本站提倡有節制游戲，合理安排游戲時間，注意勞逸結合。 本站提倡有節制游戲，合理安排游戲時間，注意勞逸結合。 
2024年1月，個村黃河邊的莊座莊上村。茶茶/攝
黃河北岸，發電伏實正對古道要塞函谷關的廠戶村民莊上村，隸屬山西省運城市芮城縣陌南鎮。個村近兩千年前，莊座東漢張衡描述這處山西、發電伏實河南、廠戶村民陜西三省交界之地稱：“左有崤函重險、個村桃林之塞”。莊座
如今，發電伏實這個距離縣城有22公里的廠戶村民偏遠村莊依靠陽光獲得了多個光環：全球氣候大會（COP28）“能源轉型變革者”獎；聯合國開發計劃署、農業農村部等頒發的個村“中國零碳村鎮示范村”；能源基金會支持，由清華大學江億院士牽頭的莊座“中國光儲直柔建筑發展戰略研究項目”的國內首個農村應用試點。
和陽光之城洛杉磯同在北緯35度，發電伏實莊上村日平均日照時在5.24-6.29小時，擁有發展光伏的良好自然條件。作為多個項目的試點，莊上村吸納了設備和資源，積攢了經驗，也呈現了難點。2021年底，國家能源局、農業農村部、國家鄉村振興局印發了《加快農村能源轉型發展助力鄉村振興的實施意見》，提出到2025年，建成一批農村能源綠色低碳試點，分布式可再生能源發展壯大。
莊上村的經驗正是參考。
李建民家的南側屋頂裝滿了光伏板，因為是斜頂，這間17米寬、10米深的房子只有一半屋頂可以安裝。每塊光伏板大約2平方米，一共32塊。
其他村民家里情況類似，每家屋頂都有三四十塊光伏板，平均裝機量約17千瓦，根據能源基金會2022年發布的研究報告，按照1200小時保守光照時間計算，每戶每年發電量達到20400千瓦時（度）。
即便算上最需用電的冬季，這些發電量也夠村民自家使用。
1月的白天短，李建民家的臥室下午4點多就沒有了陽光，但他只開小功率的電采暖，室溫不到8℃，坐久了還是感覺手腳冰涼。
如果李建民裝上村里當下流行的熱泵（空氣能），室溫就可以達到20℃，但耗電量也隨之高漲，每月兩千多度，4個月采暖季最高要用掉一萬度電。
莊上村當前流行的熱泵。茶茶/攝
如果這些電力都由光伏供給，加上全年其他月份用掉的兩千多度電，光伏發電后的總盈余仍有八千多度。
理想的故事是，盈余的八千度電，可以村民存入自家儲能電池留著用（自發自用）；匯集到村莊儲能站后，隔墻賣給同村的其他人用（隔墻售電）；或者通過村莊儲能站內的雙向逆變器賣給國家電網（余電上網）。
村廣場旁的張大爺家是全村的能源革命先行示范戶，他們家不僅有太陽能光伏板，還有直流電源插座，以及正在使用的直流電采暖片，其中配置的儲能設備正是來自南京國臣直流配電科技有限公司（以下簡稱“國臣”），一次可以存10度電，像是一個小型充電寶，即使在取暖季，也完全能夠滿足夜間的用電量。
在村里開小賣部的徐阿姨家也是先行示范戶，她家的空調、電動車、采暖片、電燈也都是用的光伏發電后的直流電，她家冬季采暖的用電量相較于張大爺家，明顯大得多。
冬季寒潮來臨，如果屋頂發的電不夠采暖用，徐阿姨理論上還能從發電后用不完的張大爺或其他村民那里買電，也就是“隔墻售電”，但這條路不好走。
在莊上村東南角，順著坡道下到黃河邊上，在黃土高原傳統民居地坑院旁邊還有一座由國臣配備的“中型充電寶”，40度電的儲能相當于4戶村民1天的發電量，張大爺家用不完的電和其他光伏發的電就存在其中，但這些電賣不上價，因為賣電只能是電網公司行為，而村民和國臣都沒有賣電資質。
目前，“中型充電寶”的電會免費供徐阿姨、張大爺等先行示范戶使用。
“隔墻售電”行不通，莊上村的另一個項目就選擇了全部直接上網。
例如李建民家的屋頂所裝配的32塊光伏板所發電力，他自己用不了，就全部直接賣給了電網公司。像李建民這樣的村民，莊上村共有71戶，他們的屋頂一共裝配了2960塊光伏板，總裝機功率接近2兆瓦（2000千瓦）。
從技術角度，光伏所發的電是低壓直流電，要想順利把電賣給電網，首先需要變壓器，將直流電逆變成交流電。
在莊上村的東西南北四個角落，4個由不銹鋼圍欄圍起來的巨大電盒子是4個新建的400千伏安的臺區，臺區中包括了變壓器和逆變器，71戶村民屋頂的光伏電正是在這里從直流電轉為了交流電。
莊上村西側村口新建的2號臺區。茶茶/攝
如同涓涓細流匯入小河、大江，繼而匯入大海，一個村莊的電量規模其實不小。莊上村和其他村共用了一條高壓配電線路，最大可接入分布式光伏（電源）容量是6兆瓦，但僅莊上村一個村子的發電功率就擠占了其中1/3，白天光伏集中出力的時候，高壓線路仿佛高速公路塞車，上不了高速，一些電需要存儲起來原地等待。
作為示范項目，莊上村的2兆瓦項目配置了高達717度電的儲能，這些裝配在臺區的儲能設備相當于“大型充電寶”，儲能系統在白天光伏發電量多、電網容量壓力大時充電，在晚上發電量少、電網容量壓力小時放電上網，通過錯開光伏發電、上網的時間差，實現電源端的削峰、填谷，簡稱調峰。
在2兆瓦的項目里，光伏公司投資、發電、賣電，村民出讓屋頂收租。在這個簡單的模式當中，每塊光伏板光伏公司每年需要向村民支付20塊錢的租金，“如果電用得省的話，這些租金就夠每年的電費了。”李建民說。
以上是莊上村光伏實驗故事，并不完美，但現在若想復制這個故事，也并不容易。因為即便對于莊上村村民來說，兩年前沒趕上集體安裝，現在想裝光伏，也裝不上了。
這歸因于分布式光伏的“紅區”管理。“在電網承載力評估當中，如果一個地區被評估為‘紅區’，光伏發電也就沒辦法賣電上網了。”清華大學社會科學學院能源轉型與社會發展研究中心常務副主任何繼江解釋，“紅區”管理主要是因為電網容量不夠或是消納不了。
若以流水比作電，被劃為紅區的條件可以被解釋為兩種場景：一是涓涓溪流（分布式光伏）向小河（配電網）送出去的水（電）超過小河容量（低壓臺區的變壓器容量）的80%，二是涓涓溪流（分布式光伏）送出去的水（電）在小河（配電網，最高到110千伏）里沒人使用（消納不了），需要送到更干流的大江（輸電網，220千伏及以上）去。
不止是莊上村難以新增光伏裝機，根據國家能源局最新數據，2023年我國分布式光伏新增并網9628.6萬千瓦，快速新增的光伏導致電網容量不斷吃緊，各省公開的電網承載力評估情況顯示，山東、黑龍江、河南、廣東、福建等省份的部分村子，新建分布式光伏的發電并網都沒那么容易了。
河南省分布式光伏承載力與可開放容量發布平臺截圖（2024年2月4日）網址：http://www.hnnydsjzx.com/energy_web/outside/outsidemap
在能源基金會低碳城市高級項目主任王志高的印象中，即便是在光伏大省山東，一般村莊也只有20%—30%的屋頂能裝上光伏。
多發的電送不出去，存起來呢？這條路在農村也不易走通。儲能價格高昂，不可能無限制配置，高比例的配儲甚至讓賣電變成賠本生意。“比如河北，分布式光伏中午發的電儲存到晚上再賣，買電池和充放電都有成本，從3毛7分錢變成7毛錢。”何繼江用電價詳細算了筆經濟賬。
莊上村是示范項目，配儲就稍微多了一些，（占裝機）比例達到了35%，高于一般政策要求的10%或者20%，但配得越多，投資也就越大。
一邊是舍不得用耗電電器取暖的村民，一邊是屋頂難以賣掉的光伏電，二者咬合起來，正是問題的答案。
目前在莊上村共有三種類型的取暖方式，熱泵采暖效果最好，但是最耗電，一般為大戶型的人家采用。
莊上村不同采暖類型農戶的耗電量
茶茶/調研整理
2024年1月，因為采暖效果不佳，在一些使用熱泵的家庭里，免費安裝的石墨烯采暖片已被閑置。茶茶/攝
“煤改電”的政策背景下，煤、炭、柴暖等分散式、低效率、高污染的傳統取暖方式已漸漸從絕大多數家庭中退出，熱泵使用“煤改電”后的優惠電價每度2毛8分6，冬季每個月交電費500～700元，并不算太貴。但一個170平方米的房子，熱泵3萬到5萬元的高昂初裝成本還是會讓莊上村大多數人望而卻步。
對此，王志高建議：國家補貼熱泵初裝費，同時調整電價補貼結構。他認為，應重新梳理電價的“交叉補貼”和“煤電改”優惠補貼，優先補貼熱泵采暖，包括初裝費和運行電價。另外，村民如果能夠用上自家屋頂發的電，特別是無法上網的電，就可以降低熱泵的運行成本。全生命周期來看，可以抵消熱泵高昂的初期投資，降低電網擴容壓力，整體上提高熱泵采暖的競爭力和可持續性，是一個值得重視和推廣的模式。
據何繼江介紹，類似的案例已經在陜西出現，光伏企業租用村民屋頂后，免費向村民贈送一套熱泵，既解決了村民熱泵初裝的難題，也滿足了光伏發電消納的需求。
但大規模新裝熱泵后，新的問題將會出現。
比如大規模寒潮來襲，采暖設備都開機運轉，瞬時的高用電負荷將沖破變壓器容量，稱為用電側負荷的“氣候同步性”。
據一位電器行業的長期從業者透露，在“煤改電”政策推行初期，就曾出現過大規模的用電負荷問題，農村快速、批量、大規模地新增暖風機，冬天室外的溫度越低，采暖的功耗就越大，電網壓力更大。
“柔性用電”是解決途徑之一，也叫“削峰填谷”，用電高峰時，讓部分用戶少用電，用電低谷時，讓部分用戶多用電。
“柔性用電”在城市中已有試點，電網、用戶中間有第三方，叫做負荷聚合商，負荷聚合商和很多用戶簽代理協議，何時用電，何時不用電，負荷聚合商接到電網公司的指令后，再發給不同的用戶。
深圳市建筑科學研究院股份有限公司直流建筑實驗室副主任李雨桐認為，如果日后整村推進熱泵，將同規格、型號的熱泵對接到第三方聚合商，村莊級別的負荷調節對于應對電網的“氣候同步性”也能發揮作用。
2023年，莊上村獲得了COP28頒發的“能源轉型變革者”獎，正是因為對“光儲直柔”系統的探索，當中也涉及一百多年前兩位發明家愛迪生和特斯拉的辯論。
當年特斯拉在愛迪生的企業工作，認為愛迪生發明并主張使用的直流電有太多的缺點和限制，雙方意見不合。分道揚鑣后，特斯拉在新公司設計出了簡單、靈便的交流電發電機，變壓器又解決了長途送電的損耗問題，在市場驅動下，交流電開始被廣泛采用，并慢慢取代了直流電。
但在如今的技術條件下，如果整村推進光伏加熱泵，直流配電的系統優勢將會慢慢顯現出來。
清華大學、國網四川省電力公司的多位研究者在2022年和2023年發布的多篇學術研究發現，由于不用逆變的環節，直流配電系統相較于交流電的建筑能耗能夠節省2%至19%。
從控制的角度，王志高也更看好直流配電，交流電至少得有兩個控制參數，包括電壓和頻率，但是直流只需要一個電壓參數，可以通過母線電壓的變化來傳遞控制指令，相對簡單，可降低系統成本和控制的復雜程度。
但是一百多年前愛迪生和特斯拉的辯論勝負對當今的電力系統影響十分深遠，直流配電的優勢如今即使在理論上被證明，發展和崛起也難免受到來自交流電系統的挑戰。
比如買不到合適直流電冰箱、洗衣機等家電目前就是張大爺、徐阿姨的困擾，即便是徐阿姨家那臺全村唯一的直流電空調，遙控器、說明書也全是英文，作為本要出口歐盟的產品，經過工程師的特改后才能使用。
徐阿姨家有全村唯一一臺直流電空調。茶茶/攝
市場上買到直流電器可能還需要3-5年，甚至5-10年，因為產品標準認證、檢測、監管系統健全后，才能自由貿易和銷售。此外，在直流系統當中，不僅終端產品的空調要求是標準化的、通用化的，電網側、民用建筑供電系統側都要如此。直到2022年3月中國建筑節能協會發布了團體標準《民用建筑直流配電設計標準》，直流配電系統標準化的帷幕才慢慢拉開。
隨著電動汽車和光伏產業的發展，在規模和集聚效應下，電池、儲能的價格也都越來越低。李雨桐認為：“未來電動汽車的下鄉，每輛車至少有50度電的儲能，如果能夠通過民用建筑供電系統側的改造，實現電動汽車的家庭光伏和用電的交互，通過電動車儲能保障居民的夜間用電也完全夠了。”
王志高認為，打通光儲直柔系統的堵點之后，通過實現農村全面電氣化，莊上村就不止是一個發電廠，還是一個非常重要的電力用戶，變成電力系統的“產銷者”，“這不僅有利于構建新型電力系統，促進能源結構的轉型，還能通過淘汰散煤等提升環境質量”。
未來，對于李建民這樣的村民而言，如果能用上自己屋頂光伏板的低價電、免費電，等天冷了，可能也就舍得用電采暖了。
（李建民為化名）
參考文獻：能源基金會，農村光儲直柔系統示范項目技術方案及商業模式研究，2022年7月
X. Liu, X. Liu, Y. Jiang, T. Zhang and B. Hao, "Photovoltaics and Energy Storage Integrated Flexible Direct Current Distribution Systems of Buildings: Definition, Technology Review, and Application," in CSEE Journal of Power and Energy Systems, vol. 9, no. 3, pp. 829-845, May 2023, doi: 10.17775/CSEEJPES.2022.04850.
Jiang, K.; Li, H.; Ye, X.; Lei, Y.; Lao, K.-W.; Zhang, S.; Hu, X. Energy Efficiency Evaluation and Revenue Distribution of DC Power Distribution Systems in Nearly Zero Energy Buildings. Energies 2022, 15, 5726. https://doi.org/10.3390/en15155726
copyright © 2016 powered by 上海昊昌機電設備有限公司 sitemap