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一个村庄的“碳中和”探索

一家家农户屋顶上蓝色的太阳能电池板熠熠发光,点缀在这座黄河岸边的小村子里,显得异常耀眼。

这个被称为“光储直柔”的发电系统,点亮了村民的新生活,照亮了乡村振兴的美景。电磁炉、电饭锅、电暖气等电器具替代了传统的燃气灶和燃煤取暖设施;纵横在农田里的电动喷药机、电动割草机等电动农机具取代了燃油农机;电动三轮车、电动摩托车的蓄电池,闲置时还可以接入“直流微网”充放电,成为调剂电力供应的“能量池”……

芮城县陌南镇庄上村,是农业农村部与联合国开发计划署“中国零碳村镇项目”中首批以新能源追梦“零碳”的项目村,通过发展“光储直柔”技术,以全面电气化的零排放为实现“碳中和”作贡献。

嫁接天际能量的“日光宝盒”

走进村民陈永民家,首先看到挂在房檐下一个一尺见方的“直来电”盒子。“这个盒子,我们都叫它‘日光宝盒’。它把太阳光变成了直流电送到了家,我们用电不花钱,多余的电还可以卖钱。”陈永民乐呵呵地说。

“直来电”设备实际上是一个多端能量路由器,是国臣集团研发的直流配电核心技术。“光伏发电产生的是直流电,在输送进入居民小区时需要变成交流电,而要供冰箱、电视等家用电器使用时,需要再将交流电变成直流电。我们研发的‘直来电’设备,直流电可直接应用。”国臣集团董事长陈文波说,“直来电”最大的好处是,不用通过逆变器实现交流电并网,再从电网回购;不影响电网的稳定性,不增加变压器容量;人体不易触电,实现安全用电;不会出现交流电和直流电交替转换中的“跑冒滴漏”,提高了能源的使用率……

在庄上村,每一户家中,光伏板、“直来电”、储能设备、家电,构成了“光储直柔”新型电力系统。电视机、电磁炉、电风扇、石墨烯取暖器、照明灯具、计算机等家用电器,全部采用直流供电。

“我家煤改电时装配的3片石墨烯取暖器,每片500W,共1500W。一开启,电费就噌噌噌往上蹿,宁可冻着也舍不得用。去年装了光伏板后,冬天屋里暖暖和和,还没有花一分钱电费。”陈永民说。

去年4月份,陈永民家里安装了4块光伏板,共2kW的容量,再配上电储能和能量路由器,投资1万元。数据显示,到今年8月初,陈永民家共发电3142度,直接用电1108.4度,通过储能充放电1067.1度,网上售电966.5度,6年就可以收回投入成本。按照光伏25年的使用周期,以后每年还可获得一笔稳定的收入。

在庄上村,已安装的27户家庭又构成一个“分布式光伏+储能+直流配电+柔性负荷”的村级光储直柔系统。“白天发电量大,把电储存到‘储能电池’随时使用。谁家用电量少于发电量,谁家发电量少于用电量,直流微网内随意买卖,自动结算。如果出现连阴天气,可以直接转接供电局的大电网,不会影响群众生活。”陈文波说,整个直流微网也能输出电能,供给电网进行出售。

一个小小的“日光宝盒”,把“神话”故事完美演绎成真,把天际能量转化成人民群众追求的美好生活。这就是能源革命带来的新体验、新生活。

开启农村能源革命“实践路径”

“目前村子里纳入系统的27户,去年以来发电量24531.8度,并网电量9693.3度,实现收益9199.4度,节约标煤9813公斤,减排二氧化碳24459公斤。”在“光储直柔”监控系统的大屏幕上,电力曲线图不停地波动着。

这是国臣集团研发的“碳中和驾驶舱”,每家每户发电、用电量,节约标煤、减排二氧化碳数据都能准确反映。碳数据的可视化,增加了“碳排放”的感知度和对“碳中和”的认知度,也为下一步实现“碳交易”市场化提供了数据支撑。

这个“碳中和驾驶舱”的领航人,是“光储直柔”配电系统创始人陈文波。陈文波,芮城庄上村人,国臣集团董事长和技术中心首席专家,致力于低压直流配电网、高可靠性供电技术的研究工作20年,拥有相关专利20余项。

虽然低压直流配电技术在城市电网、市政楼宇和工业企业都已成功应用,但这么多年他心中一直有一个梦想,就是建设一个以直流配电技术为支撑的“零碳村镇”。

“低压直流配电是能源革命的重要支撑技术,而芮城是全国唯一县级光伏领跑基地,所以从业务发展的角度来看,回家乡投资直流配电项目确实是最优选项。”陈文波说。

在运城市“运才兴运”专项行动中,芮城县委书记张建军“六下南京”与陈文波对接,将这个新能源推进碳中和的技术转化项目落户到芮城,成立了山西国臣公司。

从2019年开始,国臣公司在庄上村免费安装27户,开始了基于低压直流配电技术的“光储直柔”系统试点工作。经过两年的运行,以及反复试验和数据对比,该系统体现出了安全、可靠、绿色等特点,老百姓也普遍使用良好。

“这27户数据证明,每户装上10片光伏板,共5kW,就可以自给自足。一户安装10kW,全村就产生2兆瓦的电量,就有一半的电力供应到国家电网,供应到城市和工业生产中。”陈文波说,农村将从供电末梢变成供电初始端,从用电者变成供电者。

能源革命关键是技术革命,“光储直柔”这一新型的分布式“能源微网”突破了技术壁垒,真正让“电从屋顶来”,实现了生产和消纳的完美融合。

从实验到实施,“庄上模式”开启了从理论样板到路径实践的转换。据悉,从今年10月份开始,“光储直柔”将在全村进行逐步全覆盖,真正向“零碳村”迈进。

乐享零碳乡村的幸福时光

南瞰黄河,水宽岸美放眼量;北望中条,群山巍巍满目翠。置身于庄上村山崖之上,环顾四野,身心舒展,心旷神怡。

庄上村处于黄河北岸古浢津渡口之上,是一个拥有悠久历史的村落。村里至今还保留着古槐树、古庙宇、古窑洞、古代书院等。去年,山西国臣公司把村民的废旧窑洞,打造成以古村落为中心的“零碳文旅景区”。如今,20余孔修葺一新的古窑洞,保留了黄河岸边的窑洞文化和风情风味;精心打造的“零碳生活”区,把厨房和住宿的能源需求都取之于“太阳”。这里,每天都吸引着百余名游客前来观光休闲体验,也带动了10余名村民在家门口实现了创业就业。

“零碳村”也赋予以新能源为主的乡村振兴新内涵。

“我们每年能省3000元以上的电费和燃油开支。”正在用电力除草机除草的村民陈九红给记者算了一笔账,冬季取暖和平时用电不用花钱,现在电动三轮摩托、电动除草机等电动设备不用花钱加油。家里不再有柴火和煤炭堆积,干干净净,舒舒服服。

一些在外打工的村民开始了新盘算。村干部告诉记者,今年年底,全村要打造出零碳景区不夜城吸引游客,还会以低电价吸引企业入驻,大家都想沾个光。“产业兴旺生态宜居的美好生活近在咫尺,想着都激动。”村民陈九红兴奋地说。

实践证明,“光储直柔”将是实现“碳达峰”、“碳中和”目标新的技术路径。去年以来,清华大学教授、中国工程院江亿院士碳中和研究团队,西安交通大学教授、中国科学院院士王锡凡团队,雄安新区配电专家团队,以及国家电网公司、全国各省市电网公司和相关新能源企业100余家,先后到庄上村体验“光储直柔”这一新型电力系统,并给予很高的评价。

“‘光储直柔’能有效解决村民取暖问题,会极大减少政府清洁取暖的财政补贴。”前来参观学习的政府官员也赞叹道。

见远,行更远。“从今年开始,芮城县农村将全面复制‘庄上模式’,按照测算,全县五年之内将会实现碳峰值,2035年将实现碳中和,有可能成为全国第一个‘碳中和’县份。”陈文波说,“实现‘碳中和’,将为芮城带来重大的产业结构调整机遇,新能源相关产业也将成为县域经济的发展方向。”

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