宅围护结构节能水平，研发和推广高效灵活的取暖设备；二是推动农村新型电力系统建设；三是提高生物质资源的战略定位，实现其能源化和商品化利用；四是加强统筹农村政策的协调一致性；五是建立各政府部门之间的合作机制；六是创新农村新型能源系统发展的商业模式。

实现农村民用散煤完全替代以及碳中和应设立近中期（2030、2040）和长期（2050、2060）等阶段性目标。到2030年，实现民用散煤消费量快速下降，提高农村建筑围护结构节能改造比例至21%；提升建筑用能电气化率，积极开发光电、风电；天然气、液化石油气等化石能源的消费量逐渐降低；逐步淘汰散烧生物质，积极推动生物质成型燃料、生物燃气的能源商品化发展。2030—2035年，全国范围内完成全部散煤替代任务；到2040年，农村能源基本实现供需平衡，为率先实现碳中和奠定基础；2050年实现农村对外输出零碳电力1.5万亿千瓦时，输出零碳燃料7 亿吨标准煤当量（tce），产生超过15亿吨二氧化碳的减碳贡献。

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编辑|王秋蓉  qiurong.wang@wtoguide.net