在我國“碳達峰、碳中和”氣候目標和鄉村振興戰略的背景下，農村能源領域要發生根本性變革，亟需發展先進技術，建立低碳清潔能源體系，解決農村用能和環境問題，提高農民生活水平，改善農村人居環境。因此，研究建立農村低碳清潔能源體系及發展相關技術意義深遠。
一、加快我國農村低碳清潔能源新技術開發及應用，解決現存問題
我國農村建筑能耗占全國建筑總能耗近四分之一，農村能源消費以散煤和生物質直接燃燒為主，其燃燒過程排放了大氣污染物和溫室氣體。這為改善空氣質量、應對氣候變化和保護人體健康相關工作帶來較大挑戰。
2017-2019年期間，以京津冀大氣污染傳輸通道城市為主的共43個城市經過競爭進入中央財政支持的冬季清潔取暖試點行動計劃。經過三年的實施，我國北方地區冬季清潔取暖工作取得初步成效，但徹底治理散煤和非清潔用能仍面臨較大困難。農村建筑總能耗與散煤用量均出現下降趨勢，截至2019年我國農村戶用散煤燃燒（總量為1.1億噸標準煤）與生物質燃料直接燃燒（超過0.9億噸標準煤當量）仍為農村提供了超過60%的能源供給。戶用散煤和生物質直接燃燒涉及農村居民生活的各方面，其治理難度較大。
解決農村清潔取暖問題需從我國農村的實際出發，走可持續發展之路。經過多年探索與實踐，清華大學建筑節能研究中心構建了農村清潔取暖“四一”模式。
“四一”模式
清潔取暖發展模式和技術路徑應當立足于當地資源稟賦、經濟水平、基礎設施等條件，從前期初投資、農戶使用要求、取暖運行費和區域整體實施等多個維度綜合考慮。所謂“四一”模式，就是每戶建筑節能和取暖設備改造總初投資平均不超過
一萬元、無補貼的年取暖運行費不超過
一千元、設備
一鍵式智能化操作、建立在
一個頂層規劃基礎上的創新模式，如圖1所示。該模式已分別在河南省鶴壁市及山東省商河縣等地成功示范。
圖1. 農村清潔取暖“四一”模式
“四一”模式關鍵支撐技術
1. 圍護結構節能改造關鍵技術：按需靶向保溫技術
農房建筑節能改造應堅持經濟、適宜、本地化的原則，科學制定和評估節能潛力，堅持“大用大保，小用小保，不用不保”的建筑圍護結構保溫理念，避免不顧建筑實際使用特性，“一刀切”地對整個建筑進行保溫的做法。“按需靶向保溫”技術通過分析找準建筑圍護結構薄弱環節，針對屋頂進行吊頂保溫、北墻加設內保溫壁紙或內保溫板、外窗和門加保溫窗簾等方式，可在單戶改造總投資小于4000元的情況下實現30%的節能量。
2. 用能側關鍵技術一：低溫空氣源熱泵熱風機技術
低溫空氣源熱泵熱風機是為了解決北方地區冬季取暖而專門研發的新型節能型“煤改電”設備。其安裝形式與家用分體式空調器類似，可按取暖房間數單獨安裝、獨立調節，并可通過部分空間、部分時間的運行方式，最大程度實現行為節能。同時，其溫度設定操作簡易，用戶可靈活調控室溫，滿足個性化取暖需求。其適用范圍較廣，從-30℃的低溫室外環境到室內環境均適用，且可迅速提高室內溫度。運行電耗僅為電熱直接轉換型取暖設備的三分之一，目前已在全國推廣200余萬臺。
3. 用能側關鍵技術二：戶用生物質成型燃料清潔取暖（炊事）爐技術
戶用生物質成型燃料清潔取暖（炊事）爐技術（圖3）是通過燃燒生物質成型燃料加熱熱水進行取暖，同時兼顧炊事及生活熱水供應。燃燒效率及自動化水平較高，可采用一鍵式操作。通過智能控制系統協同控制，使燃料清潔高效燃燒，減少污染物排放。生物質資源的清潔高效利用，不僅可以有效解決農村清潔取暖問題，減少生物質廢棄或野燒帶來的污染，還可降低農民取暖成本，增加當地收入水平和就業。
圖3. 生物質成型燃料清潔取暖（炊事）爐
二、發展農村低碳清潔能源體系和技術路徑，遵循因地制宜
未來農村低碳清潔能源體系的建立，除了在用能側開展建筑節能、提高終端用能設備效率、減少污染物及碳排放，還應根據當地資源稟賦，因地制宜地發展可再生能源，例如光伏能源和生物質能等。這將進一步促進農村能源結構優化轉型，逐步建立以低碳清潔能源為主的能源體系，協同助力大氣污染防治和氣候變化應對相關工作。
1. 加強開發利用農村太陽能，建立以村鎮為單位的“光儲直柔”新能源微網
據統計，僅我國農村閑置屋頂的太陽能發電裝機潛力就高達19.9億kW，年發電潛力2.96萬億kW·h。但光伏能源供給高度依賴自然條件，穩定性較差，導致利用率不高。“光儲直柔”技術的發展與應用可以解決上述問題，實現光伏能源的高效利用。我國光能充足地區的農村可優先發展光伏發電，以村鎮為單位建立“光儲直柔”微網，實現光伏電力就地消納。在電力需求側加強柔性負荷建設，以響應電力供應側的變化。此外，結合建筑用能有序開展被動式太陽能、太陽能取暖、太陽能炊事等技術開發和推廣應用。
2. 合理利用農村生物質資源，發展商品化生物質能產供用網絡
生物質資源在農村地區分布廣泛。據測算，我國現有生物質資源可處理加工成為6-8億噸標準煤當量的零碳燃料，具備15-20億噸的碳減排潛力。要摒棄生物質資源是對農業廢棄物的刻板印象，應正確認識到生物質能在能源結構中的重要地位并合理利用。生物質能的發展要依托于商品化產供用網絡，打造完整產業鏈，實現生物質能規?；a、商業化運作。生物質資源經工廠科學統一處理后，可以加工成為顆粒燃料、塊狀燃料等，運用到不同場景；還可以發展生物天然氣，統一加工處理沼渣、沼液，作為燃氣配送。生物質資源還可用于發電，作為風光調峰電源。
未來，我國農村需發展能源互聯體系，組合運用多種清潔能源，保障農村地區穩定供能。還應將能源和算力有機結合，建立能源產供用智能網絡，使供能系統和用能終端系統的信息互聯互通，以實時監控和管理能源的供給和使用，最終實現能源體系的供需匹配。
三、推廣農村低碳清潔能源體系，助推鄉村振興
我國農村可利用資源豐富，低碳清潔能源發展潛力巨大，不光可滿足農村的用能需求，未來還可向城市供能。這將助力緩解全國能源的供應壓力，并帶來極大的碳減排效益。據測算，在理想情景下應用農村低碳清潔能源體系，我國農村將于2027年實現用電的自給自足，在2030年徹底消除農村散煤使用，在2040年全部使用低碳清潔能源（圖4）。到2060年，我國農村低碳清潔能源體系在滿足自身用能需求外，還將向城市每年至少輸出1.2萬億kW·h電力，協同帶來16億噸的碳減排潛力。因此，我國農村應抓住自身資源優勢，大力發展低碳清潔能源，逐步建立低碳清潔能源體系。
圖4. 農村低碳清潔能源體系的理想化發展情景預測
未來，我國農村要逐步建立以低碳清潔能源為主的能源體系，因地制宜地發展低碳清潔能源，建立能源智能產供用互聯體系。這將助力農村能源從“高污染、高能耗”模式轉變為“低碳清潔產能、智慧高效用能”模式，逐步實現農村能源的自給自足和農村-城鎮能源的互聯互通。這還將徹底改善農村人居環境質量，減少相關碳排放，助力實現我國鄉村振興和“碳達峰、碳中和”目標。
