“双碳”背景下,中国农村能源转型迎来重大机遇。

一方面,农村拥有巨大的屋顶空间资源,据清华大学研究,全国农村可安装屋顶光伏的规模高达20亿千瓦,年发电量潜力约为2.5万亿千瓦时。另一方面,农村也面临着淘汰散煤、提升用能效率、实现清洁取暖的紧迫需求。

如何将负担转化为优势?一种新型建筑能源系统——“光储直柔”,正从学术构想落到田间地头。

2023年,国务院印发的《2030年前碳达峰行动方案》中提出:“提高建筑终端电气化水平,建设集光伏发电、储能、直流配电、柔性用电于一体的‘光储直柔’建筑。”这一文件,为农村能源转型注入了强劲的政策动力。

那么,这套系统在真实的农村生活中是怎样的?它究竟是遥不可及的概念,还是触手可及的未来?

胜利村‘光储直柔”农宅(宁夏新阜特能源服务有限公司供图)

一栋样板房

宁夏银川市永宁县胜利乡胜利村,一栋白色外墙的现代农宅在传统院落中格外醒目,这是村民陈建文的家。这座约160平方米的建筑,从外观来看平平无奇,但内核却不一般,是一栋承载着“光储直柔”理念的示范建筑:

光,即光伏发电。这栋建筑的屋顶并未使用传统瓦片,而是铺设了光伏板。这些光伏板在阳光照射下,将光能转化为绿色电力,为整座建筑提供能量来源。

储,即储能系统。屋内的储能设备,如同大型“充电宝”,将屋顶光伏产生的富余电能存储起来,在夜间或用电高峰时释放,保障家庭的持续用电。

直,即直流配电。陈建文的家中布设了直流微电网,并配备直流插座、直流电器,消除了交直流转换的损耗,从而提升了用电效率。

柔,即柔性用电。在“光”“储”“直”的协同下,陈建文的家能够实时感知电网状态与自身发电情况,主动、灵活地调节空调、热水器等大功率电器的运行模式,与电网友好互动,从而有效平抑电网波动。

如果这样的建筑能够连片发展,它们还能通过区域微电网相互支援,共同应对电网的“削峰填谷”挑战。然而,这栋房屋的建设过程并不顺利。

理想与现实的距离

将这栋“样板房”变为现实,背后是长达四年的艰难游说。

“我们找到第四个村,他才愿意把他的宅基地拿出来,而且愿意掏一部分钱来做这个事情。”宁夏新阜特能源服务有限公司执行董事伏彦彪感慨道。这栋每平方米造价超过6000元、技术和材料对标国际一流的建筑,总成本近百万。尽管农户投入不到一半,但高昂的造价和全新的概念仍是横亘在大多数农民面前的一道鸿沟。

“农民对‘光储直柔’这种技术能带来的好处,认识不够。”伏彦彪点出了问题的关键。这也引出了一个更深层次的疑问:既然传统的屋顶光伏租赁模式(企业租用农户屋顶,所发电量全额上网)正在形成,为何还要大费周章推广“光储直柔”?

伏彦彪认为,关键在于,一定要让光伏资产真正属于农户,让农户本人成为最大的受益者。

传统租赁模式下,农民仅是屋顶的出租方,获得的租金有限,用电模式和体验并未发生根本改变,对屋顶光伏资产的归属感和维护意愿也相对较弱。而“光储直柔”农宅,则将能源系统作为完整建筑的一部分,将其所有权和使用权还给了农民,使其能直接享受清洁电力带来的生活品质提升。

能源基金会低碳城市项目主任赵言冰在评价胜利村项目时,多次用到了“完美样本”这个词。她认为,这样的样本“让中国未来农村的样子,从理想照进了现实”。它展示了一条不同于单纯租赁屋顶,而是以农民为主体、激发内生动力的能源转型路径。

三大核心问题待解

然而胜利村的样本要大规模复制推广,必须直面三个核心问题。

第一,为什么是“光储直柔”,而非单纯的光伏?

“光储直柔”概念的提出者、中国工程院院士、清华大学教授江亿曾强调,其核心作用在于调整用电供需关系,根本目标更接近新型电力系统的构建。

单纯的光伏上网,农民仍是电网的被动接受者。而“光储直柔”系统通过储能和柔性调控,使农宅成为一个集发电、储电、智能用电于一体的独立能源节点。

随着分布式光伏爆发式增长,许多农村地区因电网容量不足而被划为“红区”,无法新增光伏并网。“光储直柔”系统中的储能和柔性负载,通过平滑光伏出力和在本地消纳大部分电力,能够根据电网的调度需求或价格信号进行响应,缓解对电网的冲击。

直流配电也减少了交直流转换的损耗,系统效率更高。同时,储能设备保障了夜间和恶劣天气下的用电可靠性,让农民敢于使用更舒适但耗能更高的热泵采暖等设备,真正提升生活品质。

第二,样板房能否成为“普通商品房”?

胜利村的样本虽好,但其可复制性面临严峻挑战。

成本门槛高,百万级的造价是目前最大的“拦路虎”,需要通过技术创新、规模化生产和产业链整合等方式降低成本。

技术与产品生态不成熟,市场上缺乏丰富、廉价的直流输电产品,直流配电系统的关键设备也尚未标准化、规模化。

存在商业模式与政策壁垒,比如“隔墙售电”在实际操作中仍面临挑战,限制本地能源优化配置。同时,如何将柔性用电为电网提供的辅助服务价值变现,形成可持续的商业模式,仍需探索。

第三,农村能源的终极形态是什么?

单个的“光储直柔”建筑是基石,其价值的最大化在于连接成网。能源基金会首席执行官兼中国区总裁邹骥指出,“光储直柔”是多个领域跨界融合的新交叉学科领域,是一项新的业态、新的产业,需要建筑、电力、交通、数字信息等产业的协同。

赵言冰认为,未来可以通过区域微网集中储能来降低成本。将分散在各户的储能资源,通过智能微网聚合起来,可以形成强大的虚拟电厂资源,既保障村级的用能安全,又能参与更广域的电网调节,进而产生额外收益。

宁夏胜利村的这栋“光储直柔”农宅,勾勒出中国农村能源未来的模糊轮廓。当一栋栋农宅成为一座座微型的绿色发电厂和储能站,当村庄从能源负担区变为能源供给区,我们收获的将不仅是蓝天白云,更是一个更具韧性、更富活力、真正实现能源自立的新农村。(孙忠一 罗梓兮 谭乔)