朱吕村落基于墙体储热的光伏供暖技能现场施工图（来源：清华大学建筑节能研究中央）
在江亿院士的统筹及领导下，清华大学建筑节能研究中央（以下简称：研究中央）正在与山西芮城县互助，采取“光储直柔”技能对朱吕村落进行第一期的清洁取暖和改造，经历过第一期的考试测验和项目落地，大家对下一步的整村落全面示范充满期待。
在全国屯子能源低碳转型的浪潮中，已经有不少地方积极实践考试测验。试点上述“光储直柔”技能的山西省芮城县便是个中的引领者之一。2020年，研究中央到山西省芮城县互换稽核，确定可将芮城作为低碳发展的试点县，提出了2025年实现碳达峰，2035年实现碳中和的目标，并将韧性与原谅性协同发展的理念融入到芮城碳达峰碳中和发展方案中。
协同发展低碳、韧性与原谅性，或许是对抗能源转型中不愿定性、保持稳定性和可持续性的关键。未来，芮城样板能够持续为地方的转型实践供应生动参考。
低碳发展试点县的上风
研究中央经由调研后创造，芮城县内无燃煤、燃油、燃气矿产资源，所有的化石能源全部依赖外购，同时具备非常可不雅观的风电光伏发展潜力。其太阳总辐射量在4600～5040 MJ/m2·a之间，属于国家市场监督管理总局、中国国家标准化管理委员会于2019年发布的《太阳能资源评估方法》标准之下的资源丰富区。同时由于独特的地形条件，该县区域内风资源丰富。此外由于是农业大县，每年可网络的小麦和玉米秸秆都在60万吨以上，能够就地获取丰富的生物质资源。
朱吕村落当地采图（来源：清华大学建筑节能研究中央）
彼时芮城县内已建成了两期100万千瓦集中光伏基地，年发电11.6亿千瓦时；建成17万千瓦集中风电基地，年发电1.55亿千瓦时。
然而研究中央也创造，虽然当时芮城县的用电量已经小于其风光发电量，但县内仍有大量化石能源花费。
基于此，研究中央以碳中和为目标，对芮城县进行了社会经济发展预测与方案：2035年芮城县总用电量为33亿千瓦时，生物质用量25.3万吨，煤炭、天然气、石油等化石燃料用量减为0，完备被零碳电力或生物质燃料取代。
碳中和目标的履行，受到了芮城当地政府的高度重视。 2020年11月，芮城县委、县政府委托清华大学建筑节能研究中央研究编写芮城碳达峰碳中和发展方案，希望成为国家碳中和示范县，全面考试测验创新的干系技能、政策、机制，并在干系事情上给予了大力支持。
自然资源上风和地方政策支持，使得碳中和的芮城样本成为可能。值得一提的是，研究中央为芮城方案的方案，因此达到知足动态实时意义上的碳中和为目标，而非大略将用能和产能做总量平衡。为此，研究职员们综合考虑能源构造中电力系统的时变性，定义了三种碳排放打算边界，对芮城能源体系整体的排放情形进行核算，方案出芮城逐年的碳排放曲线，并操持分阶段实现县域内的碳中和。
根据研究中央操持，芮城县须要从全面发展光电、化石燃料替代、办理电力调控三方面动手开展事情，基于“光储直柔”和“生物质能”技能培植屯子新型能源系统。方案的第一步，便是通过充分开拓利用当地房屋空闲屋顶，发展光伏发电，使其成为紧张能源，实现全面电气化。
未来，芮城还要充分发挥产粮大县的上风，发展生物质能，除理解决冬季和连阴天电力供应及中央城区供热事情之外，加工的商品燃料还能知足部分工业生产需求，乃至进行能源外输。
研究中央还操持推动芮城县车辆和农机具电气化，并开拓利用其储电功能，培植充电桩系统；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；还有建筑柔性用电、工业用电自行调蓄与风光供给实现协同等。
充分利用芮城上风，发展光储直柔与生物质能技能
“要想保持芮城项目的可持续性，就在工程推进的过程中秉持‘先易后难，先小后大，先屯子后城市’的原则，示范先行，有步骤地推进每一个示范项目，担保每一步走得踏实稳定。”清华大学建筑学院副院长杨旭东教授在评价芮城项目时表示，“对付庄家光储直柔示范，首先就要办理庄家的冬季取暖和问题，然后再用光伏发电办理庄家的整年用电问题，在此根本上建立整村落的新型电力系统覆盖整村落的生活、交通的用能。”在这过程中，“光储直柔”和“生物质能”技能是芮城碳中和的整体方案的根本和重点。
“光储直柔”是一种清洁能源综合利用新模式。“光”和“储”分别指分布式光伏和分布式储能，作为建筑配用电系统主要组成部分；“直”指建筑配用电网的形式发生改变，从传统的互换配电网改为采取低压直流配电网；“柔”则是指建筑用电设备具备可中断、可调节的能力，使建筑用电需求从刚性转变为柔性。
“‘光储直柔’不仅仅可以用在城市，屯子也可以大力推广。”江亿院士曾经在采访中指出，“按照现在对屯子房屋现状的调查统计，只要把现有屋顶的闲置空间都充分利用，安装光伏，不仅可以办理农人的生活用能、生产、交通用能，还可以有一部分电用来发电上网，成为屯子新的经济收入。”
虽然面临着光伏产品本钱高、电能质量不稳定和并网难的难题，但屋顶光伏的效果已经在芮城一期试点过程中有了直不雅观的表示。“我们在种苹果的芮城县朱吕村落选取的5户示范户进行基于墙体储热的光伏供暖技能示范，只管由于部分示范户的房屋构造等缘故原由，没能全部按照空想情形下的设计图纸进行施工只管由于部分示范户的房屋构造以及庄家接管度等缘故原由，没能全部按照仿照最佳方案的设计图纸进行施工，但是通过全体供暖季的室温监测，庄家室内的黑球温度在60%以上的韶光都高于16摄氏度，完备可以知足庄家的供暖需求。”通过这5户示范，得到每户在全体供暖季的两千多个小时的测试数据，进而验证了这个技能的可靠性，研究中央的博士生职远对这个项目抱有信心。
庄家进行住宅保温改造（左）和供暖系统的电力计量及掌握模块（右）（来源：清华大学建筑节能研究中央）
在实践运用“光储直柔”技能的同时，芮城还有广阔的“生物质能”技能发展空间。生物质能一样平常取材于农林废弃物、生活垃圾及畜禽粪便等，具有环境友好、本钱低廉和碳中性等特点。但是，由于对生物质资源处理利用的核心技能存在瓶颈等，大部分生物质资源并未能有效资源化利用。
研究中央剖析了芮城的生物质能资源运用情形后创造：芮城县生物质资源总量约25.3万吨标准煤当量（tce），即具备节约25.3万吨标准煤的潜力，目前却紧张用于秸秆还田。
为此，研究中央方案了“生物质能”技能的三种运用处景。
首先是生物质清洁燃料加工，可以输出生物质燃料发卖给大型工业锅炉或燃煤电厂进行混燃，这样不仅可以办理秸秆确当场消纳问题，而且能为庄家增加种地收入, 待调峰型生物质热电厂建成后，还可采取直燃的办法与生活垃圾一起共同作为热电厂的燃料来源。其次是生物质热电厂，利用生物质发电、供热，还可以起到电力调峰的浸染。
此外还可以利用生物质生产生物天然气，对付禽畜粪便类制沼气，采取“分布化发酵、集中化提纯”生产生物天然气的技能路线，终极在全县范围内培植分布式有机废物多相流沼气-微藻-有机肥生产集成站和生物天然气提纯站，用以生产优质燃气，知足工业需求，同时分离出的二氧化碳还可以用于食品、工业生产等领域，形成碳汇资源。
芮城庄家用于做生物质质料的自加工桔梗压块（来源：清华大学建筑节能研究中央）
在以“光储直柔”和“生物质能”技能为核心的碳中和项目落地芮城后，如何保持芮城项目的可持续性，并将芮城样本复制推广到其他地区，成为低碳发展过程中须要思虑的问题。
在研究中央看来，先将屯子示范做好，再结合屯子项目的履历和根本办理城镇问题。其余，保持项目可持续性最主要的一点便是在项目设计环节要考虑到项目建成后的长期运行和掩护的问题，包括权利归属、利益共享机制的建立等。要让项目发挥长久的浸染，就要让参与方有长久的收益和积极性。
杨旭东认为，芮城方案的项目目前已具备推广的条件，但在推广时要把稳因时制宜，不能大略地复制粘贴，要基于当地的实际情形结合合理的顶层设计乃至预测模型，做出符合当地条件和需求的“芮城方案”。
能源转型的韧性与原谅性发展
当能源变革哀求能源构造从化石能源为主体转变为可再生能源为主体，当景象变革风险日渐显著，能源系统面临的风险不仅限于自然环境风险加强，还有因景象变革加剧的极度景象给产能效率、产量乃至是供应输配举动步伐带来的风险。在这些风险的威胁下，能源变革必须在实现低碳发展的同时实现韧性发展。
图片来源《能源转型的低碳、韧性、原谅性发展》
“可再生能源面临的最大的问题便是不稳定”，正如杨旭东指出的那样，“而韧性发展可以在达到预期目标的同时兼顾稳定性和抗滋扰能力，比如可以利用储能、负荷转移等手段使得极度景象也能保持能源稳定供给，知足人们生活与生产的能源需求；或建立自我消纳的新型电力系统，在外界电网涌现故障的时候也能担保自身平稳运行。”
以芮城为例，采取储热技能以及分布式移动储电技能，可以战胜景象对电力系统的影响，纵然在夜间或阴雨天，也能担保庄家的基本用电需求和供暖需求。分布式能源也十分符合村落庄住宅分散、地区偏远的特点。在屯子能源变革中，“分布式能源”将成为能源体系实现低碳转型和韧性发展的主要手段。
图片来源《能源转型的低碳、韧性、原谅性发展》
芮城培植碳中和示范县是在各级政府部门、研究机构、企业、庄家等多方互助和共同摸索中逐步推进的。兼顾各方需求，为各方可能受到的影响供应办理方案，实现本钱的合理分担和收益的合理分配，践行原谅性发展是能源转型项目顺利推进的主要保障。
图片来源《能源转型的低碳、韧性、原谅性发展》
“原谅性发展是达到预期目标的同时让更多方参与进来，带动更多的家当发展，让更多的人沾恩。比如，通过建立屯子新型电力系统，可以促进电器直流化、农机具电气化、清洁取暖和等的发展。”杨旭东阐明道，“发展可再生能源，促进能源转型，带动家当升级，同时降落污染物和碳排放，也是原谅性的表示。”
江亿院士还进一步肯定了发展屯子新型电力系统对付村落庄振兴的主要意义：“低碳能源转型已是国家发展计策，培植新型屯子配电网是发展大势所趋，要明确低碳能源转型方向，通过能源转型拉动村落庄振兴培植。培植新型屯子配电网将与村落庄振兴培植计策紧密结合，未来将在屯子开展‘光储直柔’系统，充分开拓利用屯子各种闲置屋顶资源，发展光伏发电。”
对芮城来说，光伏供暖、电动农机具、直流电器、智能充电桩等多领域的折衷，不仅使该县居民得到了取暖和用电的实惠；通过剩余电量发电上网，还切实提高了居民的收入；减少化石能源排放带来的污染也有利于居民的身体康健；均展现了原谅性发展理念。
只管从目前来看，芮城县的能源转型考试测验是成功的，并生动地表示了韧性和原谅性发展，但由于每个地区的实际情形都有所不同，大面积推广单一的能源转型方案，势必会增加经济社会发展的风险。按照“试点先行，逐步推广”的原则，选取一个得当的地区作为示范地，小范围内推广，是化解能源转型带来的风险、降落本钱与提高效率的主要手段。芮城县当前的积极探索无疑对其他地区的能源转型具有主要参考代价。
图片来源《能源转型的低碳、韧性、原谅性发展》
在江亿院士看来，低碳转型是一场革命，从供给侧、转换环节、到用能办法都要有巨大变革，也将实现巨大进步!
（感谢清华大学建筑节能研究中央和中国能源模型论坛对此文的学术辅导。）
延伸阅读：中国能源模型论坛《能源转型的低碳、韧性和原谅性发展》
