孫若男 楊 曼 蘇 娟* 杜松懷 李 鵬 鄭永樂

(1.中國農(nóng)業(yè)大學 信息與電氣工程學院，北京 100083；2.國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟技術(shù)研究院，鄭州 450052)

農(nóng)村能源涵蓋了農(nóng)村地區(qū)的能源消費、生產(chǎn)及當?shù)刭Y源的利用，即為農(nóng)村地區(qū)的能源供給與消費，包括農(nóng)村地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村生活多個方面。在我國，農(nóng)村能源主要有生物質(zhì)能、水能、太陽能、風能、地熱能等可再生能源，以及國家供給的煤炭、電力等商品能源。我國是一個農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)村能源問題涉及到全國近1/2以上人口的生活用能供應和生活質(zhì)量問題[1]。

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，環(huán)境污染和能源利用問題變得尤為突出。保護生態(tài)環(huán)境、實施大氣污染聯(lián)防聯(lián)控、減排CO2、加快開發(fā)可再生能源是全面推進我國能源革命的重要內(nèi)容[2]。農(nóng)村能源作為我國能源體系的重要組成部分，開展農(nóng)村能源變革對于綜合解決能源與環(huán)境、能源與農(nóng)村發(fā)展的問題，實現(xiàn)能源發(fā)展方式由粗放型增長向集約型增長轉(zhuǎn)變變得尤為重要。2018年9月26日，中共中央、國務院正式印發(fā)《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃(2018—2022年)》，對實施鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略第一個五年工作做出具體部署。其中在加強農(nóng)村基礎設施建設中明確，要構(gòu)建農(nóng)村現(xiàn)代能源體系，因地制宜建設農(nóng)村分布式清潔能源網(wǎng)絡，開展分布式能源系統(tǒng)示范項目[3]。

已有研究對農(nóng)村能源開發(fā)、農(nóng)村能源消費、農(nóng)村能源政策等方面進行了大量研究。文獻[4]對我國農(nóng)村能源消費的可獲得歷史數(shù)據(jù)進行整理，系統(tǒng)分析了農(nóng)村能源消費的時空分布特點及其政策演變。文獻[5]以我國30個省市(自治區(qū))為研究單元，以能源接入與能源服務作為能源貧困的度量指標，利用Theil指數(shù)及空間自相關分析法刻畫我國農(nóng)村能源貧困的時空演變特征，并利用空間杜賓模型(SDM)分析其影響因素，為我國制定有效的農(nóng)村能源政策提供依據(jù)和參考。文獻[6]通過對農(nóng)村能源消費時序的混沌辨識，指出我國農(nóng)村能源消費時序是一個具有類似隨機現(xiàn)象的混沌系統(tǒng)。文獻[7]梳理了改革開放以來我國農(nóng)村能源政策的變遷，對我國農(nóng)村能源政策提出建議。

由于農(nóng)村能源的供給與消費模式隨著我國經(jīng)濟、能源、政策的變革出現(xiàn)了新的特征，而上述研究都是針對我國農(nóng)村能源體系展開論述，對于我國農(nóng)村能源開發(fā)利用模式的研究相對較少。因此，本研究擬采用國家統(tǒng)計局對我國農(nóng)村地區(qū)的劃分方式，系統(tǒng)梳理我國農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)、農(nóng)村能源開發(fā)利用現(xiàn)狀，根據(jù)東部、中部、西部、東北等不同區(qū)域提出農(nóng)村能源開發(fā)利用模式，并對技術(shù)手段和商業(yè)模式進行分析，根據(jù)現(xiàn)狀指出面臨的問題，以期為實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興提供依據(jù)。

1 我國農(nóng)村能源開發(fā)利用現(xiàn)狀

1.1 農(nóng)村能源供給與消費結(jié)構(gòu)

我國農(nóng)村能源開發(fā)利用主要為供給與消費2方面，而供給與消費體系主要包括能源供給和能源消費2部分，體系結(jié)構(gòu)見圖1。其中，能源供給主要指農(nóng)村可再生能源的開發(fā)以及農(nóng)村電力的供應，例如：風能、水能、太陽能、地熱能、生物質(zhì)能等；而能源消費主要指農(nóng)民生活用能和生產(chǎn)用能2方面，例如：照明、取暖、種植、養(yǎng)殖、農(nóng)產(chǎn)品加工等。

圖1 我國農(nóng)村能源供給與消費體系Fig.1 China’s rural energy supply and consumption system

1)農(nóng)村電網(wǎng)。農(nóng)村電網(wǎng)是我國國家電網(wǎng)的重要組成部分，由于我國農(nóng)村大多分布在偏遠地區(qū)，農(nóng)村電網(wǎng)設施嚴重落后，農(nóng)村居民用電戶數(shù)量龐大，用戶分布廣泛，負荷分散，發(fā)展不平衡。與城市負荷和供電范圍相對集中的特點相比，農(nóng)村電網(wǎng)具有地域分布廣、范圍大、負荷分散的特點[8-10]?？h、鄉(xiāng)鎮(zhèn)及以下是我國農(nóng)村電力供應范圍，主要由國家電網(wǎng)公司和南方電網(wǎng)公司所屬的縣供電企業(yè)提供。目前，農(nóng)網(wǎng)建設正在朝著“堅強、智能”的方向發(fā)展。農(nóng)村電力消費快速增加，帶動了農(nóng)村消費升級和農(nóng)村經(jīng)濟社會發(fā)展，農(nóng)村電力普遍服務能力持續(xù)增強。

2)農(nóng)村可再生能源。我國農(nóng)村地區(qū)資源十分豐富，每年可作為能源利用的生物質(zhì)資源約7×108噸標準煤，共有水能資源理論蘊藏量10 MW，河流 11 477條，陸地表面每年接收到的太陽能輻射能理論儲量約為50×1018kJ，相當于1.7×1012噸標準煤[11]?？稍偕茉床煌诔Ｒ?guī)化石能源，開發(fā)和利用可再生能源是我國建設資源節(jié)約型、環(huán)境友好型美麗鄉(xiāng)村的重要舉措。

3)農(nóng)村用能。伴隨著我國工業(yè)化、信息化、城市化和農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，農(nóng)村地區(qū)的能源生產(chǎn)與消費是我國能源戰(zhàn)略的重要組成部分。2016年，我國農(nóng)村能源消耗量為6.68×108噸標準煤，占全國能源消耗總量的20.6%，而可再生能源利用量為1.45×108噸標準煤，僅占農(nóng)村能源消耗量的21.7%，可見，我國農(nóng)村能源消耗大部分仍使用傳統(tǒng)能源，可再生能源利用率不高。圖2為2016年農(nóng)村能源消費占比情況。

數(shù)據(jù)來源于2017農(nóng)業(yè)資源環(huán)境保護與農(nóng)村能源發(fā)展報告[12]。Data source: 2017 report on agricultural resources, environmental protection and rural energy development[12].圖2 2016年我國農(nóng)村能源消費占比Fig.2 Proportion of rural energy consumption in 2016

從能源消費品種上，煤炭在農(nóng)村居民生產(chǎn)生活能源消費中還占據(jù)著主要地位，清潔能源和可再生能源使用較少?？梢姡斍稗r(nóng)村能源消費結(jié)構(gòu)不合理，能源消費層次低，應大力開發(fā)和推廣清潔能源的使用。我國農(nóng)村能源生產(chǎn)主要包括太陽能、風能、小水電、生物質(zhì)能等清潔能源的開發(fā)利用，近年來，農(nóng)村能源產(chǎn)業(yè)總體表現(xiàn)出良好的發(fā)展態(tài)勢。

由于我國地大物博，農(nóng)村用能在能源結(jié)構(gòu)和需求結(jié)構(gòu)上存在一定的地區(qū)差異。2016年末，第三次全國農(nóng)業(yè)普查對全國農(nóng)村進行了調(diào)查，將我國農(nóng)村劃分為東部、中部、西部、東北4個地區(qū)，東部指沿海發(fā)達地區(qū)(北京市、天津市、河北省、上海市、江蘇省、浙江省、福建省、山東省、廣東省、海南省)；西部指西南、西北地區(qū)(內(nèi)蒙古自治區(qū)、廣西壯族自治區(qū)、重慶市、四川省、 貴州省、云南省、西藏自治區(qū)、陜西省、甘肅省、青海省、寧夏回族自治區(qū)、新疆維吾爾自治區(qū))；東北為黑龍江、吉林、遼寧三省地區(qū)；其他作為中部地區(qū)(山西省、安徽省、江西省、河南省、湖北省、湖南省)；各地區(qū)按主要生活能源劃分的農(nóng)戶數(shù)量見圖3。

數(shù)據(jù)來源于第三次全國農(nóng)業(yè)普查[13]。Data source: The third national agricultural census[13].圖3 2016年各地區(qū)按主要生活能源劃分的農(nóng)戶數(shù)量Fig.3 Number of farmers by major domestic energy in 2016

東部地區(qū)多處于沿海地帶、經(jīng)濟發(fā)達，能源使用較其他地區(qū)更加多元化，除生物質(zhì)能外，媒、電力和液化石油氣的消費也分別占有一席之地；中西部地區(qū)地域遼闊、人口眾多，農(nóng)戶多使用柴草、電力能源；東北地區(qū)溫度低、氣候嚴寒，農(nóng)戶多使用柴草；東部地區(qū)取暖比重較中西、東北地區(qū)低，熱水比重較其他地區(qū)高。總體來講，全國農(nóng)村農(nóng)戶的主要生活能源依次為電力、煤氣天然氣、柴草、煤、沼氣、太陽能、其他。可見，農(nóng)村家庭能源消費選擇品種日益多樣化，農(nóng)村居民對電力、液化石油氣等清潔能源的需求迅速增猛，總體上能源消費結(jié)構(gòu)不斷改善。

以上數(shù)據(jù)表明，隨著農(nóng)村居民生活水平的提高和生活條件的改善，農(nóng)村居民人均生活能源消費量顯著提高，針對不同地區(qū)能源開發(fā)利用情況，在規(guī)劃下推行鄉(xiāng)村綠色發(fā)展方式，構(gòu)建現(xiàn)代農(nóng)業(yè)能源體系，加強農(nóng)村人均環(huán)境整治，構(gòu)建人與自然和諧共生的鄉(xiāng)村發(fā)展新格局，實現(xiàn)百姓富、生態(tài)美的統(tǒng)一。

1.2 我國農(nóng)村能源開發(fā)利用現(xiàn)狀

1.2.1農(nóng)村水電開發(fā)利用現(xiàn)狀

農(nóng)村水電可再生、無污染，運行費用低，便于進行電力調(diào)峰，是農(nóng)村重要基礎設施和公共設施，對于提供灌溉用水、控制洪水泛濫、改善河流航動具有積極的促進作用。我國農(nóng)村水電站主要分布在西部、中部和東部沿海地區(qū)。云南、四川的裝機容量位居全國第一、第二，整個西部地區(qū)的裝機容量占全國的一半以上，與我國的河流流域、區(qū)域氣候等自然條件密切相關。因此，加快西部水力資源開發(fā)、實現(xiàn)西電東送，對于解決國民經(jīng)濟發(fā)展中的能源短缺問題、改善生態(tài)環(huán)境、促進區(qū)域經(jīng)濟的協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展，無疑具有非常重要的意義。

1.2.2農(nóng)村太陽能開發(fā)利用現(xiàn)狀

我國擁有豐富的太陽能資源，資源量折合每年1.7×1012噸標準煤，全國2/3以上國土面積年日照小時數(shù)超過2 200 h。從我國太陽能總量的分布來看，西藏大部分、新疆南部以及青海、甘肅和內(nèi)蒙古的西部等西部地區(qū)由于地理位置較好，太陽輻射總量很大，均屬于太陽能資源極豐富帶，東部沿海、西部偏南地區(qū)云霧雨多，而且，西部地區(qū)因地理面積廣闊，集中式大型地面電站建設較多，裝機容量領先，總體西部太陽能開發(fā)利用情況優(yōu)于其他地區(qū)。由于分布式光伏發(fā)電規(guī)?？焖僭鲩L，河北、浙江、安徽、湖南等中東部地區(qū)增長明顯。在東北地區(qū)，全年日照分布不均，夏季太陽總輻射最大，春季次之，冬季最小，太陽能在東北地區(qū)的開發(fā)利用還不普遍。

1.2.3農(nóng)村風能開發(fā)利用現(xiàn)狀

我國幅員遼闊、海岸線綿長，風能資源豐富，海陸50 m高度處風能潛在可開發(fā)量約為25.8×108kW，開發(fā)潛力巨大。目前我國農(nóng)村小型風力發(fā)電主要用于解決偏遠地區(qū)農(nóng)、牧、漁民生活、生產(chǎn)用能。我國風能資源豐富地區(qū)主要分布在西北、華北、東北、華東地區(qū)，即“三北”和東南沿海風能資源豐富帶。西部地區(qū)內(nèi)蒙古風電建設水平處于國內(nèi)領先地位，新疆、寧夏、甘肅等省/自治區(qū)風電的開發(fā)和利用對當?shù)啬茉唇Y(jié)構(gòu)形成必要補充；東部地區(qū)風能資源相對匱乏，供電結(jié)構(gòu)中火電、水電的比重較高[14]，風電并不具備能源的供給優(yōu)勢；吉林、遼寧、黑龍江東北三省風能資源豐富，可開發(fā)風電資源規(guī)模大?？傊?，不同區(qū)域的風電建設水平差距很大，風電建設規(guī)模與風能資源稟賦相適應。

1.2.4農(nóng)村沼氣開發(fā)利用現(xiàn)狀

沼氣是由畜禽糞便、作物秸稈等有機物在一定條件下經(jīng)微生物厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的氣體。沼氣技術(shù)復雜性低，原料來源廣泛，可實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，因此成為國家重點發(fā)展的生物質(zhì)能技術(shù)之一。不同區(qū)域沼氣工程發(fā)展程度不同，例如東北地區(qū)、東部地區(qū)的河北、山東等省，中部地區(qū)的河南、安徽等省，西部地區(qū)的云南、廣西等省/自治區(qū)是糧食主產(chǎn)區(qū)，貧困集中連片區(qū)域?qū)粲谜託庑枨蟠?，適宜發(fā)展沼氣工程。而像東部地區(qū)北京、天津、上海、浙江等省市人口密集，經(jīng)濟條件優(yōu)越，西部地區(qū)的青海、西藏、寧夏、新疆等省/自治區(qū)屬于生態(tài)脆弱區(qū)以及水源保護地，環(huán)保壓力大，這些地方可適度發(fā)展沼氣工程。發(fā)展農(nóng)村沼氣，能夠有效處理農(nóng)業(yè)農(nóng)村廢棄物、減少溫室氣體排放和霧霾產(chǎn)生、改善農(nóng)村環(huán)境“臟、亂、差”狀況等，留住綠水青山。

2 我國農(nóng)村能源開發(fā)利用模式

我國農(nóng)村地域遼闊，類型多樣，農(nóng)村能源供給與消費模式差異顯著。傳統(tǒng)的農(nóng)村能源供能主要形式為利用農(nóng)村電網(wǎng)為用戶提供電能，通過燃燒傳統(tǒng)能源煤炭、秸稈等一次性能源來提供熱能。農(nóng)村能源傳統(tǒng)利用模式見圖4。

圖4 我國農(nóng)村能源傳統(tǒng)利用模式Fig.4 Traditional utilization mode of rural energy in China

傳統(tǒng)供能模式能源利用率低，環(huán)境污染嚴重，供能安全性低。目前，我國越來越多的農(nóng)村正在實現(xiàn)城鎮(zhèn)化，電網(wǎng)、天然氣、石油的建設實現(xiàn)了西電東送、西氣東輸。但是這多針對于我國東南沿海經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，采取集中供能和用能方式。在中部、西部和東北等農(nóng)村，不少偏遠地區(qū)用能的穩(wěn)定性，甚至供電可靠性都不高，與大電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)困難，無法集中供能供電[15]。因此，科學發(fā)展農(nóng)村能源，探索多種能源綜合利用模式，構(gòu)建清潔低碳的農(nóng)村用能系統(tǒng)，是促進農(nóng)村產(chǎn)業(yè)興旺、實現(xiàn)農(nóng)村生態(tài)宜居、達到農(nóng)村生活富裕的重要舉措。我國農(nóng)村能源總體開發(fā)利用模式見圖5。

圖5 我國農(nóng)村能源開發(fā)利用模式Fig.5 Development and utilization model of rural energy in China

農(nóng)村能源傳統(tǒng)供能模式與綜合能源供能系統(tǒng)對比見表1?？梢姡瑯?gòu)建農(nóng)村能源綜合供能系統(tǒng)，充分利用當?shù)啬茉矗瑢崿F(xiàn)多種分布式能源的互聯(lián)互補，在居民用能節(jié)余時，分布式能源發(fā)電通過當?shù)氐呐潆娋W(wǎng)并網(wǎng)上網(wǎng)；在供能不足時，通過大電網(wǎng)向當?shù)氐挠脩糨斔碗娔埽鉀Q農(nóng)村用能問題?，F(xiàn)考慮東部、中部、西部、東北不同地理位置，提出適合不同類型農(nóng)村能源開發(fā)利用模式。

2.1 東部地區(qū)農(nóng)村能源開發(fā)利用模式

東部地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平高，冬季時間短，氣候炎熱多雨，沿海地區(qū)太陽能、風能資源一般，可重點發(fā)展生物質(zhì)能等清潔能源，有大量秸稈產(chǎn)生的村莊可考慮建設相對集中、規(guī)模較大的沼氣系統(tǒng)。像北京、天津、河北、山東等寒冷帶地區(qū)，可考慮開發(fā)風能、光能、地源熱泵等，而福建、廣東、海南等夏熱冬暖地區(qū)，由于冬季采暖率不高，使得地源熱泵的節(jié)能效率不高，不建議采用地熱資源。另外，在電力網(wǎng)架比較完善的基礎上，重點提升全面感知量測能力以及供電服務能力，大力推廣電力、天然氣等清潔能源。東部地區(qū)的能源使用較其他地區(qū)更加多元化，圖6為東部地區(qū)農(nóng)村能源開發(fā)利用模式。

表1 農(nóng)村能源傳統(tǒng)供能模式與開發(fā)利用模式對比Table 1 Comparison between traditional energy supply mode and development and utilization mode of rural energy

圖6 東部地區(qū)農(nóng)村能源開發(fā)利用模式Fig.6 Development and utilization model of rural energy in eastern China

2.2 中部地區(qū)農(nóng)村能源開發(fā)利用模式

中部地區(qū)氣候適中，秸稈資源豐富，結(jié)合畜牧業(yè)可重點推廣沼氣工程，發(fā)展沼氣等生物質(zhì)能，推動沼氣發(fā)電和集中供氣。太陽能、風能資源一般，由于部分地區(qū)存在冬季取暖需求，可考慮開發(fā)地源熱泵、清潔爐灶等技術(shù)。另外，繼續(xù)實施農(nóng)村電網(wǎng)完善工程，對農(nóng)網(wǎng)薄弱地區(qū)進行改造。中部農(nóng)村能源開發(fā)利用模式見圖7。

圖7 中部地區(qū)農(nóng)村能源開發(fā)利用模式Fig.7 Development and utilization model of rural energy in central China

2.3 西部地區(qū)農(nóng)村能源開發(fā)利用模式

西部地區(qū)包括西北嚴寒地區(qū)和西南四季溫和地區(qū)。西北嚴寒地區(qū)冬季漫長嚴寒，農(nóng)戶能源消費主要用途為冬季取暖，而太陽能、風能、秸稈等可再生能源豐富，大力發(fā)展生物質(zhì)能、光伏、風電、清潔爐灶利用，適當發(fā)展地熱利用。西南溫和地區(qū)夏季炎熱多雨，水電資源豐富，太陽能資源較豐富，風能資源一般，開發(fā)小水電、光伏等利用?？傊?，西部地區(qū)在完善電力基礎網(wǎng)架的基礎上，應大力發(fā)展光伏、風電、水電等利用，有條件的地區(qū)發(fā)展生物質(zhì)能，解決部分新能源資源稟賦較豐富地區(qū)的能源供給問題。西部農(nóng)村能源開發(fā)利用模式見圖8。

圖8 西部地區(qū)農(nóng)村能源開發(fā)利用模式Fig.8 Development and utilization model of rural energy in western China

2.4 東北地區(qū)農(nóng)村能源開發(fā)利用模式

東北地區(qū)四季分明、寒冷期長、日照豐富，農(nóng)村采暖季較長，農(nóng)戶生活用能主要用途就是采暖。由于該地區(qū)屬于太陽能較豐富地區(qū)，可開發(fā)建設太陽能熱水器提供生活熱水，減少薪柴或者礦物燃燒；秸稈資源豐富，利用秸稈開發(fā)生物質(zhì)能等清潔能源利用向農(nóng)戶供應燃氣用于生活；開發(fā)地源熱泵與其他冷熱源結(jié)合使用的復合式能源系統(tǒng)解決冬季采暖問題。圖9為東北農(nóng)村能源開發(fā)利用模式。

圖9 東北地區(qū)農(nóng)村能源開發(fā)利用模式Fig.9 Development and utilization model of rural energy in northeast China

3 我國農(nóng)村能源開發(fā)利用技術(shù)及商業(yè)模式

3.1 我國農(nóng)村能源開發(fā)利用技術(shù)

我國農(nóng)村能源開發(fā)利用模式從組成上看，包含分布式電源、熱源、氣源、儲能裝置等等，包含冷、熱、電、氣等多種可調(diào)節(jié)負荷。作為一個以電力為中心、多種能源耦合的綜合能源體系，打破了既有的電、熱/冷、氣獨立供能模式，是一種提升農(nóng)村能源效率的新型能源開發(fā)利用模式。因地制宜地開發(fā)利用農(nóng)村能源，通過科學的轉(zhuǎn)換技術(shù)為農(nóng)民生產(chǎn)、生活提供能源。

我國農(nóng)村能源開發(fā)利用能量流圖見圖10。在農(nóng)村能源開發(fā)利用模式中，農(nóng)民生產(chǎn)、生活用能主要通過生物質(zhì)能利用、太陽能集熱、分布式電源、農(nóng)村電網(wǎng)等技術(shù)手段獲取[16]。

農(nóng)村能源開發(fā)利用模式能量流動關系復雜，供能系統(tǒng)中包含風機、光伏、儲能、冷熱電三聯(lián)供機組、燃氣鍋爐、地源熱泵等設備。分布式電源、冷熱電三聯(lián)供機組在發(fā)電的同時，輸出冷/熱量供給冷/熱負荷，多余的電量還可以并網(wǎng)上網(wǎng)；在供能不足時，可由燃氣鍋爐、地源熱泵等提供熱負荷，大電網(wǎng)向當?shù)赜脩糨斔碗娔躘17]。

從能源開發(fā)利用的技術(shù)上，主要使用了分布式發(fā)電技術(shù)、生物質(zhì)轉(zhuǎn)換技術(shù)、太陽能集熱技術(shù)、儲能技術(shù)4大類，特點及難點對比見表2。

1)分布式發(fā)電技術(shù)。在我國農(nóng)村，分布式發(fā)電技術(shù)應根據(jù)當?shù)氐膶嶋H情況，發(fā)揮能源優(yōu)勢，采用合理科學的分布式電源組建分布式發(fā)電技術(shù)，將太陽能、風能結(jié)合使用，推進風、光、生、儲一體化運作，因地制宜的組建微網(wǎng)為農(nóng)戶提供生產(chǎn)、生活用能，多余電能還可并網(wǎng)上網(wǎng)，獲得經(jīng)濟效益[18]。但是，農(nóng)民對分布式發(fā)電認識程度不高，政策扶持不明顯，加深了農(nóng)村分布式發(fā)電發(fā)展的難度。

2)生物質(zhì)能轉(zhuǎn)換技術(shù)。生物質(zhì)能是我國農(nóng)村的傳統(tǒng)能源，摒棄直接燃燒的方式，建設沼氣池、沼氣工程、秸稈氣化工程，發(fā)展以沼氣為紐帶的能源開發(fā)利用模式，通過轉(zhuǎn)換技術(shù)獲得沼氣，還可利用沼氣發(fā)電獲得電能。根據(jù)研究表明，農(nóng)戶建設一個沼氣池，每年可節(jié)省農(nóng)藥、化肥支出近200元，生活炊事燃料近400元，經(jīng)濟收入增加3 000～7 000元，產(chǎn)生的沼氣可另2 333 m2的森林免遭砍伐，還可使農(nóng)戶節(jié)省秸稈薪柴收集時間，增加勞動時間，改善家庭收入[19]。沼氣池在日常生產(chǎn)和維護中，需要農(nóng)戶具有一定的技術(shù)水平。

圖10 我國農(nóng)村能源開發(fā)利用能量流圖Fig.10 Energy flow chart of rural energy development and utilization in China

表2 我國農(nóng)村能源開發(fā)利用技術(shù)的特點及難點Table 2 Technical characteristics and difficulties of rural energy development and utilization in China

3)集熱技術(shù)。通過集熱技術(shù)可以有效的利用太陽能，主要為太陽能熱水器。但是，太陽能熱水器水溫取決于天氣，而且北方冬天水管容易凍結(jié)，成為太陽能熱水器在農(nóng)村發(fā)展的瓶頸。

4)儲能技術(shù)。由于分布式能源發(fā)電具有隨機性、波動性特點，為保障電能供需平衡，利用儲能技術(shù)在電能充沛時，多余電力儲存起來，在晚上或者大風發(fā)電機組停運時，釋放出儲存電能滿足負荷需求。儲能裝置的成本過高是限制其在農(nóng)村大量推廣應用的瓶頸。

3.2 我國農(nóng)村能源開發(fā)利用商業(yè)模式

農(nóng)村地區(qū)用能分散，分布式能源項目單體量小、總體量大，針對城市園區(qū)的綜合能源服務商業(yè)模式不適用于農(nóng)村能源發(fā)展?，F(xiàn)提出一種“BT-能源合作社”商業(yè)模式，帶動農(nóng)村能源發(fā)展。

BT(Build-Transfer)即為“建設-移交”，是政府利用非政府資金來進行非經(jīng)營性基礎設施建設項目的一種融資模式。指一個項目的運作通過項目公司總承包，融資、建設驗收合格后移交給業(yè)主，業(yè)主向投資方支付項目總投資加上合理回報的過程[20]。

“能源合作社”是指由若干個用戶公共擁有的能源設施，這些設施僅對產(chǎn)權(quán)擁有者提供電能、熱能以及其它能源。由于合作社不是法人，所以需要大家共同委托一個專業(yè)公司進行運營管理，并向各會員代收代付相關費用[21-22]。

將2種模式結(jié)合，即政府通過招標，與中標能源建設公司簽訂BT協(xié)議，將能源項目委托項目中標人前期建設，政府向建設公司支付總投資，并對建設全過程進行監(jiān)督。在建設完成后能源項目產(chǎn)權(quán)移交給農(nóng)民用戶，農(nóng)民對能源自發(fā)自用(圖11)。

圖11 “BT-能源合作社”商業(yè)模式Fig.11 “BT-energy cooperative” mode

在農(nóng)村地區(qū)引入“BT-能源合作社”模式，通過村民聯(lián)合自治，解決供能問題，降低用能成本。比如農(nóng)村建設光伏發(fā)電項目，由政府投資建設，通過項目招標選擇光伏企業(yè)建設分布式光伏電站，政府對項目建設進行監(jiān)督。建設完成后，向光伏企業(yè)支付建設資金，將項目產(chǎn)權(quán)移交給農(nóng)民，農(nóng)民擁有該項目產(chǎn)權(quán)，日常管護運費費用由農(nóng)民負責。農(nóng)民自發(fā)自用，多余電能并網(wǎng)銷售給電網(wǎng)公司，收益歸農(nóng)民所有。圖12為新建光伏電站“BT-能源合作社”商業(yè)模式。

圖12 新建光伏電站“BT-能源合作社”商業(yè)模式Fig.12 Business model of “BT energy cooperative” for new PV power station

4 我國農(nóng)村能源體系建設的主要問題及建議

我國經(jīng)濟已進入新的發(fā)展時期，在國民經(jīng)濟持續(xù)快速增長、工業(yè)現(xiàn)代化進程加快的同時，資源和環(huán)境制約趨緊，能源供應出現(xiàn)緊張局面，生態(tài)環(huán)境壓力持續(xù)增大，農(nóng)村能源體系建設也存在一些問題。為了能夠在《鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略規(guī)劃》要求下，推進農(nóng)村能源消費升級，大幅提高電能在農(nóng)村能源消費中的比重，推廣農(nóng)村綠色節(jié)能建筑和農(nóng)用節(jié)能技術(shù)、產(chǎn)品，本研究針對農(nóng)村能源體系建設的主要問題提出相應的建議。

4.1 農(nóng)村能源體系建設主要問題

1)農(nóng)村能源推廣落后。近些年，我國農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境保護工作不斷加強，各省在農(nóng)業(yè)行政主管部門陸續(xù)增設了相關機構(gòu)。截止到2016年年底，全國各地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村文化教育設施也未達到100%普及。可見，農(nóng)民文化素質(zhì)的提升是一項投放大、見效慢的長期性、系統(tǒng)性的工程。

農(nóng)村能源推廣利用主體是農(nóng)民，文化水平低、觀念落后、思維定勢是農(nóng)民和農(nóng)村技工的通病[23]。在農(nóng)村能源建設中，專業(yè)技術(shù)人才的缺乏，科學技術(shù)水平的低下，使得一些新型能源項目無法在農(nóng)村推廣利用，農(nóng)村能源建設不能順利開展。因此，發(fā)展壯大農(nóng)村能源人才隊伍，加強農(nóng)村農(nóng)民文化教育，是推動農(nóng)村能源事業(yè)可持續(xù)發(fā)展的當務之急。

2)農(nóng)村能源發(fā)展基礎設施建設落后。農(nóng)村能源發(fā)展基礎設施建設緩慢。天然氣作為一種高效、優(yōu)質(zhì)、清潔、經(jīng)濟的能源，在居民炊事、取暖、發(fā)電等方面均具有較強的綜合利用價值。然而，截止到2016年，全國卻僅有1/10的鄉(xiāng)村通有天然氣，其中，西部地區(qū)的陜西、四川、新疆天然氣儲量最為豐富、產(chǎn)量也最高，也僅僅只有不到20%的鄉(xiāng)村通天然氣。可見，發(fā)展技術(shù)及資金投入不足，導致農(nóng)村能源基礎設施老化，難以滿足能源的發(fā)展需求。

3)農(nóng)村能源開發(fā)制度政策落后。1980年第一次全國農(nóng)村能源研討會是農(nóng)村能源建設的重要轉(zhuǎn)折點，直到1982年才最終確定農(nóng)村能源政策框架，此后確定了農(nóng)村能源的建設方針“因地制宜，多能互補，綜合利用，講求效益”。我國農(nóng)村能源管理上涉及水電、農(nóng)業(yè)、林業(yè)以及發(fā)改等多個部門，針對農(nóng)村能源管理工作各司其職、各負其責，其由于政出多門的管理體系造成了相互銜接不良的問題[24]。另外，我國農(nóng)村能源政策目標模糊，意圖在于緩解農(nóng)村能源的供應短缺，但究竟如何解決農(nóng)村能源問題卻是不清楚的。由此帶來農(nóng)村能源政策推進困難，導致農(nóng)村能源建設缺乏有力政策支撐，使我國農(nóng)村能源建設舉步維艱。

4.2 農(nóng)村能源體系建設開發(fā)建議

1)加強農(nóng)村能源人才隊伍建設。適應當前農(nóng)村發(fā)展形勢，依托高等科研院校，引進科技人才，注重農(nóng)村能源新技術(shù)的開發(fā)，壯大農(nóng)村能源人才隊伍，從而提高農(nóng)村能源建設的科技水平。對農(nóng)民進行基礎知識的培養(yǎng)和基本技能的訓練，提高農(nóng)民工作技能。穩(wěn)定農(nóng)村能源人才隊伍，推動農(nóng)村能源事業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

2)加強農(nóng)村能源基礎設施建設。加大農(nóng)村能源基礎設施建設、運營維護以及資金投入，確保能源建設工作順利開展。綜合推廣農(nóng)民使用生物質(zhì)能、沼氣、太陽能、風能、小水電等清潔能源，減少一次能源的使用。應用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)，改善農(nóng)村用能效率低、環(huán)境污染大的情況，構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+農(nóng)村能源”的現(xiàn)代能源體系。

3)完善農(nóng)村能源政策制度。系統(tǒng)地規(guī)劃農(nóng)村能源建設工作，制定相應的法律法規(guī)保證能源建設各個階段工作的順利進行。針對沼氣、生物質(zhì)能、光伏等新能源利用技術(shù)產(chǎn)品，出臺相應的補貼政策，探索針對不同地區(qū)的清潔能源推廣激勵機制。