中国家庭能源转型的环境—健康—低碳效益及经济成本

刘泓汛 陈佳琪 彭千芸 李江龙

摘要：家庭能源绿色低碳转型是一个关系到中国数亿居民福祉且待妥善解决的问题。基于中国健康与养老追踪调查数据研究发现，使用天然气或电力替代散煤等固体燃料能显著降低暴露人群慢性阻塞性肺疾病、心脏病和中风等疾病的患病概率。在此基础上，以陕西省家庭能源转型为例，利用患病概率估计值测算居民健康改善带来的环境效益，同时考虑温室气体减少的低碳协同效益以及转型的经济成本，全面评估三种家庭能源清洁转型方式的净效益。结果表明，基于陕西省的电力结构和能源价格等现状，三种转型方式的净效益均为负，不同转型方式的负效益程度具有明显差别。为了加快家庭部门实现清洁能源转型，短期内需要政府通过提供补贴等方式引导支持居民采用高效的用能设备，同时加快天然气市场完善和电力部门清洁低碳化转型。

关键词：家庭能源转型;减污降碳;公共卫生健康;成本—效益分析;“双碳”

文献标识码：A 文章编号：1002-2848-2024（01）-0088-16

一、问题提出

改革开放以来，中国经济发展取得了举世瞩目的成就，但同时也产生了环境污染问题，这是实现社会经济高质量可持续发展和满足人民对美好生活向往的重难点。2022年，在全国339个地级及以上城市中，环境空气质量超标的城市有126个，占全部城市的37.2%;细颗粒物（PM2.5）年均濃度29微克/立方米，虽比2021年下降了3.3%① ，但仍远高于世界卫生组织设定的5微克/立方米的年均浓度限值② 。由能源消费结构不合理引起的室内外空气污染已成为当前全球最为严重及引人关注的环境健康问题之一。许多流行病学及病理学数据验证了空气污染与居民死亡率、各类疾病发病率之间的联系，特别是呼吸系统和心血管疾病[1]。

党的二十大强调要推进“美丽中国”建设和“健康中国”建设。改善空气质量、减少空气污染导致的健康损害，是建设“美丽中国”和“健康中国”的重要任务，业已成为政府工作的重要内容。“广泛形成绿色生产生活方式，碳排放达峰后稳中有降，生态环境根本好转，美丽中国目标基本实现”是2035年中国发展总体目标的重要组成部分。家庭部门是能源（尤其是散煤等固体燃料）的一大消费主体，相对于电力、天然气等清洁能源，固体燃料难以充分燃烧，以散煤等固体燃料为主的生活能源消费会产生大量的污染物排放。同样1吨煤，散烧煤的大气污染物排放量是燃煤电厂的10倍以上。此外，较之电力和工业部门，家庭部门产生的污染物往往不经过任何末端处理，被直接排放到大气中。家庭部门已经成为主要的大气污染物排放来源之一，对人类健康构成极大威胁[2-3]。

因此，加速家庭部门清洁能源转型，已成为治理空气污染的重要抓手。供暖作为居民直接能耗碳排放的主要来源之一，导致中国南北部地区碳强度存在较大差异[4-5]。从2015年起，中国政府便开始逐渐落实“煤改气”和“煤改电”等一系列家庭能源转型政策，实施范围从最初的京津冀试点城市已逐渐扩大到整个北方地区。目前，中国家庭能源转型政策着力于针对北方地区家庭取暖用能转型，特别是对未实现集中供暖的家庭，用天然气、电力等替代家庭固体燃料（主要是散煤和部分未经处理的生物质）燃烧，实现冬季清洁取暖。但是，由于实施清洁能源转型需要一定成本，各地清洁取暖的推进大多需要政府补贴和行政降价。截至2016年底，北方地区仍有80%以上建筑面积使用燃煤取暖，年耗煤量约4亿吨标准煤，其中一半是散烧煤，主要分布在农村地区①。农村家庭能源消费结构的不合理直接影响到农村居民福利，除带来健康问题外，固体燃料的低效使用还可能限制物质资本和人力资本积累，导致能源贫困和经济贫困的恶性循环。习近平总书记在中央财经领导小组第十四次会议上指出，“推进北方地区冬季清洁取暖，关系北方地区广大群众温暖过冬，关系雾霾天能不能减少，是能源生产和消费革命、农村生活方式革命的重要内容”。2017年，国家发展和改革委员会牵头颁布《北方地区冬季清洁取暖规划（2017—2021年）》，对北方地区冬季清洁取暖提出了明确要求和具体部署，在此目标下，各地方从自身实际出发，制定科学合理、经济可行、环保高效的清洁取暖实施方案尤为重要。

为了给地方推行合理的清洁取暖方案提供建议参考，已有研究从大气环境、公共健康等角度探讨了中国家庭使用清洁能源替代固体燃料的社会效益与成本。Liu等[6]基于反事实分析表明，如果能实现京津冀地区家庭清洁能源转型，会大大降低该地区的PM2.5 浓度。特别地，在冬季，家庭部门用能对大气环境的影响比电力、工业等其他部门更大。Yu等[7]通过对中国慢性病的前瞻性研究分析发现，长期使用固体燃料的群体，其因心血管或呼吸系统疾病死亡的风险显著高于使用清洁燃料的群体。随着低碳逐渐成为社会各界关注的热点，近期有研究开始在家庭部门清洁能源转型的研究框架中纳入对碳排放的影响。例如，Wang等[8]结合电力系统的能耗及排放指出，中国清洁取暖过程中实施的“煤改电”政策，存在增加温室气体排放的风险。同时也有部分研究就中国家庭使用清洁能源替代固体燃料的成本进行了核算。Liu等[2]基于建筑设计能耗指标，分析了京津冀地区农村家庭使用不同清洁取暖设备替代燃煤取暖的成本负担。Zhou等[3]对北方地区不同清洁取暖方案的空气污染—公共健康—气候变化协同效益及其经济成本进行了综合分析比较，长期来看，高效的空气源热泵较之天然气壁挂炉、电暖器等设备更值得推广。

已有文献为研究家庭部门清洁能源转型的效益与成本奠定了重要基础，但还存在以下不足。首先，现有关于固体燃料燃烧对健康的影响多基于室外污染，针对固体燃料燃烧造成室内空气污染从而影响健康的量化研究严重不足。而由于空间相对密闭，空气流通性较低，同时居民停留时间较长，室内空气污染对居民健康具有不可忽视的影响。其次，多数研究的样本量较小，多以妇女和儿童为研究对象，并且大都局限在特定地区，不能全面反映整体情况[9]。最后，现有的研究多从单方面的效益或成本对家庭清洁能源转型的影响进行评估，成本—效益分析不足，特别缺乏对效益进行货币量化的比较研究，这是直接决定政府和居民转型方案设计的关键。

在已有研究基础上，本文首先基于中国健康与养老追踪调查（CHARLS）公布的微观数据，构建经济学模型，对家庭部门使用散煤等固体燃料对居民健康的影响进行量化评估，估计家庭固体燃料燃烧对居民患病的影响系数，以便进一步量化家庭能源转型带来的健康改善;进而在碳达峰碳中和目标背景下，以陕西省为例，对2020年陕西省实施家庭清洁能源转型的几种主要方案产生的环境效益（即货币化健康改善）、低碳效益及经济成本进行核算和比较，研究框架如图1所示。

二、方法介绍与数据说明

（一）评估家庭能源消费对居民健康的影响：倾向得分匹配模型

本文首先构建经济学模型，验证家庭使用散煤等固体燃料是否对居民健康存在显著影响。考虑到家庭使用固体燃料和居民健康状况之间可能存在双向因果关系①，本文基于Grossman[10]提出的健康生产函数，采用倾向得分匹配（PSM）模型，评估家庭使用固体燃料是否会对居民健康产生显著影响及潜在的影响大小。具体地，基于Grossman健康生产函数，本文构建如下方程：Yit =α+β1Dit +β2X1，it +β3X2，it +β4X3，it +εit （1）其中，Yit 代表个体i 在t 年的健康状况。本文采用虚拟变量代表个体是否患有某种特定类型的疾病。此前，许多研究从流行病学及病理学角度研究了空气污染与各類疾病发病率之间的联系。在评估家庭能源转型的健康改善中，本文将已经前人证实与空气质量相关度较大的五种疾病作为主要研究对象，包括中风、慢性阻塞性肺疾病（慢阻肺）、高血压、心脏病和哮喘五种疾病，以及居民的自评健康状况（衡量家庭使用固体燃料造成家庭表1 PSM模型变量及其解释说明分类变量符号变量含义及取值说明被解释变量Hyp 是否患高血压，1=是，0=否Cop 是否患慢阻肺，1=是，0=否Hea 是否患心脏病，1=是，0=否Str 是否患中风，1=是，0=否Ast 是否患哮喘，1=是，0=否Psy 自评健康状况，1=不好，0=好核心解释变量Fue 家中是否使用固体燃料如煤炭、薪柴等，1=是，0=否个体特征Age 年龄，岁Gen 性别，1=男性，0=女性Edu 受教育程度，2=大学及以上，1=初高中，0=小学及以下Mar 婚姻状况，1=已婚，0=未婚生活习惯Smo 是否有吸烟史，1=是，0=否Sle 每天睡眠时间，时家庭特征Exp 家庭年支出，元Wat 是否有自来水，1=有，0=没有Rur 家庭所在地，1=农村，0=城镇成员心理上对健康的担忧）。Dit 表示个体i 是否使用固体燃料用于烹饪或取暖。X 为控制变量，其中，X1，it 代表影响居民健康的一系列个体特征，包括年龄、性别、受教育程度、婚姻状况;X2，it 代表居民的生活习惯，采用是否有吸烟史和每天睡眠时间衡量;X3，it代表居民所在家庭的家庭特征，包括家庭年支出、是否有自来水、家庭所在地是城市还是农村。α 是常数项，β 衡量了其所对应解释变量对被解释变量的影响，εit 为误差项。变量的定义及其具体说明如表1所示。

（二）数据来源

本文研究所涉及的微观数据来自中国健康与养老追踪调查。该调查是北京大学国家发展研究院和中国社会科学调查中心合作的一项长期调研项目，于2011年开展，此后每两到三年追踪一次，覆盖150个县级单位、450个村级单位、约1万户家庭中的1.7万人。该项目收集了大量关于人口基本特征、家庭、住房、居民健康状况和支出等信息的高质量微观数据。本文采用家庭支出作为衡量家庭长期收入的指标①。此外，CHARLS还收集了居民健康状况及家庭用于取暖和烹饪的燃料类型等详细信息，能很好地满足家庭能源消费、室内空气污染和居民健康等相关研究的数据需求。本文采用2011、2013、2015和2018年数据，研究家庭能源消费对居民健康的影响②。

三、家庭能源消费对居民健康影响的实证研究结果

（一）家庭能源消费情况及居民健康状况

为了量化评估家庭能源消费对居民健康的影响，本文将样本分为两组：一组是使用固体燃料的家庭（处理组），另一组是未使用固体燃料的家庭（控制组）。两个子样本的连续型和离散型变量描述性统计分析结果分别见表2和表3。数据表明，处理组与控制组在人口特征、生活习惯、家庭特征等方面均存在差异。其中，处理组中患慢阻肺、心脏病、中风和哮喘的人群比例高于控制组对应的患病人群比例。而且，处理组中认为自身健康状况不好的人群比例也显著高于控制组中的比例。由此推测，处理组人群的健康状况可能并不是随机发生的。因此，本文进一步通过构建PSM模型，消除自选择偏差，以验证家庭使用固体燃料对居民健康的影响。

（二）倾向得分值计算结果

在使用PSM 模型评估家庭使用固体燃料对居民健康的影响之前，参考已有文献中的通用做法，本文先构建Logistic模型估计PSM模型中的倾向得分值。为了避免部分数据缺失导致各个健康变量对应的样本量有所差异，本文采用每种健康变量所对应的样本量分别计算倾向得分值。本文加入了城市固定效应，控制城市层面不随时间变化因素对结果的干扰。此外，考虑到政策在时间维度上的推进常是由省级主导，故在控制城市固定效应的基础上，还考虑了省份—年份交互固定效应，以控制省份和时间层面上实施的一系列可能影响固体燃料选择的政策①。表4列示了Logistic模型的估计结果，参数估计值表示该解释变量对被调查者所在家庭使用固体燃料可能性的影响程度。

（三）平衡性检验

为了考察处理组和控制组样本在匹配后能否较好地平衡数据，本文对协变量进行了平衡性检验。结果表明，匹配前处理组和控制组在人口特征、生活习惯、家庭特征等变量上均存在不同程度的差异，匹配后，处理组和控制组的样本在各变量上的差异均得到了大幅减小（除户主性别和婚姻状况）②。同时，匹配前后实验组和控制组样本的倾向得分值核密度分布表明，匹配前二者的分离趋势存在明显的差异，但在匹配后，处理组和控制组的倾向得分值相较于匹配之前的密度分布更加接近。两组之间的差异在很大程度上得到了消减③。

（四）中国家庭清洁能源转型的健康影响系数估计结果

在此基础上，本文基于以上影响家庭使用固体燃料的因素，估算得到每个样本使用固体燃料的概率，并以此作为倾向得分值。本文选取了三种匹配方法（一对一近邻匹配、一对四近邻匹配、卡尺内一对四匹配），对6个健康指标按照倾向得分值进行处理组和控制组匹配，用于计算家庭使用固体燃料的平均处理效应（ATT），以有效度量使用固体燃料对居民健康的实际影响。模型的参数估计结果见表5。

研究表明，中国家庭使用固体燃料会显著增加家庭成员的慢阻肺、心脏病和中风的发病率。而且，家庭使用固体燃料还显著增加了家庭成员对自己健康的担忧。采用不同匹配方法得出的平均处理效应接近，可见估计结果对匹配方法及匹配个数的选择并不敏感，较为稳健。具体地，家庭使用固体燃料会使家庭成员患慢阻肺、心脏病和中风的风险增加。本文的估计结果与已有文献对固体燃料使用/室内空气污染对居民健康影响的结论基本一致[11]。

（五）稳健性检验

本文采用了面板二值选择模型和线性概率模型对中国家庭清洁能源转型的健康改善进行二次评估，以检验使用倾向得分匹配模型估计结果的稳健性。如表6所示，估计结果表明，除心脏病外，基于面板二值选择模型和线性概率模型的估计结果与使用倾向得分匹配模型得出的结果基本一致。

本文选取的被解释变量主要是呼吸系统及心血管方面的疾病，依据已有流行病学研究[12]，这类疾病受空气污染影响的可能性很大。借鉴Qiu等[11]的做法，本文使用相同的PSM 模型，将被解释变量更换为受空气污染直接影响可能性较小的几类疾病，如糖尿病/高血糖、恶性肿瘤、肝脏疾病和肾脏疾病，作为本文研究结果的另一种稳健性检验。表7结果表明，上述这些疾病的处理效应均不显著。可见，家庭使用固体燃料对家庭成员健康的直接影响主要在于呼吸系统和心血管方面，与相关流行病学领域的研究结果一致。

四、中国家庭清洁能源转型的效益与成本分析———以陕西省为例

家庭使用固体燃料不仅会造成严重的室内空气污染，也会影响环境空气质量[3，13]。目前已有大量研究表明，家庭清洁能源转型能够大幅改善空气质量，尤其是在秋冬季节[3，8]。但是，关于家庭清洁能源转型在具体实施过程中，该如何选择固体燃料的替代方案，以增加社会效益，减少资源浪费，目前还处于实践探索阶段，也是学界热议的一个重要话题，尚未得到统一结论。因此，本文在前文得出的家庭使用固体燃料对居民患病的影响系数的基础上，进一步以陕西省为例，估计能源转型改善居民健康的环境效益，以及减少温室气体排放的低碳效益，并对各类转型方案的效益与成本进行定量对比，为合理推进家庭能源转型提供方案建议。

（一）家庭清洁能源转型情景设定

自2017年以来，陕西省以关中平原地区为重点，大力推进家庭散煤治理和清洁取暖①。2018年，陕西省政府多部门联合发布《陕西省冬季清洁取暖实施方案（2017—2021年）》。截至2019年底，陕西省完成城乡居民“煤改气”“煤改电”等清洁能源转型249万户，并在2020年继续对75万户家庭实施清洁能源替代，确保完成关中平原地区清洁取暖。因此，陕西省预计将完成一共324万户家庭的清洁能源转型。本文基于已有的研究文献和陕西省家庭散煤治理政策与实践，就目前政府主要推广的几类家用取暖和烹饪设备，假定以上陕西省关中平原地区家庭实施清洁能源转型存在以下三种情景：

情景一：“煤改气”，取暖设备为天然气壁挂炉，烹飪设备为燃气灶。

情景二：“煤改电”，取暖设备为空气源热泵（空气源热泵通过将室外的低位势能转换为高位势能为室内供暖，效率能达到一般电暖器的2～4倍）②，烹饪设备为电磁炉。

情景三：“煤改电”，取暖设备为蓄热式电暖器（蓄热式电暖器可以在电力负荷低谷时段蓄电并在全天释放热能），烹饪设备采用电磁炉。

（二）家庭清洁能源转型的空气污染排放变化

取暖和炊事（做饭和烧水等）是家庭部门两大主要能源服务。基于各类能源的热值、各类设备的效率，结合本文的调研，估算得到陕西省平均一个普通三口之家使用煤炉、电磁炉和燃气灶进行炊事的能耗量分别约为每天1千克煤炭、5千瓦时电力和1立方米天然气。家庭取暖所需的能耗量取决于不同能源品种的热值、取暖设备的能效、家庭取暖面积和取暖时长以及建筑保温性能等因素，本文通过下式计算陕西省平均每户家庭用于取暖的能耗量[3]：

其中，EDHm 表示每户家庭每年因取暖而产生的不同品种能源的需求量（m 为煤炭、天然气或电力）;HD 是基于陕西省建筑能耗调研数据的家庭年均耗热量，约为600 兆焦/平方米③[14];HA 表示平均每户家庭的取暖面积，本文参考《北方地区冬季清洁取暖规划（2017—2021年）》中提供的北方15省（市）取暖面积，国家统计局公布的各地区人口数量与城乡人口比重，以及中国经济统计数据库（CEIC）的各地区家庭规模，估算得到陕西省平均每户家庭取暖面积约为90平方米;En 表示设备能效，其中，散煤炉具、蓄热式电暖器、空气源热泵和天然气壁挂炉的能效分别取71%、270%、99%、和85%[3];TVm 是各种能源品种对应的热值，其中，电力的热值为3.6兆焦/千瓦时，天然气的热值为34兆焦/立方米，家庭部门所用散煤的热值为22.21 兆焦/千克[3]。考虑到天然气壁挂炉的运行除了主要使用天然气外，还要通过电力控制操作系统，本文通过天然气壁挂炉的一般额定输入功率（约125瓦）乘以其运行时间计算得到“煤改气”的耗电量。

家庭部门实施清洁能源转型会通过减少散煤产生的细微颗粒物（PM2.5）、二氧化硫（SO2）以及氮氧化合物等污染物的排放。基于散煤燃烧的PM2.5、SO2 和氧化合物排放因子（见表8），本文可计算得到陕西省关中地区2020年家庭实施散煤替代的室内空气污染物减少量，可实现PM2.5、SO2 以及氮氧化合物的减排量分别为4.58万吨、4.27万吨和1.83万吨。

（三）家庭清洁能源转型的能源消耗变化

考虑到实施家庭清洁能源转型虽然会减少家庭部门的终端煤炭消费量，但电力需求量增加会导致用于发电的煤炭增加，本文基于陕西省2020年的发电结构和供电煤耗量，假设陕西省实施家庭“煤改电”新增的电力需求完全由陕西省内的发电厂提供，从而计算得到陕西省关中地区不同清洁能源转型方案所导致的能源消费变化情况，如表9所示。

结果表明，完成陕西省关中平原地区家庭清洁能源转型，能减少家庭部门超过1 200万吨的终端散煤消费量。如果所有家庭均实施“煤改气”，新增天然气需求量约为72亿立方米，相当于陕西省2022年全省计划天然气消费总量的44%。同时，由于天然气壁挂炉的运行也要消耗电力，“煤改气”还将新增电力需求近4亿千瓦时。如果所有家庭均实施“煤改电”，取暖设备选择空气源热泵、烹饪设备选择电磁炉，新增的电力需求约为240亿千瓦时，约占2022年陕西全省发电量的9%;但如果取暖设备选择蓄热式电暖器，新增电力需求则高达550亿千瓦时，相当于2022年陕西全省发电量的20%，这可能会导致电力短缺问题。另外，由于陕西省火电比例较高，三种情形均会不同程度地增加发电部门的煤炭需求，尤其是使用蓄热式电暖器替代散煤取暖时，新增的电煤需求量甚至可能超过家庭部门节约的散煤消费量。这也对电力能源结构转型提出了新要求，发展新能源、加快电力部门清洁能源转型刻不容缓。

（四）家庭清洁能源转型的效益及成本界定

基于三种能源转型方式对陕西省能源结构以及空气污染程度的影响，本文进一步评估由此产生的转型效益及成本。基于前文的分析，家庭使用固体燃料会显著增加家庭成员患慢阻肺、心脏病及中风的风险。本文参考已有研究文献中的常用做法，考虑实施家庭清洁能源转型可降低居民相关疾病的发病率和死亡率及其相应的经济损失，将其定义为实施家庭清洁能源转型改善居民健康所产生的环境效益[17-18]。以陕西省关中平原地区家庭为例，对不同家庭清洁能源转型方案所产生的健康改善进行量化评估。需特别指出的是，电厂排放的大气污染物对家庭室内空气污染没有直接影响。因此，本文在测算不同转型情景所产生健康改善的环境效益时，对发电部门排放的空气污染物不做分析。此外，鉴于使用天然气对室内空气污染的影响同样较小，本文在计算不同清洁能源转型情景的环境效益时，对“煤改气”后新增的室内空气污染物也不做考虑。

此外，使用清洁能源或用能设备效率提高有助于减少温室气体排放，从而存在潜在的低碳效益[3，8]。中国是全球碳排放大国，尤其是2020年中国政府提出到2060年实现“碳中和”目标以来，碳减排已成为各级政府工作不可忽视的重要内容。家庭能源转型能否降低温室气体排放也应被政府考虑在内。因此，本文还对各种清洁能源转型方案所产生的低碳效益进行了量化：如果某种清洁能源替代方案能减少温室气体排放，则低碳效益为正;反之，其低碳效益则为负。

对成本而言，本文主要考虑了家庭清洁能源转型所产生的终端消费成本，包括家庭购置清洁取暖和烹饪设备的投资成本，以及使用清洁能源的燃料成本。本文对家庭清洁能源转型效益及成本的具体界定见表10。

（五）家庭清洁能源转型的健康改善及对应的环境效益计算方法

本文测算家庭清洁能源转型产生的健康改善包含两方面：一是减少相关疾病的患病人数，二是减少因相关疾病而过早死亡的人数。首先，本文基于PSM 模型估计得到的参数，测算家庭清洁能源转型通过改善室内空气污染所减少的患慢阻肺、心脏病及中风的患病人数，计算公式如下：

其中， k 代表慢阻肺、心脏病或中风;Ek 表示疾病k 的患病人数;βk 表示本文估计的使用固体燃料对居民患疾病k 的影响系数;Pop 表示使用清洁能源替代固体燃料后，可避免暴露于室内空气污染的人口数量。

其次，参考已有文献中常用的“二元暴露分类”法[17-18]，本文基于暴露于室内污染与未暴露于室内污染人群之间的相对风险来估计家庭清洁能源轉型所能减少的过早死亡人数，计算方法如下：

其中，Mkst 表示分年龄s 和分性别t 的因疾病k 的死亡人数;Ikst 表示分年龄s 和性别t 的疾病k 的基准死亡率[17];Popst 表示家庭使用清洁能源后，可避免暴露于室内空气污染的分年龄s 和性别t 的人数，通过2021年《中国统计年鉴》中公布的家庭人口规模和人口比例计算得到;AFk 表示归因于使用固体燃料导致室内空气污染所引发的某疾病k 的死亡概率。AFk 的计算方法如下：

其中，PSFU 表示使用固体燃料的家庭比例，V 为室内通风系数[19]，RRk 表示暴露于室内空气污染的人群相对于未暴露人群因为疾病k 而过早死亡的相对风险系数①。本文参考相关研究[17-19]，在计算Mkst 时考虑三种疾病：5岁以下儿童急性下呼吸道感染（RRALRI）、30岁以上成人慢阻肺（RRCop）和肺癌（RRLC）。

为了便于以上健康改善与家庭实施清洁能源转型的成本可以直接比较，本文进一步对健康改善进行货币化，即核算不同清洁能源转型方案所能减少暴露人群过早死亡及患病所对应的经济损失。针对过早死亡所产生的经济损失，本文采用环境—健康研究领域常用的基于居民支付意愿的统计寿命价值（VSL）进行核算[20-21]。由于现有文献中尚无针对陕西省居民的统计寿命价值，本文基于已有文献中针对北京市居民与空气污染相关的统计寿命价值估计结果，通过北京市和陕西省两地之间人均可支配收入比值及弹性，估算陕西省居民的统计寿命价值[22]，具体公式如下：

其中，VSL* 表示陕西省居民的统计寿命价值，VSLB 是北京市居民的统计寿命价值，参照Zhang等[18]的计算结果，平均约为230万元/人;Inc*是陕西省城镇居民的人均可支配收入，IncB 是北京市城镇居民的人均可支配收入，人均可支配收入数据来源于2021年《中国统计年鉴》;ela 是统计寿命价值的收入弹性，本文参考以往文献，收入弹性取值为1[18]。由此计算得到陕西省居民的统计寿命价值约为97万元/人。此外，针对暴露人群患病所产生的经济损失，本文采用疾病成本法（COI），对家庭清洁能源转型减少相关疾病发病率而产生的健康改善进行货币化②。根据《中国卫生健康统计年鉴2021》中发布的数据，（慢性肺源性）心脏病医药支出平均为8 084.9元/人;中风（脑血管病）住院诊疗费用平均为11 149.6元/人;此外，因为缺乏慢阻肺患者的诊疗支出，本文参考已有文献中的处理方法，设定慢阻肺的COI为统计寿命价值的5.5%③。同时，由于慢阻肺的发病存在10～25年的时滞[22]，本文进一步通过折现法核算其所对应的健康改善的现值，折现系数为e-d×r [17]。其中，d 表示发病时滞，r 为折现率[18]。健康改善的货币化即为环境效益。

（六）家庭清洁能源转型的低碳效益计算方法

考虑到煤炭在陕西省家庭能源消费结构中的高比例，以及薪柴、秸秆等生物质固体燃料排放的复杂性及其碳中性特征，本文在计算家庭清洁能源转型的低碳效益时，仅考虑用天然气或电力替代煤炭所产生的低碳效益。具体计算方法如下：

其中，REC-E 和REC-G 分别表示“煤改电”和“煤改气”产生的温室气体减排量;Dcoal 表示“煤改电”或“煤改气”前的煤炭消费量;DeCle-cE.表示家庭实施“煤改电”后，用于取暖和烹饪的电力需求量;DgCa-sG表示家庭实施“煤改气”后，用于取暖和烹饪的天然气需求量;DeCle-cG.表示家庭实施“煤改气”后，用于取暖和烹饪的电力需求量（因为天然气壁挂炉的运行也需要用电）;EF 表示不同能源品种对应的温室气体排放因子，包括CO2、CH4、和N2O。对于家庭实施“煤改电”所产生的间接碳排放（即发电所产生的碳排放），本文基于美国国家环境保护局（EPA）公布的电煤的平均排放因子，以及陕西省2020年的火电比例（88.2%）和供电煤耗（319.48克标煤/千瓦时）计算得到陕西省“煤改电”的间接排放因子EFeCleOc2.e约为826.40克CO2e/千瓦时;本文分别基于CH4 和N2O的100年全球变暖潜力值④GWPCH4 =25和GWPN2O =298，将CH4 和N2O排放量转换为具有相同温室效应影响的CO2 排放当量（表示为CO2e）。

基于以上三种转型方案的减排量，本文进一步对低碳效益货币化，即将家庭清洁能源转型前后所实现的温室气体减排量按照一定的碳价格折算出其经济价值。本文参考Aldy等[23]的研究，通过碳排放的社会成本（约352元/吨CO2e，2020年不变价）①，衡量家庭清洁能源转型的低碳效益。

（七）家庭清洁能源转型的成本核算方法

不同方案下的设备投资成本和运行成本也可能存在很大差异[2-3]。在实践中，这往往会成为某方案是否具有可行性和可持续性的关键因素。例如，如果选择空气源热泵作为清洁取暖替代方案，其初始投资成本往往较高，但得益于其高效节能性能，运行成本较低;如果选择电暖器，其初始投资成本相比空气源热泵较低，但其运行所需的电量远高于空气源热泵，运行成本较高。为了更加清晰完整地呈现每种家庭清洁能源转型方案的可行性和所需的政策支持，本文进一步就以上不同转型方案对陕西省家庭造成的微观成本（包括设备投资成本和设备运行成本）进行核算和比较。

1.设备投资成本核算

考虑到居民落实清洁能源转型所需购置的清洁取暖和烹饪设备属于耐用品，一般都是在购买时一次性付清，使用年限较长，具有投资属性，因此，本文将家庭清洁能源转型的设备投资成本平摊为年化成本，便于对具有不同使用寿命和运行成本的设备进行成本比较。计算方法如下：

其中，ACC 表示所有家庭购置清洁取暖和烹饪设备的年化成本;UCC 表示每个家庭购置设备时支付的初始投资成本;r 为折现率，取4%;T 为各类设备的使用寿命，其中，空气源热泵、蓄热式电暖器、天然气壁挂炉、电磁炉和燃气灶的使用寿命分别为15、15、8、5和8年;HHN 表示实施清洁能源转型的家庭总户数。

不同清洁取暖和烹饪设备的成本取决于设备的功率大小、销售价格及安装费用等。对此，本文参考能源基金会发布的《中国农村散煤治理综合报告（2022）》，结合陕西省实地调研情况，估算一个约90平方米取暖面积的陕西省家庭购置空气源热泵（热风型）、蓄热式电暖器、天然气壁挂炉、电磁炉和燃气灶的初始投资成本分别约为20 000、6 000、7 500、500和400元。

2.设备运行成本核算

考虑到家用设备的运行和维修成本较低且一般在寿命期内有保修服务，本文计算设备运行成本时，仅考虑新增的燃料成本，即实施清洁能源转型前后，每户家庭使用不同能源取暖和烹饪的燃料成本之差。燃料成本主要取决于各类能源的价格和消费量。对于“煤改电”家庭，燃料成本价格参考陕西省居民用电峰谷分时电价政策中的第一档峰谷分时电价，峰时电价为0.548元/千瓦时（8：00至22：00），谷时电价为0.298元/千瓦时（22：00至次日8：00）②。对于“煤改气”家庭，燃料成本价格参考西安市民用天然气一阶气价（2.07元/立方米）③。与居民电力和天然气定价方式不同，煤炭价格市场化程度较高、价格变动较大，本文参考北京大学能源研究院发布的《中国散煤综合治理调研报告2021》，散煤价格取700元/吨。

（八）结果与讨论

1.不同转型情景产生的环境效益

计算得到陕西省关中地区实施家庭清洁能源转型后，改善室内空气质量产生的环境效益如表11所示。结果表明，实施清洁能源转型可减少陕西省慢阻肺、心脏病和中风的患病人数分别约32 561、36 179和21 708例，共计超过9万例，货币化处理后折合约15亿元;同时，可减少因急性下呼吸道感染、慢阻肺和肺癌而过早死亡的人数分别约77、541和759例，共计近1 400例，折合约13亿元/年。考虑到家庭散煤替代对室外空气污染的改善不在本文计算范围之内，实施家庭清洁能源转型的环境总效益很可能远大于此数据。

2.不同转型情景产生的低碳效益

因为温室气体排放的影响是全球性的，即在家庭部门和发电部门等量排放，对气候变化影响没有差异，所以与环境效益不同，几种转型政策对碳排放的影响存在很大差异。具体地，在本文所分析的转型情景中，“煤改气：天然气壁挂炉+燃气灶”转型情景所产生的低碳效益最高，能减少1 780万吨CO2e， 通过碳排放的社会成本货币化为低碳效益约62.66亿元，其次是“煤改电：空气源热泵+电磁炉”情景，能减少1 196.6万吨CO2e，产生42.12亿元的低碳效益。值得注意的是，“煤改电：蓄热式电暖器+电磁炉”转型情景增加了约1 372.63万吨温室气体排放，低碳效益为-48.32亿元。这主要是因为陕西省发电結构目前仍以火电为主，2020年，约88%的电力生产仍来自火力（主要是燃煤）发电，目前的电厂还未能实现大规模的碳捕捉、利用和收集（CCUS）。因此，在电网进一步实现低碳转型之前，用电暖器替代散煤取暖，尽管有助于降低空气污染物（特别是家庭终端空气污染物）排放，但存在增加温室气体排放的风险。

3.不同转型情景下的经济成本与净效益

作为与家庭清洁能源转型效益的对比，本文进一步计算了三种不同转型情景下家庭部门的转型成本，如表12所示。结果表明，三种情景均会增加居民需支付的经济成本，其中，“煤改电：蓄热式电暖器+电磁炉”的平均总成本最高，其次是“煤改气：天然气壁挂炉+燃气灶”。由于空气源热泵的高效优势能在很大程度上节省用电支出，因此尽管安装空气源热泵的设备成本较高，但从年均家庭成本来看，比使用天然气壁挂炉和蓄热式电暖器都更具经济性。从效益方面看，三种转型情景都具有显著的环境效益。但是，由于陕西省发电结构中的火电比例较高，而CCUS等技术普及率较低，因此使用蓄热式电暖器替代散煤取暖并不利于降低温室气体排放，除此之外，使用天然气和空气源热泵替代散煤都能获得较高的低碳效益。对比成本与效益来看，三种方案中居民需要承担的转型成本均高于效益，在目前的能源价格和电力结构现状下，短期内费效比较低，对居民而言，存在转型投入大于产出的问题。

需要说明的是，当下净效益为负并不意味着中国家庭能源转型会降低社会福利，因为该净效益并不等同于社会福利。陕西省环境科学研究院①以陕西省为例的研究也表明，减污降碳的效费比小于1，即静态的净效益为负。原因主要包括两个方面：首先，目前只考虑了2020年的静态成本—效益核算，未考虑跨期动态技术进步可能带来的成本下降。现有家用电器和清洁能源价格的发展历程表明，随着生产技术的推广和市场的扩大，“干中学”导致的学习曲线意味着空气源热泵、蓄热式电暖器等价格存在很大的下降空间。同时，随着能耗技术的进一步提升，运行成本也将继续下降。其次，随着“双碳”目标的推进，陕西省电力结构将逐步向清洁低碳化发展，煤电比例将降低，这将使家庭能源清洁转型的低碳和环境效益得到大幅提升。因此，家庭能源转型仍然具有良好的发展前景。

五、敏感性分析

本文在计算成本—效益时涉及大量参数的设定，其中，部分参数的取值具有不确定性，参考大部分文献的做法，对参数取均值。为了验证结果的稳健性，本文参考Jin等[17]的研究，放宽对部分关键参数的设定，对结果进行区间估计：5岁以下儿童下呼吸道感染的死亡率（0.029%～0.043%）、30岁以上男性慢阻肺的死亡率（0.104%～0.156%）、30 岁以上女性慢阻肺的死亡率（0.078%～0.117%）、30岁以上男性肺癌的死亡率（0.062%～0.094%）、30岁以上女性肺癌的死亡率（0.038%～0.058%）、30岁以上暴露人群患慢阻肺的相对风险系数（1.25～1.69）、30岁以上暴露人群患肺癌的相对风险系数（1.64～3.15）、5岁以下暴露人群患急性下呼吸道感染的相对风险系数（1.81～4.34）。

为了尽可能不造成由于上述参数不确定性所导致的结果遗漏，本文在稳健性分析中对每个参数按照区间范围从小到大等距取10个值，从而得到1亿个可能的净效益结果（分布情况见图2）。结果表明， 已有文献对几类空气污染相关疾病死亡率及暴露人群患病相对风险系数的估计结果（不确定性）对本文的结论并没有影响本文的估算结果，即如果仅考虑室内空气污染和居民需支付的成本，短期内陕西省三种家庭能源转型方案的净效益均为负，且使用电暖器取暖的净效益远小于使用天然气或高效节能的空气源热泵。

六、研究结论与政策建议

家庭部门使用煤炭等固体燃料造成的空气污染存在很大的健康隐患，同时也是温室气体排放的主要来源之一。本文首先基于中国健康与养老追踪调查数据，通过倾向得分匹配法构建处理组和对照组，估算中国家庭使用煤炭等固体燃料对居民健康的影响，为能源转型对公共健康的影响提供数据参考。然后，以陕西省关中地区为例，对家庭部门实施不同“煤改电”和“煤改气”政策的环境效益、低碳效益及相应的经济成本进行了核算。主要结论如下：

（1）家庭固体燃料燃烧会分别增加家庭成员患慢阻肺、心脏病和中风的风险约为0.9%、1.0%和0.6%，同时还增加了家庭成员对自己健康状况的担忧。实施清洁能源转型对居民来说可以改善健康状况。

（2）实施家庭清洁能源转型不仅可减少空气污染，改善居民健康状况，同时减少散煤燃烧还可能减少温室气体排放，实现低碳协同效益。本文以陕西省为例，研究发现三种清洁能源转型方案中，“煤改气”方案能最明显降低温室气体排放，具有最大的低碳效益，而两种“煤改电”方案中，使用较高效的设备———“空气源热泵+电磁炉”也具有低碳效益，但“蓄热式电暖器+电磁炉”由于用电量较大，在火力占比较大的发电结构下有增加碳排放风险。

（3）在对陕西省清洁能源转型方案效益量化的基础上，本文进一步核算了各种方案下居民需支付的成本。结果表明，短期内三种方案的净效益都为负。其中，由于当前陕西省电力结构仍以煤为主，因此“煤改气”的效益高于“煤改电”;此外，由于空气源热泵具有高效节能的特性，因此使用空气源热泵的成本也较低;相较而言，尽管蓄热式电暖器可以错峰储热，其经济性仍不如使用空气源热泵或天然气。

綜上，家庭部门使用清洁能源替代传统固体燃料对居民的健康有显著改善效应。以陕西省为例，现有的电力结构对“煤改电”的净效益有很大影响。短期内家庭部门清洁能源转型的效益受限，而成本较高，居民自发实现转型的可能性较小。基于以上研究发现，本文提出如下建议：

（1）从健康改善导致的环境效益而言，如果仅从家庭清洁能源转型减少家庭室内空气污染物及其相应的健康改善来看，家庭使用清洁能源替代散煤的成本目前还高于效益，不利于居民大规模自发实现家庭清洁能源转型。需要政府积极引导和支持家庭加快清洁能源转型，这对于实现“美丽中国”和“健康中国”具有重要意义。政府应通过完善家用电器能效及使用成本标识、为节能设备提供无息或低息贷款等措施，鼓励居民积极使用高效节能设备。

（2）从低碳效益而言，虽然家庭能源转型能有效降低家庭终端空气污染物，但要想通过“煤改电”达到碳减排效果，需要同时配合发电结构清洁转型。以本文的研究对象陕西省为例，电力结构中火电占比较高是导致陕西省“煤改电”净效益较低的重要原因。一方面，要大力推进火电低碳发展关键技术攻关，加快电力部门的清洁、低碳化发展，以及碳捕捉、利用和封存技术的研发应用，这不仅有助于环境改善，对经济发展的不利影响也较小。另一方面，同时完善市场机制与火电转型财政金融联合支撑体系建设，为面临低碳减排和安全保供双重压力的火电行业提供支持。

（3）盡管计算结果显示“煤改气”的净效益高于“煤改电”，但是考虑到成本和推行可行性，大规模实施“煤改气”需要确保有稳定且可靠的气源。而且，如果要在农村地区推行“煤改气”，需要大面积铺设燃气管道，成本高昂且可能存在对温室气体的长期“锁定效应”。随着可再生能源在电力结构中的比重不断增大，“煤改电”的效益将会日渐增大并有望超过“煤改气”。

需要指出的是，本文在测算家庭使用清洁能源的环境效益时，仅考虑了室内空气质量的改善对健康风险的影响，而没有考虑室外（环境）空气污染对居民相关疾病的影响，以及农业作物和室外建筑材料损失减少等效益。这些都是家庭清洁能源转型“正外部性”的重要方面。如果能将这些因素考虑进去，很可能会产生正的净效益，这正是政府大力支持家庭清洁能源转型的原因之一。本文未对这些因素进行测算，一方面是因为数据和模型的限制，另一方面是因为这些因素属于使用清洁能源的外部性，如果没有政策机制将其内部化，家庭在做决策时很难会将其作为效益纳入考虑范围。在“美丽中国”“双碳”和“高质量发展”等重要战略目标的推动下，中国将加速电力结构的清洁化和低碳化，这将有助于提高居民使用“煤改电”的环境效益和低碳效益;同时，随着清洁能源设备工具（例如空气源热泵等）技术的普及和市场的扩大，成本将呈现下降趋势。因此，政府需要出台相关政策，通过规制和激励等手段激发居民使用清洁能源的积极性，促进中国家庭清洁能源转型并推动相关技术的研发和应用推广，加速跨过学习曲线的拐点，最终实现“市场主导、居民自愿”。

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編辑：郑雅妮，高原