冯凯辉, 李琼慧, 黄碧斌, 闫湖, 张红宪
国网能源研究院有限公司，北京 102209
（来源：中国电力）
引用本文
冯凯辉, 李琼慧, 黄碧斌, 等. 中国农村能源发展关键问题[J]. 中国电力, 2022, 55(6): 1-8.
FENG Kaihui, LI Qionghui, HUANG Bibin, et al. Key issues on rural energy development in china[J]. Electric Power, 2022, 55(6): 1-8.
引言
农村能源是中国能源体系的重要组成部分。国家层面，2016年12月，国家发改委出台《能源生产和消费革命战略（2016–2030）》，提出推动农村新能源行动。2017年10月，党的十九大报告首度提出“实施乡村振兴战略”。2018年1月，中共中央、国务院发布《中共中央国务院关于实施乡村振兴战略的意见》。2018年7月，国家能源局批复兰考县农村能源革命试点建设总体方案。地方层面，山东、甘肃等地制定了乡村振兴和农村能源发展实施方案。企业层面，国家电网于2019年初发布了《关于服务乡村振兴战略大力推动乡村电气化的意见》。南方电网于2019年全国两会期间提交了《关于推动现代农村电网建设服务乡村振兴战略的提案》。中石化聚焦基础设施建设、产业扶贫、人才扶贫、教育扶贫和社会扶贫实施了百余个乡村振兴项目。中石油启动了乡村旅游扶贫示范项目。
中国如期打赢了脱贫攻坚战，农村能源发展取得了历史性成就。一方面，农村用能水平和用能条件得到明显改善，能源普遍服务水平得到提升；另一方面，农村能源的开发利用实现了农村经济增长加快和农民收入提高。值得注意的是，由于农村基础设施落后、社会化服务能力弱等原因，中国农村能源生产消费水平较城市地区仍有较大差距，亟待提高农村清洁能源的供应能力，优化调整消费结构，提高能源服务水平和利用效率，减少环境污染，建设美丽乡村，实现乡村振兴[1-7]。
本文聚焦农村生活用能，梳理分析了中国农村能源发展基本情况，结合不同区域农村能源供应消费特点，研究了农村废弃物能源化利用、农村能源电气化应用、农村能源服务体系建设等关键问题，提出了促进中国农村能源科学发展的措施建议。
1.中国农村能源发展基本情况
2018年，中国农村能源消费量约为5.62亿t标准煤，其中生产用能和生活用能占比分别为44%和56%。农村生产用能中，商品能源占比98%，其中煤炭、成品油、电力分别占42.8%、24.5%、19.3%。农村生活用能中，非商品能源占比35.1%。具体生活用能构成如图1所示。
图1 2018年中国农村生活用能构成
Fig.1 Composition of rural domestic energy consumption of China in 2018
综合来看，中国农村能源消费中生活用能和生产用能相差不大，两者也都以商品能源为主，但生活用能中非商品能源消费占比仍然较大。农村生活用能中非商品能源中占比最高为薪柴，依次为秸秆、太阳能、沼气，农村生活用能呈现多样性。
中国土地辽阔，能源消费呈现明显地域特点。根据不同地区的气候条件、农村能源资源条件、用能需求等因素，本文把全国农村生活用能划分为4大区域，具体划分方案及各区域生活用能特点如表1所示。
表1 中国农村生活用能区划方案及各区域用能特点
Table 1 Rural energy consumption zoning scheme and energy consumption characteristics of various regions in China
对于农村可再生能源开发利用情况而言，在农村沼气方面，受禁养区划定、村庄集并、生态移民、扶贫搬迁等因素影响，户用沼气规模进一步减少，沼气工程的发展逐渐向规模化、大型化发展。2016–2018年沼气工程情况如表2所示。在生物天然气方面，2018年底，全国特大型生物天然气工程31处，年产生物天然气1.06亿m3，其中，进管网1 800.11万m3，进车用加气站5 140.25万m3，已初具规模。在生物质发电方面，生物质直燃发电和垃圾焚烧发电是主要利用方式，垃圾发电项目在有补贴情况下可实现盈利，农林生物质发电需与农村生产和生活融合，生成有机肥等模式提高收益率。截至2021年底，中国生物质发电装机容量超过3000万kW，分布式光伏装机容量1.075亿kW，其中较大比例户用光伏分布在农村地区。
表2 2016—2018年沼气工程情况
Table 2 Biogas projects in China from 2016 to 2018
农村能源发展存在3点问题，具体如下。
（1）城乡用能差距大，能源贫困仍然严重。2018年中国能源消费城乡比7.25∶1，人均用电城乡比为4.28∶ 1，城乡用能差距远大于收入差距。目前一般用“能源贫困”的概念来表征家庭或个体难以获取商品能源或能源支出占收入比例过高，但对于能源支出占比尚未形成权威的判定标准，多以超过10%为标准[8-9]。
（2）农村能源基础设施仍相对薄弱。目前，除电力基础设施在农村地区较为完善外，其他能源基础设施在农村未能全面普及，根据第三次全国农业普查数据，2016年底仅有11.9%农村接入天然气。
（3）环境污染严重，不符合乡村绿色发展要求。生活用能中非商品能源占比较高，2018年全国秸秆和薪柴近1.8亿t，很多地区以直接燃烧方式使用，环境污染严重，能源利用效率低，带来人居环境脏乱差等现象[10-11]。劣质散煤利用总量大，2018年全国冬季供暖散烧煤消耗量近1.5亿t。
2.农村能源发展关键问题
推动农村能源发展，核心是构建现代农村能源体系，关键在于优化农村能源供给结构，推进农村能源消费升级，完善农村能源基础设施网络，目标是保障和改善农村民生。农村废弃物能源化利用、农村能源电气化应用以及农村能源服务体系建设问题成为推动农村能源革命的关键问题。
2.1 农村废弃物能源化利用
2.1.1 地位和作用农村废弃物资源化利用可解决畜禽养殖粪便、秸秆、有机垃圾等农业农村有机废弃物的处理问题，缓解困扰农村环境的“脏乱差”问题，改善家庭卫生条件，促进农村生态文明建设。有利于增强农村能源保障能力，据初步测算，如果把目前尚未有效利用的农业废弃物约14亿t用来发展生物天然气，每年可生产生物天然气约600亿m3，相当于目前中国天然气进口量的60%。此外，农村废弃物资源化利用可推动农业发展方式转变，譬如，据测算，农村沼气年可生产沼肥7 100万t，按氮素折算可减施化肥310万t[12-16]。
2.1.2 重点领域及潜力
初步测算，目前全国可用于能源化利用的废弃物资源总量约14.2亿t。在农作物秸秆能源化方面，全国农作物秸秆理论资源量为10.2亿t，可收集资源量约8.3亿t。作为肥料、饲料、食用菌基料以及造纸等用途共计约6亿t，可供能源化利用的秸秆资源量约2亿t。在农村沼气利用方面，全国现有猪、牛、鸡三大类畜禽粪便资源量为19亿t，可供能源化利用的畜禽粪便资源量约10.6亿t，主要用于农村沼气，产沼气潜力约为640亿m3。农产品加工副产物、蔬菜废弃物、农村生活有机垃圾等有机废弃物，目前可利用量约1.6亿t，产沼气潜力约50亿m3。
2.1.3 关键技术及典型应用模式
根据农村废弃物资源化利用的技术成熟度，目前典型应用模式包括沼气工程应用、秸秆打捆直燃集中供暖、秸秆成型燃料利用和秸秆热解气化应用。
沼气工程应用方面，主要用于农户居住区较集中、秸秆资源或畜禽粪便较丰富的地区，以自然村、镇或养殖场为单元建设。以河北某地1000m3秸秆沼气工程为例，年可产沼气36.5万m3，沼渣1200m3。
秸秆打捆直燃集中供暖方面，将打成捆的秸秆，在专用锅炉内直接燃烧，锅炉一般分连续进料和间歇进料两种类型，可为乡镇机关单位、社区、学校等集中供暖。以辽宁某地集中供暖项目为例，共12t的秸秆打捆直燃锅炉供暖面积达到9万m2，一个采暖季的运行成本约为200万元，与燃煤锅炉运行成本相比具有一定的经济性。
秸秆成型燃料利用方面，该模式是把秸秆压缩成块状、棒状、颗粒状等成型燃料，供户用清洁炉灶或供暖锅炉使用。按热值计算，1.5 t秸秆成型燃料相当于1 t燃煤。从黑龙江某地项目为例，建设1处年产1万t秸秆成型燃料的加工站，总投资300万元，其中土建工程164万元、设备购置136万元，建成后可满足3 000多户农户燃料需求，供热面积可达26万m2。
秸秆热解气化应用方面，该模式是把秸秆、木屑、稻壳等原料，在绝氧或低氧环境中慢速加热升温，引起分子内部分解，生成可燃气、生物炭及液体副产物，可燃气用于农户清洁炊事取暖以及工业锅炉使用，生物炭与畜禽粪便联合发酵生产碳基有机肥，用于改良土壤、培肥地力，替代化肥。以河北某地秸秆气化站为例，每年可处理秸秆2300t，年产燃气23万m3、生物炭700t、木醋液370t，解决500户炊事采暖用能需求，替代标准煤714t，减排CO21 872.6t、SO253.6 t、NOx26.8t、颗粒物486.1t。
2.2 农村能源电气化应用
2.2.1 地位和作用
（1）电气化是充分利用农村地区清洁资源的有效手段。中国农村土地面积广，具有丰富的生物质能、太阳能、风能等资源，将可再生能源资源转换为电力，可以替代化石能源发电，满足农村地区电力消费需求。
（2）电气化是实现农村能源消费清洁低碳化的有效途径。直燃煤（油）是造成环境污染的重要因素，电能是清洁、高效、便捷的二次能源，使用过程清洁、零排放，在终端消费环节的转换效率和排放明显优于煤和油，实施电能替代煤和油，能显著减少污染物排放，改善生活环境质量。
（3）电气化可逐步提高农村能源消费利用效率和经济性。电能替代是能源高效转型的重要手段，研究成果表明，1990–2015年中国电气化水平平均每上升1个百分点，单位GDP能耗下降3.6个百分点。
2.2.2 重点领域及潜力
农村地区生活能源电气化主要领域包括主要生活用电、其他生活用电，其中主要生活用电部分指中国统计年鉴中统计的农村主要耐用消费品，其他生活用电指国家统计农村生活消费用电量扣除主要生活用电部分。综合考虑考虑各部分，以及城乡快速融合，2025年农村地区生活用电总量约7171亿kW·h。
（1）主要生活用电。根据中国统计年鉴数据，城镇和农村居民主要生活用电消费品数量逐年升高[17]，以农村地区电动助力车、空调、电冰箱（柜）为例，近几年增长情况如图2所示。在城乡一体化推进过程中，农村居民生活用电消费品将逐步提高，最终与城镇水平相当。主要生活用电消费品的功率、年运行时间如表3所示。若按照2025年农村居民主要生活用电消费品的数据和2019年城镇的水平相当，2025年农村主要生活用电消费品用电量将达到3 954亿kW·h。
图2 近几年农村地区部分电器数量增长情况（每百户拥有量）
Fig.2 Growth of some electrical appliances in rural areas in recent years (per 100 households)
表3 主要生活用电消费品典型参数
Table 3 Typical parameters of main domestic consumer goods
（2）其他生活用电。根据《中国能源统计年鉴》，2017年农村生活消费用电量4 109.75亿kW·h[18]。按照主要生活用电消费品典型参数、2017年农村居民平均每百户年末主要生活用电消费品拥有量计算，2017年农村主要生活用电消费品用电量为2 237.6亿kW·h，则农村其他生活用电量为1 872.2亿kW·h，如果其他生活用电量年增长率为7%，那么2025年农村其他生活用电量为3 217亿kW·h。
2.2.3 关键技术及典型应用模式
提高农村电气化水平关键技术有可再生能源开发技术、清洁取暖技术、电代燃料技术、智能微网技术[19-24]。各关键技术利用形式如表4所示。
表4 电气化关键技术及利用形式
Table 4 Key technologies and utilization forms of electrification
在典型应用模式方面，可探索推进“光伏+”、采暖电气化、厨炊电气化、交通电气化、智慧能源示范园区、农村能源互联网等。推广新农村电气化县、乡（镇）、村试点单位的典型应用模式，启动电气化县、电气化乡（镇）、电气化村建设工作，拓展电力服务范围，提高农村用电水平。
2.3 农村能源服务体系建设
2.3.1 地位和作用
（1）为农村能源革命提供制度支撑。纵向涵盖村级-乡镇-市县，横向可以融合农业生产、乡村金融等相关内容，形成一张立体服务网络，为农牧村能源革命的落地提供制度支撑和保障。
（2）为农村能源革命提供技术支持。将培养相当数量的技术人员，无论是在工程建设方面，还是在后续的服务，都能够响应迅速，提供优质服务。
（3）为农村能源革命提供动力支持。能够创造就业，改善当地居民生活条件，提升当地居民生活水平，改变当地居民用能习惯和用能观念，吸引更多人加入农村能源革命中，为农村能源革命提供动力支持[25]。
2.3.2 农村能源服务体系现状
长期以来，农村能源服务体系受各种因素制约，发展缓慢，目前农村能源管理机构大部分设立在市县一级。村镇基本处于无能源服务体系的状态，仅有部分兼职人员负责农村能源技术推广。农村能源还没有形成一套可持续发展的完善市场激励机制和技术服务体系，来适应建立城乡一体化能源供应体系建设和清洁能源发展需要。
截至2018年底，农村能源服务站网点覆盖了2 842.45万户，按平均每户人口4人计算，则约为1.1亿人，只占农民总数的21%。除此之外，由于缺乏经费，人员流动等各种原因，有相当一部分服务站点已失去服务功能，实际覆盖率会大大低于21%。
2.3.3 服务体系典型模式
统筹考虑政府、企业等职责，加快培育多种形式的农村能源经营性服务组织，构建覆盖全程、综合配套、便捷高效的农村能源社会化服务体系。可探索村级综合服务站、乡级能源服务站和市县专业化能源服务公司典型模式，具体如下。
（1）村级综合服务站目前，中国农村的村级单位的常住人口较少，为200~300人，且多以老人和孩子为主，缺乏足够的技术人员提供能源服务。因此，依靠村里现有的服务体系提供服务，与农业生产、种子、化肥、电费收取等服务体系相结合，培养两三名兼职的职业技术人员。由于其居住在当地，了解情况，响应迅速，经过技术培训，能解决一些常见问题。可以通过财政补贴或者有偿服务，解决他们的报酬问题。
（2）乡级能源服务站。乡镇一般管理数个村庄，人口相对较多，覆盖范围也比村大，半径甚至能达到5~6 km，覆盖的技术种类更多，对于村里的机手来说，无论从时间精力上，还是技术水平上，难以保证农村能源服务的质量和及时性。因此，在乡镇一级采用乡级能源服务站的形式，初始投入资金，由政府出资一部分，农民出资一部分，购买相关设备，采用市场化运营方式，自负盈亏。此种模式类似于个体户。
（3）市县专业化能源服务公司。这种模式下，专业化公司为独立法人，实施自负盈亏、有偿服务的运行模式，专业化公司组建队伍，配备设备，政府给予一定奖励和税收优惠。政府以县为单位，通过政府采购，将全县农村能源服务委托给专业化公司。专业化公司可采用大数据、物联网、云计算等技术，提高服务的效率，就某些技术可以提供一条龙服务。以生物质固体燃料为例，可以实现秸秆收集-成型燃料加工生产和配送-生物质炉具更换和维修全方位服务。
3.推进农村能源发展的措施建议
针对农村废弃物能源化利用问题，应完善秸秆、畜禽粪便的收储运体系，加强秸秆打捆直燃供暖、秸秆成型燃料、生物天然气等技术应用。针对农村能源电气化应用问题，在供应侧应充分利用农村地区丰富的风能、太阳能、水能等资源，加快构建以电为中心、清洁高效、环境友好、网源协调的农村能源供应体系；在消费侧应加强提高电能替代技术经济性研究，全面实施农村电气化提升工程，大力推动农村绿色出行、清洁能源供暖等工程。针对农村能源服务体系建设，应统筹考虑政府、企业等职责，加快培育多种形式的农村能源经营性服务组织，构建覆盖全程、综合配套、便捷高效的农村能源社会化服务体系。
此外，为促进中国农村能源科学健康发展，在政策管理、体制机制等方面提出如下建议。
（1）加强对农村能源工作的组织管理。加强农村能源建设，将农村能源纳入当地整体发展规划和能源发展规划，统筹考虑地区社会经济发展条件和能源发展需求，合理规划布局，选择相应能源发展模式，在村镇建设规划中统筹考虑农村能源设施建设，在能源作物生产和转化中实现能源开发与农民增收协调推进，以推进农村地区能源商品化、清洁化和优质化发展，不断满足农村经济社会发展对能源的需要。
（2）不断完善农村能源发展的制度保障。应保证对农村能源一视同仁，加快建立和健全政策保障体系，同时保证一定的政策倾斜，确保电网、气网、热网公平放开。应实行有效的投资和税收政策，提供信贷优惠政策，支持农村能源发展。
（3）提高农村能源建设能力。培育农村能源专业化经营和服务企业，鼓励各类投资主体、农村集体经济组织和农民投资经营农村能源建设项目，大力开拓农村能源市场。提高农村能源管理和服务水平，加大人才和机构等能力建设的支持力度，支持有条件的学校或企业开展农村能源技术培训和职业教育，加快培养农村能源专业技术人才，培养一批农村能源产业发展所急需的高级复合型人才、高级技术研发人才，在重点院校开办农村能源专业，将农村能源产业人才培养纳入国家教育培训计划。
（4）积极开展试点示范，推进农村能源革命实施。优先选择具有工作有基础、种养殖规模较大、有电气改造升级需求、地方有积极性等要素的省份，开展农村能源综合试点示范工作。以省市、县、乡镇各自侧重、职责划分等为基础，开展相关试点示范。省市层面开展农村能源基础数据摸底调查工作，进行数据统计和分析，为下级试点单位提供数据决策支撑；县级层面结合城镇化、美丽乡村、产业布局等要求，开展农村能源开发利用规划布局；乡镇层面根据当地资源、用能需求等特点，因地制宜地进行关键技术、商业模式的试点工作。
4.结语
本文针对中国农村能源发展面临的问题和挑战，聚焦农村生活用能，梳理分析了中国农村能源发展基本情况，提出了促进中国农村能源科学发展的措施建议。面向乡村振兴，应持续加强农村能源基础设施建设，提高农村能源供应保障能力。将农村能源生产与供应纳入地方经济社会发展规划，创新农村能源生产和消费模式。探索市场化运营与政府政策支持相结合的农村能源服务体系建设新模式，提高农村能源公共服务水平。
作者介绍
冯凯辉（1986—），男，通信作者，高级工程师，从事新能源、分布式电源、微电网、农村能源等研究，E-mail：fengkhui@163.com;
李琼慧（1969—），女，高级工程师（教授级），从事新能源、能源统计、农村能源、分布式电源等研究，E-mail：liqhui88@126.com;
黄碧斌（1982—），男，高级工程师（教授级），从事新能源、储能和农村能源的政策管理和规划运营研究，E-mail：huangbb82@163.com;
闫湖（1985—），女，高级工程师，从事能源统计、农村能源、分布式电源研究，E-mail：yanhu@126.com;
张红宪（1983—），男，硕士，从事乡村能源、企业治理研究，E-mail：zhanghongxian@sgeri.sgcc.com.cn.