山西省芮城县碳中和路径


文|尚玉良   中共芮城县委书记


芮城县隶属于山西省运城市,位于山西的最南端,黄河中游拐弯处金三角地区,与陕西、河南隔河相望,素有“鸡鸣一声闻三省”的美誉。境内北依中条山,南临母亲河,全县国土面积1176平方公里,辖8镇2乡151个建制村10个社区。2021年末,全县总人口33.4万人,其中城镇常住人口17.3万人,乡村常住人口16.1万人,共12.3万户。

2021年芮城县地区生产总值116.83亿元,同比增长10.7%,高于全国平均增速2.6个百分点;人均GDP为34979元,城镇居民人均可支配收入35552 元,农村居民人均可支配收入14578元;三次产业结构比例为29.9:25.3:44.8。

县域清洁能源发展概况

在生态文明建设引领下,芮城县大力发展集中式光伏电站,2016年以来全县集中式光伏电站总装机容量达到97万kW,总投资59.2亿元;自2015年开始积极发展风电,总装机容量达32万kW。先后荣获全国光伏领跑技术芮城基地、全国主要农作物全程机械化示范县、国家级生态原产地产品保护示范区、全国休闲农业与乡村旅游示范县、国家生态文明建设示范县等10余块国家级金字招牌。

芮城县清洁能源体量全省领先,目前总装机规模达到129万kW,包含了97万kW集中光伏和32万kW风电,县域内无燃煤、燃油、燃气矿产,化石能源全部外购。

全县一次能源消费种类主要包括煤炭类(原煤、焦炭、粉煤灰、煤矸石),石油类(汽油、柴油),天然气以及可再生电力(光电、风电)。2019年全社会用电量7.24亿kWh,县域内年消耗燃煤燃气量46万吨标煤,包括工农业、建筑、生活等;年消耗燃油3.7万吨标煤,主要用于交通和农业机械;由于能源导致的直接碳排放54万吨二氧化碳,间接碳排放43万吨二氧化碳,总计97万吨二氧化碳。本地可再生电力发电上网13亿kWh,按照国家平均度电排放因子计算,可抵消本地78万吨二氧化碳排放。

芮城县实现碳中和的挑战、目标和原则

从能源结构看,芮城县实现碳中和主要面临两个方面的挑战。一是解决工业、农村采暖、交通等领域的燃料来源,减少由于化石能源使用造成的直接排放。工业企业蒸汽锅炉和其他工业加工用煤和燃气、农村采暖用煤、居民生活用气、交通和农机具用油造成了直接碳排放54万吨。二是克服风光电与用电的不匹配,降低从外电网取电造成的间接碳排放。虽然芮城县本地风光电发电已超过本地用电,但由于风电光电发电与用电存在季节和日内的不匹配,芮城县用电只消纳了60%的本地可再生电力,仍有40%的电是从外电网取电。因此,芮城县实现碳中和,需要把握1个发展目标和5项基本原则。

1个发展目标,即在实现社会经济全面发展,人均GDP达到全国平均水平前提下,实现2025年之前全县域内碳排放达峰,力争在2035年之前在全县域内实现碳中和。5项基本原则,一是充分开发利用“零碳能源”的各种资源;二是资源开发利用的收益要优先使资源拥有者获益;三是以全县社会经济全面进步为目标,而不是以开发者最大收益为目标;四是技术、政策、机制全面创新,以满足能源革命的要求;五是充分发挥试点的“示范”功能,探索技术、政策、机制的全面创新试点。

芮城县实现碳中和的主要手段

通过分析研判,芮城县为实现碳中和制定了四大主要任务和相应的重点工程。  

主要任务一:以光伏电力为主,实现全面电气化。

农村“光储直柔”村级直流微网工程。按照可利用空闲屋顶70%计算,可装机160万kW。主要实现两个目标:一是户内建成独立户级直流微网,户均装机20kW,满足炊事、采暖、家电用电需求,每户配3~5kWh蓄电池,采用电热膜蓄热墙解决30~40m2/户的采暖需求,剩余电量送到村级直流微网。二是村内建成村级直流微网,村级网配置若干光伏和储能,满足街道照明、公共充电、生产设施用电,利用电动车、公用大型电动农机及农副业生产设备有序充放电,调节上网供电功率和时间。工程建成后可实现农村地区年发电20亿kWh,自用6亿kWh,外送电力14亿kWh。

主要任务二:利用产粮大县优势,充分发展生物质能。

生物质能开发和商品化利用工程。芮城是产粮大县,有丰富的生物质资源,目前除满足饲料等要求外,主要是秸秆还田。未来将取消秸秆还田,作为商品能源深度开发利用,建立35万kW生物质燃料电厂,补充冬季电力短缺,并通过热电联产为县中心城区集中供热。

主要任务三:全面实现车辆电气化,解决光伏电力调蓄

城镇区域发展建筑屋顶光伏,建立智能有序充电桩网络工程。城镇屋顶目前可开发利用安装光伏42万kW,预计年发电4.5亿kWh。主要实现汽车全面电气化,芮城全县至少有7万辆私人和公务乘用电动车,规划建设8万个充电桩,日蓄电能力280万kWh,可基本解决城区非工业生产过程的电力调蓄(日用电350万kWh),全县域建设有序充电桩网络,“一位一桩”、“既停既插”、有序充放电,推动形成新的充电文化和用电文化。

主要任务四:改造部分引黄灌溉系统,解决电力调蓄。

引黄灌溉站改造为引黄灌溉与抽水蓄能双功能电站工程。利用原来的引黄灌溉工程,在抽灌站排水点修建蓄水池,可对一天内的峰谷变化进行调节,也可解决几天内的连阴天缺电问题。

芮城县实现碳中和的三个阶段

根据上面介绍的四大任务,芮城县实现碳中和的过程可拆解为三个阶段,逐一攻破。

第一阶段,2026年实现能源系统碳排放为零。能源系统碳排放允许通过向外净输出可再生电力来抵扣自身消耗化石燃料导致的碳排放。这一阶段的主要任务为:(1)大力发展城乡屋顶光伏及集中风光电;(2)城乡用能电气化,替代化石能源。

第二阶段,2035年实现化石能源直接碳排放为零。这一阶段主要任务为:(1)开发利用并商品化生物质能,替代部分无法电气化的工业流程所消耗的化石燃料,同时利用余热为城镇清洁采暖;(2)建立生物质电厂,补充冬季电力短缺,并通过热电联产为县中心城区集中供热。

第三阶段,2035年实现电力系统碳排放为零。这一阶段主要任务为:(1)建设抽水蓄能电站,解决几日内的电力供需调节;(2)发展“光储直柔”建筑,建设有序充电桩,开发利用电动车和农机具的蓄能能力,实现城乡建筑柔性用电,增加日内的电力供需调节能力。