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中科院院士陶澍:農村能源轉型應從家庭開始

在面對每年大氣汙染造成百萬以上過早死亡的威脅時,大氣汙染物減排應當放在絕對優先地位。
中科院院士陶澍:农村能源转型应从家庭开始
清洁能源可以导致污染物和二氧化碳同步减排
(圖片: 路透社/Jason Lee)

自發與非自發的轉變

關於我國能源結構調整及其影響,目前註意的焦點大多集中在工業、發電、交通以及城市生活等方面,而對農村用能及汙染物的排放則缺乏應有的關註。農村生活用能的類型和數量缺乏詳細而可靠的追蹤記錄,導致我們在確定農村地區生活源汙染物排放量,分析其對區域大氣和室內空氣的影響,評估由此導致的暴露和健康效應及制訂相應的政策時,都面臨極大的不確定性。

根據國際能源署(IEA)和聯合國糧農組織(FAO)的數據,中國大陸農村薪柴和稭稈的消耗量在1992?2012的20年間,僅分別下降了15%和8%。這顯然與我們的經驗觀察和一些已經發表的地方性調查矛盾,也與近20年來農村地區經濟和社會快速變化的事實不符。

基於以上原因,在全國幾十個單位、一百多名研究人員及數千名大學生誌願者的幫助下,我們調查了1992~2012年間34489個中國大陸農村家庭的能源消費結構和1670個農村家庭的燃料日消費量。調查結果發現,在這20年間,我國大陸地區農村家庭薪柴和稭稈的消耗量分別下降了63%和51%;與此同時,電、液化氣和沼氣在烹飪用能源消費中的比重從8%上升到了59%,取暖用電比重從2%增加到15%。增幅均在7倍上下,遠遠超過IEA和FAO數據的10%。

在烹飪用能中,電和液化氣的消費比重分別從1992年的3.5%和5.1%上升至2012年的34%和24%,而薪柴和稭稈的比重分別從47%和33%下降至20%和14%。這一變化背後的主要驅動力是生活水平的提高。在我們的研究中,僅人均年收入這一項指標,就可解釋近88%的變化。

就轉型路徑而言,農村地區取暖用能基本遵循"生物質燃料-煤-電"的演化軌跡,這與傳統的能源階梯理論是一致的。但烹飪用能的變化則不同,很多地區跨越了煤這一階段,直接從傳統生物質直接轉向了電和液化氣,究其原因,仍然要歸因於20年間農村地區社會經濟的高速發展,導致烹飪用能呈現出了跨越性快速轉型的特征,也顯示出未來農村用能結構調整的潛力。按照我們的初步估算,當農村人均年收入達到15000元的時候,電力和天然氣用於烹飪的比例將高達90%,這意味著農村地區烹飪用能的清潔化過程可在未來十余年間大致完成。

相較於烹飪用能,取暖用能的轉型則呈現出較為復雜的局面。首先,其清潔化和多樣化的速度遠不及烹飪用能的變化速率。1992年到2012年間,雖然用於取暖的電力消費增長了7.6倍,但由於其初始水平較低,到2012年,電力在整個取暖用能中的比重僅為15%,農村地區的取暖仍然主要依靠煤炭和生物燃料。事實上,2012年電取暖的農村居民主要分布在取暖時間較短且無需固定取暖設施的中部地區。

此外,取暖用能轉型呈現很強的路徑依賴,沒有呈現出烹飪用能那樣的"跨越性"特征。這主要是因為電和天然氣取暖成本太高,也與基礎設施建設條件(如供電功率)限制有關。導致過去20年間農村地區取暖用能的調整速度很慢。

此外,作為從能源轉型的主要驅動力,人均收入與取暖用能之間並非簡單的線性關系,且受到其他因素的顯著影響。這些因素仍需要進一步研究。從目前獲得的數據看,如果沒有政府的強力幹預(如目前在26+2實施的煤改電和煤改氣),農村地區取暖用能在短期內不會出現像烹飪用能那樣的自發轉型。

需要關註的,不止是煤炭

能源消費結構調整帶來的最顯著變化是農村地區大氣汙染物排放量下降。1992到2012年間,因農村地區家庭用能導致汙染物、特別是不完全燃燒產物(如一次PM2.5、黑炭和多環芳烴等)的排放量下降了49%~57%。

農村使用固體燃料(煤和生物質,後者包括稭稈和薪柴)導致的汙染物排放不僅是區域大氣汙染的重要貢獻者,也會直接造成農戶居室室內空氣的嚴重汙染,且其汙染程度遠高於不使用固體燃料的居民家庭。因此,農村家庭用能轉型導致的汙染物排放下降有著重要的雙重意義,一方面對區域空氣質量的改善有重要貢獻,另一方面可以大幅度改善農村居民室內汙染,因此具有重要的健康效應。事實上,長期以來,人們對使用固體燃料造成的農村室內空氣汙染重視不夠。根據世界衛生組織的數據,我國每年由於空氣汙染導致百萬以上人口的過早死亡,其中使用固體燃料造成的室內空氣汙染的貢獻高達40%左右。

近年來,我們在多處農村地區實地測定了室內空氣主要汙染物濃度,部分地區的汙染程度觸目驚心。比如,在華北某戶家庭廚房中測得的苯並芘日均濃度高達49-548納克/立方米,臥室中也高達31-187納克/立方米,而作為一種強致癌物,苯並芘的國家室內空氣標準為1.0納克/立方米。再如,在西部某地冬季測得的居民24小時呼吸PM2.5濃度在70~1650微克/立方米之間,不低於重汙染大城市的暴露水平。

目前,農村汙染物排放的絕對值雖然有所下降,但其對所有源汙染物排放總量的貢獻依然很高,尤其是黑炭、有機碳和苯並芘等不完全燃燒產物更是如此。將來依然需要從烹飪和取暖兩個方面入手,繼續推動能源轉型和減排工作。

盡管烹飪用能的轉型自發性程度較高,但政府和社會仍可以采取措施加快這一進程。如政府可以結合美麗鄉村建設,參照早年"家電下鄉"的方式,大力推廣電磁爐、電飯鍋以及目前農村很少使用的微波爐,同時可以結合精準扶貧工作,采取適當補貼的方式推廣使用液化天然氣,這些措施可以大大提高農村烹飪用能轉型的速度,投入的成本不會很高且可控。

相比之下,取暖用能轉型方面的難度要大得多。由於用電和用氣的成本超越了目前大多數農村家庭的經濟水平,因此需要政府的前期投入。可以預料,這一投入帶來的回報將是巨大的。就控制汙染物排放而言,生活煤改氣的成本效益要顯著高於電廠煤改氣。燃煤電廠可以通過終端控制減少排放,但家庭爐竈由於燃燒效率低,且沒有凈化裝置,因此單位煤炭消耗量的汙染物排放量往往是工業和電廠的數十倍(如二氧化硫)、數百倍(如黑炭)甚至上千倍(如苯並芘)。

另外,需要特別強調的是,農村取暖用能並不僅僅是散煤問題。根據我們的調查,2012年,農村地區用煤取暖的比例為46%,同期薪柴等生物質的使用比重也高達38%,與用煤比例沒有很大差別。因此,應當將關註點從改"散煤"拓展到改"固體燃料"。

技術需接受非技術的挑戰

隨著經濟水平的提高以及城市化的快速推進,農村地區的生活形態發生了很大的變化,並且表現出了較大的地區差異。因此,針對農村地區的能源消費結構轉型,需要開展更多的跨學科研究工作,技術措施要接受社會經濟和生活習慣等非技術的考驗。

以農村沼氣的使用為例,在我們的調查中,農村地區沼氣的使用量要比IEA和FAO公布的結果低得多,而且隨著時間推移,這一差距越來越大。根據我們的調查,大多數農村沼氣設施處於廢棄狀態。其原因除維護不當外,還與農村地區散養豬數量大幅度下降有關。隨著農村經濟發展、生活水平提高以及勞動力減少,以戶為單位的沼氣生產已經很難維系。顯然,沼氣等能源能否大規模推廣,並不是簡單的技術問題,而需要經濟和社會層面的綜合考量。

農村地區取暖和烹飪用能的調整,應該根據不同地區的特點,規劃綜合的整體解決方案,需要全面考慮地區的經濟發展水平、政府的財政能力以及電網和天然氣管網的承受能力等。有條件的地區可以一步到位,直接改用電或氣;無法一步到位的地區,則可以探討其他過渡方式,如與清潔爐竈相結合的壓塊生物質燃料取暖。這些方案的推廣一方面需要尋求市場機制,另一方面,政府的幹預和推動也不可或缺。

另一個超越純粹技術的問題,是汙染物減排與二氧化碳減排。由於兩者的來源、影響、減排動因、減排方式、減排效益和減排成本有很大差異,因此不能簡單化地相提並論。在目前中國的發展階段和經濟水平下,不加區分地籠統談減排會導致決策偏差。

導致全球氣候變化的二氧化碳排放主要是發達國家的歷史貢獻。盡管中國目前是第一排放大國,但由於大氣中的二氧化碳主要還是來自歷史排放,目前和未來一段時期中國對全球大氣二氧化碳增加的貢獻大約在10%左右。中國應當承擔起相應責任,但沒有必要為發達國家的歷史排放買單。與此同時,汙染物排放導致嚴重的健康危害,減少汙染物排放則應當是我國減排政策的優先目標。

大多數情況下,汙染物和二氧化碳減排的方式和效果並不一致。如電廠除塵脫硫、家庭爐竈轉型、汽車尾氣減排等都是針對汙染物排放的,可以降低大氣汙染程度,但不會減少二氧化碳排放。另一方面,諸如碳捕捉和碳存儲這樣的措施能夠減少二氧化碳排放,但對汙染物減排沒有作用。前者對保護我國居民健康有利,後者則在為全球應對氣候變化做貢獻。當然,有些情況下兩者是可以並重的。譬如,清潔能源,如光伏、水電、風電的發展,可以導致汙染物和二氧化碳同步減排。再如,不同源的黑炭減排,同樣具有雙重效應。因此,如何確定減排路徑,要明確減排目的,針對我國國情確定優先次序,做好前期成本效益分析,確定最佳減排途徑,切忌不區分目的和不計成本的粗放管理策略。

就我國目前的情況而言,在面對每年大氣汙染造成百萬以上過早死亡的威脅時,大氣汙染物減排應當放在絕對優先地位。至於氣候變化應對策略,則應當將重點放在應對和適應。相關研究的重點也應當如此。

如上所述,在綜合考慮技術、經濟性和社會效益的前提下,有些情況是可以獲得雙重收益的。其中生活源黑炭排放的削減就是一個典型的例子。黑炭不僅是危害健康的顆粒物的主要成分,同時也是重要的氣候強迫因子。通過減少農村生活源固體燃料的使用,可以大幅度減少黑炭的排放,獲得環境和氣候的雙重效益。

從這個角度看,農村生活用能的調整,確實值得引起更多重視。(作者 陶澍)

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