中国农村居民可再生能源生活消费的碳排放评估

陈 艳 朱雅丽

(中国地质大学(武汉)经管学院，湖北武汉430074)

中国农村居民可再生能源生活消费的碳排放评估

陈 艳 朱雅丽

(中国地质大学(武汉)经管学院，湖北武汉430074)

农村居民能源消费涉及能源安全、环境效应、新农村建设等多个方面，从发展趋势来看，在未来相当长的时期内，秸秆、薪柴等传统生物质能仍是我国农村居民的主要生活能源。本文在分析了我国农村居民可再生能源生活消费现状的基础上，测算了1998－2007年农村居民可再生能源生活消费的碳排放，评估了农村居民可再生能源生活消费的环境效应。得出结论:在我国农村居民能源生活消费的过程中，碳排放的主体是秸秆和薪柴等生物质能的传统利用，其次是商品性能源的使用。在未来的发展过程中，农村居民能源消费必须依靠农村丰富的可再生资源，优化物质循环过程，变生物质能的传统利用为清洁利用，减少温室气体排放，实现改善农村环境，减缓和适应气候变化的总体发展目标。

农村;可再生能源;生活消费;碳排放

降低二氧化碳等温室气体排放、减缓大气变暖进程是当今时代全球面临的共同课题。20世纪90年代初期，中国化石能源消费总量超过俄罗斯而成为据美国之后的第二消费国。这使得中国在“后京都”时代的全球气候谈判中必将面临越来越大的国际压力。

目前，中国农村能源消费主要以当地易获取资源的秸杆、薪柴等生物质能为主，生物质能的传统利用约占中国农村能源消费总量的1/3，占中国农村能源生活消费的1/2。相关文献研究表明，我国农村居民的生活消费支出和能源消耗呈正相关增长的关系，农户的收入水平越高，对能源的舒适性、便利性、卫生特性的要求就越高，对商品能源的消费需求也越高。今后的一段时期，伴随着农村经济水平的跳跃式增长，对能源消费总量的需求迅速增长是无法避免的。综合我国农村地区能源消费状况及未来趋势，基于建设社会主义新农村，环境友好型社会的需要，未来农村能源消费要同时满足两个条件:第一，满足农村地区不断增长的能源消费需求;第二，实现能源消费过程中的温室气体减排，提高减缓和适应气候变化的能力。针对我国能源消费总量不断增加和农村能源消费迅猛增加的客观现实，农村能源消费必须依靠农村丰富的可再生资源，变生物质能的传统利用为清洁利用，减少温室气体排放，适应气候变化的总体发展目标。

文献研究表明，关于我国农村能源消费的研究，受到了国内外学术界的广泛关注。国外文献近年来对农村能源的研究区域主要集中在中国，Mac和Stern分解了中国1971－2003年的CO2排放，并于能源结构中引进了生物质能，结果表明生物质能占比下降对碳排放减少产生了积极影响［1］。Zhongren Zhou分析了中国农村家庭能源消费结构的变化［2］;Gang Liu以台北为例，分析了家庭能源消费对生态环境的影响［3］;Guozhu Li以甘肃的某个山区为例，计算了中国农村家庭能源消费所需支付的环境和经济成本［4］等等。国内早期王革华即分析了农村可再生能源对中国CO2减排所做的贡献［5］;师华定对农村能源消费所产生的环境效应进行了研究［6］;李光全等分析了中国农村生活能源消费的空间格局变化［7］;朱四海着重对我国农村能源政策的演变进行了梳理［8］。

1 农村可再生能源生活消费现状

1．1 农村沼气发展迅猛，但农村生物质能的传统利用仍占主导地位

在农村，生物质能的消费有两种方式，一是生物质能的传统利用，即秸秆和薪柴的直接燃烧;二是生物质能的清洁使用，如沼气和生物质发电等。长期以来，秸秆和薪柴等生物质为主的传统非商品能源占农村能源消费的主要地位(见图1)，特别是生活耗能方面，以居民家庭炊事和冬季采暖为主，多为直接燃烧。造成这种现状的原因可能是由于秸秆、薪柴容易获得，几乎不需要任何费用。从发展趋势来看，在未来相当长的时期内，秸秆、薪柴等传统生物质能仍是我国农村居民的主要生活能源。

图1 1998－2007年份农村居民秸秆、薪柴和沼气的使用情况Fig．1 Usage of straw stalks，firewood and biogass by rural residents，1998－2007

从生物质能的清洁使用来看，“十五”期间，农村沼气进入了健康稳步快速发展阶段。据中国农村能源统计年鉴数据显示:2007年是历史上发展最快的一年，新增农村户用沼气用户482.35万户，全国已累计推广户用沼气近2 650万户，年产沼气达102亿m3。比2000年的848万户增加了1 802万户，年均增长速度为17.7%，笔者依据中国农村能源统计年鉴的数据绘制了图2，显示了2000年至2007年农村居民家庭使用沼气池年产气量的变化趋势。

就全国整体而言，传统柴草仍是农民炊事的主要燃料，占60．2%，目前仍有1．33亿农户使用。东北地区使用秸秆薪柴的农户高达88．2%(见表1);从能源消费结构来看，目前，我国农村居民生活用能仍以秸秆、薪柴为主，大部分用于炊事和取暖。

图2 2002－2007年农村居民家庭沼气池的产气量Fig．2 Biogas production rate by rural households，2000－2007

表1 按炊事能源类型分的住户构成比例Tab．1 Constitution and proportion of households according to cooking energy

1．2 农村太阳能利用技术推广速度持续快速增长

农村地区太阳能利用形式主要有太阳能热水器、太阳房、太阳灶、朔料大棚、太阳广伏发电系统等。农村地区使用广泛的是太阳能热水器，太阳能热水器的生产和应用进入稳定增长阶段。据中国农村能源统计年鉴的数据显示:2008年底，全国农村地区太阳能热水器保有量达4 759万m2，比2000年的1 108万m2增加了3 651万m2，平均每年增加456．4m2，年均增长速度为19．98%;农村太阳房达1 590．5万 m2，比 2000 年的 970 万 m2，增加了 620．5 万m2，年均增长速度为6．4%;太阳灶保有量达135．7万台，比2000年的33．2万台增加了102．5万台，年均增长速度为19．24%(见图3)。为可再生能源规模化开发利用奠定了良好的基础。

1.1 资料来源 选取2013年1月-2015年12月在廊坊市妇幼保健中心进行孕期检查的妇女3 326例为研究对象，入组对象同时有唐氏综合征和叶酸代谢障碍，平均年龄(27.88±4.95)岁。根据唐氏筛查结果将受试孕妇分为高风险组(814例)和低风险组(2 512例)，高风险组包括21-三体综合征806例、18-三体综合征2例和神经管缺陷高风险6例。本研究获得医院伦理委员会批准，所有研究对象对本研究知情并签署知情同意书。

除此之外，我国农村太阳温室有了大规模的发展，大棚种植和养殖已经成为设施农业的主要方式，大棚蔬菜种植也成为各地农业生产的一项重要内容，通过这些以太阳能利用为主要措施的设施农业的发展，大大丰富了城乡居民的菜篮子，同时也为农民带来了明显的经济效益。

1．3 农村风能、微水电的开发利用方兴未艾

小型风力发电机主要分布在西部地区的内蒙、甘肃、新疆等农牧业地区，东部的江苏、山东、福建、海南等海岛和内陆湖区上。微水电被列入国家扶贫、微小水利和小型公益设施建设以及保障退耕还林和保护森林资源的生态建设等项目中，从中得到了部分无偿的资金扶持。2005年中央一号文件上明确提出“国家对农民兴建小微型水利设施所需要的材料给予适当补助”。2007年，全国建成微水电站6．1万座，装机容量约达到22万 kW，主要在广东、江西、广西、云南、陕西和甘肃等水资源丰富地区［9］。

图3 2000－2008年我国农村居民太阳能利用情况Fig．3 Solar energy utilization by rural residents in China in 2000－2008

2 农村居民可再生能源生活消费的碳排放测算

农村能源消费按消费品种可以分为商品性能源消费和非商品性能源消费;按消费用途可以分为生产消费和生活消费。本文着重分析的农村非商品性能源中可再生能源生活消费的环境效应，鉴于试验数据和分析手段的限制，本文只评估可再生能源在使用的过程中的碳排放，没有考虑生物质能的整个生命周期当中的碳转化的问题。在可再生能源中，秸秆和薪柴的传统利用具有高排放，沼气在使用过程中也有碳排放，而像太阳能、风能和水能是不排放碳，它们替代商品能源中的煤炭，具有减排效应。

2．1 1998－2007年农村可再生能源生活消费的碳排放测算

农村非商品性能源消费碳排放的测算，以王革华等人的CO2排放量的计算方法为依据［5］，计算我国农村地区1998－2007年秸秆、薪柴、沼气等生物质能利用中的CO2排放量。秸秆、薪柴的CO2排放量计算公式:

式中:EBM为秸秆、薪柴利用的CO2排放量，t;BM为生物质能消耗量，t;Ccont为生物质含碳量，%;秸秆、薪柴含碳系数分别为40%和45%;Ofrac为生物质氧化率，%;秸秆、薪柴氧化率分别为85%和87%。

式中:EBG为沼气利用的CO2排放量，t;BG为沼气消耗量，万 m3;Cthermal为沼气热值，TJ/万m3，取值为0.209 TJ/万m3;Ocont为生物质含碳量，t/TJ，沼气含碳量为15．3 t/TJ。

由公式(1)计算得到2007年我国农村秸秆、薪柴生活消费的碳排放(单位:104t)

EBMj=BM×40% ×85% ×44/12=33 997．52×40%×85% ×44/12=42 383．57

EBMx=BM×45% ×87% ×44/12=18 216．9×45%×87% ×44/12=26 150．35

沼气消费的碳排放(单位:104t)

EBG=BG ×0.209×15．3 ×44/12=1 023 962．6 ×0.209 ×15．3 ×44/12=1 200．59

1998－2007年农村秸秆、薪柴和沼气的碳排放计算结果见表2和图4。

2．2 2007年农村能源生活消费的总体碳排放测算

目前国内外对商品性能源消费碳排放量的计算一般采用日本Kaya碳排放恒等式，此公式是1989年由日本教授Yoichi Kaya在联合国政府间气候变化专门委员会

表2 1998－2007年我国农村居民可再生能源消费的碳排放Tab．2 Carbon emissions from renewable energy consumption in rural China during 1998 －2007 104 t，%

图4 1998－2007年农村生物质能生活消费的碳排放Fig．4 Carbon emissions from biomass energy in rural areas during 1998－2007

(IPCC)研讨会上最先提出［10］。根据该恒等式，碳排放量主要是由人口、生活水平、能源使用强度和碳排放强度决定的。

碳排放量的基本公式为:

上式中C为碳排放量;Ci为i种能源的碳排放量;E为一次能源的消费量;Ei为i种能源的消费量;Y为国内生产总值(GDP);P为人口。为便于计算将公式化简为:

表3 不同能源的碳排放系数(Fi)Tab．3 Factors of different energy carbon emissions(Fi)

本文农村商品能源消费的碳排放评估采用了公式(4)。

依据上述公式，可以计算2007年我国农村商品能源生活消费的碳排放(单位:104t)

由此，可得图5所示，2007年农村居民生活消费所耗各种能源的碳排放情况。

2．3 基本结论

通过上述分析和计算，本文得出如下结论:

在我国农村居民能源生活消费的过程中，碳排放的主体是秸秆和薪柴等生物质能的传统利用，其次是商品性能源的使用。

横向来看，秸秆和薪柴的传统利用所产生的碳排放，在2007年农村居民能源生活消费的碳排放的比重占到了83%，居于绝对主体地位;商品性能源使用过程中所产生的碳排放占到了16%，是农村居民生活消费中的第二大排放主体。

从可再生能源生活消费的纵向对比来看，可再生能源在农村居民的生活消费当中，生物质能的传统利用是主要的碳排放来源，对碳排放的贡献达到了百分之九十九。沼气的碳排放达到百分之一，也只是在最近的2005、2006和2007年这三年;很显然，沼气在农村居民生活用能中的份额高于碳排放的水平。

图5 2007年农村居民生活消费各种能源的碳排放情况Fig．5 Carbon emissions from each kind of energy consumption by rural residents in 2007

3 政策建议

首先，完善可再生能源开发利用的政策法规体系和加大资金投入力度。国家应加大对农村能源建设的资金投入力度，建立以中央和地方国家投资为主、多渠遣投入资金为辅的多元化投大机制，要积极拓宽筹资渠道，吸引外资和鼓励社会各界投资。同时根据当地的自然条件以及人们的生活习惯，综合运用政府支持和市场化引导等多种手段予以支持，才能使可再生能源技术持续健康发展。

其次，大力普及农村沼气、生物质发电和其他可再生能源，减少秸秆和薪柴的传统利用。沼气以投资小、见效快、适应广、功能多的优势在我国迅速推广，秸秆沼气技术的突破又扩大了沼气使用范围，规模化养殖业的发展为沼气的集中利用创造了条件。同时要加大沼气物业化服务体系建设力度，确保沼气又好又快的发展。具有丰富太阳能资源和合适气候条件的地区，要更多地发展太阳能热水器和太阳房;远离城市的西北农牧区和西藏自治区应推广太阳灶。远离电网的边远地区实施“三小电”工程，首先解决居民生活用电，逐步扩大到满足生产用电。

References)

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［3］Liu Gang， Mario Lucas， Lei Shen．Rural Household Energy Consumption and Its Impacts on Eco-environment in Tibet:Taking Taktse County asan Example［J］．Renewable and Sustainable Energy Reviews，2008，12(7):1890 －1908．

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Evaluation of Carbon Em issions From Renewable Energy Consum ption by Rural Residents in China

CHEN Yan ZHU Ya-li
(Economy and Management College，China University of Geosciences，Wuhan Hubei430074，China)

Energy consumption of rural residents involves many aspects such as energy security，environmental effect，new rural construction and so on．In view of the development trend，for quite a long time in the future，traditional biomass energy like straw stalks and firewood will still be themain life energy for the residents in rural China．Based on the analysis of the present situation of renewable energy consumption by rural residents，this paper estimates the carbon emissions of renewable energy consumption by rural residents from 1998 － 2007，and evaluates the environmental effect of the renewable energy consumption by rural residents．The conclusion is that in the process of energy consumption by rural residents，carbon emission ismainly from traditional ustilization of biomass energy such as straw stalks and firewood，and then from the commercial energy consumption．And the suggestion is that in order to achieve the development goal to improve the rural enviroment and adapt to the climat change，energy consumption of rural residents in the futuremust depend on the abundant renewable resources in the rural areas，optimize the process ofmaterial recycling，change the traditional use for the clean use of biomass，and reduce greenhouse gas emission．

rural area;renewable energy;consumption in daily life;carbon emissions

F323．22

A

1002－2104(2011)09－0088－05

10．3969/j．issn．1002－2104．2011．09．015

2011－04－03

陈艳，博士，副教授，主要研究方向为农村能源。

中国地质大学(武汉)中央高校基本科研业务费专项资金资助项目“基于博弈模型的生物质能产业补贴制度设计”(编号:CUGW 090210);2009年中国地质大学(武汉)资源环境经济研究中心开放基金资助项目“湖北省生物质能产业化发展研究”(编号:1050910)。

(编辑:田 红)