雷小苗，何繼江，楊守斌，王影

（1.清華大學(xué) 社會(huì)科學(xué)學(xué)院，北京100084；2.清華大學(xué) 能源轉(zhuǎn)型與社會(huì)發(fā)展研究中心，北京 100084）

中國農(nóng)村地區(qū)的環(huán)境污染和能源轉(zhuǎn)型問題一直未受到應(yīng)有的重視，目前仍未有切實(shí)可行的解決方案。2017年，中國農(nóng)村地區(qū)常住人口5.77億，占總?cè)丝诘?1.5%[1]。農(nóng)村地區(qū)在炊事、取暖等方面高度依賴薪柴、秸桿、煤炭等傳統(tǒng)能源[2-3]，用能方式高碳化不僅對婦女、新生兒、留守老人的健康造成威脅，而且嚴(yán)重污染了大氣環(huán)境[4]。近年來，部分省份推出禁止農(nóng)村地區(qū)燃燒散煤、秸桿等新政，農(nóng)民的炊事、取暖等日常生活受到極大影響。因此，從微觀實(shí)踐視角研究農(nóng)村能源轉(zhuǎn)型問題勢在必行。本文選取太陽能資源相對豐富的陜西關(guān)中C縣F村作為樣本區(qū)，通過調(diào)查問卷、入戶調(diào)研等方式獲取第一手資料，系統(tǒng)研究利用可再生清潔能源建設(shè)“零碳鄉(xiāng)村”的可行性、經(jīng)濟(jì)性、環(huán)保性。本文的貢獻(xiàn)和創(chuàng)新體現(xiàn)在以下四個(gè)方面：第一，從“碳源—碳匯”平衡和“碳中和”評(píng)價(jià)框架角度來量化定義“零碳鄉(xiāng)村”，賦予“零碳鄉(xiāng)村”量化意義。第二，利用Yoichi Kaya碳排放恒等式與直接間接計(jì)算法相結(jié)合等來量化計(jì)算“零碳鄉(xiāng)村”的可行性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性等，使“零碳鄉(xiāng)村”具有真正的實(shí)踐價(jià)值。第三，有助于在可再生清潔資源更豐富的區(qū)域、更大的范圍帶動(dòng)“零碳機(jī)關(guān)”“零碳社區(qū)”“零碳縣城”“零碳城市”建設(shè)，具有推廣性。第四，后續(xù)研究將會(huì)根據(jù)氣候、資源稟賦、人口等參數(shù)構(gòu)建起中國農(nóng)村地區(qū)“多能互補(bǔ)”模式下的“零碳鄉(xiāng)村”建設(shè)模型，本文為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。

一、文獻(xiàn)綜述

國內(nèi)外學(xué)者對農(nóng)村能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，中國農(nóng)村能源消費(fèi)逐漸從秸桿、薪柴等非商品性能源向煤炭、電力等商品性能源過渡[5]，盡管如此，史清華等[6]對晉、黔、浙三省2 253個(gè)農(nóng)戶的能源消費(fèi)情況進(jìn)行調(diào)查認(rèn)為，傳統(tǒng)高排放燃料在農(nóng)村能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占比依然很大，農(nóng)戶能源消費(fèi)排放正成為碳排放的主要來源。盡管各級(jí)政府在推動(dòng)農(nóng)村能源轉(zhuǎn)型上做了大量工作，但是根據(jù)《第三次全國農(nóng)業(yè)普查數(shù)據(jù)公報(bào)》，中國仍有45%的農(nóng)村家庭處于薪柴、秸稈、煤炭等傳統(tǒng)燃料的粗放利用階段[7]，北方地區(qū)農(nóng)村取暖用散燒煤接近2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤①廖華.我國農(nóng)村居民生活用能現(xiàn)狀與展望.北京：北京理工大學(xué)能源與環(huán)境政策研究中心，2019：2。，大多數(shù)農(nóng)戶使用柴灶、火炕、煤爐或土暖氣等供暖，清潔取暖率不到15%[8]，取暖用能的綜合熱效率不足17%[9]。

在環(huán)境氣候惡化和碳減排目標(biāo)的雙重壓力下，農(nóng)村能源轉(zhuǎn)型問題需要高度重視，應(yīng)該在農(nóng)村廣泛推廣可再生清潔能源生產(chǎn)技術(shù)，提倡使用綠色能源[10]。在農(nóng)村地區(qū)利用可再生清潔能源具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，與城鎮(zhèn)居民居住多層樓房、集中供暖、供氣不同，農(nóng)村家庭多為獨(dú)墅或院落式居住方式，戶均居住面積大，清潔能源獲取更便捷[11]。那么，如何通過政策引導(dǎo)農(nóng)戶轉(zhuǎn)變能源消費(fèi)行為，如何有效利用農(nóng)村可再生清潔能源？有學(xué)者針對農(nóng)戶消費(fèi)行為展開研究，如滕玉華等[12]利用江西省農(nóng)戶的調(diào)查數(shù)據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，農(nóng)戶清潔能源使用行為正向影響最大的是行為便利性。也有學(xué)者就農(nóng)村可再生清潔能源利用提出建議，如徐禮德和仝允桓[13]提出了農(nóng)村清潔能源的三種不同發(fā)展模式，即生態(tài)經(jīng)濟(jì)結(jié)合的循環(huán)模式、可規(guī)?；a(chǎn)的集中模式和自給自足的分散模式。

綜上所述，關(guān)于農(nóng)村能源轉(zhuǎn)型的研究不在少數(shù)，但已有研究普遍將農(nóng)村作為整體，從農(nóng)村能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、農(nóng)村家庭消費(fèi)行為等視角切入，而針對某一特定行政村進(jìn)行微觀實(shí)踐的研究則較少；以往研究所提對策也多為方向性指導(dǎo)，往往與落地實(shí)施仍有一段距離。因此，本文選取具有代表性的實(shí)體行政村作為樣本區(qū)，詳細(xì)分析其可再生清潔能源資源稟賦、能源消費(fèi)現(xiàn)狀、居民的能源消費(fèi)態(tài)度等，評(píng)估通過分布式光伏替代傳統(tǒng)能源的可行性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性，使“零碳鄉(xiāng)村”從概念到實(shí)踐，由理念到落地，為打通農(nóng)村能源轉(zhuǎn)型的最后一公里提供理論支撐和實(shí)踐建議。

二、“零碳鄉(xiāng)村”的內(nèi)涵及定義

（一）研究邊界確定

農(nóng)村能源消費(fèi)中分生產(chǎn)性和生活性兩種。生產(chǎn)性能源消費(fèi)因機(jī)械終端的耗能特性決定了其耗能方式難以短期內(nèi)改變；而生活性能源消耗包括炊事、取暖、交通等，電氣化程度已經(jīng)很高，可再生清潔能源取代傳統(tǒng)能源的可能性更大。因此，本文在計(jì)算農(nóng)村能源消耗時(shí)僅考慮生活性能源消耗。

農(nóng)戶生活能源消費(fèi)又包括了直接生活能源消費(fèi)和間接生活能源消費(fèi)兩類[14]。前者指農(nóng)民在生活中所使用的電力、煤炭等商品性能源和薪柴、秸桿等非商品性能源；后者則是隱含在農(nóng)民其他生活消費(fèi)中的非直接能源商品和其他服務(wù)全生命周期中的能源消費(fèi)。比如網(wǎng)購衣服，包含在衣服生產(chǎn)、銷售、運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)中的能源消耗，這些能源消耗已固化于產(chǎn)品中難以量化計(jì)算，且如果計(jì)算在內(nèi)會(huì)造成重復(fù)計(jì)算問題。因此，本文僅考慮直接能源消費(fèi)。

（二）“零碳鄉(xiāng)村”的內(nèi)涵基礎(chǔ)：碳中和

“碳中和”（Carbon Neutral），即凈零碳排放，是英國倫敦原Future Forests公司在1997年提出的概念，并于2006年被《新牛津美國字典》評(píng)為年度詞匯。英國標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（BSI）將碳中和定義為：一標(biāo)的物相關(guān)的溫室氣體排放，并未造成全球排放到大氣中的溫室氣體產(chǎn)生凈增量[15]。碳中和有碳補(bǔ)償與碳抵消兩大實(shí)現(xiàn)途徑，各類均有直接法與間接法之分。

對于碳補(bǔ)償法，直接法與間接法分別以直接與間接的能源替代方式，降低化石能源消費(fèi)量，進(jìn)而降低地球大氣系統(tǒng)的碳負(fù)荷。對于碳抵消法，直接法通過植樹，由自然百分百地吸納、去除能源燃燒排放到大氣中的CO2；間接法本質(zhì)上是碳交易，通過清潔發(fā)展機(jī)制或者聯(lián)合履行機(jī)制獲得一定的碳信用額（Carbon Credit），由他方減排掉付費(fèi)方能源利用產(chǎn)生的所有碳排放。

就兩類碳中和途徑的污染防治本質(zhì)而言，碳補(bǔ)償屬事前的預(yù)防措施，而碳抵消則屬事后的末端措施。世界各國的經(jīng)驗(yàn)表明，現(xiàn)代污染防治應(yīng)從源頭做起，走清潔生產(chǎn)之路，盡可能地降低末端治理的比例。因而，本文所構(gòu)建的碳中和評(píng)價(jià)框架只考慮碳源側(cè)碳補(bǔ)償法。

（三）“零碳鄉(xiāng)村”的量化定義

農(nóng)村具有豐富的可再生能源，是節(jié)能減排和社會(huì)發(fā)展中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文基于能量平衡理論，構(gòu)建農(nóng)村生活能源“碳中和”框架，如圖1所示。其核心是：在“碳源”側(cè)，通過調(diào)研問卷、入戶調(diào)研等形式收集樣本區(qū)的各類能源消耗情況，測算能源總消耗量，用EC（Energy Consumption）表示；在“碳匯”側(cè)，掌握樣本區(qū)可再生清潔能源情況，測算可利用的可再生清潔能源數(shù)量，用RE（Renewable Energy）表示。實(shí)際測量中，不同能源之間存在“質(zhì)”的差異，因此，“碳源”和“碳匯”均換算為標(biāo)準(zhǔn)煤量，用“kgce”表示，使測量結(jié)果更具可比性。

“碳中和”評(píng)價(jià)框架中，最基本、最核心的任務(wù)是準(zhǔn)確核算樣本區(qū)生活能源消費(fèi)量（碳源）和可再生清潔能源資源量（碳匯）?！疤荚础备鶕?jù)式（1）結(jié)合樣本區(qū)各類型能源消耗量計(jì)算求得

其中，EC為樣本區(qū)能源消耗量；e為樣本區(qū)某種類型能源消耗量，包括秸桿、柴薪等非商品性能源和電力、煤炭等商品性能源，單位：標(biāo)準(zhǔn)煤；β為不同能源折合標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)；i為能源類型。

“碳匯”根據(jù)式（2）計(jì)算，樣本區(qū)可再生清潔能源資源量（RE）是各類零排放清潔能源如風(fēng)能、水力能、太陽能等的總和。考慮到樣本區(qū)處于西北內(nèi)陸地區(qū)，水資源和風(fēng)能資源短缺且不穩(wěn)定，加之農(nóng)戶分布式利用風(fēng)能、水資源的經(jīng)濟(jì)性和可行性低，本文僅測算太陽能。計(jì)算可得

其中，RE指樣本區(qū)可再生清潔能源資源量，單位：標(biāo)準(zhǔn)煤；WH為光伏板發(fā)電量，單位：千瓦·時(shí)；βd為1度電對標(biāo)準(zhǔn)煤的折算系數(shù)，單位：標(biāo)準(zhǔn)煤/千瓦·時(shí)；Wp太陽能電池板峰值功率，單位：千瓦；H為峰值日照時(shí)數(shù)，單位：小時(shí)。

對“碳中和”的計(jì)算結(jié)果可以直接反映“零碳鄉(xiāng)村”的量化評(píng)價(jià)。碳中和分兩種結(jié)果：一是當(dāng)RE≥EC時(shí)，為完全碳中和，表示樣本區(qū)的可再生清潔能源利用量足以替代農(nóng)村商品性能源和非商品性能源消耗，實(shí)現(xiàn)零碳化；二是當(dāng)RE＜EC時(shí)，為部分碳中和，未實(shí)現(xiàn)零碳化。

“零碳鄉(xiāng)村”的量化意義在于實(shí)現(xiàn)完全碳中和，當(dāng)某一行政村的可再生清潔能源利用量大于農(nóng)村商品性能源和非商品性能源消耗量，并替代現(xiàn)有能源消費(fèi)終局時(shí)，“零碳鄉(xiāng)村”具有理論意義。

三、陜西關(guān)中C縣F村能源消費(fèi)實(shí)證分析

（一）樣本區(qū)選取標(biāo)準(zhǔn)及確定

受地域氣候條件、資源稟賦等影響，西北地區(qū)不同地域的農(nóng)戶在能源消費(fèi)行為上表現(xiàn)出較大差異。為充分利用有限的研究經(jīng)費(fèi)對中國農(nóng)村能源消費(fèi)情況進(jìn)行相對深入的了解，在確定樣本區(qū)域時(shí)，遵循三大原則：第一，可再生能源資源相對豐富，但不能選在太陽能資源最豐富的區(qū)域，因?yàn)樘柲苜Y源最豐富的區(qū)域試點(diǎn)成功并不具有廣泛的推廣性；第二，具有安裝可再生能源設(shè)備的空間條件和經(jīng)濟(jì)條件，戶均住宅面積適中，保證成功的經(jīng)驗(yàn)可以在經(jīng)濟(jì)條件更好的地區(qū)實(shí)行；第三，已經(jīng)全面實(shí)行了農(nóng)網(wǎng)改造，具備接入可再生能源的電網(wǎng)基礎(chǔ)。

經(jīng)過慎重考察，最終選擇位于西北地區(qū)陜西省關(guān)中平原地帶的C縣F村作為樣本區(qū)。該村太陽能資源較豐富[17]，如圖2所示。2018年該村戶均宅基地面積509平方米，人均可支配年收入8 073元，全村427戶，人口1 557人，已完成農(nóng)網(wǎng)改造，這些參數(shù)在陜西關(guān)中地區(qū)處于均值區(qū)，具有一定的代表性。

C縣地處渭北高原東北部，前拱原阜，后依山隴，大浴河襟左，洛河環(huán)右。 縣境介于東經(jīng) 109°46′30″～110°05′50″、北緯 34°55′45″～35°27′05″之間，轄 9 鎮(zhèn) 1 辦 163個(gè)行政村，總?cè)丝?0萬，面積1 121平方公里。境內(nèi)溝壑縱橫，地勢北高南低?？h境屬關(guān)中平原暖溫帶半濕潤氣候區(qū)，四季分明，年均氣溫12℃，降水量680毫米，無霜期204天，晝夜溫差大。

F村位于C縣縣城北側(cè)20公里處，8個(gè)村民小組，共427多戶，常住人口1 557人，戶均耕地面積14畝，戶均宅基地面積509平方米，以窯洞和平房相結(jié)合的院落式居住方式為主[18]，如圖3所示。主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)以蘋果、生豬、蔬果、玉米為主，建筑工人集中，農(nóng)民人均可支配收入8 073元。2017年改造了全村電網(wǎng)、實(shí)現(xiàn)了戶戶通網(wǎng)絡(luò)電視。

（二）調(diào)查方法及內(nèi)容

本文采用入戶實(shí)地勘查、入戶調(diào)查問卷、網(wǎng)絡(luò)調(diào)查問卷等調(diào)查方法。邀請對農(nóng)村能源轉(zhuǎn)型感興趣且為農(nóng)村籍的8名在校大學(xué)生、研究生作為調(diào)研員，集中討論并培訓(xùn)，共同制作調(diào)查問卷。C縣F村共427戶，重點(diǎn)選取15戶人家，由項(xiàng)目負(fù)責(zé)人帶隊(duì)與村委會(huì)進(jìn)行訪談，并進(jìn)行入戶實(shí)地調(diào)研。15戶入戶家庭的選擇遵循廣泛性、代表性原則。分別在村南、村中、村北各選擇5戶家庭，選擇戶均常住人口3～4人（因F村戶均常住人口3.6人）且人均收入在0.7～0.9萬元之間（因F村平均人均收入約0.8萬元）的家庭，以保證樣本的廣泛性和代表性。調(diào)研以農(nóng)戶家庭為單元，對一次做飯所使用秸稈、薪柴或煤炭的用能重量進(jìn)行稱重并記錄，對農(nóng)戶家庭的院落空間進(jìn)行實(shí)地測量，對農(nóng)戶家庭的房頂可利用空間進(jìn)行測量，與農(nóng)戶訪談了解家庭成員在能源使用過程中的健康影響、環(huán)保意識(shí)、環(huán)保常識(shí)等。

8名大學(xué)生分為兩組，其中一組3人，對新媒體和計(jì)算機(jī)較為熟悉者，負(fù)責(zé)制作電子版調(diào)查問卷，并聯(lián)系村委員，由村支書在本村微信群進(jìn)行宣傳，以戶為單位由村民親自填寫。另一組5人，對農(nóng)村情況較為了解者，負(fù)責(zé)對不使用網(wǎng)絡(luò)或智能手機(jī)的農(nóng)戶進(jìn)行入戶問卷。共發(fā)放問卷427份，網(wǎng)絡(luò)問卷回收368份，入戶問卷回收39份，合計(jì)407份，剔除無效問卷9份，有效問卷為398份，問卷回收率95.3%，問卷有效率93.2%。

調(diào)查問卷主要內(nèi)容分為六大類共30項(xiàng)細(xì)分指標(biāo)。包括：（1）農(nóng)戶家庭構(gòu)成、家庭年收入、家庭年商品性能源支出等基本情況；（2）炊事（做飯、熱水）主要使用的燃料中秸稈、薪柴、煤炭、電力、燃?xì)狻⑻柲艿饶茉吹氖褂妙l率；（3）取暖主要使用的設(shè)備中煤爐、煨炕、空調(diào)、電烤爐等設(shè)備的使用頻率；（4）制冷的主要方式是以空調(diào)為主還是風(fēng)扇為主；（5）交通出行使用最多的是自行車、電動(dòng)三輪車、電動(dòng)汽車、還是燃油汽車；（6）是否因廚房做飯引發(fā)嗆鼻、咳嗽；家庭是否有成員因燃煤或煤柴患有呼吸首疾病（包括嬰幼兒）；對可再生能源及環(huán)保的意識(shí)及常識(shí)等。

除田野調(diào)研獲取數(shù)據(jù)之外，文中關(guān)于中國農(nóng)村情況及農(nóng)村能源使用情況的宏觀數(shù)據(jù)來自《中國農(nóng)村能源統(tǒng)計(jì)年鑒》《中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料》《中國能源統(tǒng)計(jì)年鑒》和《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》等。

（三）調(diào)查結(jié)果

1.樣本區(qū)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人帶隊(duì)進(jìn)行田野入戶調(diào)研并與村委會(huì)成員、村民座談，根據(jù)收集到的具體數(shù)據(jù)和資料發(fā)現(xiàn)：C縣F村常住居民為1 557人，427戶，大多數(shù)農(nóng)戶常住人口為2～4人，少部分農(nóng)戶常住人口為4～6人，常住人口中以中老年人為主，年輕勞動(dòng)力大多外出務(wù)工。F村2018年戶均年收入2.94萬，人均可支配收入0.807萬元。

能源消費(fèi)數(shù)據(jù)獲取和測量主要通過以下方式：第一，F(xiàn)村屬C縣某行政部門對口扶貧村，在扶貧干部支持下通過F村微信群發(fā)放電子調(diào)查問卷，問卷中包括秸桿、薪柴、煤炭等戶均使用量，村民環(huán)保意識(shí)等。考慮到問卷中能源消費(fèi)數(shù)據(jù)的可信度，電子調(diào)查問卷僅采用了家庭成員人數(shù)、戶均收入、環(huán)保意識(shí)等基本信息。第二，為確保能源消費(fèi)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性，由5名調(diào)查員對上述重點(diǎn)選擇的15戶家庭進(jìn)行入戶考察、測量。在炊事前對已收集的秸桿、薪柴、煤炭進(jìn)行測重，在做飯后對剩余的秸桿、薪柴、煤炭進(jìn)行測重，從而計(jì)算每頓飯所需不同能源的具體數(shù)量，進(jìn)而以每天三頓飯，每年365天，估算出每戶家庭一年中不同能源的使用量（家庭一年中有外出不在家用餐從而不使用能源的情況；也有婚嫁、喪事等重要日子使用能源較多的情況，本文計(jì)算中做相互抵消處理）。采暖用能數(shù)量計(jì)算方法同上。第三，全村生活用電量則是通過電力管理部門獲取權(quán)威數(shù)據(jù)，進(jìn)而計(jì)算出戶均用電量。

調(diào)研后經(jīng)計(jì)算得出，F(xiàn)村2018年全村用電量30萬千瓦·時(shí)，戶均用電量約為702千瓦·時(shí)，人均用電量192千瓦·時(shí)；全村秸桿、薪柴消耗量346 724千克，戶均秸桿、薪柴消耗量420千克，人均秸桿、薪柴消耗量115千克；2018年全村煤炭消耗量357 399千克，戶均用煤量約為837千克，人均用煤量230千克；沼氣池?cái)?shù)量和太陽能電站數(shù)量為零，對F村各種能源消耗量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，整體上分為商品性能源和非商品性能源[19]，如表1所示。

表1 C縣F村2018年能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)

炊事（做飯、熱水）方面仍然是以秸稈、柴薪、玉米芯、煤炭等固體燃料為主，大多采用傳統(tǒng)的爐灶形式；隨著農(nóng)網(wǎng)改造成功，使用電磁爐、電飯鍋、微波爐等電炊具的家庭越來越多；使用天然氣、沼氣、太陽能等清潔能源的家庭較少。

取暖方面，以煤爐、煨炕為主，采用的燃料為煤炭、秸稈等。北方的炕多是與灶臺(tái)相連通的灶連炕，冬季在做飯時(shí)同時(shí)加熱炕，達(dá)到取暖效果。

在制冷方面，則主要是以風(fēng)扇制冷和自然乘涼方式為主，僅28%的家庭使用空調(diào)制冷，一是空調(diào)購置成本高，二是空調(diào)耗電量大，用電成本高。在生活交通方面，以電動(dòng)三輪和燃油汽車為主，以自行車和電動(dòng)汽車為輔。

在能源消費(fèi)成本方面，按陜西省當(dāng)?shù)孛裼檬袌鰞r(jià)格，煙煤700～1 000元/噸，無煙煤1 500～1 600元/噸，煤渣300～600元/噸，綜合煤價(jià)1 000元/噸。家庭用電0.5～0.7元/千瓦·時(shí)，實(shí)行階梯電價(jià)，取中間值0.6元/千瓦·時(shí)。秸桿、薪柴等為自產(chǎn)能源，單價(jià)取為0。結(jié)合F村能源支出數(shù)量，可計(jì)算出：2018年全村年能源支出為53.74萬元，戶均年能源支出為1 258.55元，人均年能源支出為345.2元。F村2018年人均收入8 073元，可知能源支出占總收入的比重為4.3%。

2.樣本區(qū)環(huán)保意識(shí)及健康狀況

通過收集到的調(diào)查問卷結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)，和前人研究結(jié)果不同的是，村民的環(huán)保意識(shí)并不薄弱，調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，98.7%的調(diào)研對象均認(rèn)為環(huán)保很重要，其中50%以上的村民愿意為清潔能源支付更多經(jīng)濟(jì)成本。在被詢問到對可再生能源是否了解時(shí)，60.8%的受訪者僅了解一點(diǎn)，34%的受訪者完全不了解?？梢姡迕竦沫h(huán)保常識(shí)和健康常識(shí)是比較匱乏的，比如他們并不認(rèn)為秸桿、柴薪燃燒會(huì)對健康產(chǎn)生太大的影響，因?yàn)樽孀孑呡叾际遣捎眠@種方式。同時(shí)為達(dá)到保暖效果，冬季使用煤爐取暖時(shí)，大多數(shù)家庭并不會(huì)保持一定的通風(fēng)量，在一定程度上增加了CO中毒的風(fēng)險(xiǎn)。有5.4%的家庭近五年有家庭成員因燃煤、燃薪等造成CO中毒現(xiàn)象。約28%的家庭成員因燃料污染造成呼吸道疾病、心腦血管疾病（包括嬰幼兒）。絕大多數(shù)家庭因?yàn)閺N房做飯經(jīng)常或偶爾引發(fā)嗆鼻、咳嗽。

四、C縣F村“零碳鄉(xiāng)村”方案設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)

（一）C縣F村“零碳鄉(xiāng)村”方案選擇

通過對F村能源消費(fèi)實(shí)證分析可以看出，零碳排放可再生能源在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中有很大的提升空間。打造“零碳鄉(xiāng)村”，即是要提升可再生能源比例，降低秸桿、薪柴、煤炭等固體燃料比例。從F村的區(qū)位特征和資源稟賦來看，F(xiàn)村位于西北內(nèi)陸地區(qū)，常年缺水，水資源不豐富；冬季西北風(fēng)盛行，但其他季節(jié)風(fēng)能利用并無優(yōu)勢；F村所在的陜西省關(guān)中地區(qū)位于太陽能相對豐富區(qū)域，且為高原地帶，地勢平穩(wěn)、土地資源豐富，戶均宅基地面積達(dá)509平方米，具有利用太陽能資料的氣候條件和空間條件。因此，考慮以零碳家庭為基礎(chǔ)，采用分布式光伏建構(gòu)，打造“零碳鄉(xiāng)村”。分布式發(fā)電與集中式發(fā)電不同，集中式多是由國家主導(dǎo)的大型電網(wǎng)，而分布式則安裝于用戶端的能源利用方式，一般規(guī)模較小（30兆瓦以下），以滿足特定用戶需求，可獨(dú)立運(yùn)行[20]，也支持并網(wǎng)運(yùn)行[21]。

以F村為代表的關(guān)中地區(qū)農(nóng)村，通過分布式光伏實(shí)現(xiàn)“零碳鄉(xiāng)村”，除了太陽能資源豐富、戶均住宅面積充裕的優(yōu)勢之外，建設(shè)分布式光伏還具有其他先天優(yōu)勢[22]：一是農(nóng)村房屋產(chǎn)權(quán)清晰，多為自建房，沒有共用產(chǎn)權(quán)的糾紛隱患，這與城市高層商品房住宅屋頂資源共有的情況不同。二是關(guān)中地區(qū)農(nóng)戶住宅多為院落式窯洞或平層，屋頂面積大，無高樓遮擋，適合光伏電站的安裝、清洗和維修[23]。

光伏發(fā)電與空調(diào)、電炊具結(jié)合使用可解決農(nóng)戶制冷和日常做飯、熱水等用電需求，取代秸桿、柴薪等在炊事方面的應(yīng)用。通過蓄熱式電采暖、空氣源熱泵、太陽能—低溫?zé)峁艿匕遢椛洳膳到y(tǒng)等技術(shù)，解決農(nóng)戶采暖問題，胡詩堯[24]、Izquierdo[25]、趙薇[26]、李金平[27]等通過模擬仿真證實(shí)了這些技術(shù)應(yīng)用的可行性。其中，李金平在甘肅民勤一單體建筑外墻搭建太陽能低溫地板輻射取暖系統(tǒng)，實(shí)驗(yàn)表明室內(nèi)溫度可達(dá)14.2℃以上，采暖效果良好。實(shí)際案例說明，屋頂加裝光伏板起到了一定隔熱效果，在夏季炎熱天氣，室溫可降低3～5℃，有降能耗效果。

綜上認(rèn)為，在F村利用分布式光伏具有可行性，選擇以分布式光伏方案打造“零碳鄉(xiāng)村”。

（二）可行性分析：基于碳中和的量化計(jì)算

那么安裝多大規(guī)模的分布式光伏可實(shí)現(xiàn)零碳化？根據(jù)上文提到的“碳中和”的概念，如果F村碳源側(cè)的能源消耗量EC小于或等于碳匯側(cè)的可再生清潔能源可利用量RE時(shí)，即當(dāng)F村目前的各類能源消費(fèi)折合標(biāo)準(zhǔn)煤的等量發(fā)電量小于等于分布式光伏板發(fā)電量時(shí)，實(shí)現(xiàn)碳源—碳匯平衡，達(dá)到完全的碳中和，“零碳鄉(xiāng)村”具有可行性。

1.計(jì)算EC

其中，EC為樣本區(qū)能源消耗量；e為樣本區(qū)各種類型能源消耗量，包括秸桿、柴薪等非商品性能源和電力、煤炭等商品性能源，單位：標(biāo)準(zhǔn)煤；β為不同能源折合標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)；i為能源類型。

樣本區(qū)各類能源消耗量如表1所示；不同能源折合標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)如表2所示。將兩組數(shù)據(jù)帶入式（1），得到EC數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果：F村2018年能源消耗折合482 530標(biāo)準(zhǔn)煤；戶均能源消耗折合標(biāo)準(zhǔn)煤為1 130標(biāo)準(zhǔn)煤；人均能源消耗折合標(biāo)準(zhǔn)煤為310標(biāo)準(zhǔn)煤，如表3所示。

表2 傳統(tǒng)能源折算標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)[28]

表3 F村能源消耗量折合標(biāo)準(zhǔn)煤后EC計(jì)算結(jié)果

2.計(jì)算能源消耗量EC的等量發(fā)電量

標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)電系數(shù)為3.1千瓦·時(shí)/標(biāo)準(zhǔn)煤，計(jì)算可得，2018年全村能源消耗折合發(fā)電量為1 495 843千瓦·時(shí)；戶均能源消耗折合發(fā)電量為3 503.15千瓦·時(shí)，人均能源消耗折合發(fā)電量為960.7千瓦·時(shí)。因此，分布式光伏安裝規(guī)模年發(fā)電量大于或等于折合標(biāo)準(zhǔn)煤發(fā)電量，方可實(shí)現(xiàn)“零碳鄉(xiāng)村”。

太陽能光伏板的年發(fā)電量與當(dāng)?shù)厝照諘r(shí)數(shù)有關(guān)，計(jì)算公式如下

在NASA網(wǎng)站輸入經(jīng)緯度參數(shù)，F(xiàn)村所在的陜西關(guān)中地區(qū)年日照時(shí)數(shù)為1 393～1 625小時(shí)，取中間值1 500千瓦·時(shí)。將發(fā)電量與年日照時(shí)數(shù)帶入式（3）。

結(jié)果顯示，要實(shí)現(xiàn)“零碳鄉(xiāng)村”，全村安排分布式光伏規(guī)模需為1 000千瓦；戶均安裝分布式光伏規(guī)模需為2.34千瓦；人均安裝分布式光伏規(guī)模需為0.64千瓦。

目前1千瓦光伏裝機(jī)需要安排面積為10平方米，那么對F村來說，一家農(nóng)戶23.4平方米的房間僅需安裝2.34千瓦的分布式發(fā)伏發(fā)電設(shè)施，即可實(shí)現(xiàn)能源自給。

考慮到F村戶均宅基地面積達(dá)509平方米，戶均可利用安裝面積至少在80～230平方米，更考慮到農(nóng)戶并網(wǎng)收益問題，將戶均安裝容量設(shè)置為5千瓦，預(yù)留安裝面積50平方米。

由此可見，F(xiàn)村具備使用分布式光伏的空間條件、能源條件，可在保證能源自給的情況下，具備較大的收益空間，在F村實(shí)現(xiàn)“零碳鄉(xiāng)村”具有可行性。

（三）環(huán)保性分析：碳排放的定量計(jì)算

有關(guān)碳排放的測算，有兩種不同的方法：直接測算法[29]和間接測算法。

1.直接測算法

直接測算法中將商品性能源和非商品性能源的碳排放量分別計(jì)算，然后加總。

首先，對“商品性能源碳排放量”的測算大多采用日本Yoichi Kaya提出的碳排放恒等式，這是Kaya教授1989年在聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)（Intergovernmental Panel on Climate Change，IPCC）上最先提出的[30]。

碳排放量的基本公式為

其中，C為碳排放量；Ci為i種能源的碳排放量；E為一次能源的消費(fèi)量；Ei為i種能源的消費(fèi)量；Y為國內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）；P 為人口。

為便于計(jì)算將公式化簡為

其中，F(xiàn)i為碳排放系數(shù)，根據(jù)《省級(jí)溫室氣體清單編制指南》（發(fā)改辦氣候〔2011〕1041號(hào)），西北區(qū)域電網(wǎng)單位供電平均CO2排放系數(shù)為0.977千克/千瓦·時(shí)；焦煤的碳排放系數(shù)為1.900 3千克CO2/千克。

依據(jù)式（6）計(jì)算出2018年F村商品能源生活消費(fèi)的碳排放（單位：千克）總量為

其次，直接測算法中對“非商品性能源碳排放量”的測算依據(jù)王革華[31]等人的計(jì)算方法，其基本公式為

其中，EBM為秸稈、薪柴燃燒后的CO2排放量，千克；BM為秸稈、薪柴消耗量，千克；Ccont為秸稈、薪柴含碳量，%，秸稈、薪柴含碳系數(shù)分別為40%和45%；Ofrac為秸稈、薪柴氧化率，%，秸稈、薪柴氧化率分別為85%和87%。

沼氣的CO2排放量計(jì)算公式

其中，EBG 為沼氣利用的CO2排放量，千克；BG 為沼氣消耗量，立方米；Cthermal為沼氣熱值，兆焦/立方米，取值為20.8兆焦/立方米；Ocont為秸稈、薪柴含碳量，千克/萬億焦耳，沼氣含碳量為15.3千克/萬億焦耳。

由式（7）計(jì)算得到2018年F村秸稈、薪柴生活消費(fèi)的碳排放（單位：千克）

將商品性能源與非商品性能源碳排放加總，得出F村2018年能源消耗碳排放總量為1 436 112千克，約1 436噸。

2.間接測算法

參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將能源消費(fèi)折算成標(biāo)準(zhǔn)煤消耗量（如表3所示），然后由標(biāo)準(zhǔn)煤再折算出相應(yīng)的CO2排放量，1標(biāo)準(zhǔn)煤碳排放量為2.54噸CO2[32]，計(jì)算F村2018年能源消耗碳排放總量為1 225 626千克，約1 225.6噸；戶均碳排放量為2.9噸，如表4所示。

從表5可以看出，F(xiàn)村碳排放中商品性能源碳排放比例高于非商品性能源，其中，散煤燃燒碳排放占比最高，介于47%～50%之間，這主要因?yàn)槲鞅睂儆谥袊膰?yán)寒地區(qū)，冬季采暖期長達(dá)4～5個(gè)月。商品性能源碳排比例高與近年來農(nóng)村家庭經(jīng)濟(jì)生活水平提高有關(guān)，在商品性能源上支出更多。沼氣、太陽能等零碳排放的可再生能源在F村未見使用[33-34]。

綜上所述，用分布式光伏發(fā)電代替?zhèn)鹘y(tǒng)的秸桿、煤炭、柴薪、電力等，可為環(huán)境減排1 225.6～1 436噸的CO2，環(huán)保性能突出。

表4 間接測算法下的F村碳排放量情況 單位：千克

表5 直接法與間接法計(jì)算2018年F村生活消費(fèi)能源碳排放占比 單位：%

表6 分布式戶用光伏安裝成本

（四）經(jīng)濟(jì)性分析：造價(jià)成本與收益

從成本投入角度來看，5千瓦分布式戶用光伏電站的安裝總成本在18 950～22 950元之間，如表6所示。其中各組件的價(jià)格取目前正規(guī)廠家中等偏上產(chǎn)品市場價(jià)均值。

從運(yùn)行收益來看，目前F村的戶用分布式光伏并網(wǎng)發(fā)電仍在推進(jìn)過程中，通過預(yù)估方法計(jì)算預(yù)期收益，具體計(jì)算方法如式（9）所示

其中，P為預(yù)期收益；P1為補(bǔ)貼電價(jià)，2019年戶用分布式光伏發(fā)電量補(bǔ)貼標(biāo)準(zhǔn)為0.18元/千瓦·時(shí)①關(guān)于完善光伏發(fā)電上網(wǎng)電價(jià)機(jī)制有關(guān)問題的通知，發(fā)改價(jià)格〔2019〕761號(hào)。，補(bǔ)貼時(shí)長為20年；P2為當(dāng)?shù)厣暇W(wǎng)電價(jià)，國家規(guī)定陜西關(guān)中地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)脫硫煤上網(wǎng)電價(jià)由0.354 5元/千瓦·時(shí)；H為當(dāng)?shù)厝照諘r(shí)數(shù)，依據(jù)《2018年最新全國各地區(qū)光伏發(fā)電數(shù)據(jù)表》，陜西關(guān)中地區(qū)屬于太陽能Ⅲ類資源區(qū)，1千瓦每年1 500小時(shí)的發(fā)電時(shí)數(shù)；V為光伏電站裝機(jī)規(guī)模，戶均5千瓦。從而計(jì)算出光伏電站戶均年預(yù)期收益約為4 009元左右，5～6年收回成本。太陽能光伏板壽命約22～25年，那么收益期約為16～20年。

在關(guān)中農(nóng)村地區(qū)人口老齡化嚴(yán)重、扶貧任務(wù)艱巨的情況下，分布式戶用光伏在保證環(huán)保性的基礎(chǔ)上兼具了光伏扶貧和光伏養(yǎng)老的社會(huì)任務(wù)。

五、結(jié)論

能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略與氣候變化戰(zhàn)略在政策上高度協(xié)同。農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民問題關(guān)系經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全局[35]，農(nóng)村能源轉(zhuǎn)型是推動(dòng)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要支點(diǎn)。本文以陜西關(guān)中C縣F村生活能源消費(fèi)和碳排放為切入點(diǎn)，基于“碳源—碳匯”平衡視角，構(gòu)建區(qū)域“碳中和”評(píng)價(jià)框架，提出“零碳鄉(xiāng)村”實(shí)踐理念，通過對427戶農(nóng)戶家庭進(jìn)行問卷調(diào)查和入戶走訪，掌握第一手?jǐn)?shù)據(jù)及資料，對F村能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)、碳排放量、分布式光伏發(fā)電性進(jìn)行詳細(xì)的闡述?；诒疚姆治龊陀?jì)算，得到如下結(jié)論：

第一，從能源消耗現(xiàn)狀角度看，在C縣F村的能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中炊事（做飯、熱水）仍然是以煤炭、柴薪、玉米芯、等固體燃料為主，大多采用煤爐、土爐灶等形式，但近年來使用電飯鍋、電磁爐、微波爐等電炊具的家庭比例逐漸上升；取暖主要使用秸桿、煤炭、柴薪等，以土炕、灶連炕、煤爐等形式為主，也有部分家庭采用電取暖。整體來看，沼氣、天然氣、太陽能等清潔能源在F村的使用幾乎為零。村民環(huán)保意識(shí)很強(qiáng)，但環(huán)保常識(shí)匱乏。

第二，基于“碳源—碳匯”平衡的“碳中和”量化計(jì)算認(rèn)為，全村安裝分布式光伏規(guī)模需為1 000千瓦；戶均安裝分布式光伏規(guī)模需為2.34千瓦；人均安裝分布式光伏規(guī)模需為0.64千瓦，即可實(shí)現(xiàn)“零碳鄉(xiāng)村”?？紤]到F村戶均宅基地面積達(dá)509平方米，更考慮到農(nóng)戶并網(wǎng)收益問題，將戶均安裝容量設(shè)置為5千瓦，利用50平米的安裝空間不僅能夠能源自足，還有較大的收益空間。

第三，采用直接法與間接法計(jì)算2018年F村生活消費(fèi)能源碳排放情況，F(xiàn)村商品性能源碳排放比例高于非商品性能源，其中，散煤燃燒碳排放占比最高，介于47%～50%之間。用分布式光伏發(fā)電代替?zhèn)鹘y(tǒng)的秸桿、煤炭、柴薪、煤電等，可為環(huán)境減排1 225.6～1 436噸的CO2，環(huán)保性能突出。通過經(jīng)濟(jì)性分析可以看出，分布式光伏投資成本在農(nóng)戶可承受范圍內(nèi)，回本期約6年，純收益期約15～20年，在保證環(huán)保性的基礎(chǔ)上，兼具了光伏扶貧、光伏養(yǎng)老的社會(huì)任務(wù)。

綜上所述，F(xiàn)村僅僅是位于陜西關(guān)中地區(qū)一個(gè)擁有429戶、人口僅1 557人的小村落，用可再生清潔能源替代后，能夠減少碳排放1 225噸以上，為農(nóng)民提供15年以上的清潔電力收益。那么，全國有69萬以上的行政村，其中比F村太陽能資源更豐富的新疆、寧夏、甘肅、內(nèi)蒙、青海、山西、河北、西藏等地區(qū)行政村數(shù)量數(shù)十萬，建立“零碳鄉(xiāng)村”，實(shí)現(xiàn)零碳化，其經(jīng)濟(jì)效應(yīng)與環(huán)保效應(yīng)將蔚為可觀。星星之火，可以燎原，應(yīng)通過當(dāng)?shù)卣c中小民營企業(yè)合作共建“零碳鄉(xiāng)村”，加快推動(dòng)分布式清潔能源發(fā)展。