“生态+”视域下我国农村新能源应用路径探析

摘 要：农业作为温室气体排放的重要来源，也是关键的碳汇，其发展应与实现“双碳”目标相协调。鉴于农村能源与生态环境问题对可持续发展的制约作用，通过深入分析乡村能源系统现状及主要能源技术特点，提出以生物质能和风光能源为核心的“新型能源耦合”模式。该模式旨在通过构建一个综合利用冷、热、电、气等能源的系统，实现乡村区域的“碳减排”“碳中和”乃至能源外输。“双碳”目标不仅是实现农村地区可持续发展的有效途径，也是“美丽乡村建设”的内在要求。

关键词：生态；能源耦合；新能源；双碳；美丽乡村

中图分类号：F323.21 文献标志码：A 文章编号：1674-7909（2024）12-52-4

DOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2024.12.011

0 引言

在“生态+”的宏观视角框架下，我国农村地区正经历着新能源应用领域的一次重大发展阶段。此阶段的核心议题是高效整合农村资源，以促进其向绿色低碳经济的转型，响应国家层面提出的“双碳”目标。2023年3月15日，国家能源局、生态环境部、农业农村部、国家乡村振兴局联合发布了《关于组织开展农村能源革命试点县建设的通知》（国能发新能〔2023〕23号），提出了推动农村能源供给革命，建立可再生能源多元供能体系的重点任务，这标志着农村能源革命的进一步深化。该通知强调了推进可再生能源发电的就地就近开发和利用，按照集中开发和分散发展并举的原则，大力发展多能互补。在此基础上，加快风电、光伏发电建设开发，同时保护生态环境，这与农村地区节能减排的战略地位相契合，进一步凸显了农村在实现“碳中和”目标中的关键作用［1］。

农村地区的碳排放源多样［2］，包括能源消耗、化肥使用、畜禽养殖及农业机械的使用等。然而，农村生态系统的碳汇能力为实现“碳中和”目标提供了天然条件和广阔空间。因此，“美丽乡村”建设不仅被视为解决“三农”问题的关键途径，更成为推动“双碳”目标实现的重要平台。

在这一背景下，笔者深入探讨了基于生物质能与风光资源为主的“能源耦合”系统构建路径。这一模式不仅旨在实现农村能源消费的零碳或负碳转型［3］，而且着眼于通过能源的自给自足乃至外输，构建一种新型、高效、可持续的农村能源生态系统。这不仅是我国“美丽乡村”能源系统建设的必然选择，也是在“生态+”理念指导下，对农村新能源应用路径的一次深刻探析，为我国农村能源革命的新篇章的开启提供了理论和实践基础。

1 “双碳”目标下乡村生态建设的基本特征

在“碳达峰”与“碳中和”的宏伟蓝图下，我国乡村生态建设展现出鲜明而迫切的基本特征，这些特征不仅指引着乡村发展的方向，也构成了实现“双碳”目标的重要基石［4］。

“生态优先、绿色低碳”成为乡村生态建设的核心理念，是对“双碳”目标深刻理解的直接体现［5］。面对乡村生态环境的多重挑战，如土地退化、水资源短缺、生物多样性减少及农业面源污染加剧，乡村生态建设必须遵循生态优先的原则，强化环境治理与人居环境整治，致力于构建宜居宜业的和美乡村。同时，推动农业向生态化、循环化、智能化转型，发展生态农业、循环农业与智慧农业，减少农业生产中的碳排放，增强乡村生态系统的碳汇功能，可为“双碳”目标的实现奠定坚实基础。

资源节约与循环利用构成了乡村生态建设的物质基础与运行模式，是缓解资源压力、减少碳排放的有效途径。针对乡村资源利用效率低、循环水平不高的问题，乡村生态建设需坚持资源节约原则，严守自然生态资源红线，确保资源可持续利用。同时，推动乡村循环经济的发展，促进生产、生活、生态三大系统的有机循环，通过一二三产业的深度融合，提高资源循环利用效率，增加农民收入，改善乡村生活品质，形成资源节约型与环境友好型的乡村发展模式。

科技创新与制度创新是乡村生态建设不可或缺的内在动力与核心支撑。面对技术与制度的双重瓶颈，乡村生态建设需以科技创新为引领，聚焦关键核心技术攻关，如生物质能源转化、高效光伏技术、风电并网等绿色低碳技术的研发与应用，提升乡村资源利用效率，降低碳排放强度，增强碳汇能力。同时，加强制度创新，完善乡村“碳达峰”“碳中和”发展规划与监测评估体系，建立健全碳市场与碳减排、碳汇产品价值实现机制，为乡村生态建设提供坚实的制度保障与激励机制。科技创新与制度创新的深度融合，可激发乡村生态建设的内生动力，有助于推动乡村经济社会全面绿色转型，助力“双碳”目标的顺利实现。

2 “双碳”目标下乡村生态建设存在的能源结构问题

2.1 能源利用效率低下与浪费现象严重

农村地区的能源消费普遍存在低效和浪费的问题。虽然能源应用广泛，但设备老旧、技术落后及管理不善等原因，导致能源转换效率和利用效率偏低下。这一现象不仅增加了农民的经济负担，也加剧了碳排放问题，与“双碳”目标背道而驰。

2.2 传统能源依赖性强，清洁能源发展滞后

当前，农村地区对传统能源的依赖依然较强，尤其是煤炭、燃油等化石能源。这些能源的高碳排放特性严重制约了农村能源结构的绿色转型。尽管风能、太阳能等清洁能源在农村地区具备较大的开发潜力，但由于技术、资金、政策等多方面的限制，其发展和应用相对滞后，难以有效替代传统能源。

2.3 分布式能源推广受技术水平限制

分布式能源系统在提高能源利用效率、促进能源就地消纳方面具有显著优势，但在农村地区的推广却受到技术水平的制约。一方面，农村地区的电网基础设施相对薄弱，难以满足分布式能源接入和运行的需求；另一方面，分布式能源技术的研发和应用仍处于初级阶段，缺乏成熟的技术体系和标准化产品，导致其在农村地区的推广难度较大。

2.4 能源系统规划与建设缺乏统筹协调

农村能源系统的规划与建设往往缺乏统筹协调，导致各类能源设施各自为政，难以实现互补和互动。在“双碳”目标下，需要构建农村综合能源系统，实现多能源系统的有机融合和高效利用。这要求在农村能源系统规划和建设过程中，充分考虑各类能源的特点和优势，通过科学规划和合理布局，实现能源系统的优化配置和协同运行。

3 生物质与风光耦合的能源系统

3.1 构建农村零碳综合能源系统的总体思路

在“双碳”目标及乡村振兴战略的双重驱动下，构建农村零碳能源系统成为推动农村可持续发展的重要途径［6］。这一构建过程需紧密结合生态视域，以促进农村能源结构的绿色转型，实现经济、社会与环境的协调发展。以下是构建农村零碳综合能源系统的总体思路。

3.1.1 生态优先，绿色导向

①生态承载力评估。对农村地区的生态承载力进行全面评估，明确各区域的资源禀赋、环境容量及生态敏感性，为后续能源系统的规划与建设提供科学依据。

②绿色能源优先。在能源选择上，坚持绿色、低碳、可再生的原则，优先发展太阳能、风能、生物质能等清洁能源，减少对传统化石能源的依赖，减少温室气体排放量。

3.1.2 系统规划，协同优化

①综合能源系统规划。构建集多种能源形式于一体的综合能源系统，通过能源互补，提高能源利用效率，降低系统运行成本。

②协同优化。在规划过程中，注重不同能源子系统之间的协同优化，包括能源生产、转换、储存、传输及消费等各个环节，形成有机整体，实现能源系统的高效运行。

3.1.3 因地制宜，特色发展

①差异化布局。根据农村地区的地理条件、气候条件、资源状况及经济发展水平，因地制宜地布局零碳能源项目，避免一刀切的做法。

②特色化发展。结合农村地区的特色产业和资源优势，如农业废弃物、养殖废水等，探索“农业+能源”的融合发展模式，实现资源的高效利用和循环利用。

3.1.4 技术创新，智能管理

①技术创新。加大科技投入，推动农村零碳能源技术的研发与应用，包括高效能源转换技术、储能技术、智能电网技术等，提高能源系统的技术水平。

②智能管理。利用大数据、云计算、物联网等现代信息技术，构建农村能源系统的智能管理平台，实现能源生产、消费、管理的智能化和精细化。

3.1.5 政策引导，多方参与

①政策激励。完善相关政策法规，为农村零碳能源系统的建设提供政策支持，包括财政补贴、税收优惠、绿色金融等，降低建设成本，激发市场活力。

②多方参与。鼓励政府、企业、农户等多方主体共同参与农村零碳能源系统的建设与管理，形成政府引导、企业主导、农户参与的共建共享机制。

3.2 农村能源供需体系分析

3.2.1 供应环节：清洁能源引领，电网为基

基于农村电网的广泛敷设与智能化升级，着重提升清洁能源（风能、太阳能、水能、生物质能、地热能等）的接入与利用比例。通过合理布局风电场、光伏电站、小水电及生物质能发电设施，减少对一次化石能源的依赖，推动农村能源供应向清洁、低碳、可持续方向发展。同时，加强电网基础设施建设，确保清洁能源发电的稳定接入与高效传输，为农村用户提供可靠、优质的绿色电力。

3.2.2 消费环节：精准对接，满足多元需求

在能源消费环节，充分考虑农村居民在生产生活、养殖种植等方面的多样化用能需求。通过市场调研与用户反馈，精准定位各类用户的能源消费特征，提供定制化、差异化的能源服务。例如，在农业生产中推广高效节能的灌溉设备与农机具，降低农业生产成本；在居民生活中推广智能家电与节能照明产品，提高能源利用效率。此外，鼓励居民参与分布式能源项目，如屋顶光伏安装，实现能源的自产自用与余电上网，进一步提升能源消费的灵活性与自主性。

3.2.3 传输环节：电网为核心，多能互补

在能源传输环节，以电网为核心，串联起气网、热网、冷网等农村能源网络，构建多能互补、协同发展的综合能源传输体系。通过智能化调控技术，实现电力、燃气、热能等多种能源形式的灵活调度与优化配置。同时，加强能源网络间的互联互通与信息共享，提高能源传输的安全性与可靠性。此外，推动微电网技术在农村的应用，使得在局部区域内能够实现能源的独立供应与自我调节，增强农村能源系统的韧性与抗风险能力。

3.3 “新型能源耦合”模式

基于生物质与风光耦合的冷热电联供系统（CCHP）旨在实现乡村地区能源供应的多元化、清洁化及高效化。

在电力供应层面，乡村电力系统通过集成生物质发电（涵盖直燃与沼气发电技术）、光伏发电、光热利用、风力发电、小型水电及与大电网的智能互补，构建了一个高度灵活且自给自足的能源网络。此耦合系统有利于确保乡村地区电力负荷的完全覆盖，还具备向城市电网输送绿色电力的能力，促进城乡能源结构的绿色转型。此设计体现了能源梯级利用与优化配置的原则，有助于提高能源系统的整体效能与韧性。

在供热方面，生物质热电联产技术（结合直燃与沼气发电过程中的余热回收）与太阳能供热系统相辅相成，形成了多热源联合供热的创新模式。通过引入沼气GHP（燃气热泵）及水地源热泵技术，可增强供热系统的灵活性与效率，实现热能的高效转化与远距离传输。这一多热源联合供热策略不仅保障了乡村地区的集中供热需求，还通过大温差长距离供热技术，为周边城镇提供了可靠的热量补充，促进了区域能源资源的均衡分配。

针对乡村供冷需求，采用电空调制冷与水地源热泵供冷相结合的集中供冷方式，可显著提高制冷系统的能效比，有效降低电力消耗。该设计充分利用地源热泵的自然冷源优势，结合智能电网的调度策略，实现供冷负荷与电力供应的精准匹配，为乡村居民提供舒适的生活环境，同时减轻电网的峰谷压力。

在清洁能源拓展方面，对沼气资源进行深度处理，如分离提纯为高纯度CH4气体，可有效提升资源价值，还作为优质清洁能源直接供应至城市燃气系统，有助于缓解城乡天然气供需矛盾，推动能源消费结构的进一步优化。最后，通过构建能源互联网平台，实现各类能源系统之间的信息交互与数据共享，为能源管理提供智能化、精细化的决策支持。通过平台实时监测能源供需动态，优化能源配置方案，提高能源利用效率，同时增强系统的稳定性与可靠性，可为“美丽乡村”的可持续发展奠定坚实基础。

4 “生态+”视域下农村新能源综合应用建议

4.1 加强生物质能源的规模化与产业化

建立农村生物质原料收储中心，实现原料的统一收集与高效利用。推动农林产业园或大型养殖单位的生物质资源就地开发，建设微能源网，实现多元负荷的联合供应。依托生物质热电联产项目，推广绿色建筑，降低生活用能成本和二氧化碳的排放量。

4.2 因地制宜发展清洁能源供暖

对于集中居住的地区，利用生物质能、清洁燃煤、工业余热和地热等多能互补，推动集中供暖工程。对于分散居住的地区，发展生物质能供暖，利用太阳能、地热等清洁能源，并考虑当地自然条件和生活习惯，挖掘洁净能源供热途径。

4.3 创新农村能源发展路径

推动“农村生活+绿电替代”，提高电力普及率，更新农用电力设备，改变能源消费观念，减少劣质能源使用，增加清洁能源消费比重。发展“农业生产+生态农庄”，实现光伏振兴、生物质利用和生态农业的有机融合，推进农牧业废弃物资源化处理。

4.4 构建农村能源生态体系

结合农村能源供给和用能特点，优化能源网架结构，建立以电网为核心的能源网架体系。推广光伏与房屋一体化建设、生物质热电联产等项目，提高清洁能源使用比例。在城郊接合地区，推进基础设施互联互通，延展能源耦合转化效益服务范围。

4.5 优化信息支撑手段

应用物联网、云计算技术，构建智能信息平台，提升能源系统的协同管理能力。推广能源智能终端，实现供需数据实时采集和处理。

4.6 优化价值创造模式

与社会各方合作，提升农村综合能源系统的价值创造能力。推进综合能源系统与现代化农业、旅游、交通等部门融合，打造智慧农业综合能源服务生态模式。创新农村能源资源利用方式，推广生态旅游，开辟农村电动汽车市场，建设充电站/桩，增加农民收入。

5 结束语

此研究综合分析了在“双碳”目标下，我国农村地区生态建设与能源结构转型的必要性，并提出了以生物质能和风光资源为核心的“能源耦合”系统，以实现乡村可持续发展和“碳中和”目标。此研究强调了生态优先、绿色低碳的发展理念，指出了当前乡村能源结构存在的问题，并提出了构建农村零碳能源系统的总体思路，包括生态优先、系统规划、技术创新、政策引导和多方参与等策略。“新型能源耦合”模式的提出，旨在为农村能源系统的绿色转型提供创新路径，呼吁加强政策支持和科技创新，促进多方参与，共同推动农村能源结构的绿色转型，为实现“美丽乡村”建设目标和国家“双碳”目标提供参考。

参考文献：

［1］翟大伟.探索乡村绿色低碳发展路径 推进美丽乡村建设［J］.中国经贸导刊，2024（3）：47-48.

［2］何可，张俊飚.“双碳”目标下的乡村生态建设：现实基础、主要问题与实现路径［J］.世界农业，2024（4）：38-49.

［3］李鹏，王利利，刘孟晖，等.新时代农村能源转型发展研究［J］.乡村科技，2019（5）：113-115.

［4］贾丽，钱胡至，王文琴.“双碳”目标下乡村振兴绿色低碳发展路径研究［J］.沈阳师范大学学报（社会科学版），2024，48（2）：73-78.

［5］张永生.为什么碳中和必须纳入生态文明建设整体布局：理论解释及其政策含义［J］.中国人口·资源与环境， 2021，31（9）：6-15.

［6］刘钟淇，肖晋宇，吴佳玮，等.农村零碳能源系统构建框架研究［J］.可再生能源，2023，41（4）：538-545.