“双碳”背景下乡村电力绿色低碳转型路径
作者: 龚事引 李丹 赵丽颖 黄静摘 要:以“双碳”目标为背景,深入探讨了我国乡村电力绿色低碳转型的现状、挑战、区域差异与路径。通过对国内外相关研究的梳理,分析了乡村电力绿色转型的关键技术、政策和社会路径,并提出了针对性的政策建议,旨在为推动我国乡村电力绿色低碳转型提供理论依据和实践参考,助力实现乡村振兴和可持续发展。
关键词:“双碳”目标;乡村电力;绿色低碳转型
中图分类号:X24;F426 文献标志码:A 文章编号:1674-7909(2024)13-150-5
DOI:10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.13.034
0 引言
党的二十大报告明确提出,完整、准确、全面贯彻新发展理念,积极稳妥推进碳达峰碳中和,为我国经济社会发展指明了方向[1]。作为全球气候治理的重要参与者,中国积极承担起大国责任,提出力争2030年前实现“碳达峰”、2060年前实现“碳中和”的目标[2]。在实现“双碳”目标的过程中,能源转型是关键一环,而乡村电力作为我国能源体系的重要组成部分,其绿色低碳转型更是重中之重。
近年来,国内外学者对“双碳”目标下的能源转型进行了深入研究,取得了丰硕成果。沈筱[3]在研究中分析了“双碳”目标对能源体系的深远影响,并提出了相应的政策建议。罗莎莎等[4]探讨了不同地区、不同能源类型的低碳转型路径。许晓强等[5]深入研究了低碳技术的发展现状与前景。然而,现有研究大多聚焦于城市和工业领域的能源转型,对乡村电力的绿色低碳转型关注不够。在我国广袤的农村地区,由于基础设施薄弱、经济发展水平相对落后等因素,乡村电力绿色低碳转型面临诸多挑战。
此研究在全面分析我国乡村电力绿色低碳转型现状的基础上,分析乡村电力绿色低碳转型面临的机遇和挑战,提出因地制宜的推进策略。
1 乡村电力绿色低碳转型现状
我国乡村电力发展取得了显著成就,但与城市相比仍存在较大差距。我国乡村地区的能源结构、技术水平和政策环境都面临独特的挑战和机遇。
1.1 能源结构分析
近年来,随着国家对清洁能源发展的重视和支持,光伏、风电等清洁能源在乡村地区的应用有所增加。然而,根据《中国农村清洁能源发展蓝皮书(2023)》的数据,截至2022年底,全国能源消费总量为54.1亿t标准煤,农村能源消费总量约6.49亿t标准煤,我国农村煤炭、石油、天然气、电力消费占比分别为21.8%、28.3%、0.5%、37.2%,农村地区非化石能源占能源消费总量的比例为12.8%[6]。这一数据表明,虽然清洁能源在乡村地区的应用有所增长,但其占比仍然较低,大部分乡村地区仍以煤炭、石油等化石能源为主。
1.2 技术水平分析
乡村电网普遍存在建设标准低、设备老化、自动化程度低等问题,难以满足现代化农业和农村生活对电力的需求。截至2022年底,我国农村电网自动化率仅为65%,远低于城镇电网的自动化率94.7%[7]。为了加快推进智能电网建设,业界应大力推广智能电表、分布式电源、储能设备等先进设备,同时加强对乡村电网的数字化建设,建立统一的电网信息平台,实现对电网数据的实时采集、分析和处理。
1.3 政策环境分析
近年来,我国政府高度重视农村电网改造升级,相继出台了一系列政策文件,为乡村电力绿色低碳转型提供了重要的政策保障。例如,国家发展改革委、国家能源局、国家乡村振兴局印发的《关于实施农村电网巩固提升工程的指导意见》明确了农村电网改造升级的目标、任务和措施,为乡村电力发展指明了方向。然而,在政策实施过程中,仍存在一些问题。例如,我国中西部一些地区政策落地效果不佳,资金分配不均衡,部门协调不够,导致政策红利未能充分释放。
2 乡村电力绿色低碳转型面临的挑战与区域差异
2.1 乡村电力绿色低碳转型面临的挑战
乡村电力绿色低碳转型面临诸多挑战,主要体现在以下几个方面。
2.1.1 资金短缺
乡村电网改造升级需要大量的资金投入。农村集体经济薄弱,农民收入水平较低,乡村电网改造升级工程难以筹集足够的资金,政府财政补贴难以完全覆盖巨大的资金缺口。以广西壮族自治区为例,2024年第一季度拨付地方农网还贷资金为3.2亿元,专项补充当地农村电网建设及改造工程项目贷款还本付息资金缺口。
2.1.2 技术不成熟
目前,适用于乡村地区的分布式能源系统、储能系统等技术装备仍处于发展阶段,技术成本较高,可靠性有待提高。例如,在一些偏远山区,地理环境复杂,无线通信信号不稳定,导致分布式能源系统的运行监控和维护困难。此外,乡村电网的负荷特性复杂多变,现有储能技术在应对负荷波动方面仍存在不足。
2.1.3 政策不完善
现有的政策体系尚不完善,缺乏针对性强、操作性强的政策措施,难以有效激励和引导乡村电力绿色低碳转型。例如,在鼓励分布式能源发展方面,缺乏明确的市场准入机制和补贴政策,导致相关企业对分布式能源项目的投资意愿不足。此外,政策的稳定性不足,导致企业和农户在实施绿色电力项目时面临政策风险。
2.1.4 基础设施薄弱
许多乡村地区的电网建设标准低、设备老化,难以满足新能源接入和智能电网建设的需求。2021年,我国农村地区用户的平均停电频率为3.45次/户,是我国城市地区用户的2.78倍。电网线路老化严重,电压波动较大,无法满足新增用电设备的需要,导致新能源发电设备无法并网运行。
2.1.5 人才匮乏
乡村地区缺乏专业的技术人才,难以推动绿色低碳技术的推广应用。技术培训和人才引进机制不健全,导致乡村电力系统的管理和维护水平较低。
2.2 区域差异分析
经过调研发现,我国不同地区的乡村电力发展水平存在较大差异。
2.2.1 东部地区
相对而言,我国东部地区乡村电网建设水平较高,新能源发展较快,但仍存在一些问题,如电网结构不合理、新能源消纳能力不足等。我国东部地区经济发展水平较高,具备较好的技术和资金基础,但需要进一步优化电网结构,提升新能源消纳能力。
2.2.2 中部地区
我国中部地区乡村电力发展水平处于中等水平,部分地区新能源发展较快,但整体上仍以传统能源为主。我国中部地区在政策支持和技术应用方面有一定基础,但需要加大对新能源项目的投资力度,提升整体发展水平。
2.2.3 西部地区
我国西部地区乡村电力发展水平相对较低,电网覆盖率不高,新能源开发利用潜力巨大,但由于地理环境恶劣、交通不便等因素,发展面临诸多挑战。我国西部地区需要加强基础设施建设,改善交通条件,推动新能源项目的实施和应用。
3 “双碳”目标下乡村电力绿色低碳转型路径
3.1 技术路径
3.1.1 新能源发电
目前,光伏发电和风电是最具潜力的乡村新能源。我国乡村地区光照充足、风能资源丰富,适合大规模开发利用。采用屋顶光伏、地面光伏、分布式风电等方式,可以有效提高乡村地区的清洁能源比重。提高能源利用效率的措施包括以下几个方面。
3.1.1.1 优化选址
根据当地光照和风能资源条件,选择最优的安装地点,最大限度地提高发电效率。具体来说,可以利用卫星数据和地理信息系统(GIS)技术进行选址分析,确保光伏和风电设备安装在最具优势的位置。
3.1.1.2 智能控制
采用智能控制系统,根据实时天气和负荷情况,对光伏和风电设备进行智能调节,提高发电效率和系统稳定性。例如,利用物联网(IoT)技术和大数据分析,实现对设备的远程监控和动态调整,优化发电过程。
3.1.1.3 储能联动
将光伏发电和风电设备与储能系统相结合,实现能量的存储和释放,提高新能源的利用率。储能系统可以在电力需求低谷时储存多余的电能,在高峰时段释放,平衡供需,稳定电网运行。
此外,业界还可以探索利用其他形式的可再生能源,如生物质能和地热能。生物质能利用农作物废弃物和畜禽粪便等资源,通过生物质发电和沼气发电,为乡村提供清洁能源。地热能则可以利用地下热能资源,为乡村提供稳定的电力和热能供应。
3.1.2 储能技术
储能技术是解决新能源波动性、间歇性的关键。不同储能技术的特点和适用场景如下。
3.1.2.1 锂离子电池
锂离子电池具有能量密度高、充放电效率高等优点,适合小型储能系统。锂离子电池在家庭和小型商业应用中表现出色,可以与分布式光伏系统结合,提供稳定的电力供应。具体来说,锂离子电池可以安装在家庭屋顶光伏系统中,储存白天多余的电能,供夜间使用,从而提升能源自给率。
3.1.2.2 液流电池
液流电池具有寿命长、安全性高等优点,适合大规模储能。液流电池可以在大型风电场和光伏电站中应用,提供长时间的能量存储和释放。例如,液流电池可以在风电场中储存夜间风力发电的电能,在白天电力需求高峰时释放,平衡电网负荷。
3.1.2.3 压缩空气储能
压缩空气储能成本较低,适合大规模储能。压缩空气储能系统可以利用地下洞穴或废弃矿井储存压缩空气,在需要时释放,驱动发电机发电。
3.1.3 智能电网
智能电网是实现能源高效利用、提高电网可靠性、促进新能源发展的关键。智能电网在乡村电网中的作用主要体现在以下几个方面。
3.1.3.1 提高能源利用效率
开展实时监测和控制,可优化电网运行,降低线损。智能电网可以通过传感器和自动化设备,实时监测电网运行状态,及时发现和处理故障,减少电能损失。例如,利用智能传感器和数据分析技术,可以实时监测电网的电压、电流和功率,及时调整电网运行参数,优化电力传输和分配。
3.1.3.2 改善供电质量
应用电网自动故障诊断和快速恢复技术与装备,可提高供电可靠性。智能电网可以通过自愈功能,在故障发生时自动隔离故障区域,恢复正常供电。例如,智能电网可以通过自动化设备和控制系统,在故障发生时迅速定位故障点,自动切换电源路径,恢复供电,缩短停电时间。
3.1.3.3 促进新能源消纳
智能电网可以通过需求侧管理技术,根据实时电力需求和新能源发电情况,动态调整电力负荷,优化电力供应,促进新能源的消纳。
3.1.4 电能替代
电能替代是指用电能替代其他一次能源,如用电采暖替代燃煤采暖。电能替代在乡村的潜力主要体现在以下几个方面。
3.1.4.1 改善环境质量
电能替代可减少污染物排放,改善农村生态环境。电能替代可以减少燃煤、燃油等化石能源的使用,降低二氧化碳和其他污染物的排放。例如,推广电采暖设备,可以减少冬季取暖期间的煤炭使用量,降低空气污染,改善农村居民的生活环境。
3.1.4.2 提高能源利用效率
电能的利用效率更高,可以降低能源消耗。因此,电能替代可以提高能源利用效率,减少能源浪费。例如,电动农业机械和电动交通工具的推广,可以提高农业生产和交通运输的效率,减少能源消耗。
3.1.4.3 促进经济发展
电能替代可以促进电力消费,带动电力设备制造、安装和维护等相关产业的发展。例如,通过推广电动农机和电动汽车,可以带动相关产业的发展,增加就业机会,促进乡村经济发展。
3.2 政策路径