我國北方農村清潔取暖改造研究綜述及展望

翟羽佳,李舒婷

(華北電力大學 經濟與管理學院,北京 102206)

推進北方地區清潔取暖工作,保障群眾溫暖過冬,持續提高空氣環境質量,是能源生產、消費革命和農村生活方式改革的重要內容。2017年,國家發改委及相關部門制定了《北方地區冬季清潔取暖規劃(2017—2021年)》,文件指出農村地區要因地制宜,優先發展生物質能、太陽能等清潔能源供暖,在具備條件的地區,大力推廣燃氣壁掛爐。同時還提出發展目標:2021年,“2+26”重點城市的農村地區清潔取暖率達60%以上,其他地區農村清潔取暖率達40%以上。2022年,《“十四五”可再生能源發展規劃》提出要加快構建以可再生能源為基礎的鄉村清潔能源利用體系,支持建立以地熱能、生物質鍋爐為主的鄉村能源站。

目前,我國清潔取暖改造大致存在以下3個方面的問題。①村民方面。不少村民思想還未轉變,對清潔取暖改造的認識度不高,擔心清潔取暖的成本與收益問題,散煤復燒的現象時有發生。②技術方面。某些地區存在“一刀切”的問題,盲目推廣“煤改氣”“電取暖”等方式,阻礙了清潔取暖的持續性發展。廣大農村地區硬件設施有待提升,技術設備不完善,導致很多清潔取暖方式無法實現。③經濟方面。清潔取暖改造是一項長期且艱巨的任務,運行成本高,前期清潔取暖改造的資金主要來源于政府,但清潔取暖的可持續發展不能依賴政府的補貼,目前尚未形成完整的財政支持體系,為擴大融資途徑,需要多方主體的共同支持。

本文將對我國清潔取暖相關文獻進行全面細致地研究,采用文獻檢索與數據分析的方法,梳理清潔取暖的發文趨勢、學科分布與研究方式,探尋技術上與經濟上雙重可行的清潔取暖方式。

1 概念界定

清潔取暖[1]是指利用天然氣、電、地熱、生物質、太陽能、工業余熱、清潔化燃煤(超低排放)、核能等清潔化能源,通過高效用能系統實現低排放、低能耗的取暖方式,包含以降低污染物排放和能源消耗為目標的取暖全過程,涉及清潔熱源、高效輸配管網(熱網)、節能建筑(熱用戶) 等環節。

2 文獻檢索與數據分析

2.1 文獻檢索

根據清潔取暖這一研究主題,本文檢索在中國知網(CNKI)上發表的相關文獻并對所選擇的研究文獻進行內容剖析,旨在探究我國北方農村清潔取暖改造的研究現狀、涉及領域和前沿研究問題,重點是探究中國情境下清潔取暖改造所面臨的挑戰和機遇。清潔取暖這一議題不僅涉及能源經濟學領域同時穿插社會學、經濟發展等領域,因此在文獻期刊的選擇中,確定了中國知網為數據庫進行文獻檢索?？紤]到外文期刊論文的豐富性,使用Elsevier數據庫進行了外文期刊的檢索。截止時間為2022年9月1日。在中文數據庫中我們以“清潔取暖”為篇關摘索引進行文獻收集,檢索內容包括了“農村清潔取暖、清潔取暖改造、煤改電政策”等與清潔取暖相關的844篇文獻,考慮到權威性和知識含量,我們又篩選出核心期刊(北大核心、CSSCI)共計71篇(2017—2022)。在外文數據庫中,我們以“Clean heating”和“Chinese rural”為關鍵詞篩選出外文期刊60篇(2017—2022)。作者閱讀了每篇文章的摘要和框架,剔除不相關文獻 4 篇,最終得到有效文獻 127篇。

2.2 數據分析

2.2.1 歷史變化

2017年之前的相關研究中清潔取暖改造偶有提及,但相關度較低。因此,著重研究2017—2022年發表的127篇文獻,偏向于在中國的大環境下我國學者展開的同農村清潔取暖改造相關的研究。

北方農村清潔取暖改造研究發文趨勢如圖1所示。由圖1可知,我國的農村清潔取暖改造研究文獻呈現出穩定增長的趨勢,并大致可以分為2個階段。第1階段是2002—2016年,這一階段國家還沒有出臺相關的清潔取暖政策,我國學者對于農村清潔取暖改造研究的關注度較低,在核心期刊和外文期刊上發布的文獻較少(年均0.8篇)且相關研究與清潔取暖的關聯度不高,只是在研究過程中做一些輔助的必要闡述。第2階段是 2017—2022年(2022年數據截止到9月),在此階段我國學者對于我國北方農村清潔取暖改造的研究發文數急劇上升,從2016年的1篇,到2017年的10篇,再發展至2021年的26篇,年均發表數量為21.9篇。這一階段,由于國家政策的不斷推動,農村清潔取暖改造這一話題也受到了學術界的廣泛關注,關于我國北方地區清潔取暖改造的相關研究得到了快速發展。隨著國家對清潔取暖改造項目的大力關注,預計在未來這一領域的核心期刊發文數量仍將不斷攀升,與該領域相關的研究也將不斷深入并逐漸擴展至各個領域。

圖1 北方農村清潔取暖改造研究發文趨勢Fig.1 Research trends in clean heating renovation in northern rural areas

2.2.2 學科分布

北方農村清潔取暖改造研究學科分布如圖2所示,發文領域主要集中在排名前4位的環境科學領域、工程領域、能源領域和經濟學領域。環境科學領域中,學者對資源利用的關注度較高;工程領域中,建筑科學與工程領域(36篇)的學者對清潔取暖改造的關注度最高;在能源領域,對于能源與建筑的關注度最高(7篇)對新能源和可再生能源的闡述也處于較高水平(9篇);而經濟學的學者則主要來源于農業經濟(12篇)以及宏觀經濟領域(6篇),他們主要是從宏觀政策和農戶意愿的角度分析清潔取暖改造的影響因素。農村清潔取暖改造研究代表性作者統計見表1。

圖2 北方農村清潔取暖改造研究學科分布Fig.2 Disciplines distribution of clean heating renovation research in northern rural areas

表1 農村清潔取暖改造研究代表性作者統計Tab.1 Statistics of representative authors of research on rural clean heating renovation

2.2.3 論證方式研究

從“清潔取暖”文章的研究方法來看,按照年份對文章的研究方法進行了分類整理(剔除存在清潔取暖內容,但使用下列研究方法得出的結論未直接導向該關鍵詞的論文8篇)研究結果見表2。

表2 農村清潔取暖改造研究方法Tab.2 Research methods of rural clean heating renovation 篇

研究發現,從年份來看,早期的清潔取暖研究以論述類文章為主,研究方法比較單一且缺少對案例、模型的研究。隨著研究不斷發展,采用實證方法對農村清潔取暖改造進行研究的文章開始逐漸增加,論述類文章開始減少,案例類、模型類文章開始出現。目前,實證類、模型類的研究文章數量較多,說明相關研究更加關注科學的研究方法,強調可靠的研究數據及研究的理論基礎?？赡芤驗檠芯坎粔虺浞只蛘哐芯恐黝}較為新穎,目前綜述類的文章發表極少。

在研究方法的選擇上,中國情景下的清潔取暖研究似乎與實證和論述型的文章更吻合,建議適當增加模型類和案例類的相關研究,對中國農村的清潔取暖改造進行深度的挖掘。

3 農村清潔取暖改造的歸因研究

3.1 環境污染防治與農村清潔取暖改造間的關系

環境污染是國家推行農村清潔取暖改造的主要原因,也是學者研究農村清潔取暖改造的重要視角。例如,美國自1997年以來已用天然氣取代煤炭發電,二氧化硫和氮氧化物排放量較1997年的水平分別減少了44%和40%。經證實,新西蘭的清潔供暖技術項目也導致排放量和濃度顯著下降[2]。以往的研究發現,1 t煤炭分散燃燒時,二氧化硫(SO2)、氮氧化物(NOx)和顆粒物(PM)的排放量分別約為7、20 和3.6 kg[3]。Ji Dongsheng[4]等基于京津冀典型農村地區的實地觀測和模型分析得出結論,在北方農村地區實行煤炭禁令能夠有效降低空氣中有機碳、元素碳和的含量。這充分說明了在我國北方農村地區實施清潔取暖改造工程可以有效改善區域空氣質量,實現環境污染防治。另外,Li Bojia[5]等建立了空氣質量供熱模型,并對采暖季濃度變化進行了預測,結果表明,2030年北京、天津、河北及周邊地區濃度將較2016年分別下降48%、35%、29%和23%?？紤]到清潔能源的發展,可進一步提高到55%、40%、32%和27%。另外,環境污染的防治效果還受到清潔取暖改造方式的影響。周衛青等[6]以散煤傳統爐具為基準,對比研究了型煤環保爐具、天然氣壁掛爐、蓄熱式電取暖、空氣源熱泵4種清潔取暖方式的大氣污染物減排效果,發現其對的削減率分別為99.9%、99.8%、98.4%、95.4%。選擇合適的清潔取暖改造方式,響應“宜電則電、宜氣則氣、宜煤則煤”的號召,在保障居民取暖的同時,取得環境效益的最大化。

3.2 能源結構調整與農村清潔取暖改造間的關系

能源結構調整與農村清潔取暖改造密切相關。雷小苗等[7]從能源轉型的角度論證了通過評估資源稟賦特性和分析能源消耗現狀推動農村地區清潔取暖改造的可行性。呂晨等[8]指出,清潔取暖政策實施后,農村地區年標準煤耗總量將較之前下降 20.27%,煤炭、薪柴等一次能源將被電力、天然氣等清潔能源所迅速替代,農村能源結構將發生顯著轉變。同時,農村清潔取暖改造能夠優化能源消費。肖紅波等[9]指出要繼續推行煤改電和煤改氣的能源政策,在能源改造和升級實施過程中,根據實際情況鼓勵整村推進,這樣能發揮規模效應;對于清潔煤推廣,應在整村或聯合幾個村實行以燃煤方式統一集中供暖,減少環境污染和成本。此外,家庭能源結構也占據著很大的比重。家庭能源結構,特別是可持續使用負擔得起的清潔能源,是社會的重要組成部分,與許多可持續發展目標密切相關。Shen Guofeng[10]等學者研究發現,隨著時間的推移,清潔家庭能源用戶的比例在逐級增加,盡管農村人口由于城市化而下降,但使用清潔現代能源的絕對人數增加了。這充分表明,逐漸改變的家庭能源結構和農村清潔取暖改造之間存在互相影響的關系。

3.3 環境健康與農村清潔取暖改造的關系

環境健康問題也是推進農村清潔取暖改造的重要原因之一。Sun Jian等[11]通過闡明作用機制,比較了傳統采暖和清潔采暖措施對的細胞毒性從人類健康的角度強化了“清潔采暖政策”在中國實現減排目標和改善農村居民生活環境方面的價值。更有研究表明,清潔燃料的使用能夠降低關節炎發病率[12]、預防腎功能下降[13],對提高居民生活質量和保障身體健康具有不可估量的意義和價值。

4 農村清潔取暖改造的參與主體及模式研究

清潔取暖覆蓋范圍廣、涉及內容多,需要各級主體的協調與推進。學界對清潔取暖改造的參與主體的研究大致可分為:政府的主導功能、村民的參與意愿以及技術應用研究等。

4.1 農村清潔取暖改造中的政府主導功能研究

在清潔取暖的改造中,政府一直發揮著舉足輕重的推動作用。國家有關部門負責制定總體清潔取暖規劃,完善價格等方面的機制;地方政府確定具體實施方案,設立進度安排協調和目標考核機制。關于政府在清潔取暖改造方面的主導功能研究,主要包括以下4個層面:①制度層面。一系列的政策文件為清潔取暖改造的實施提供了制度保障。2013年國家發改委發布的《能源發展“十二五”規劃》鼓勵農村積極推進分布式可再生能源的建設,同時推進小水電、農林廢棄物等可再生能源的利用;2016年的《能源發展“十三五”規劃》提出要加快推進農村采暖電能替代,鼓勵應用太陽能熱水器、小風電等小型能源設施。2022年的《“十四五”現代能源體系規劃》提出要堅持因地制宜,鼓勵實行分散供暖的農村地區使用生物成型燃料爐具供暖。②投資層面。經濟性是制約清潔取暖改造的因素之一。為促進清潔取暖改造的實施,各省份政府出臺了一系列清潔取暖補貼政策。郝春旭等[14]整理了山東省的“煤改氣”補貼政策,主要包括設備購置費用補貼,官網、接駁費用以及運行補貼。其中,淄博市的設備購置費用補貼高達70%,最高可達2 700元/戶,運營補貼1元/m3,最多可補貼1 200元。山東省將清潔取暖項目列入貸款重點支持項目,可適當延長貸款年限,降低貸款利息;為拓寬融資渠道,政府鼓勵特許經營權等質押融資方式,支持相關企業發行公司債券等多種融資工具。為吸引社會資本投資,政府積極加強與社會資本的合作,出臺特許經營、投資補貼等政策,支持社會資本設立產業投資基金。③組織方面。張夢等[15]指出基層政府和村干部對當地情況最了解,卻沒有話語權,只能被動地接受上層組織的任務。必須在執行任務的準政府邏輯與顧及情面的共同體邏輯間進行權衡并尋求一條生存之道,使國家政策文本在鄉村社會變通執行。④具體管理方面。通過對現有清潔取暖項目的分析,王志強等[16]建立了區域清潔取暖適應性發展模式,該適應性發展模式涵蓋電網、用戶和社會,為農村地區合理選擇清潔供暖方式和設備類型提出了理論支持。制定清潔取暖管理體制,強化對清潔取暖產品的全程跟蹤管理,有利于進一步提高清潔取暖改造的實施效力。金玲等[17]發現北京建立了清潔取暖工作管理與運行監控平臺,該平臺可以實時監測取暖設備的運行情況,有利于進一步提高管理效率和設備運行效率。

4.2 村民參與清潔取暖改造的主體行為及意愿研究

作為清潔取暖改造的直接參與者和改造主體,村民的積極性對該項目的持續發展具有關鍵的作用。潘小川等[18]發現由于固體燃料的燃燒效率低,許多農村家庭室內污染嚴重,可能會影響人的身體健康甚至導致過早死亡。Huang Ye等[19]分析家庭能源使用和烹飪是影響空氣污染和個人吸入暴露的主要因素,使用液化石油氣等清潔能源有利于減少個人吸入暴露。清潔取暖帶來的收益、面臨的風險以及該項目的持續性等都會影響村民的改造意愿。晉榮榮等[20]采用二元Probit和OLS計量方法證實了基于清潔取暖利益和風險的感知價值對村民的改造意愿有著重要的影響,農戶在面臨是否進行清潔取暖改造的決策時,會根據現有的信息進行計算評價,從而形成主觀判斷。資本稟賦和政府補貼政策都對村民的改造意愿有著積極的正向調節作用。張保留等[21]通過對京津冀的農村地區進行走訪和調查,發現不同受訪者對清潔取暖政策的認識程度不同且支付意愿具有差異,部分村民對清潔取暖補貼政策或標準不滿意,但是隨著取暖費用的降低和補貼標準的加強,村民的滿意度會隨之提高。

以上研究表明,村民的清潔取暖改造意愿主要取決于清潔取暖費用是否可承受,費用過高會導致村民產生“抵觸”心理,放棄進行清潔取暖改造,而適宜的補貼和價格優惠政策減輕了村民的負擔,從而促使村民進行清潔取暖改造。

4.3 農村清潔取暖改造中技術應用研究

傳統的清潔取暖技術路徑存在運行費用高、受區域限制等問題,在一定程度上阻礙了清潔取暖技術的發展。訾振寧等[22]提出一種基于能源互聯網的解決方案:能源互聯網熱源主力為風力發電和太陽能發電,天然氣為補充熱源,具體方案根據所在地的實際情況制定,因地制宜。該方案能極大地簡化熱力系統,有效地調峰調頻,具有良好的經濟效益。推進農村地區建筑節能是進行清潔取暖改造的重要內容之一。鼓勵采用農房與太陽能一體化的設計方案,積極推廣節能型灶連炕,開展農村地區建筑節能保溫改造。高源等[23]構建了河北地區“雙替代”農宅低碳化改造多目標設計模型,說明了Ⅰ類農宅(燃氣壁掛爐)和Ⅱ類農宅(空氣源熱泵)的具體改造措施,強調推進建筑低碳化改造與清潔取暖設備改造同時進行。為保證清潔取暖項目的可持續性發展,要考慮到不同清潔取暖方式的經濟性、技術性、環境性。謝倫裕等[24]通過對北京市農村居民入戶調研發現“煤改氣”“煤改電”優化了居民的取暖環境,提高了取暖安全性。清潔取暖政策帶來的環境與健康收益遠大于它的實施成本。徐輝等[25]綜合分析了地源熱泵的環境效益和經濟效益,提出熱泵的節能值會隨著煤電占比的下降而增加,雖然從技術經濟角度來看,熱泵的投資凈現值始終為負,但從綜合收益角度來看,地源熱泵高效節能值得發展。

5 以往研究存在的不足

清潔取暖改造是我國雙碳目標實現的重要組成部分,也是能源結構轉型的關鍵環節。學術界從農村清潔取暖改造的現狀、原因、舉措及主體角度開展研究,取得了豐碩的發展成果,為農村清潔取暖改造的實踐提供了理論支持。從研究現狀來看,關于農村清潔取暖改造的研究還存在以下不足。

(1)研究大部分聚焦改造的前期工作,包括主體的政策行為和意愿等,針對后期考核評價和反饋機制的研究相對較少。在山東省進行鄉鎮調研時,筆者發現清潔取暖改造工程的數據結果很好,但是在實際調研走訪時發現,部分村民對清潔取暖改造的支持度很低,甚至有村民表面完成改造,但仍依賴散煤取暖。這充分說明,很多地區對于清潔取暖改造的評價體系還有待完善,全省缺乏統一明確的考評體系。這就導致部分地區在治理過程中存在“一刀切”的問題,具體操作方面缺乏規范,對清潔取暖改造工程并不重視。

(2)在政策執行的研究中缺乏對中國特色鄉土文化的關注。在農村清潔取暖改造中,村干部的作用不容忽視,國家需要依靠掌握地方性知識的村干部將政策落實到鄉村,并不僅僅是利用科層體制壓力套牢村干部,更需要考慮到現實利益及熟人社會的評價對村干部的影響。其次,學者在研究政策和意愿時往往只重視科學性的知識,容易忽視地方性知識,導致研究中很多文化層面的影響因素被忽視。

(3)農村清潔取暖改造涉及多個層次和主體,缺少相關模型解釋的研究。在之前的研究方法分析中我們發現,該領域模型設計上比較復雜,因此涉及到的研究較少。但是模型搭建能夠為清潔取暖改造方案的出臺和實施提供比較好的數據支撐和效果評測,應當成為下一個階段重點應對的問題。

6 研究展望

近年來,我國農村地區清潔取暖工作穩步推進,各省市都取得了很大的成效。但是未來清潔取暖改造要求更為科學的清潔供暖體系,這需要政府和村民的大量投入,也需要相關學者的進一步研究。本文對現有文獻梳理之后,提出未來值得關注的3個研究重點。

6.1 加強對多能互補清潔取暖方式的研究

增強技術創新,將多種清潔供暖方式科學搭配,發展多形式的農村清潔取暖模式。通過閱讀大量資料,發現現有的文獻大多都停留在對不同清潔取暖方式的優缺點比較,以及發展某種單一清潔供暖方式的研究上,忽略了對多能互補方式的探究。目前,多能互補清潔取暖方式具有良好的發展前景,特別是“太陽能+”供暖模式,已經有學者證實多能源互補供熱可以提高可再生能源的貢獻率,增強系統的穩定性和運行效率,加強對這一領域的研究,發展技術性和經濟性高的方式,對推進清潔取暖具有重要的意義。

6.2 堅持問題導向,緊密聯系農村實際

農村清潔取暖問題具有復雜性,針對這個問題要緊密聯系廣大農村地區實際情況,因地制宜。大部分學者研究籠統的解決方法,而有些技術只能滿足一部分農村地區,大部分地區技術標準不完善,基礎設備設施落后,清潔供暖方式不能一概而論,這需要相關學者提出合理切實的建議,為后續學者的研究提供方向。

6.3 探究技術上與經濟上均可行的清潔供暖方式

大部分學者在研究可行的清潔取暖方式時,都是從技術上或者經濟上進行論述,很少把二者結合進行討論。具有技術上和經濟上的雙重可行性是支持清潔取暖項目持續發展的動因。目前我國清潔取暖改造的資金大部分來源于政府補貼,而改造周期長、耗費大,僅僅依賴于政府資金無法滿足清潔取暖項目的持續性發展,降低成本、提高效率是技術發展的方向,更是學者的重點研究方向。