我国北方农村清洁取暖改造研究综述及展望

翟羽佳,李舒婷

(华北电力大学 经济与管理学院,北京 102206)

推进北方地区清洁取暖工作,保障群众温暖过冬,持续提高空气环境质量,是能源生产、消费革命和农村生活方式改革的重要内容。2017年,国家发改委及相关部门制定了《北方地区冬季清洁取暖规划(2017—2021年)》,文件指出农村地区要因地制宜,优先发展生物质能、太阳能等清洁能源供暖,在具备条件的地区,大力推广燃气壁挂炉。同时还提出发展目标:2021年,“2+26”重点城市的农村地区清洁取暖率达60%以上,其他地区农村清洁取暖率达40%以上。2022年,《“十四五”可再生能源发展规划》提出要加快构建以可再生能源为基础的乡村清洁能源利用体系,支持建立以地热能、生物质锅炉为主的乡村能源站。

目前,我国清洁取暖改造大致存在以下3个方面的问题。①村民方面。不少村民思想还未转变,对清洁取暖改造的认识度不高,担心清洁取暖的成本与收益问题,散煤复烧的现象时有发生。②技术方面。某些地区存在“一刀切”的问题,盲目推广“煤改气”“电取暖”等方式,阻碍了清洁取暖的持续性发展。广大农村地区硬件设施有待提升,技术设备不完善,导致很多清洁取暖方式无法实现。③经济方面。清洁取暖改造是一项长期且艰巨的任务,运行成本高,前期清洁取暖改造的资金主要来源于政府,但清洁取暖的可持续发展不能依赖政府的补贴,目前尚未形成完整的财政支持体系,为扩大融资途径,需要多方主体的共同支持。

本文将对我国清洁取暖相关文献进行全面细致地研究,采用文献检索与数据分析的方法,梳理清洁取暖的发文趋势、学科分布与研究方式,探寻技术上与经济上双重可行的清洁取暖方式。

1 概念界定

清洁取暖[1]是指利用天然气、电、地热、生物质、太阳能、工业余热、清洁化燃煤(超低排放)、核能等清洁化能源,通过高效用能系统实现低排放、低能耗的取暖方式,包含以降低污染物排放和能源消耗为目标的取暖全过程,涉及清洁热源、高效输配管网(热网)、节能建筑(热用户) 等环节。

2 文献检索与数据分析

2.1 文献检索

根据清洁取暖这一研究主题,本文检索在中国知网(CNKI)上发表的相关文献并对所选择的研究文献进行内容剖析,旨在探究我国北方农村清洁取暖改造的研究现状、涉及领域和前沿研究问题,重点是探究中国情境下清洁取暖改造所面临的挑战和机遇。清洁取暖这一议题不仅涉及能源经济学领域同时穿插社会学、经济发展等领域,因此在文献期刊的选择中,确定了中国知网为数据库进行文献检索。考虑到外文期刊论文的丰富性,使用Elsevier数据库进行了外文期刊的检索。截止时间为2022年9月1日。在中文数据库中我们以“清洁取暖”为篇关摘索引进行文献收集,检索内容包括了“农村清洁取暖、清洁取暖改造、煤改电政策”等与清洁取暖相关的844篇文献,考虑到权威性和知识含量,我们又筛选出核心期刊(北大核心、CSSCI)共计71篇(2017—2022)。在外文数据库中,我们以“Clean heating”和“Chinese rural”为关键词筛选出外文期刊60篇(2017—2022)。作者阅读了每篇文章的摘要和框架,剔除不相关文献 4 篇,最终得到有效文献 127篇。

2.2 数据分析

2.2.1 历史变化

2017年之前的相关研究中清洁取暖改造偶有提及,但相关度较低。因此,着重研究2017—2022年发表的127篇文献,偏向于在中国的大环境下我国学者展开的同农村清洁取暖改造相关的研究。

北方农村清洁取暖改造研究发文趋势如图1所示。由图1可知,我国的农村清洁取暖改造研究文献呈现出稳定增长的趋势,并大致可以分为2个阶段。第1阶段是2002—2016年,这一阶段国家还没有出台相关的清洁取暖政策,我国学者对于农村清洁取暖改造研究的关注度较低,在核心期刊和外文期刊上发布的文献较少(年均0.8篇)且相关研究与清洁取暖的关联度不高,只是在研究过程中做一些辅助的必要阐述。第2阶段是 2017—2022年(2022年数据截止到9月),在此阶段我国学者对于我国北方农村清洁取暖改造的研究发文数急剧上升,从2016年的1篇,到2017年的10篇,再发展至2021年的26篇,年均发表数量为21.9篇。这一阶段,由于国家政策的不断推动,农村清洁取暖改造这一话题也受到了学术界的广泛关注,关于我国北方地区清洁取暖改造的相关研究得到了快速发展。随着国家对清洁取暖改造项目的大力关注,预计在未来这一领域的核心期刊发文数量仍将不断攀升,与该领域相关的研究也将不断深入并逐渐扩展至各个领域。

图1 北方农村清洁取暖改造研究发文趋势Fig.1 Research trends in clean heating renovation in northern rural areas

2.2.2 学科分布

北方农村清洁取暖改造研究学科分布如图2所示,发文领域主要集中在排名前4位的环境科学领域、工程领域、能源领域和经济学领域。环境科学领域中,学者对资源利用的关注度较高;工程领域中,建筑科学与工程领域(36篇)的学者对清洁取暖改造的关注度最高;在能源领域,对于能源与建筑的关注度最高(7篇)对新能源和可再生能源的阐述也处于较高水平(9篇);而经济学的学者则主要来源于农业经济(12篇)以及宏观经济领域(6篇),他们主要是从宏观政策和农户意愿的角度分析清洁取暖改造的影响因素。农村清洁取暖改造研究代表性作者统计见表1。

图2 北方农村清洁取暖改造研究学科分布Fig.2 Disciplines distribution of clean heating renovation research in northern rural areas

表1 农村清洁取暖改造研究代表性作者统计Tab.1 Statistics of representative authors of research on rural clean heating renovation

2.2.3 论证方式研究

从“清洁取暖”文章的研究方法来看,按照年份对文章的研究方法进行了分类整理(剔除存在清洁取暖内容,但使用下列研究方法得出的结论未直接导向该关键词的论文8篇)研究结果见表2。

表2 农村清洁取暖改造研究方法Tab.2 Research methods of rural clean heating renovation 篇

研究发现,从年份来看,早期的清洁取暖研究以论述类文章为主,研究方法比较单一且缺少对案例、模型的研究。随着研究不断发展,采用实证方法对农村清洁取暖改造进行研究的文章开始逐渐增加,论述类文章开始减少,案例类、模型类文章开始出现。目前,实证类、模型类的研究文章数量较多,说明相关研究更加关注科学的研究方法,强调可靠的研究数据及研究的理论基础。可能因为研究不够充分或者研究主题较为新颖,目前综述类的文章发表极少。

在研究方法的选择上,中国情景下的清洁取暖研究似乎与实证和论述型的文章更吻合,建议适当增加模型类和案例类的相关研究,对中国农村的清洁取暖改造进行深度的挖掘。

3 农村清洁取暖改造的归因研究

3.1 环境污染防治与农村清洁取暖改造间的关系

环境污染是国家推行农村清洁取暖改造的主要原因,也是学者研究农村清洁取暖改造的重要视角。例如,美国自1997年以来已用天然气取代煤炭发电,二氧化硫和氮氧化物排放量较1997年的水平分别减少了44%和40%。经证实,新西兰的清洁供暖技术项目也导致排放量和浓度显著下降[2]。以往的研究发现,1 t煤炭分散燃烧时,二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)和颗粒物(PM)的排放量分别约为7、20 和3.6 kg[3]。Ji Dongsheng[4]等基于京津冀典型农村地区的实地观测和模型分析得出结论,在北方农村地区实行煤炭禁令能够有效降低空气中有机碳、元素碳和的含量。这充分说明了在我国北方农村地区实施清洁取暖改造工程可以有效改善区域空气质量,实现环境污染防治。另外,Li Bojia[5]等建立了空气质量供热模型,并对采暖季浓度变化进行了预测,结果表明,2030年北京、天津、河北及周边地区浓度将较2016年分别下降48%、35%、29%和23%。考虑到清洁能源的发展,可进一步提高到55%、40%、32%和27%。另外,环境污染的防治效果还受到清洁取暖改造方式的影响。周卫青等[6]以散煤传统炉具为基准,对比研究了型煤环保炉具、天然气壁挂炉、蓄热式电取暖、空气源热泵4种清洁取暖方式的大气污染物减排效果,发现其对的削减率分别为99.9%、99.8%、98.4%、95.4%。选择合适的清洁取暖改造方式,响应“宜电则电、宜气则气、宜煤则煤”的号召,在保障居民取暖的同时,取得环境效益的最大化。

3.2 能源结构调整与农村清洁取暖改造间的关系

能源结构调整与农村清洁取暖改造密切相关。雷小苗等[7]从能源转型的角度论证了通过评估资源禀赋特性和分析能源消耗现状推动农村地区清洁取暖改造的可行性。吕晨等[8]指出,清洁取暖政策实施后,农村地区年标准煤耗总量将较之前下降 20.27%,煤炭、薪柴等一次能源将被电力、天然气等清洁能源所迅速替代,农村能源结构将发生显著转变。同时,农村清洁取暖改造能够优化能源消费。肖红波等[9]指出要继续推行煤改电和煤改气的能源政策,在能源改造和升级实施过程中,根据实际情况鼓励整村推进,这样能发挥规模效应;对于清洁煤推广,应在整村或联合几个村实行以燃煤方式统一集中供暖,减少环境污染和成本。此外,家庭能源结构也占据着很大的比重。家庭能源结构,特别是可持续使用负担得起的清洁能源,是社会的重要组成部分,与许多可持续发展目标密切相关。Shen Guofeng[10]等学者研究发现,随着时间的推移,清洁家庭能源用户的比例在逐级增加,尽管农村人口由于城市化而下降,但使用清洁现代能源的绝对人数增加了。这充分表明,逐渐改变的家庭能源结构和农村清洁取暖改造之间存在互相影响的关系。

3.3 环境健康与农村清洁取暖改造的关系

环境健康问题也是推进农村清洁取暖改造的重要原因之一。Sun Jian等[11]通过阐明作用机制,比较了传统采暖和清洁采暖措施对的细胞毒性从人类健康的角度强化了“清洁采暖政策”在中国实现减排目标和改善农村居民生活环境方面的价值。更有研究表明,清洁燃料的使用能够降低关节炎发病率[12]、预防肾功能下降[13],对提高居民生活质量和保障身体健康具有不可估量的意义和价值。

4 农村清洁取暖改造的参与主体及模式研究

清洁取暖覆盖范围广、涉及内容多,需要各级主体的协调与推进。学界对清洁取暖改造的参与主体的研究大致可分为:政府的主导功能、村民的参与意愿以及技术应用研究等。

4.1 农村清洁取暖改造中的政府主导功能研究

在清洁取暖的改造中,政府一直发挥着举足轻重的推动作用。国家有关部门负责制定总体清洁取暖规划,完善价格等方面的机制;地方政府确定具体实施方案,设立进度安排协调和目标考核机制。关于政府在清洁取暖改造方面的主导功能研究,主要包括以下4个层面:①制度层面。一系列的政策文件为清洁取暖改造的实施提供了制度保障。2013年国家发改委发布的《能源发展“十二五”规划》鼓励农村积极推进分布式可再生能源的建设,同时推进小水电、农林废弃物等可再生能源的利用;2016年的《能源发展“十三五”规划》提出要加快推进农村采暖电能替代,鼓励应用太阳能热水器、小风电等小型能源设施。2022年的《“十四五”现代能源体系规划》提出要坚持因地制宜,鼓励实行分散供暖的农村地区使用生物成型燃料炉具供暖。②投资层面。经济性是制约清洁取暖改造的因素之一。为促进清洁取暖改造的实施,各省份政府出台了一系列清洁取暖补贴政策。郝春旭等[14]整理了山东省的“煤改气”补贴政策,主要包括设备购置费用补贴,官网、接驳费用以及运行补贴。其中,淄博市的设备购置费用补贴高达70%,最高可达2 700元/户,运营补贴1元/m3,最多可补贴1 200元。山东省将清洁取暖项目列入贷款重点支持项目,可适当延长贷款年限,降低贷款利息;为拓宽融资渠道,政府鼓励特许经营权等质押融资方式,支持相关企业发行公司债券等多种融资工具。为吸引社会资本投资,政府积极加强与社会资本的合作,出台特许经营、投资补贴等政策,支持社会资本设立产业投资基金。③组织方面。张梦等[15]指出基层政府和村干部对当地情况最了解,却没有话语权,只能被动地接受上层组织的任务。必须在执行任务的准政府逻辑与顾及情面的共同体逻辑间进行权衡并寻求一条生存之道,使国家政策文本在乡村社会变通执行。④具体管理方面。通过对现有清洁取暖项目的分析,王志强等[16]建立了区域清洁取暖适应性发展模式,该适应性发展模式涵盖电网、用户和社会,为农村地区合理选择清洁供暖方式和设备类型提出了理论支持。制定清洁取暖管理体制,强化对清洁取暖产品的全程跟踪管理,有利于进一步提高清洁取暖改造的实施效力。金玲等[17]发现北京建立了清洁取暖工作管理与运行监控平台,该平台可以实时监测取暖设备的运行情况,有利于进一步提高管理效率和设备运行效率。

4.2 村民参与清洁取暖改造的主体行为及意愿研究

作为清洁取暖改造的直接参与者和改造主体,村民的积极性对该项目的持续发展具有关键的作用。潘小川等[18]发现由于固体燃料的燃烧效率低,许多农村家庭室内污染严重,可能会影响人的身体健康甚至导致过早死亡。Huang Ye等[19]分析家庭能源使用和烹饪是影响空气污染和个人吸入暴露的主要因素,使用液化石油气等清洁能源有利于减少个人吸入暴露。清洁取暖带来的收益、面临的风险以及该项目的持续性等都会影响村民的改造意愿。晋荣荣等[20]采用二元Probit和OLS计量方法证实了基于清洁取暖利益和风险的感知价值对村民的改造意愿有着重要的影响,农户在面临是否进行清洁取暖改造的决策时,会根据现有的信息进行计算评价,从而形成主观判断。资本禀赋和政府补贴政策都对村民的改造意愿有着积极的正向调节作用。张保留等[21]通过对京津冀的农村地区进行走访和调查,发现不同受访者对清洁取暖政策的认识程度不同且支付意愿具有差异,部分村民对清洁取暖补贴政策或标准不满意,但是随着取暖费用的降低和补贴标准的加强,村民的满意度会随之提高。

以上研究表明,村民的清洁取暖改造意愿主要取决于清洁取暖费用是否可承受,费用过高会导致村民产生“抵触”心理,放弃进行清洁取暖改造,而适宜的补贴和价格优惠政策减轻了村民的负担,从而促使村民进行清洁取暖改造。

4.3 农村清洁取暖改造中技术应用研究

传统的清洁取暖技术路径存在运行费用高、受区域限制等问题,在一定程度上阻碍了清洁取暖技术的发展。訾振宁等[22]提出一种基于能源互联网的解决方案:能源互联网热源主力为风力发电和太阳能发电,天然气为补充热源,具体方案根据所在地的实际情况制定,因地制宜。该方案能极大地简化热力系统,有效地调峰调频,具有良好的经济效益。推进农村地区建筑节能是进行清洁取暖改造的重要内容之一。鼓励采用农房与太阳能一体化的设计方案,积极推广节能型灶连炕,开展农村地区建筑节能保温改造。高源等[23]构建了河北地区“双替代”农宅低碳化改造多目标设计模型,说明了Ⅰ类农宅(燃气壁挂炉)和Ⅱ类农宅(空气源热泵)的具体改造措施,强调推进建筑低碳化改造与清洁取暖设备改造同时进行。为保证清洁取暖项目的可持续性发展,要考虑到不同清洁取暖方式的经济性、技术性、环境性。谢伦裕等[24]通过对北京市农村居民入户调研发现“煤改气”“煤改电”优化了居民的取暖环境,提高了取暖安全性。清洁取暖政策带来的环境与健康收益远大于它的实施成本。徐辉等[25]综合分析了地源热泵的环境效益和经济效益,提出热泵的节能值会随着煤电占比的下降而增加,虽然从技术经济角度来看,热泵的投资净现值始终为负,但从综合收益角度来看,地源热泵高效节能值得发展。

5 以往研究存在的不足

清洁取暖改造是我国双碳目标实现的重要组成部分,也是能源结构转型的关键环节。学术界从农村清洁取暖改造的现状、原因、举措及主体角度开展研究,取得了丰硕的发展成果,为农村清洁取暖改造的实践提供了理论支持。从研究现状来看,关于农村清洁取暖改造的研究还存在以下不足。

(1)研究大部分聚焦改造的前期工作,包括主体的政策行为和意愿等,针对后期考核评价和反馈机制的研究相对较少。在山东省进行乡镇调研时,笔者发现清洁取暖改造工程的数据结果很好,但是在实际调研走访时发现,部分村民对清洁取暖改造的支持度很低,甚至有村民表面完成改造,但仍依赖散煤取暖。这充分说明,很多地区对于清洁取暖改造的评价体系还有待完善,全省缺乏统一明确的考评体系。这就导致部分地区在治理过程中存在“一刀切”的问题,具体操作方面缺乏规范,对清洁取暖改造工程并不重视。

(2)在政策执行的研究中缺乏对中国特色乡土文化的关注。在农村清洁取暖改造中,村干部的作用不容忽视,国家需要依靠掌握地方性知识的村干部将政策落实到乡村,并不仅仅是利用科层体制压力套牢村干部,更需要考虑到现实利益及熟人社会的评价对村干部的影响。其次,学者在研究政策和意愿时往往只重视科学性的知识,容易忽视地方性知识,导致研究中很多文化层面的影响因素被忽视。

(3)农村清洁取暖改造涉及多个层次和主体,缺少相关模型解释的研究。在之前的研究方法分析中我们发现,该领域模型设计上比较复杂,因此涉及到的研究较少。但是模型搭建能够为清洁取暖改造方案的出台和实施提供比较好的数据支撑和效果评测,应当成为下一个阶段重点应对的问题。

6 研究展望

近年来,我国农村地区清洁取暖工作稳步推进,各省市都取得了很大的成效。但是未来清洁取暖改造要求更为科学的清洁供暖体系,这需要政府和村民的大量投入,也需要相关学者的进一步研究。本文对现有文献梳理之后,提出未来值得关注的3个研究重点。

6.1 加强对多能互补清洁取暖方式的研究

增强技术创新,将多种清洁供暖方式科学搭配,发展多形式的农村清洁取暖模式。通过阅读大量资料,发现现有的文献大多都停留在对不同清洁取暖方式的优缺点比较,以及发展某种单一清洁供暖方式的研究上,忽略了对多能互补方式的探究。目前,多能互补清洁取暖方式具有良好的发展前景,特别是“太阳能+”供暖模式,已经有学者证实多能源互补供热可以提高可再生能源的贡献率,增强系统的稳定性和运行效率,加强对这一领域的研究,发展技术性和经济性高的方式,对推进清洁取暖具有重要的意义。

6.2 坚持问题导向,紧密联系农村实际

农村清洁取暖问题具有复杂性,针对这个问题要紧密联系广大农村地区实际情况,因地制宜。大部分学者研究笼统的解决方法,而有些技术只能满足一部分农村地区,大部分地区技术标准不完善,基础设备设施落后,清洁供暖方式不能一概而论,这需要相关学者提出合理切实的建议,为后续学者的研究提供方向。

6.3 探究技术上与经济上均可行的清洁供暖方式

大部分学者在研究可行的清洁取暖方式时,都是从技术上或者经济上进行论述,很少把二者结合进行讨论。具有技术上和经济上的双重可行性是支持清洁取暖项目持续发展的动因。目前我国清洁取暖改造的资金大部分来源于政府补贴,而改造周期长、耗费大,仅仅依赖于政府资金无法满足清洁取暖项目的持续性发展,降低成本、提高效率是技术发展的方向,更是学者的重点研究方向。