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撰文 | 刘尚炜

责编 | 冯灏

2023年初,煤改气、煤改电开展的第六个冬天,河北多地居民反映当地天然气公司限购天然气或者经常停气等问题,“河北天然气不足”冲上热搜。2017年北方地区清洁取暖改造工程实施以来成果显著,我国北方冬季的重污染天数大幅下降、空气质量大幅改善,但同时也导致部分居民、特别是农村居民取暖成本大幅提高,北方农村和小城镇出现居民“取暖难”、 “取暖贵”的实际问题,部分城市在冬季缺气缺电问题也偶尔发生[1]。

用不起气和电,就只能再悄悄地回去用煤,个别省市散煤复烧占比超过三成。据调查,一些采用高耗能、高运行成本的直热式电热器的农村,返煤农户比例更是高达80% [2]。

除了清洁取暖改造,在碳达峰、碳中和背景下屋顶光伏的发展也为居民建筑用能带来了新模式。2021年6月开始推行的整县推进光伏的政策提出试点地区农村建筑屋顶光伏总面积不低于20%。不少农村居民在这一政策下安装了屋顶光伏。

这本是一件很好的事情,但农村居民对于屋顶光伏缺乏基础知识,也没有闲钱能够全款购买光伏设备,所以农村居民安装光伏屋顶很少采用自己投资、自装自建模式,主要还是光伏贷款融资或者干脆直接把屋顶租出去。这种情况下,光伏发电的收益大都流向了企业方和资本方,农村居民收益则相对较少。还有个别企业搞阴阳合同、光伏骗局,导致农村居民背上了高额贷款,相当于对农村居民和农村宝贵的光伏资源“再一次剥削”

农村建筑在推行环保低碳技术时遇到的种种困难和问题,实际上也是我国城乡建设领域推进节能减排和低碳发展中遇到各种问题的缩影。清华大学建筑节能中心副教授魏庆芃长期从事建筑节能与城乡建设运行低碳发展研究与工程实践,他在接受《知识分子》访问时认为,核心问题是过去建筑节能或低碳发展的政策多是“重装不重用”,过于关注“用了什么节能技术产品”,而忽视“使用这些技术和产品后的实际运行能耗及碳排放是多少”。

在推行清洁取暖政策、整县光伏政策、以及各种建筑节能低碳发展政策过程中,如果只考核改了多少个煤炉、安了多少瓦光伏、用了多少保温,而不去关注实际使用能耗、实际建设和运行过程导致的碳排放,不去关注农村和城镇百姓从中是不是从节能低碳发展中真正长期收益了,恐怕是不行的,魏庆芃说。

农民付出了屋顶资源,却几乎没有从中受益

相比于城市,在农村推进节能减排的政策措施或者标准规范,难度更大。例如一些县级或者乡镇地方政府在推进煤改气煤改电、整县光伏的过程中,主要模式就是地方政府和大型企业商量合作,在农村居民家里安装上设备拍个照就算完成任务,很少去挨家挨户地过问农民会不会用、用不用得起、冬天室内温度怎么样、光伏发电能否省钱还挣钱,如果对农村居民到底从节能低碳政策和措施中受益是多少没有 “回头看”,这种政策注定是不可持续的。

以农村光伏屋顶为例,农民安装光伏屋顶后,一般电网对光伏发电的收购价是3至4毛钱一度电,而农民自己用电的价格一般都高于这个收购价,一般在5至8毛钱左右。这样一计算,如果农户安装光伏后,最合算的情况就是自发自用,这样等于用“免费”一度电能就节省5至8毛钱。

如果农户直接上网而不去使用光伏电力,本质上就是补助农村居民安装屋顶光伏,安装完了之后再以低价收购农村光伏的电力,农民卖光伏电赚来的钱大部分还要去还光伏贷款,最后农民付出了屋顶资源,却几乎并没有从中受益。有些地方企业安装完设备就了事,设备运行过程中出了故障也不再维修,农村居民的屋顶光伏发了电送不出去、或者发不出多少电,没有卖电收益还要偿还贷款,反而农村居民利益受损,进而对节能减碳政策产生抵触情绪。

要让农民从中受益,关键还是让农民先用起来光伏电,用足、用好光伏电。让农村居民用好光伏电,看起来是件小事,实际是一个复杂的系统工程。学术研究上,通常把用好光伏电理解为居民把自己的两个角色——光伏发电的生产者角色和用电的消费者角色——结合起来,变成一个光伏产销者(prosumer),学会最大化自己的经济收益。

这其中,“光储直柔”是非常适用的技术体系,即打造光伏发电、储能蓄电、直流供电、柔性用电的新型城乡低碳、甚至零碳能源利用系统。以清华大学建筑节能研究中心江亿院士、杨旭东教授等牵头与山西省运城市芮城县合作打造的光储直柔“芮城模式”为例,芮城县很早就开始建设集中光伏和集中风电基地,而且光伏和风电的发电量超过了芮城本地的用电需求,但是由于风光电发电和用电不匹配,所以仍然需要外购电力,而且仍在使用大量的化石能源。

当地的碳中和示范项目核心就是要把清洁风光电力用起来,包括车辆和农机具电气化并开发利用其储电功能,改造部分引黄灌溉系统成为既可灌溉,又可抽水蓄能的双功能系统,还有利用芮城产量大县优势发展生物质能等,再利用光伏发电驱动各种机械设备制造生物质燃料颗粒等。

对于普通农户,芮城县朱吕村进行清洁取暖改造试验是“管装还管用”的示范。安装屋顶光伏的农户,在冬天尽量采用光伏发电来取暖,在试验农户示范墙体储热技术,进行房屋保温改造并加装取暖计量设备,使农户发的清洁光电高效地用起来。

改变“劫贫济富”模式

对于居民,变成光伏产销者有很多物理条件、节能用能意识和操作困难。例如城镇居民多是在公寓式集合住宅中居住,每户实际分摊到的“可用于光伏发电的建筑物外表面”非常有限,不具备“光伏自发自用、零碳运行”的可能性。而别墅等低密度分散住宅具备一定的光伏安装条件,但售价较高、购买者多为“富人”阶层,如果再给这些低密度的住宅安装光伏提供补贴,等于是“劫贫济富”,更不合理

因此农村居民是最具备率先实现碳中和、同时又为全社会大幅度降低碳排放做贡献条件的。但目前农村居民屋顶光伏安装中,一般不包含储能设备(电池),因此光伏只在白天发电、多余的发电量返送电网,而居民一般的用电高峰都在傍晚开灯做饭的时候,这就要求居民安装光伏后改变用电习惯。

更普遍的情况是,农村虽然有了清洁、便宜的光伏电,但是农用机械用的还是柴油、烧水还是用煤,很多时候想用电也用不了。农村居民还要干农活、做家务,很多情况下都没有时间弄清楚光伏电怎么用好。而安装上光伏后,如果不安装发电计量设备,居民实际也不知道光伏有没有发电。

光伏发电在晴天、雨天和不同季节都有很大变化,在阴天居民也很难判断光伏发电有多少,而冬天光伏发电量有时候又比夏天少一半还多,所以居民要变成一个光伏产销者,还需要在不同天气、不同季节都改变自己的用电方式。国内外不少都研究表明,居民安装屋顶光伏后,并不一定能学会改变用电节奏[3]。

芮城的例子就表明,要想让清洁能源利用系统健康持续发展,一定不是装完就了事,而是需要系统化的改变农村用能体系,实现农村用能方式的整体转变。在政策上,“最难的地方就是结合实际因地制宜”,搞定制、不搞一刀切,搞系统工程、不搞装完了事。政策如果只关注装了多少,不从整个农村用能习惯和系统去改变,最后实际上浪费了依靠节能减碳实现农民增收、农业升级、农村大变样的历史机遇。

与农村的情况类似,要想降低整个城乡建设运行领域,即建筑部门碳排放,关键是要发挥“能源终端使用者”的力量,包括农村居民、城镇居民、各类公共建筑投资运维管理者、以及城乡能源供应系统基础设施的投资运维管理者,如集中供热公司等。

这种探索类似“小马过河”,例如,在农村光伏发电或者清洁供热设备的安装要和农村的生活、生产方式结合起来,去设计出一套可持续的、全产业链的体系。比如在广东、广西的一些农村,很多农户从事水产养殖的生意,不仅是“渔光互补”,而且利用光伏发电与养殖废水处理装置结合起来,再通过光伏增氧使鱼生长的更快、更健康,不仅是“光伏零碳鱼塘”,关键是促进了农民增收。

目前低碳技术的发展和碳中和的要求实际上给乡村振兴、城市更新、农业产业、建筑产业升级从而实现城乡建设与运行高质量发展提供了一次难得历史机遇。

例如,在过去,农村居民的用能往往被认为集中了“建筑节能的所有短板”:房屋体型系数大、保温性能差、撒气漏风严重,各种设备往往都是城市发展淘汰下来的低效、廉价的产品,用气、用电的基础设施也不齐全。但是今天在环保低碳的背景下,农村反而有大量城市没有的资源禀赋,农村地区光伏、地热、生物等零碳资源丰富,在碳中和要求下,核心应该是先思考农村地区怎么把零碳资源用起来、还要用好,先实现农村地区的用能自由和经济增收,然后再向周边城镇供应剩余的零碳的电力、零碳的热量和零碳的生物质能,甚至清洁、“零内含碳”的淡水、食物和空气。

而在城市,制造业的余热是城乡建筑冬季采暖的良好热源,污水处理过程中自然形成的热量、冷却数据中心机房机柜中的热量也是热泵供热的良好热源,办公、商场、酒店、医院、交通枢纽等公共建筑通过节能低碳改造不仅能大幅度降低自身运营能耗和成本,还可以提升室内环境品质、服务更多人群、创造更大价值。

就好像家电下乡,企业直接下到村里面

相比以“市”或“县”为单位整体推进碳中和,“定制”应该从更具有实操性的曾经出发,例如农村可从村一级尺度出发推行实现“一村一策”,这是因为一个市或者一个县下面各个镇、各个村的资源禀赋、经济情况个能差异很大,一刀切的做法还不可以持续,但一个村内部相对资源条件差别不是特别大,可以以村为单位搞试点。

芮城的试验就是先从一个村开始,在村里做试点,在一个村成功了,再看看其他地方的村怎么办。利用好村民相互之前的传播效应,并且做好聚类、分类分析,这样每个镇、每个村都这么搞起来,整个国家的农村面貌也就改变了。城市的情况类似,城市中的公共建筑“一楼一策”,制造业园区“一园一策”、集中供热或供冷系统“一站一策”等,关键在于实现节能降碳、降费增收的真实效果,取信于百姓,再去影响投资者、建设者、运营者。

不过从政策激励上看,自下而上的试验方法虽然有着灵活、可持续的优势,但也面临着收效慢、执行难、考核难等许多挑战。无论是清洁取暖改造还是整县推进光伏,改造的清洁取暖户数和光伏安装数都是政绩,基层有了考核指标,地方干部有动力去推进,这种自上而下政策有很强的速度优势和执行优势。但对于自下而上的政策,需要改变这种只看显绩、只看指标的政绩观。

2020年以来,一批“零碳园区”、“零碳建筑”、“零碳机场”开始设计建设或改造更新,但“雷声大、雨点小”,“口号多、落地少”,目前尚缺乏经过工程实践检验的系统集成或示范,缺乏大量真实可信的数据支持,也缺乏技术、工程、市场、金融等方面相关经验、有效做法的总结。

应该总结经验教训,从1到N、由下自上,星星之火可以燎原。这种星星之火也必须要让企业有动力参与,有市场机制来保障。目前的政策执行方式下,企业主要和政府合作,县或市尺度的改造都是大项目,企业参与积极度较强,当然这也存在一定的寻租空间,而“终端使用者”并不能参与其中。城市当中的城市低碳更新、公共建筑能效提升、供热系统节能改造等,也有相应的激励政策,都是落实到具体项目中,“谁节能谁受益”。

因此,未来让企业有动力参与村一级的建设,重点是要构建扁平化的推进体系:“就好像家电下乡,企业直接下到村里面,而不是先和县里谈一个合同再到村里安装”。这种扁平化的体系要保证补贴直接到农民手上,而不是层层下拨,防止“中间商赚差价”。像推广家电下乡一样推进农村的光伏产业链建设,利用电商、短视频卖货等新手段,让企业去抓住农民真实的需求,就能保证光伏装的上,也用的上。

农民自主安装光伏等清洁能源设备、城市更新和公共建筑节能改造等过程中,筹措资金也会是一个重要的困难。现在政策以企业主导,企业借贷要比农民自己借贷容易很多,企业借贷中大型企业显然要比广大中小型企业、民营企业容易的多,这也使得“自下而上”的减碳路径实施起来更加困难。例如农户借贷困难很多,农民的还贷能力弱、信用也比较差,所以农民借贷投资光伏难度很大,城市当中的中小型和创新型节能服务公司遇到的情况也是类似的。这需要国家在绿色金融推进过程中,建立针对农村、农业、农民的节能降碳绿色发展的信贷制度,发展一个服务农村、农民、农业的绿色金融系统,因为当光伏在农村、农户屋顶等安装完成后,只要农民真的用上了清洁便宜的光伏电,用光伏发电开展农业生产生活活动,就会有收益,就能产生现金流,项目就能活起来。城市中的节能改造、低碳更新等也是类似的,关键是要探索节能减碳“真节能、真降碳、真省钱、真挣钱”的市场机制,从而创造中国特色“内生增长”的减碳路径。

碳中和要把用电变成上网一样“免费”

这种有收益、“活起来”的项目也有现成的例子,就是近几年快速发展的工商业分布式光伏“自发自用”到“光储直柔”。过去十几年,光伏发电的成本下降超过了90%,很多地方光伏的度电成本已经比煤电还要便宜,如果业主可以在屋顶安装光伏,还省去了电力传输成本;而如果业主可以用好光伏电力,不仅有助于碳中和,还能大幅降成本。过去几年间中国分布式光伏的崛起的一个重要原因就是业主尝到了安装光伏降成本的甜头。

这种降成本收益对于工商业特别明显。由于存在交叉补贴,工商业用电价格比民用一般高,如果安装光伏并且用上光伏电力,减下来的成本也越大。最近几年工商业屋顶安装光伏收益率普遍高于10%,有一些甚至到了20-30%,所以掀起了一波安装分布式光伏的热潮。

2021年,中国分布式光伏装机量超过29GW,占中国全部光伏装机量的55%(其余为集中式光伏电站),仅分布式光伏的装机量就超过了美国和印度当年全部光伏装机量之和。这种分布式光伏的快速发展正是调动起工商业主自身积极性的结果。

“比如2010年左右,一些有空间资源的公共建筑并不愿意在屋顶、车库顶安装光伏,但是后来安了一点,就马上发现了光伏发电自发自用的经济收益,电费降下来了,所以就开始扩大光伏的规模,白天、特别是夏天用电高峰期正好也是发电量高峰期,不需要昂贵且有安全风险的储电,光伏发电量与建筑用电量、和峰谷电价的曲线正好吻合,光伏发电、自发自用的效益最高”,这种把光伏和业主用电特征结合起来的方式,就是未来城乡零碳能源利用系统发展的典型特征。“碳中和绝不是要实现能源孤岛零碳,而是全社会协同实现碳中和的经济、社会、环境、文化效益都最大化”。

所谓碳中和,在消费侧不是要抑制消费,不是让大家勒紧腰带过苦日子,恰恰相反,碳中和是要让大家实现能源消费自由。“碳中和转型是要把能源消费的边际成本和碳的边际成本降为零”。

所谓边际成本、边际碳排放,就是多消费一度电的产生的成本和碳排放,在煤电时代,发电的成本主要都是燃料即煤的成本,所以边际成本高、边际碳排放也高,但是碳中和时代大量光伏、风电、储能构建的电力系统中,成本主要是初始的设备投资,边际的成本和边际的碳排放都接近于零,如果利用好这个特征设计用能系统,就能实现碳中和的同时,实现用能的自由。

这种用能的自由就好像人们打电话、上网的发展历程一样。

上世纪九十年代出现了手机通讯,但电话费很贵、接听还要收费、漫游也要收费,大家打电话都很注意节省,直到慢慢地取消双向通话收费、取消漫游费。同样,在2G或3G时代,流量价格都很高、网速还慢,流量消费就很受限,大家都不敢开流量看视频。但随着Wifi的普及和流量成本的下降,目前网费主要和上网的容量(宽带)有关,边际成本(流量消费)低了很多,流量焦虑就成为了历史。

在电力系统实现碳中和的过程,也会存在这种从用电量焦虑(例如现在通过梯级电价来引导行为节能),到用电量自由的转变。在未来的碳中和系统中,有可能我们的电力消费就会和现在的Wifi一样,成本取决于家庭的用电容量需求(用多少千瓦的容量),而用电量就变成自由的。

目前碳中和政策的很多问题都是一刀切,缺少和普通居民的沟通,“过去三年抗疫给我最深刻的体会就是要把政策和老百姓讲清楚,别把碳中和搞的好像企业的对立面、人民的对立面,讲清楚人民从中的收益,这一点很关键”,实现碳中和是改革机遇,而且能够使大家能源消费更舒心。

魏庆芃引用清华大学建筑节能研究中心主任江亿院士在2007年第一本《中国建筑节能年度发展研究报告》时前言中的话,“不同于‘嫦娥探月’或三峡工程这样的单项重大工程,建筑节能是一项全民工程”。

  参考文献:

[1] Liu, S., Liu, H., & Mauzerall, D. L. (2022). Improving Building Envelope Efficiency Lowers Costs and Emissions from Rural Residential Heating in China. Environmental Science & Technology.

[2] 煤控研究项目, 散煤治理研究课题组,. 中国散煤综合治理研究报告2020

[3] Fox, N. (2023). Increasing solar entitlement and decreasing energy vulnerability in a low-income community by adopting the Prosuming Project. Nature Energy, 1-10.

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由饶毅、鲁白、谢宇三位学者创办的移动新媒体平台,现任主编为周忠和、毛淑德、夏志宏。知识分子致力于关注科学、人文、思想。我们将兼容并包,时刻为渴望知识、独立思考的人努力,共享人类知识、共析现代思想、共建智趣中国。

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