“雙碳”背景下,中國農村能源轉型迎來重大機遇。
一方面,農村擁有巨大的屋頂空間資源,據清華大學研究,全國農村可安裝屋頂光伏的規模高達20億千瓦,年發電量潛力約為2.5萬億千瓦時。另一方面,農村也面臨著淘汰散煤、提升用能效率、實現清潔取暖的緊迫需求。
如何將負擔轉化為優勢?一種新型建筑能源系統——“光儲直柔”,正從學術構想落到田間地頭。
2023年,國務院印發的《2030年前碳達峰行動方案》中提出:“提高建筑終端電氣化水平,建設集光伏發電、儲能、直流配電、柔性用電于一體的‘光儲直柔’建筑。”這一文件,為農村能源轉型注入了強勁的政策動力。
那么,這套系統在真實的農村生活中是怎樣的?它究竟是遙不可及的概念,還是觸手可及的未來?
勝利村‘光儲直柔”農宅(寧夏新阜特能源服務有限公司供圖)一棟樣板房
寧夏銀川市永寧縣勝利鄉勝利村,一棟白色外墻的現代農宅在傳統院落中格外醒目,這是村民陳建文的家。這座約160平方米的建筑,從外觀來看平平無奇,但內核卻不一般,是一棟承載著“光儲直柔”理念的示范建筑:
光,即光伏發電。這棟建筑的屋頂并未使用傳統瓦片,而是鋪設了光伏板。這些光伏板在陽光照射下,將光能轉化為綠色電力,為整座建筑提供能量來源。
儲,即儲能系統。屋內的儲能設備,如同大型“充電寶”,將屋頂光伏產生的富余電能存儲起來,在夜間或用電高峰時釋放,保障家庭的持續用電。
直,即直流配電。陳建文的家中布設了直流微電網,并配備直流插座、直流電器,消除了交直流轉換的損耗,從而提升了用電效率。
柔,即柔性用電。在“光”“儲”“直”的協同下,陳建文的家能夠實時感知電網狀態與自身發電情況,主動、靈活地調節空調、熱水器等大功率電器的運行模式,與電網友好互動,從而有效平抑電網波動。
如果這樣的建筑能夠連片發展,它們還能通過區域微電網相互支援,共同應對電網的“削峰填谷”挑戰。然而,這棟房屋的建設過程并不順利。
理想與現實的距離
將這棟“樣板房”變為現實,背后是長達四年的艱難游說。
“我們找到第四個村,他才愿意把他的宅基地拿出來,而且愿意掏一部分錢來做這個事情。”寧夏新阜特能源服務有限公司執行董事伏彥彪感慨道。這棟每平方米造價超過6000元、技術和材料對標國際一流的建筑,總成本近百萬。盡管農戶投入不到一半,但高昂的造價和全新的概念仍是橫亙在大多數農民面前的一道鴻溝。
“農民對‘光儲直柔’這種技術能帶來的好處,認識不夠。”伏彥彪點出了問題的關鍵。這也引出了一個更深層次的疑問:既然傳統的屋頂光伏租賃模式(企業租用農戶屋頂,所發電量全額上網)正在形成,為何還要大費周章推廣“光儲直柔”?
伏彥彪認為,關鍵在于,一定要讓光伏資產真正屬于農戶,讓農戶本人成為最大的受益者。
傳統租賃模式下,農民僅是屋頂的出租方,獲得的租金有限,用電模式和體驗并未發生根本改變,對屋頂光伏資產的歸屬感和維護意愿也相對較弱。而“光儲直柔”農宅,則將能源系統作為完整建筑的一部分,將其所有權和使用權還給了農民,使其能直接享受清潔電力帶來的生活品質提升。
能源基金會低碳城市項目主任趙言冰在評價勝利村項目時,多次用到了“完美樣本”這個詞。她認為,這樣的樣本“讓中國未來農村的樣子,從理想照進了現實”。它展示了一條不同于單純租賃屋頂,而是以農民為主體、激發內生動力的能源轉型路徑。
三大核心問題待解
然而勝利村的樣本要大規模復制推廣,必須直面三個核心問題。
第一,為什么是“光儲直柔”,而非單純的光伏?
“光儲直柔”概念的提出者、中國工程院院士、清華大學教授江億曾強調,其核心作用在于調整用電供需關系,根本目標更接近新型電力系統的構建。
單純的光伏上網,農民仍是電網的被動接受者。而“光儲直柔”系統通過儲能和柔性調控,使農宅成為一個集發電、儲電、智能用電于一體的獨立能源節點。
隨著分布式光伏爆發式增長,許多農村地區因電網容量不足而被劃為“紅區”,無法新增光伏并網。“光儲直柔”系統中的儲能和柔性負載,通過平滑光伏出力和在本地消納大部分電力,能夠根據電網的調度需求或價格信號進行響應,緩解對電網的沖擊。
直流配電也減少了交直流轉換的損耗,系統效率更高。同時,儲能設備保障了夜間和惡劣天氣下的用電可靠性,讓農民敢于使用更舒適但耗能更高的熱泵采暖等設備,真正提升生活品質。
第二,樣板房能否成為“普通商品房”?
勝利村的樣本雖好,但其可復制性面臨嚴峻挑戰。
成本門檻高,百萬級的造價是目前最大的“攔路虎”,需要通過技術創新、規模化生產和產業鏈整合等方式降低成本。
技術與產品生態不成熟,市場上缺乏豐富、廉價的直流輸電產品,直流配電系統的關鍵設備也尚未標準化、規模化。
存在商業模式與政策壁壘,比如“隔墻售電”在實際操作中仍面臨挑戰,限制本地能源優化配置。同時,如何將柔性用電為電網提供的輔助服務價值變現,形成可持續的商業模式,仍需探索。
第三,農村能源的終極形態是什么?
單個的“光儲直柔”建筑是基石,其價值的最大化在于連接成網。能源基金會首席執行官兼中國區總裁鄒驥指出,“光儲直柔”是多個領域跨界融合的新交叉學科領域,是一項新的業態、新的產業,需要建筑、電力、交通、數字信息等產業的協同。
趙言冰認為,未來可以通過區域微網集中儲能來降低成本。將分散在各戶的儲能資源,通過智能微網聚合起來,可以形成強大的虛擬電廠資源,既保障村級的用能安全,又能參與更廣域的電網調節,進而產生額外收益。
寧夏勝利村的這棟“光儲直柔”農宅,勾勒出中國農村能源未來的模糊輪廓。當一棟棟農宅成為一座座微型的綠色發電廠和儲能站,當村莊從能源負擔區變為能源供給區,我們收獲的將不僅是藍天白云,更是一個更具韌性、更富活力、真正實現能源自立的新農村。
文:孫忠一、羅梓兮、譚喬