碳中和的根本要义在于化石能源的全面退出。一方面，农业生产和农民生活对化石能源的需求相对来说较为有限，另一方面广阔的农村天地有着极其丰富的零碳能源资源。城市工业能源密集度高，化石能源的需求惯性和十分有限的零碳能源资源空间，意味着乡村必然率先于城市实现碳中和，并且可为城市化石能源的退出提供零碳能源的补给。当前，零碳可再生能源已经具有十分强劲的市场竞争力，为乡村振兴提供了清洁优质低廉的动能，全面助推农村经济高质量发展。但农村零碳能源转型也是一场生产和消费的革命，不仅需要观念的转变，也需要技术的支撑和市场的拓展。
乡村零碳能源资源潜力巨大
工业文明规模化大生产、高投资上设施追求效率，化石燃料的高热值和灵活性成就了城市工业社会，并延伸到乡村的能源替代传统的自然能源（例如生物质能的利用）。然而，在农村这样一个广阔的天地，一直有着丰富的不容再忽视的零碳资源。例如，可再生的太阳辐射能，除农作物、森林、草地等绿色植物之外的空间，均具有光伏发电和光热利用的潜力，包括屋顶、场院、水面等。乡村居民的屋顶空间多在200平方米以上，即便只利用其中的50%，就可安装10个千瓦的太阳发电装机。我国西北太阳辐射较强的地区，平均一年可利用发电在1500小时以上，华北可达1300小时，东南沿海地区光照时间相对较小，也多超过1000小时。也就是说，乡村每家每户屋顶太阳光伏发电量每年可超过1万千瓦时，西北则在1.5万以上。即使按照城里每户居民用电水平，每月400度电，一年需求也不超过5000度。如若再考虑交通用电的需求，按照纯电动汽车每百公里12度电，每年行驶里程3万公里计算，则也只需要3600度电，太阳能光伏发电仍然有大量盈余，可做他用或出售给电网，不仅可获取经济收益，而且这种零碳电力将有效地帮助城市工业提升零碳水平。如果进一步考虑农村场院、庭院堰塘沟渠等空间，则潜力至少可以翻倍。太阳光伏屋顶、场院和水面，不仅是额外的能源经济增值空间，也有助于房屋隔热、减少太阳辐射蒸发等，具有能源生产、减少污染、改善生态的多赢功效。
农村乡野田间、山脊、水域，也具有风力发电装机的空间潜力。单机多在5千瓦发电容量，按年均2300小时计，一座风机年发电量即可超过1万千瓦时。而且，风光具有一定的互补特征，白天太阳光伏强，发电效率高，夜晚光伏弱，风力较强进行发电补充。不过，不论是风还是光，都是不稳定电源，具有间歇性特征。农村的生物质能，则是极具稳定性的另外一种零碳能源补给，同时也具备化石能源多形态和强灵活性的特征。农作物秸秆、薪柴等是固态的（各种生物质废弃物可以成型为可储存、运输、灵活使用的固态型碳），农村沼气是气态的，生物乙醇为液态，生物质发电则可以直接灵活提供电力服务。另外还有，在一些山区，农村小水电分布较广，也具有一定的可开发利用潜力，具有相对的稳定性，与风、光、生物质能，形成多能互补的整体优势。
综上可见，在广大乡村，仅太阳光伏屋顶，就可以满足农民的生活、交通等能源需求。场院、庭院、水面、风能、生物质能等综合潜力，少则三五倍、多则十数倍乃至于更多的零碳能源可提供给城市、工业使用，例如化肥、农药、农机等所需的零碳电力，超出的部分提供给城市工业，满足全社会的零碳能源消费需求。
乡村零碳转型市场竞争力凸显
随着全球碳中和进程的推进，可再生能源电力成本正在大幅下降。过去10年里，太阳光伏发电成本下降90%，风电成本减少2/3，生物质发电成本也处于下降通道。而反观煤电、核电、气电等常规电力，装机成本均在不断攀升。进入2020年代，规模化太阳光伏电力的度电成本已经低至0.1元。考虑分散式小规模成本略高，翻上一倍，也不到煤电的一半。就太阳光伏发电装机成本看，光伏组件每瓦成本在2元以内，加上延时储能每瓦大抵3.5元左右。如此匡算，10千瓦太阳光伏装机接入电网，投入成本大约需要3.5万元。按0.4元千瓦时上网电价、25年寿命计，即使是东南沿海地区，投资收益回收期也可在10年以内。如果按照电动汽车充电1.8元每千瓦时，以及农村灌溉、排水、机械等高于农村居民的生活用电价格，则回收时期更短。农作物秸秆、森林废弃物等发电和制作生物质颗粒成本相对较高，原因在于生物质发电装机容量多在2.5万千瓦或更高，一些大型的生物质发电厂由于收集距离较远、占用空间较大、收购材料中间环节多等成本居高不下。但是，作为农村多能互补的能源，如果分散式布局，装机规模在5千瓦左右，生物质的收集半径和成本，必然大幅下降。更进一步，如果村民自己投资拥有生物质发电装机或沼气，农民参股作为一个利益共同体，生物质能的原材料收购减少中间环节，成本将进一步降低。与太阳光伏组件的小规模装机容量就近分散不同的是，风力发电单机容量从20年前不足一千瓦增加到目前的3.5千瓦以上，其占地需求远远超出农户、庭院空间。其技术管理维护，也远比户用光伏复杂。但是，风力发电的成本一直在下降，而且适应农村庭院风力发电装机也可以向小型化户用发展。
农村可再生能源利用，在储能方面也有进一步拓展的市场空间。以往较为大家熟知的是水能储能的开发项目相比，农村的生物质、风光电等也有很大的储能开发价值，尤其是其氢能储能的发展。例如，生物质气化为沼气，也可以作为制氢的来源；风、光电解水制氢潜力巨大，并且随着风光电力成本进一步下降，其电解水制氢的竞争力也会越来越强。
从终端消费看，可再生能源电力的市场竞争性有助于降低农民的用电成本，从而提升农民福祉水平。许多地方已经实现城乡同网同价，但在许多地方，农村电价依然高于城市，而且一旦电力负荷出现过重情况，断电的首选是农村。农村污水处理、泵站运行、农用机械、充电桩等，大电网供电成本高，而且受限制。但如果采用农村户用光伏、庭院光伏，自己发电自己用，减少了中间环节和上网费用，不仅降低农业生产成本，也能减少农民生活成本，改善农村环境，更能提升生态保护的水平。
充分认识乡村零碳能源革命的障碍
在广大乡村开发利用可再生能源，也存在各种观念上的和技术、经济层面的障碍。在观念上，决策层、能源界和全社会关注的，是大能源、化石能源、规模利用，对于分布式能源开发应用，存在一定的误区。分布式能源，可以有两种理解。一种是相对独立的、可自我循环的能源生产和消费系统，微电网或局域网，只是在必须要或需要时，与外网链接互通。另一种分布式则是分布式发电集中上网统一调配，隶属大电网系统。在牧区、边缘地区电网不可及，或人迹罕至的边缘信号基站，多为完全独立或相对独立的微循环系统：光伏发电、电池储能、稳定或根据需求释放供电。微循环单体规模小、容量低、成本高，难以满足居民生活和生产用能。另一类则是太阳能屋顶、庭院、场院分布式发电，统一接入电网，经过电网统一调剂，稳定供电，因而容量大，稳定性好。也有一些居于两者之间的范例，例如一些场院或屋顶空间较大的工厂，自己发电，自己用一部分，再卖给电网一部分。
对于乡村微电网，如果接入大电网，显然上网电价和购入电价存在较大的价差。例如充电桩的电价，很有可能数倍于太阳光伏发电的上网电价。由于价差较大，乡村有意愿以联户或联村方式，生产消费一体，为农业生产和农民生活提供廉价用能保障，但是源、储、荷一体化存在技术障碍。目前，光伏储能、生物质发电等整体设备尚没有市场开发，乡村显然也没有技术能力开发生产。试想：我国尚有6亿农民，按每三口之家有2亿户计。“源储荷”微电网系统的市场空间，不可谓不大。按前述核算的农村光伏一户发电1万度电，则超过2万亿度电。而我国电力生产，2021年总量也只有8万亿度电。相比占国家总量1/4的农村零碳电力产能，此项完全可以为城市和工业用电腾出空间。如果按一度电0.2元的成本节省匡算，农业生产和农民生活成本节省，每年可达4000亿人民币，平均每个农民可降能源使用成本高达700元。实际上，农村的零碳能源生产空间，可以数倍于每户1万度电。因此，“源储荷”这一微电网系统的技术障碍，亟需突破。
技术层面的障碍，还表现在维护和使用。目前，农户分布式光伏，多是以整体租赁的形式，由分布式光伏发展公司租用农民屋顶或场院，但是，如果户用或联户、村用或联村微电网系统，运行主体是农户或村，显然农民或村集体的维护技术能力是不够的。经济障碍，主要在于初始投入高，回收期较长，对于经济基础较为薄弱的农户或村集体，显然难以承受。不仅是零碳能源生产，而且作为终端能源消费，例如放弃燃油器具而转向电动机械，需要购置投入充电桩、电热供暖等，也需要资金投入。一些光伏扶贫和农村户用光伏陷入困境，既有技术上的原因，也有经济上的难题。当然在制度或体制机制层面，也有一些需要解决的问题。如联户、联村在投资、使用、收益、分配等方面，需要内部的制度规范，与大电网的接口和买电、售电，农户和村显然处于较为弱势的地位，需要在较高的层面，统一研究和规范治理。
城乡联动碳中和发展新动能
乡村零碳能源生产与消费，是国家碳中和重要战略的组成部分，是零碳转型、实现碳中和的引领者，也是城市和工业碳中和的贡献者，需要提高认知，科学措施，作为乡村振兴的抓手，推进碳中和的实施进程。
首先，需要国家和地区层面的整体设计。提高能效对于工业和城市能源转型很重要，但对于数以亿计的农户、数以千万计的村镇，其零碳能源生产的潜力亦不容忽视。按户均10千瓦计，则零碳能源生产总量超过2万亿度电；按户均20千瓦计，则零碳能源生产总量超过2021年全国电力生产的一半！这不仅可以充分满足乡村自身碳中和的需要，还可以为城市和工业提供巨量的零碳能源。但是，乡村技术力量薄弱，资金短缺，管理水平落后，需要在充分研判的基础上，制定方案，试点先行。而且，乡村零碳能源的生产和利用，也要与乡村振兴、农民增收、污染治理、生态保护、城乡一体等统筹起来，形成合力，多方多赢。
第二，在技术研发层面，也要改变观念。历史上，包括沼气、太阳能热水器等农村能源开发利用，没有大资本的投入，因而难以提升效率，缺乏竞争力。实际上，这一市场空间巨大。如果采用户用“源储荷”微电网微单元，单个开发确实成本高以至于得不偿失，但是数以亿计的国内单元，加上走向世界的巨大海外市场，足以需要国家、行业和地方政府的大力研发投入。加上终端消费需求市场，对于城乡融合、市场拓展和国际竞争，无疑也是巨大的增长源泉。“源储荷”的单个技术已经相对成熟并具有市场竞争性，我们需要的只是将“源荷储”加以整合，需要国家财政和技术力量的投入推动。
第三，加大体制机制创新力度，让城市人才、资金、技术下乡。由于农业农村农民在技术、资金和市场竞争方面处于弱势，农业生产的比较收益低下，乡村难以有自身的力量开发利用零碳能源的生产和消费利用。而城里有人才、有资金、有技术、有需求，但是城里没有乡村的零碳能源生产空间。可以试点或启动官员学者告老还乡、商业成功人士退休衣锦还乡、部队退役军官解甲归田的制度安排，这部分人有资金、有能力，鼓励他们在乡村做出示范，带动一方百姓。不仅如此，还要鼓励城市与乡村联手，互助共赢。城市投资乡村获取零碳能源，乡村获取资金、技术和收益，振兴乡村经济。
第四，循序渐进，扩大规模，提升层次，以“农村带动城市”推进国家碳中和进程。从农村户用单元、联户、村、联村、乡镇、连镇、县域，发展微电网、局域网，然后走向城市、省域，最后实现全国碳中和。
（作者分别为中国社会科学院学部委员、研究员）
