能源是人类生存与社会经济发展的物质保障。我国正处于能源转型关键期,农村能源同样受到国家层面更多关注,农业农村节能已被列入“十三五”节能减排重点领域。农村能源消费不仅关乎居民的生活质量,还关系到国家能源转型和能源政策的制定和实施。随着农村经济的高速发展,农村家庭生活能源模式也发生了巨大转变。然而宏观统计数据一定程度上低估了农村能源消费,扩充能源消费列表,有助于深入分析农村能源消费演进特征。在绿色、低碳能源转型背景下,从技术可行性和资源禀赋方面考虑清洁再生能源节能潜力,模拟未来能源消费量和结构特征,进而选取实例研究清洁可再生能源的经济可行性和相关效益,可以为制定农村能源发展战略和推广清洁可再生能源利用提供科学依据。论文以农村家庭能源消费和清洁可再生能源为研究对象,以能源可持续发展理论、能源阶梯理论和能源堆集理论、可耗竭资源理论和替代能源为基础理论。宏观上,总结梳理已有研究成果,全面掌握农村能源种类、数量和设备保有量数据,阐明当前统计数据的不足。在此基础上,添加了太阳能、畜粪和微小型发电三类能源消费数据,从消费量、结构、属性和模式四个方面对农村能源演化特征进行系统性解读,阐明农村能源消费的突出问题和开发利用清洁可再生能源的意义,进而展开清洁可再生能源节能潜力的研究。以节能潜力和能源消费数据为基础,预测未来农村能源消费和模拟两种情景下的能源结构变动。利用效率和效益是直接体现用能技术是否具备推广潜力的指标,论文选取太阳能热水器作为实例,通过结构式访谈和实地观测,获取大量一手数据,从农户生活角度出发,研究太阳能热水器实际利用效率,分析其经济、环境效益和社会影响,以期为其他清洁可再生能源的利用评价提供参考。本文得出的主要结论如下:1.我国农村能源从低效、以固体能源和非商品能源为主导、清洁可再生能源发展极低的消费模式转向相对高效、非固体能源比例较高、商品能源与非商品能源基本平行、清洁可再生能源占比较低的消费模式。农村能源系统朝高效、清洁、可再生、便捷和多元化方向发展。但农村能源消费依然存在大量亟待解决的问题,开发利用清洁可再生能源是助力农村能源转型的重要途经。(1)农村能源综合利用效率不断提高,从1989年的20.78%增长至2016年的31.64%。与此同时,LPG、电力、太阳能等高品质能源消费量大幅提升,能源消费种类多元化趋势增强。(2)清洁可再生能源发展迅速,有效能消费中低效、高污染的生物质能不再是主要贡献者。1989~2016年清洁可再生能源消费量占实物量消费的比重从0.33%上升到10.04%。实物量消费中,直接利用的生物质能虽占48%以上,但在2014年以后化石能源有效能消费超过了直接利用的生物质能,清洁可再生能源消费与生物质能之间的差距也越来越小,农村家庭能源消费结构发生了根本性变化。(3)能源属性变化显示,农村能源清洁性、便捷性和能源用途多样性不断提升。随着居民收入增加,生活质量明显改善,人们更加倾向于选择清洁、便捷和多用途的能源,相比之下这类能源价格也更高。1989~2016年,农村能源经济性(单位用能支出)提高了4.86倍,清洁性和便捷性分别提升了5.97和3.34倍,用途多样性提高了1.85倍。(4)能源消费模式从固体能源和非商品能源为主导的模式转向非固体能源比例较高、商品能源与非商品能源基本平行的消费模式。1989年农村能源消费以固体能源和非商品能源为主,分别占实物量消费的98.82%和75.4%。1989~2016年,非固体能源消费从1.18%增加到34.15%,商品能源消费从24%上升到45%,能源消费模式发生了明显地转变。(5)农村主导能源品味差、能源结构不合理、生物质能浪费严重、能源社会化服务能力弱等问题制约着农村能源的良性发展。开发利用清洁可再生能源,建立健全农村能源服务体系,能助力农村能源走出当前困境,促进农村能源系统转型和生态新农村建设。2.相比人口密集的城市地区,太阳能、沼气和微小型发电在农村地区的适用性更强,节能潜力巨大。但清洁可再生能源节能潜力和未来消费量预测值之间有着较大差距,仍然需要加强清洁可再生能源设施建设,促进农村生活用能结构优化升级。(1)不考虑联网的清洁可再生电力时,到2020年农村清洁可再生能源总节能潜力为32.31 Mtce,约为2020年能源消费预测量的10.61%。其中太阳能、沼气和微小型发电的节能潜力分别为9.113 Mtce、23.11Mtce和0.088 Mtce。太阳能利用中,当前研究未充分考虑到单一的太阳能热水器具有“寒冷冬季不适用”特殊性,对其节能效果有一定的高估。沼气利用方面,户用沼气和大中型沼气单位有效池容节能潜力相当,但受劳动力外流、原料难以保障等因素影响,户用沼气发展状况不佳,大中型沼气集中供气工程是未来沼气发展重点领域。微小型发电仅有小型光伏发电获得了发展良好,微型水电和小型风电缺乏顶层设计,短期内发展前景不佳。(2)农村能源消费量持续降低是城市化发展的必然结果,GM(1,1)模型预测显示到2030年,农村能源实物量消费将降至272.6818 Mtce。清洁可再生能源比重大幅增加,马尔可夫预测指出,到2030年农村清洁可再生能源将占实物量消费的20.65%,约合56.07 Mtce。但对比2030年清洁可再生能源预测量和2020年节能潜力,还有23.76 Mtce的差额。能源设备设施无法满足未来能源发展需求,未来十年内仍需加强建设。与此同时,要加强宣传,强化农村居民清洁可再生能源利用意识,促进农村生活用能结构优化升级。3.以实地调研为基础的太阳能热水器利用评价结果显示,研究区太阳能热水器有效利用效率仅为理论转换效率的1/3左右,扩大热水用量的提升空间巨大。以太阳能热水器有效利用热量替代其它燃料提供热水时,结果显示热水器的经济效益不明显,但环境效益和社会影响显著。(1)研究区内太阳能热水器,可利用期为263天,期间太阳能热水器理论可转换热量为3661.7 MJ。但现实生活中,居民仅利用了1168.6 MJ的热量,太阳能热水器的实际热效率仅为12.77%,为太阳能热水器理论热效率(40%)的1/3左右,仍有2/3的未用热量可用,同时区域内热水器应用普及率仅为123.86 m~2/千人,远低于全国平均水平的337m~2/千人,热水器推广扩散也依然存在巨大的潜力。(2)以实际利用热量计算,太阳能热水器经济收益不高,但环境效益明显,社会影响显著。一台太阳能热水器在其生命周期内,可减少碳排放1.83~7.89 t,其每年减少的碳排放与乘用车行驶1068~4550 km所产生的碳排放水平相当。太阳能热水器大面积安装使用时,能极大的减轻环境污染压力。热水器的使用改变了居民个人卫生习惯和室内居住环境,在一定程度上传播了节能环保、低碳生活的理念。(3)基于实际利用的热水器推广建议:农民自身要改善使用习惯,提高热水器利用效率。在热水器选购时,根据家庭规模选择适当水箱容量的热水器。同时政府也应该为热水器的购买者提供相应补贴,作为对热水器所带来的环境效益的补偿。基于上述研究结论,本文提出了清洁可再生能源开发利用推广的建议。要因地制宜地发展成本较低的清洁可再生能源、建设多能互补的能源系统、加快推进能源技术进步和推广,引导农村能源向着低碳高效、清洁、可持续方向发展。