山西省芮城縣碳中和路徑

尚玉良

芮城縣隸屬于山西省運(yùn)城市，位于山西的最南端，黃河中游拐彎處金三角地區(qū)，與陜西、河南隔河相望，素有“雞鳴一聲聞三省”的美譽(yù)。境內(nèi)北依中條山，南臨母親河，全縣國(guó)土面積1176平方公里，轄8鎮(zhèn)2鄉(xiāng)151個(gè)建制村10個(gè)社區(qū)。2021年末，全縣總?cè)丝?3.4萬(wàn)人，其中城鎮(zhèn)常住人口17.3萬(wàn)人，鄉(xiāng)村常住人口16.1萬(wàn)人，共12.3萬(wàn)戶。

2021年芮城縣地區(qū)生產(chǎn)總值116.83億元，同比增長(zhǎng)10.7%，高于全國(guó)平均增速2.6個(gè)百分點(diǎn);人均GDP為34979元，城鎮(zhèn)居民人均可支配收入35552 元，農(nóng)村居民人均可支配收入14578元;三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比例為29.9：25.3：44.8。

縣域清潔能源發(fā)展概況

在生態(tài)文明建設(shè)引領(lǐng)下，芮城縣大力發(fā)展集中式光伏電站，2016年以來(lái)全縣集中式光伏電站總裝機(jī)容量達(dá)到97萬(wàn)kW，總投資59.2億元;自2015年開(kāi)始積極發(fā)展風(fēng)電，總裝機(jī)容量達(dá)32萬(wàn)kW。先后榮獲全國(guó)光伏領(lǐng)跑技術(shù)芮城基地、全國(guó)主要農(nóng)作物全程機(jī)械化示范縣、國(guó)家級(jí)生態(tài)原產(chǎn)地產(chǎn)品保護(hù)示范區(qū)、全國(guó)休閑農(nóng)業(yè)與鄉(xiāng)村旅游示范縣、國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)示范縣等10余塊國(guó)家級(jí)金字招牌。

芮城縣清潔能源體量全省領(lǐng)先，目前總裝機(jī)規(guī)模達(dá)到129萬(wàn)kW，包含了97萬(wàn)kW集中光伏和32萬(wàn)kW風(fēng)電，縣域內(nèi)無(wú)燃煤、燃油、燃?xì)獾V產(chǎn)，化石能源全部外購(gòu)。

全縣一次能源消費(fèi)種類(lèi)主要包括煤炭類(lèi)（原煤、焦炭、粉煤灰、煤矸石），石油類(lèi)（汽油、柴油），天然氣以及可再生電力（光電、風(fēng)電）。2019年全社會(huì)用電量7.24億kWh，縣域內(nèi)年消耗燃煤燃?xì)饬?6萬(wàn)噸標(biāo)煤，包括工農(nóng)業(yè)、建筑、生活等;年消耗燃油3.7萬(wàn)噸標(biāo)煤，主要用于交通和農(nóng)業(yè)機(jī)械;由于能源導(dǎo)致的直接碳排放54萬(wàn)噸二氧化碳，間接碳排放43萬(wàn)噸二氧化碳，總計(jì)97萬(wàn)噸二氧化碳。本地可再生電力發(fā)電上網(wǎng)13億kWh，按照國(guó)家平均度電排放因子計(jì)算，可抵消本地78萬(wàn)噸二氧化碳排放。

芮城縣實(shí)現(xiàn)碳中和的挑戰(zhàn)、目標(biāo)和原則

從能源結(jié)構(gòu)看，芮城縣實(shí)現(xiàn)碳中和主要面臨兩個(gè)方面的挑戰(zhàn)。一是解決工業(yè)、農(nóng)村采暖、交通等領(lǐng)域的燃料來(lái)源，減少由于化石能源使用造成的直接排放。工業(yè)企業(yè)蒸汽鍋爐和其他工業(yè)加工用煤和燃?xì)狻⑥r(nóng)村采暖用煤、居民生活用氣、交通和農(nóng)機(jī)具用油造成了直接碳排放54萬(wàn)噸。二是克服風(fēng)光電與用電的不匹配，降低從外電網(wǎng)取電造成的間接碳排放。雖然芮城縣本地風(fēng)光電發(fā)電已超過(guò)本地用電，但由于風(fēng)電光電發(fā)電與用電存在季節(jié)和日內(nèi)的不匹配，芮城縣用電只消納了60%的本地可再生電力，仍有40%的電是從外電網(wǎng)取電。因此，芮城縣實(shí)現(xiàn)碳中和，需要把握1個(gè)發(fā)展目標(biāo)和5項(xiàng)基本原則。

1個(gè)發(fā)展目標(biāo)，即在實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)全面發(fā)展，人均GDP達(dá)到全國(guó)平均水平前提下，實(shí)現(xiàn)2025年之前全縣域內(nèi)碳排放達(dá)峰，力爭(zhēng)在2035年之前在全縣域內(nèi)實(shí)現(xiàn)碳中和。5項(xiàng)基本原則，一是充分開(kāi)發(fā)利用“零碳能源”的各種資源;二是資源開(kāi)發(fā)利用的收益要優(yōu)先使資源擁有者獲益;三是以全縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)全面進(jìn)步為目標(biāo)，而不是以開(kāi)發(fā)者最大收益為目標(biāo);四是技術(shù)、政策、機(jī)制全面創(chuàng)新，以滿足能源革命的要求;五是充分發(fā)揮試點(diǎn)的“示范”功能，探索技術(shù)、政策、機(jī)制的全面創(chuàng)新試點(diǎn)。

芮城縣實(shí)現(xiàn)碳中和的主要手段

通過(guò)分析研判，芮城縣為實(shí)現(xiàn)碳中和制定了四大主要任務(wù)和相應(yīng)的重點(diǎn)工程。

主要任務(wù)一：以光伏電力為主，實(shí)現(xiàn)全面電氣化。

農(nóng)村“光儲(chǔ)直柔”村級(jí)直流微網(wǎng)工程。按照可利用空閑屋頂70%計(jì)算，可裝機(jī)160萬(wàn)kW。主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)目標(biāo)：一是戶內(nèi)建成獨(dú)立戶級(jí)直流微網(wǎng)，戶均裝機(jī)20kW，滿足炊事、采暖、家電用電需求，每戶配3～5kWh蓄電池，采用電熱膜蓄熱墻解決30～40m2/戶的采暖需求，剩余電量送到村級(jí)直流微網(wǎng)。二是村內(nèi)建成村級(jí)直流微網(wǎng)，村級(jí)網(wǎng)配置若干光伏和儲(chǔ)能，滿足街道照明、公共充電、生產(chǎn)設(shè)施用電，利用電動(dòng)車(chē)、公用大型電動(dòng)農(nóng)機(jī)及農(nóng)副業(yè)生產(chǎn)設(shè)備有序充放電，調(diào)節(jié)上網(wǎng)供電功率和時(shí)間。工程建成后可實(shí)現(xiàn)農(nóng)村地區(qū)年發(fā)電20億kWh，自用6億kWh，外送電力14億kWh。

主要任務(wù)二：利用產(chǎn)糧大縣優(yōu)勢(shì)，充分發(fā)展生物質(zhì)能。

生物質(zhì)能開(kāi)發(fā)和商品化利用工程。芮城是產(chǎn)糧大縣，有豐富的生物質(zhì)資源，目前除滿足飼料等要求外，主要是秸稈還田。未來(lái)將取消秸稈還田，作為商品能源深度開(kāi)發(fā)利用，建立35萬(wàn)kW生物質(zhì)燃料電廠，補(bǔ)充冬季電力短缺，并通過(guò)熱電聯(lián)產(chǎn)為縣中心城區(qū)集中供熱。

主要任務(wù)三：全面實(shí)現(xiàn)車(chē)輛電氣化，解決光伏電力調(diào)蓄

城鎮(zhèn)區(qū)域發(fā)展建筑屋頂光伏，建立智能有序充電樁網(wǎng)絡(luò)工程。城鎮(zhèn)屋頂目前可開(kāi)發(fā)利用安裝光伏42萬(wàn)kW，預(yù)計(jì)年發(fā)電4.5億kWh。主要實(shí)現(xiàn)汽車(chē)全面電氣化，芮城全縣至少有7萬(wàn)輛私人和公務(wù)乘用電動(dòng)車(chē)，規(guī)劃建設(shè)8萬(wàn)個(gè)充電樁，日蓄電能力280萬(wàn)kWh，可基本解決城區(qū)非工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的電力調(diào)蓄（日用電350萬(wàn)kWh），全縣域建設(shè)有序充電樁網(wǎng)絡(luò)，“一位一樁”、“既停既插”、有序充放電，推動(dòng)形成新的充電文化和用電文化。

主要任務(wù)四：改造部分引黃灌溉系統(tǒng)，解決電力調(diào)蓄。

引黃灌溉站改造為引黃灌溉與抽水蓄能雙功能電站工程。利用原來(lái)的引黃灌溉工程，在抽灌站排水點(diǎn)修建蓄水池，可對(duì)一天內(nèi)的峰谷變化進(jìn)行調(diào)節(jié)，也可解決幾天內(nèi)的連陰天缺電問(wèn)題。

芮城縣實(shí)現(xiàn)碳中和的三個(gè)階段

根據(jù)上面介紹的四大任務(wù)，芮城縣實(shí)現(xiàn)碳中和的過(guò)程可拆解為三個(gè)階段，逐一攻破。

第一階段，2026年實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)碳排放為零。能源系統(tǒng)碳排放允許通過(guò)向外凈輸出可再生電力來(lái)抵扣自身消耗化石燃料導(dǎo)致的碳排放。這一階段的主要任務(wù)為：（1）大力發(fā)展城鄉(xiāng)屋頂光伏及集中風(fēng)光電;（2）城鄉(xiāng)用能電氣化，替代化石能源。

第二階段，2035年實(shí)現(xiàn)化石能源直接碳排放為零。這一階段主要任務(wù)為：（1）開(kāi)發(fā)利用并商品化生物質(zhì)能，替代部分無(wú)法電氣化的工業(yè)流程所消耗的化石燃料，同時(shí)利用余熱為城鎮(zhèn)清潔采暖;（2）建立生物質(zhì)電廠，補(bǔ)充冬季電力短缺，并通過(guò)熱電聯(lián)產(chǎn)為縣中心城區(qū)集中供熱。

第三階段，2035年實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)碳排放為零。這一階段主要任務(wù)為：（1）建設(shè)抽水蓄能電站，解決幾日內(nèi)的電力供需調(diào)節(jié);（2）發(fā)展“光儲(chǔ)直柔”建筑，建設(shè)有序充電樁，開(kāi)發(fā)利用電動(dòng)車(chē)和農(nóng)機(jī)具的蓄能能力，實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)建筑柔性用電，增加日內(nèi)的電力供需調(diào)節(jié)能力。