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农村能源主要来源于当地的资源，包括沼气、薪柴、电力、煤炭、太阳能等能源。改革开放时期，中国试图构建一个以农村能源为发展目标的能源发展体系，因为农村能源与可再生能源存在着紧密联系、关系到国家能源安全，并为能源供给多样化服务。20世纪80年代末至21世纪初，中国开始实施“三北”防护林体系建设工程，这一工程在保护和改善生态环境、促进农业生产的同时也推动着农村能源建设的步伐。在温室气体排放量增多、全球变暖的背景下，中国农村能源面临着加强应对气候变化的能力这一新的任务，利用农林工业残余物和大规模植树造林及种植能源作物已成为可再生能源开发的优先选择。2020年9月22日，在第七十五届联合国大会上，中国国家主席习近平明确表示，中国的目标是在2030年之前使CO2排放量达到顶峰，并致力于在2060年前达到“碳中和”的目标。伴随着“双碳”目标的提出，国家和政府更加关注生态环境问题，竭力从各个方面实现节能减排。实现农村能源节能减碳，有助于农村“碳达峰”“碳中和”，构建农村能源体系深度融合互联互济，采用“太阳能+”方式，协同空气能、生物质能等清洁能源，是实现能源低碳化、振兴乡村的重要基石。
当前，全球正积极开展节能减排工作，因此，农村能源建设面临新的历史课题，清洁能源成为了农村能源发展的政策重点。近年来，中国经济以及科学技术不断发展，农村能源也得到了进一步发展[1]。在挖掘农村能源的过程中，不仅要兼顾能源的经济效益、社会效益，同时也要注重生态效益。因此，根据中国各个时期能源发展特点，针对存在的农村能源问题，探究“双碳”视域下中国农村能源发展模式。
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农村能源是农村地区生产、生活所需要的能源供应及消费的总称，主要包括煤、薪柴等传统能源、新能源和可再生能源[2]。
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中华四千多年的农耕文明，展现了“天人合一”的原始生态观：“燧人氏”钻木取火的发现使人类学会吃熟肉；“伏羲氏”教人们结网、打猎、养殖牲畜；“神农氏”教人们种五谷、制造农具，原始的耕种农业由此展开。人力、畜力、水车、风车、手工生产和马车等的应用，中国走过了悠长的农业文明时代。
进入工业革命时代，为满足新中国发展建设需要，中国提出“能源工业发展以电力为中心”，由于中国城乡分治，侧重于工业和城市用能，导致农村电力供应长期不足，电气化水平不高；农村过度依赖薪柴，森林面积减少，污染环境；农村能源体系建设不发达，消费层次相对低[3]的局面。
在改革开放的时代背景下，中国致力于构建一个以可再生能源为核心的可持续能源体系。鉴于农村能源与可再生能源之间的天然联系，农村的能源政策更多地关注国家的能源安全，并致力于满足能源供应的多样化需求。随着温室气体的排放量逐渐上升和全球气候变暖的趋势，气候变化的问题已经超越了国家的边界。因此，如何有效地利用农、林、工业废弃物和种植能源作物已成为可再生能源开发的第一选择。
中国4大经济区划分为东部、中部、西部和东北部4个地区，不同地区能源使用形式不一样，主要使用电、煤气、天然气、液化石油气、柴草、煤、沼气、太阳能等能源，具体分布如表1所示。
能源种类 全国/% 东部地区/% 中部地区/% 西部地区/% 东北地区/% 电 58.6 57.2 59.3 59.5 58.7 煤气、天然气、液化石油气 49.3 69.5 58.2 24.5 20.3 柴草 44.2 27.4 40.1 58.6 84.5 煤 23.9 29.4 16.3 24.8 27.4 沼气 0.7 0.3 0.7 1.2 0.1 太阳能 0.2 0.2 0.3 0.3 0.1 其他 0.5 0.2 0.2 1.3 0.1 注：此指标每户可选两项，分项之和大于100%。数据来源2016年国家统计局第三次全国农业普查主要数据公报（第四号）。 Table 1. Main living energy structure of China's four economic zones
由表1可知，东部沿海地区经济发达，能源使用更加多元化，森林拥有量较少，薪柴和沼气使用较少，生物质能、煤、电力和液化石油气的消费相对较高，东部地区取暖比重较中西、东北地区低，热水需求比重较其他地区高。中西部地区地多人口也多，依旧有许多农户使用薪柴和电；东北地区冬季温度低且严寒，需要取暖，农户多使用柴草来取暖[4]。
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农村用电情况与经济发展水平密切相关，近年来，由于中国农村经济收入不断提高，农村用电量也逐年增加，基础设施不断完善[5]。由图1可知[6]，中国农村用电量逐年增加，农村电网的发展，使得农村生活用电更加方便。
Figure 1. Rural electricity consumption from 2011 to 2021 in China[6]
20世纪60年代中国农村电气化开始发展，2010年国家大力发展农村无电地区的电力工程，2012年国家完成“户户通”用电建设，为边疆、山区和少数民族地区提供电力，2013年制定了无电地区用电的“三年”计划书，自此，农村地区开始大量使用电气。2017年完成“农网改造”，2018年脱贫攻坚完成，农村电力发展达到一个饱和的状态，农村用电增速变缓，2018年国家乡村振兴战略的提出，农村用电又呈现增长趋势。2020年上半年农村用电量下降了1.3%，主要受疫情影响，下半年增加了3.1%。中国农村用电排名前三的是江苏、广东、上海，由于当地经济发展水平较高，发电量在前三的是四川、云南、福建，这些地方水利资源丰富。
电能的主要来源有火电、核电、水电，中国农村用电的方式主要是火电和水电[7]。火电主要使用煤、石油、天然气等固体和燃煤等方式发电，在发电过程中会产生CO2、SO2，增加大气中的烟尘，污染大气，会对人体的呼吸道产生影响，同时，火电厂除灰需要大量的水资源，不仅浪费水资源，而且会污染土壤，对农作物的产量造成影响。
因此，国家大力发展清洁发电方式，水电可以防洪、灌溉、供水、旅游，不会产生三废，CO2、SO2的排放量比火电低，水电代替火电可以减少5.03亿t碳排放，属于绿色能源工程[8]。
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燃气包括人工煤气、液化石油气和天然气[9]。目前在人民生活中应用较广泛的是天然气[10]，2020年，农、林、牧、渔业中天然气消费量达到了1.28亿m3。中国煤炭资源主要集中内蒙古自治区、新疆维吾尔自治区、陕西省、山西省、河南省等。2013年中国煤品的消费达到峰值，增长了61%，之后呈波动下降趋势[11]，如图2所示[12]。
Figure 2. Population distribution of rural gas use in China during 2016-2021[12]
2020年中国东部地区和西部地区的燃气使用人口大幅度上升，这是由于西部地区中的陕西、四川、新疆三大省份的燃气产量高，“西气东输”工程的开展促进了东部地区燃气的使用，同时，“煤改气”工程促进了燃气电气装机量的持续增加，进一步刺激了燃气的使用。
煤的燃烧会污染环境，造成雾霾天气。燃气的热效率相对燃煤较高，供热范围扩大[13]。刘昊洋对天津地区的燃煤供热站做了调研，他发现燃煤存在低效高污染的问题[14]。煤燃烧需要较大的空间，在燃烧过程中产生的气体会使煤燃烧不充分，而燃气的燃烧空间较小，产生的烟量比煤燃烧小[15]。
“双碳”目标的提出会使燃煤发电需求减少，天然气的需求增加，燃气替代燃煤可以减少污染、设备成本降低、可以灵活调节[16]。
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薪柴是中国农村地区使用最多的生活能源之一，属于林木生物质能源[17]。根据图3[6]，西部地区较多，同时西部地区薪柴使用量较大。
Figure 3. Distribution of forest stock in China in 2021[6]
对薪柴能源的过分依赖，是一种低值化、粗放型的利用方式，会导致室内空气污染，森林植被的退化，进而会对人体的健康和生态环境产生影响，因此，要了解农民使用薪柴的原因，并从源头上进行控制，从而加速将传统的生物能源转化为高效清洁能源，这对中国农村以及其他发展中国家的农村来说，具有非常重要的意义[18]。在薪柴来源方面，在使用薪柴的家庭中，收集途径主要包括了：自家果树枝叶、集体林业、速生林、建筑废弃木材等以及其他[19]。地理环境、居民生活消费水平等原因决定农户使用薪柴[20]，农民将森林用作燃料，导致植被破坏和生态问题。
农村的薪柴可以用电和沼气替代，陈飞霞[21]通过对长汀县绿康沼气合作社调查发现，1 m3的沼气产生的热值相当于4.3 kWh电产生的热值，需要燃烧3 kg的薪柴。沼气可以有效减少薪柴的使用，保护林地，减少碳排放。
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农村可再生能源种类多，有农作物秸秆、人畜排泄物、太阳能、风能、水能等[22]，农村可再生能源能够对农村生态环境起到保护作用，提高农民的生活质量，缓解全国的能源危机，推动可持续发展[23]。沼气在日常生活中可以进行炊事、供暖、发电，沼渣和沼液可以作为有机肥为作物的生长提供养分[24]。
由图4、图5可知[25]，2014－2015年中国农村沼气池产气量增加，2016－2021年产气量一直下降；2014－2015年中国农村沼气工程产气量在增加，但2016－2017年沼气工程产气量减少，2017－2021年农村沼气工程产气量持续增加。2015年农村沼气转型，农村沼气的应用从户用沼气向大型沼气工程、生物天然气项目方向发展，沼气工程的规模不断扩大[26]。但是出现了增速下降的趋势，这是因为原有沼气项目不能满足农户需求、重建轻管问题突出、不能发挥沼气的综合效益[27]。城市化进程加快、农民进城打工、从事养殖业的人数变少，户用沼气池没有畜禽粪便作为主要发酵原料；农村户用沼气池始终存在进出料难，容易结壳等难以克服的问题导致农村沼气的发展出现了增速下降的现象[28]。
Figure 4. Total production of biogas from rural biogas digesters in China from 2014 to 2021[25]
Figure 5. Total gas production of rural biogas projects in China from 2014 to 2021[25]
农户安装一个10 m3的沼气池，可以满足一家五口1年对清洁能源的需求。而在农村地区，安装1个1000 m3的沼气池并配备80 kW的发电机组，可以产生相当于600 MWh的电能。一个8 m3的沼气池能够产生500 m3的沼气，为农民节省300元的燃料费用。此外，沼气池还能产生35 m3的沼肥，可以替代农民购买农药和化肥的需求，从而节省450元。
中国农村户用沼气产气量减少、沼气工程产气量逐年增加，未来农村沼气工程将按规模化发展，沼气发电机组、净化后的沼气可以为城市供气，小型沼气发生装置可以用于处理厨余垃圾、厕所垃圾，符合“双碳”目标下的碳减排，发展前景巨大。
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太阳能主要用于热水器、建筑供暖、制冷、空调、光伏发电、太阳灶等方面[29]。据统计，中国太阳能灶的利用潜力位居世界第二，太阳能热水器的生产和消费居世界首位。由图6、图7可知[30]，2014年开始太阳能热水器的安装呈现直线上升的趋势，太阳灶的安装数量在2015年以前也是一直上升的趋势，近几年太阳能热水器和太阳能灶安装数量增速逐渐下降，这是因为太阳能热水器和太阳能灶的安装达到一个饱和状态，使用年限较长。
Figure 6. Use of solar water heater in rural areas in China from 2000 to 2019[30]
Figure 7. Ownership of solar cookers in rural areas of China from 2014 to 2019 [30]
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光伏发电安全可靠，无噪声污染，适用于边远无电地区，如军民生活用电、家庭屋顶并网发电系统、光伏水泵等。小型光伏发电可为农牧民和野外工程提供电力，便利人民日常生活[31]。中国目前为止已经在6万余个贫困村建设了26.36 GW“千光伏扶贫”电站，此举很好地援助了400多万户村民。由图8可知[32]，中国光伏发电量逐年增加，通过分析与计算，全国光伏装机将在2025年累计减排量9亿t[33]。
Figure 8. PV power generation in China from 2017 to 2022[32]
太阳能能源产品应用年限时间较长，常规寿命下1 m2的太阳能能源应用可以节约2.25 t燃煤资源，1 t煤在充分燃烧的情况下排放CO2量为2.277 t，所以1 m2的太阳能能源应用可以减少
5.1235 t CO2排放[34]，降低燃煤、电、柴草的使用[35]。光伏发电可有效保护环境、阻止全球气候变暖加剧，未来应用场景更加广泛，尤其是分布式光伏发电发展前景巨大。
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农村能源发展的主体是农民，而受农民的文化水平较低、思想观念落后、思维定式等的影响，导致农民更多喜欢利用秸秆、薪柴、散煤等这些容易产生污染的能源，加之成本的比较，更容易忽视了更多可再生能源的应用。
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中国农村能源利用方式多种多样，但是基础设施不够完善，除了电力比较完善外，其他能源未在农村全面普及，农村居民严重依赖非商业能源，能源商品化利用程度不高。同时，在农村安装能源工程以后没有后期维护人员，导致能源工程的闲置废弃，相应的配套设施不够完善。
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农村生活用能中以非商品能源为主，许多贫困地区仍然使用秸秆、薪柴直燃取暖，污染农村环境，劣质散煤的存在使能源利用效率低下，燃烧不充分，没有形成系列的能源商品化[36]。
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农村本应和城市一样获得国家正常的能源公共服务，但农村能源的系统投入和统筹规划更是滞后于城市，农村用能严重短缺，人均用能仅为城市的三分之一左右，农村能源消费不景气。
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在利用煤、石油等资源的过程中应该不断探索太阳能、生物质能和其他可再生能源，注重对资源的可持续利用。不断提高农村电气化水平，促进农村物流电能的发展；减少煤、薪柴等的使用，应该安全合理地使用天然气，减少污染；因地制宜地发掘太阳能、生物质能等能源，为实现农村能源的绿色发展提供保障；构建现代能源体系，巩固脱贫攻坚成果、促进乡村振兴发展，促进“碳中和”“碳达峰”目标的实现，为农业农村现代化发展提供不竭动力。
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农村的生产生活需要多种能源的有效结合，需要加速构建一个以可再生能源为核心的能源使用体系，包括广泛推广清洁取暖设备、生物质锅炉、太阳能集热器和太阳能灶等，并根据多能互补的原则来推动中国农村能源的全面发展。那些在城市中难以实施的综合能源服务、清洁能源直供电和隔墙售电等模式，都将在农村获得更广泛的应用，并持续优化农村的能源基础设施。
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在城乡二元结构（城市大工业生产与农村小农经济并存的经济结构）的体制下，积极探索农村能源产业发展途径，缩小“农村能源”与“城市能源”的差距，将长期游离在国家能源总体框架之外的农村能源纳入商品能源体系，支持能源企业与村镇合作，加大能源的科研力度。同时要努力寻找会产生污染能源的替代品，例如可以将玉米秸秆、果蔬枝条等压缩成小颗粒替代木炭；可以将麦秸、稻草压制成大块作为锅炉燃料。生物质资源加工需要较多的电费，可以发展屋顶光伏以此来降低电费成本。
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应该加深农户对环保的认识，树立保护环境的意识，在使用农村能源的同时将保护环境、节能减排当作自己的事情，管理者在应对农村能源转型时需要全面注重多能融合，由当地的专业化公司或合作社来为农民提供就地开发的新能源以及专业化的技术服务，改变传统的低水平自给自足模式。国家在未来长时期内应加大对农村能源需求的投入，在依靠传统能源很难满足需求的情况下，探究节能减排的多能互补模式，加大农村可再生能源使用力度，进而提高农村人均用能。
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中国农村能源类型多样，传统能源逐渐被清洁能源取代。农村用电量逐年增加，具有污染性的煤气使用减少，天然气使用增多；水电、风电等清洁发电方式被大量采用；薪柴使用逐年降低，可有效保护森林，涵养水资源；农村沼气中户用沼气产气量减少，但是沼气工程产气量逐年增加；太阳能光热利用及分布式光伏发电均实现了快速增长。
在未来农村能源发展过程中，薪柴、煤气、煤电等具有污染性的能源将继续减少，水电、太阳能、风电、沼气、天然气等清洁能源逐渐被人们所接受，这些清洁能源的使用符合我们国家在大力推行的“双碳”目标，能够减少对环境的影响，降低农村碳排放量。
农村能源发展从单一地注重经济效益到生态环境优先的变迁，生态文明建设为中国农村能源建设提供了新的机遇，同时面对产业转型升级以及生态环境压力下，农村能源应更加关注技术创新以及推广应用，让新能源服务于农村。
Current Situation, Problem and Countermeasure of China's Rural Energy Development under the "Dual Carbon" Goal
doi: 10.16516/j.ceec.2024.6.07
- Received Date: 2023-06-03
- Accepted Date: 2024-06-17
- Rev Recd Date: 2023-10-18
- Available Online: 2024-08-26
- Publish Date: 2024-11-30
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Key words:
- "dual carbon" goal /
- rural energy diversified utilization /
- energy-saving mode /
- biomass energy /
- multi-energy complementation
Abstract:
| Citation: | ZI Qiongzhen, WANG Changmei, WU Kai, et al. Current situation, problem and countermeasure of China's rural energy development under the "dual carbon" goal [J]. Southern energy construction, 2024, 11(6): 69-78 doi: 10.16516/j.ceec.2024.6.07
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