对于我国来讲，农村零碳建设处于起步时期，实践探索还在初级阶段。我国农村地区拥有丰富的生物质能、太阳能等清洁能源，农村能源转型和“零碳村镇”建设拥有广阔天地。
清晨，太阳从黄河边的山峦间缓缓升起，晨光洒下，坐落在高崖之上的山西省运城市芮城县庄上村逐渐苏醒。迎着朝霞，村民张保民开启了他的一天——用电磁炉做顿早餐，驾驶电动三轮车到苹果园修剪树枝，夜幕降临后，取暖片开启，他在一片暖意中安稳睡下……
看似寻常的生活，实则暗藏玄机。走进庄上村，不见从烟囱里升起的煤烟，没有黑突突的车辆尾气，许多村民的生活、生产、交通等用电基本告别了传统化石能源，取而代之的是太阳能发电。
庄上村依靠阳光获得多个光环：2023年被全球环境基金、联合国开发计划署、农业农村部共同授予“中国零碳村镇示范村”；同年12月，庄上村“光储直柔”新型配电系统，在阿联酋迪拜召开的第28届联合国气候变化大会上，荣获“能源转型变革者”奖项，成为全球28个入选项目之一。
庄上村俯瞰图。资料图
这个位于山西、河南、陕西三省交界的偏远山村，如何探寻“零碳”发展路径？又缘何备受国际青睐？走进庄上村，农家屋顶、黄土山坡上，一块块、一排排蓝色光伏板在阳光下熠熠闪光，黄河畔的古老村落与现代科技交织融合。2019年的一天，庄上村迎来直流建筑建设试点，一场最先由27户村民参与的光伏试验拉开帷幕。眼下，这场试验仍在进行中，“零碳村镇”建设如火如荼。
赴一场“前途未卜”的试验
相传，女娲补天时炼石的燃料，正是出自山西的煤炭，足以说明山西用煤历史之悠久。庄上村的山崖上，保留着村民世代居住的窑洞，土黄色洞壁熏得黢黑，张贴在墙壁上的旧报纸烧出焦边。可以想象，千百年来，煤炭是人们做饭、取暖的主要能源。
初访庄上村的场景，清华大学建筑学院副院长杨旭东记忆犹新：“2020年，村民虽已搬进砖房，但仍采取烧煤、烧柴这些原始用能方式，屋里常年煤烟缭绕，冬天村民往炉子里添煤时，屋内的PM2.5浓度能达到2000多微克每立方米。”
随着资源枯竭和传统化石能源带来的全球气候、环境问题加剧，能源系统清洁低碳转型的任务迫在眉睫，而农村汇集了丰富的可再生能源资源，能源低碳发展潜力巨大。农业农村部农业生态与资源保护总站首席专家王全辉介绍，建设“零碳村镇”的初衷正是充分挖掘农村可再生能源资源，培育乡村可再生能源产业，在做好农村建筑和生活用能节能工作的基础上，提高能源利用效率，利用微网、储能等分布式能源应用技术，实现在农村居民生活场景利用可再生能源取代传统化石能源。
2017年，山西省提出要“争当全国能源革命排头兵”，庄上村迎来转变契机。彼时，土生土长的庄上村人陈文波在外从事直流配电相关行业，听闻家乡的计划，他毅然回乡。
经过调研谋划，2019年3月，陈文波经营的南京国臣直流配电科技有限公司（以下简称“南京国臣”）在清华大学江亿院士团队的技术支持下，率先在庄上村进行了27户居民和窑洞文旅区的“光储直柔”技术示范。
张保民算得上村里第一位“零碳户”，他家里的“能源革命先行户NO.1”牌子十分醒目。南京国臣给张保民家西侧厢房和正房的屋顶免费安装了8块光伏板，后来增加到64块。光伏板产生的直流电经过“直来电”多端能量路由器转化后，可连接家用电器直接使用。
进入张保民家，客厅、卧室窗明几净，厨房内，老式灶台封了起来，电磁炉、烧水壶、电煮锅一应俱全。“过去，家里烧煤取暖，一个冬天至少花费三千多元，还搞得满屋子乌烟瘴气。”张保民算了算，自从用上光伏电，再也没自掏腰包充过电费。
陈文波介绍，与传统屋顶光伏相比，庄上村建设的是“屋顶光伏+储能+直流配电+柔性用电”的新型电力系统，简称“光储直柔”。“这项技术发展还不够成熟，在基础设施薄弱的农村应用更是一次全新尝试，村民的认识也不到位，项目推进面临层层阻碍。”陈文波确定的是，“农村能源低碳转型是大势所趋，不管成功与否，都要去蹚蹚水！”
“面对新鲜事物，村民们觉得太超前，都不愿意尝试，害怕改造后电费更贵、用电不方便。”庄上村党支部书记杜康雷回忆，村里专门召开动员会，技术团队每天风雨无阻向村民科普新技术，功夫不负有心人，终于有27位“先行者”愿意赴这场“前途未卜”的改革试验。
改革试验在质疑声中开始了。庄上村是东汉时期“神仙县令”王乔的故里，为便于后期开发旅游资源，王乔故里景区附近的部分院落、窑洞安装了“光储直柔”系统。同时村里还建设了光伏车棚、电动汽车和电动三轮车双向充放电桩，打造了“零碳食堂”。首期项目成功实现“光储直柔”系统在农村的完整技术示范，27户村民实现炊事、清洁取暖和交通全电气化。
“自从我家安上了光伏板，用电方便又安全，家里变得干净多了！”张保民说，不仅如此，投资方还以光伏板每块每年20元的价格向村民支付“地租”，每年的租金完全可以抵销家中唯一一台未改为直流电的普通空调的电费。看到实实在在的效益和节能效果，越来越多村民的意愿高涨了起来。“村民们听说了，都争着要来家里参观，希望成为下一个‘零碳户’。”张保民说。
在村民张保民家中，厨房电器均可直接使用光伏板发出的直流电。农民日报·中国农网记者 刘趁 摄
2021年，中国电力、国家电网、南京国臣共同在庄上村开展了农村“光储直柔”新型电力系统技术和商业示范。陈文波介绍，二期项目自愿参与的村民增加到71户，同时利用废旧荒地，打造了光伏庭院和光伏走廊场景，于2022年初全部并网，装机2兆瓦，一年的发电量可达280万度，除村里自用，余电可以输送给周边的村庄或城镇。
减碳效果是显而易见的。据测算，整个项目每年可减少燃煤消耗800吨，从而削减了约2500吨的二氧化碳排放。2023年，庄上村成为全国首个挂牌“中国零碳村镇示范村”的村庄，“零碳”逐渐融入庄上人的生活。
不断解锁新能源应用场景
来到庄上村这天，阴雨连绵，厚厚的云层将太阳遮个严实。张保民却不太担心坏天气致使家里无电可用。他指着卧室内的黑箱子告诉记者，这是村民口中的“日光宝盒”，犹如一个巨大的充电宝，光伏板发出的电可以存储其中，阴天和夜晚均可正常用电。
与“阳光之城”洛杉矶同在北纬35度，丰富的光照资源造就了芮城县这个全国唯一县级光伏领跑技术基地、全国清洁能源输出县，加上农村大量屋顶闲置资源，为发展光伏发电提供了得天独厚的条件。
巨大的发展潜力之下，一连串问题亟待解答。当前我国农村电网依然薄弱，面对突发恶劣天气等情形，庄上村如何保障村民用电稳定性？除了村民室内的生活用能，交通运输、农业生产等也是化石能源消耗大头，如何实现各领域能源替代，真正实现“零碳”？
破局的关键，在杨旭东看来，正是“光储直柔”技术。“光储直柔”技术是在现有光伏产业基础上进行的一种创新，它将分布式太阳能光伏（光）、分布式蓄能（储）、低压直流配电系统（直）和柔性用电（柔）相结合。简单来说，光伏板、“直来电”盒、储能设备、家电，构成了一套完整的小型电力系统。
杨旭东介绍，在这套系统中，最关键的就是要处理好“就地消纳、余电上网”的难题。顾名思义，庄上村屋顶光伏板发出的电，优先满足村民生产、生活、交通等方面的用电需求，剩余电能储存起来，以备不时之需。在大电网需要时，则通过线路送上电网，与电网形成柔性互动。“光储直柔”系统安全性更高，与新能源、储能无缝连接，农村供电不再过分依赖外部大电网，通过合理配置储能设备，能够解决电能供应的不稳定问题，提高能源的可靠性，减少停电。
“光储直柔”的原理或许深奥生涩，但其却为庄上村带来显而易见的变化。庄上村自用电约每年40万度，全村年发电量已达280万度，远远超出自用所需，这使村民“用电自由”成为可能。除了取暖、炊事等日常生活用能，由于储能技术的突破，各种场景用能需求得到满足。
在村里的光伏车棚，停满了电动汽车和电动三轮车。采访途中，一辆外省车牌的小货车来到充电桩。“我要去运城市里，车子只剩36%的电，以往经过这里都要绕路去充电，今天发现这里也安装充电桩了，不用再绕远，便利许多。”充满电后，司机计算了电费，庄上村一度电只需9毛钱，比市里的1块多还要便宜。
光伏车棚下的电动三轮车也不一般，经过改造后，它也成为一个小型储能设备，可以给小型农机充电。张保民家中就有一辆电动三轮车，农忙时，三轮车成了打草机、直流水泵、果树剪枝机的可移动“充电宝”，随用随充。“以前三轮车要加汽油，跑起来冒黑烟不说，跑20公里需要10多块钱油费，现在换成电动三轮车，跑同样的距离只需要2块钱电费。”张保民觉得甚是划算，在劳动力日益短缺且老龄化严重的农村，这也无疑进一步解放了劳动力。
司机正在充电桩给电动汽车充电。农民日报·中国农网记者 刘趁 摄
此外，依托“光储直柔”系统，庄上村公共空间的亮化工程、污水处理设施、公共卫生间等场景的用电也进行了光伏电替代，最大限度地实现就地消纳，推动村庄用能的电气化转变，煤油气能源使用大幅减少，降碳效果显著。
“光储直柔”技术助力庄上村进行能源转型，庄上村也给技术革新提供了舞台。项目建设过程中，先后有19项技术取得创新突破，而技术升级势必带来成本降低。一期项目建设时，设备功率密度小，单瓦造价高，度电成本约0.5元，现在已降至0.1~0.2元。
在“国际庄”依靠太阳赚钱
“村里人都来点赞啦！”2023年12月5日，庄上村在联合国获奖的消息在村民们的朋友圈里刷屏了。当日，在第28届联合国气候变化大会上，陈文波从阿联酋能源转型专家赛义夫·古达的手中接过“能源转型变革者”奖牌。
黄河岸边名不见经传的小村庄，从全球2000余个项目中脱颖而出，这让村民们的自豪感油然而生，激发了村民共同参与、共治共享的热情，构建新的“零碳”生活方式，成为庄上人的“标配”。
庄上村的悬崖边，矗立一块刻有“零碳村镇示范村”的石碑，极目远眺，浢津渡口雄浑壮阔，美不胜收。“石碑背后的崖边原本是废弃窑洞，几年前，由于常年没人居住，村民把垃圾丢到这里，几乎成了垃圾场。”杜康雷回忆道。
近几年，庄上村将光伏发电技术与美丽乡村建设相结合，一边挖掘可再生能源，一边整治村容村貌，美化村庄环境，解决农村污染问题。村民们也自发收整自家门前空地，将里里外外打扫得整洁干净。张保民形容，村里过去是“烂糟的”，现在“美如画”。
如今，漫步村中，窑洞上、庭院内、长廊顶，都“长满”了光伏板，成为一道独特的风景线。庄上村充分挖掘浢津渡口、古代书院等黄河文化，利用“光储直柔”技术打造以古村落为中心的“零碳文旅景区”，实现文旅景区所有用能的低碳化。获国际奖项之后，庄上村成为附近小有名气的“网红村”。去年国庆节期间，每日吸引游客1500余人，带动农产品销售、民宿、餐饮等业态发展，拓宽了村民增收致富渠道。
王全辉总结，庄上村的改革是系统性的，由技术切入，最终建立起农村“零碳”生活新方式，是健康可持续的生活理念。“实际上，这是未来实现乡村振兴的重要模式，对生态振兴、产业发展起着重要作用。”王全辉说。
“做饭不用炭、农机不冒烟；屋顶能发电、多余还卖钱。”村民们早已把对新生活的深刻见解概括到顺口溜里，最简单直白的话语，最能体现发展的力度。
一方面，开源之路越走越宽。除满足庄上村村民用电外，剩余的约240万度电向周边城镇供应，“隔墙售电”每年为投资方带来收益近100万元。
另一方面节流效应明显。村民张青告诉记者，家里的10亩果园，每年需要剪枝、除草，自从除草机、打药机等机器都用上光伏电，全年能节约电费2000多元。此外，芮城县县长张琳介绍，村庄建设独立微电网系统，实现电力的自发自用，可以省去高昂的布设电线成本。
“短短几年，庄上村的变化肉眼可见。预计2027年，三期项目将全部完成，届时将实现‘光储直柔’技术在全村233户村民全覆盖。”陈文波对未来充满信心。
随着庄上村的名气打响，越来越多“零碳村”正在崛起。全球环境基金（GEF）七期“中国零碳村镇促进”项目自2022年启动以来，在包括芮城在内的河北安平、四川西昌等9个地区开展示范，各地正在根据自身资源条件加速推进项目建设。
距离“零碳”还有多远
作为全国首个挂牌“中国零碳村镇示范村”的村庄，庄上村，真的实现“零碳”了吗？
杨旭东认为，对于已经参与到项目中的村民，他们的生产生活已经完全去除了煤、燃气等化石能源，实现了初级意义的“零碳”。
这里所说的“零碳”，王全辉解释，并不单单是将村庄二氧化碳生产量和消耗量进行加减法实现碳中和，而是利用农村可再生能源资源，培育农村分布式能源产业，在农村能源负荷端应用情景中，实现可再生能源对传统化石能源的高比例或全比例替代。当然，并不意味完全不产生碳排放，而是通过太阳能、储能等清洁式能源技术，扩大植树造林面积，降低能源消费等措施进行减排，让乡村的碳排放相互抵销后增量为零。
不过，整村真正实现严格意义上的零碳排放，庄上村还有很长的路要走。庄上村仍有超过一半的家庭未并入“光储直柔”系统，一些村民的房屋承重能力弱，并不适合安装屋顶光伏，未来想要将这部分村民纳入进来，仍需在建筑条件提升上付出更多。
杨旭东认为，“零碳”有三个层面，庄上村“中国零碳村镇示范村”项目实现了第一个层面的直接去除传统化石能源。第二个层面，在去除化石能源燃烧基础上，要实现发电量和用电量的平衡。最理想的情况是第三个层面，届时将实现电力的“只出不进”，不但不从电网取电，按照电网要求，任何时候都可以向电网送电，实现动态稳定。
实现最理想化的零碳，并非易事。“每一户的产能能力都要足够大，储能能力也要足够大，用电与产电之间要做到协同匹配，这对经济、技术、设备等提出了更高的挑战。”杨旭东说。
早在1997年，丹麦的索尔村采用多种可再生能源技术，如风能、太阳能和生物质能源，实现自给自足的能源供应，不再依赖传统化石能源，成为全球第一个零碳村。
对于我国来讲，农村零碳建设处于起步时期，实践探索还在初级阶段。我国农村地区拥有丰富的生物质能、太阳能等清洁能源，但当前农村能源中的煤油气占比仍高达70%，而全国约有200亿平方米的农村屋顶面积，农村能源转型和“零碳村镇”建设拥有广阔天地。随着全球气候变化问题的日益严重，国家对于生态文明建设的重视程度不断提高，打造零碳乡村，恰逢其时意义重大。王全辉认为，实际上，“零碳村镇”建设也是为乡村经济建设开辟新的赛道，有助于发掘农村新功能，推动农村经济发展，助力实现乡村振兴。
挑战同样艰巨。杨旭东认为，在基础较为薄弱的广大农村地区，许多难题有待逐一突破。首先，农村电网基础设施较为单薄，还应加强电力设施建设。其次，做好农村新能源消纳需要技术支持，依靠农民自己是很难的，他呼吁企业和科研院所积极参与。此外，站在全局角度和乡村振兴的尺度上看，农村是可再生能源最丰富的地方，农村能源是解决国家低碳转型的根本，未来应以“农村包围城市”的路径解决我国能源转型，而当前大量财政投入集中的城市，见效慢、成本高，农村迫切期待更多政策、资金、技术与试点示范。
庄上村打造“中国零碳村镇示范村”的三期项目正紧锣密鼓地推进，陈文波对未来充满信心。不过他还有一些担忧，对大电网来说，越来越多的农村微电网，尤其是“光储直柔”新技术的加入，让电力调峰成本和压力增加，电网并不能全然接受，一定程度上限制了发展的积极性。他呼吁国家进一步细化电改政策，支持新技术助力农村能源转型。
王全辉畅想，未来“低碳”“零碳”的生活方式将更持久深入地在广大农村地区悄然绽放。但在这之前，他建议，政策层面，要建立政府主导、社会参与的格局，把“零碳村镇”建设纳入乡村振兴大格局中，加强住建、发改、能源、农业农村等多部门协同，从能源、建筑、交通、农业等多个方面进行全面转型和升级；技术层面，农村能源转型要实现技术上的“一能为主、多能互补”，结合各地区资源禀赋发展适合的技术，培育新能源产业；可持续发展层面，要坚持节能优先，让“低碳”“零碳”的理念融入百姓生活方式中，养成节约、循环的生产生活新方式。
据科学考证，早在180万年前，人类文明的第一把圣火在位于芮城县的西侯度遗址燃起。而今，在同一片土地上，庄上村也进行了一次前无古人的探索。1978年，小岗村的十八位村民在土地承包书上按下鲜红的手印，掀开了农村改革的浪潮；或许，从庄上村燃起的农村能源转型革命的星星之火，未来也将照亮中国零碳乡村的模样……
作者：农民日报·中国农网记者 刘趁
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