陳 艷 朱雅麗

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)經(jīng)管學(xué)院，湖北武漢430074)

中國(guó)農(nóng)村居民可再生能源生活消費(fèi)的碳排放評(píng)估

陳 艷 朱雅麗

(中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)經(jīng)管學(xué)院，湖北武漢430074)

農(nóng)村居民能源消費(fèi)涉及能源安全、環(huán)境效應(yīng)、新農(nóng)村建設(shè)等多個(gè)方面，從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，秸稈、薪柴等傳統(tǒng)生物質(zhì)能仍是我國(guó)農(nóng)村居民的主要生活能源。本文在分析了我國(guó)農(nóng)村居民可再生能源生活消費(fèi)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，測(cè)算了1998－2007年農(nóng)村居民可再生能源生活消費(fèi)的碳排放，評(píng)估了農(nóng)村居民可再生能源生活消費(fèi)的環(huán)境效應(yīng)。得出結(jié)論:在我國(guó)農(nóng)村居民能源生活消費(fèi)的過(guò)程中，碳排放的主體是秸稈和薪柴等生物質(zhì)能的傳統(tǒng)利用，其次是商品性能源的使用。在未來(lái)的發(fā)展過(guò)程中，農(nóng)村居民能源消費(fèi)必須依靠農(nóng)村豐富的可再生資源，優(yōu)化物質(zhì)循環(huán)過(guò)程，變生物質(zhì)能的傳統(tǒng)利用為清潔利用，減少溫室氣體排放，實(shí)現(xiàn)改善農(nóng)村環(huán)境，減緩和適應(yīng)氣候變化的總體發(fā)展目標(biāo)。

農(nóng)村;可再生能源;生活消費(fèi);碳排放

降低二氧化碳等溫室氣體排放、減緩大氣變暖進(jìn)程是當(dāng)今時(shí)代全球面臨的共同課題。20世紀(jì)90年代初期，中國(guó)化石能源消費(fèi)總量超過(guò)俄羅斯而成為據(jù)美國(guó)之后的第二消費(fèi)國(guó)。這使得中國(guó)在“后京都”時(shí)代的全球氣候談判中必將面臨越來(lái)越大的國(guó)際壓力。

目前，中國(guó)農(nóng)村能源消費(fèi)主要以當(dāng)?shù)匾撰@取資源的秸桿、薪柴等生物質(zhì)能為主，生物質(zhì)能的傳統(tǒng)利用約占中國(guó)農(nóng)村能源消費(fèi)總量的1/3，占中國(guó)農(nóng)村能源生活消費(fèi)的1/2。相關(guān)文獻(xiàn)研究表明，我國(guó)農(nóng)村居民的生活消費(fèi)支出和能源消耗呈正相關(guān)增長(zhǎng)的關(guān)系，農(nóng)戶的收入水平越高，對(duì)能源的舒適性、便利性、衛(wèi)生特性的要求就越高，對(duì)商品能源的消費(fèi)需求也越高。今后的一段時(shí)期，伴隨著農(nóng)村經(jīng)濟(jì)水平的跳躍式增長(zhǎng)，對(duì)能源消費(fèi)總量的需求迅速增長(zhǎng)是無(wú)法避免的。綜合我國(guó)農(nóng)村地區(qū)能源消費(fèi)狀況及未來(lái)趨勢(shì)，基于建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村，環(huán)境友好型社會(huì)的需要，未來(lái)農(nóng)村能源消費(fèi)要同時(shí)滿足兩個(gè)條件:第一，滿足農(nóng)村地區(qū)不斷增長(zhǎng)的能源消費(fèi)需求;第二，實(shí)現(xiàn)能源消費(fèi)過(guò)程中的溫室氣體減排，提高減緩和適應(yīng)氣候變化的能力。針對(duì)我國(guó)能源消費(fèi)總量不斷增加和農(nóng)村能源消費(fèi)迅猛增加的客觀現(xiàn)實(shí)，農(nóng)村能源消費(fèi)必須依靠農(nóng)村豐富的可再生資源，變生物質(zhì)能的傳統(tǒng)利用為清潔利用，減少溫室氣體排放，適應(yīng)氣候變化的總體發(fā)展目標(biāo)。

文獻(xiàn)研究表明，關(guān)于我國(guó)農(nóng)村能源消費(fèi)的研究，受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。國(guó)外文獻(xiàn)近年來(lái)對(duì)農(nóng)村能源的研究區(qū)域主要集中在中國(guó)，Mac和Stern分解了中國(guó)1971－2003年的CO2排放，并于能源結(jié)構(gòu)中引進(jìn)了生物質(zhì)能，結(jié)果表明生物質(zhì)能占比下降對(duì)碳排放減少產(chǎn)生了積極影響［1］。Zhongren Zhou分析了中國(guó)農(nóng)村家庭能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化［2］;Gang Liu以臺(tái)北為例，分析了家庭能源消費(fèi)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響［3］;Guozhu Li以甘肅的某個(gè)山區(qū)為例，計(jì)算了中國(guó)農(nóng)村家庭能源消費(fèi)所需支付的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)成本［4］等等。國(guó)內(nèi)早期王革華即分析了農(nóng)村可再生能源對(duì)中國(guó)CO2減排所做的貢獻(xiàn)［5］;師華定對(duì)農(nóng)村能源消費(fèi)所產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)進(jìn)行了研究［6］;李光全等分析了中國(guó)農(nóng)村生活能源消費(fèi)的空間格局變化［7］;朱四海著重對(duì)我國(guó)農(nóng)村能源政策的演變進(jìn)行了梳理［8］。

1 農(nóng)村可再生能源生活消費(fèi)現(xiàn)狀

1．1 農(nóng)村沼氣發(fā)展迅猛，但農(nóng)村生物質(zhì)能的傳統(tǒng)利用仍占主導(dǎo)地位

在農(nóng)村，生物質(zhì)能的消費(fèi)有兩種方式，一是生物質(zhì)能的傳統(tǒng)利用，即秸稈和薪柴的直接燃燒;二是生物質(zhì)能的清潔使用，如沼氣和生物質(zhì)發(fā)電等。長(zhǎng)期以來(lái)，秸稈和薪柴等生物質(zhì)為主的傳統(tǒng)非商品能源占農(nóng)村能源消費(fèi)的主要地位(見(jiàn)圖1)，特別是生活耗能方面，以居民家庭炊事和冬季采暖為主，多為直接燃燒。造成這種現(xiàn)狀的原因可能是由于秸稈、薪柴容易獲得，幾乎不需要任何費(fèi)用。從發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，秸稈、薪柴等傳統(tǒng)生物質(zhì)能仍是我國(guó)農(nóng)村居民的主要生活能源。

圖1 1998－2007年份農(nóng)村居民秸稈、薪柴和沼氣的使用情況Fig．1 Usage of straw stalks，firewood and biogass by rural residents，1998－2007

從生物質(zhì)能的清潔使用來(lái)看，“十五”期間，農(nóng)村沼氣進(jìn)入了健康穩(wěn)步快速發(fā)展階段。據(jù)中國(guó)農(nóng)村能源統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)顯示:2007年是歷史上發(fā)展最快的一年，新增農(nóng)村戶用沼氣用戶482.35萬(wàn)戶，全國(guó)已累計(jì)推廣戶用沼氣近2 650萬(wàn)戶，年產(chǎn)沼氣達(dá)102億m3。比2000年的848萬(wàn)戶增加了1 802萬(wàn)戶，年均增長(zhǎng)速度為17.7%，筆者依據(jù)中國(guó)農(nóng)村能源統(tǒng)計(jì)年鑒的數(shù)據(jù)繪制了圖2，顯示了2000年至2007年農(nóng)村居民家庭使用沼氣池年產(chǎn)氣量的變化趨勢(shì)。

就全國(guó)整體而言，傳統(tǒng)柴草仍是農(nóng)民炊事的主要燃料，占60．2%，目前仍有1．33億農(nóng)戶使用。東北地區(qū)使用秸稈薪柴的農(nóng)戶高達(dá)88．2%(見(jiàn)表1);從能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)來(lái)看，目前，我國(guó)農(nóng)村居民生活用能仍以秸稈、薪柴為主，大部分用于炊事和取暖。

圖2 2002－2007年農(nóng)村居民家庭沼氣池的產(chǎn)氣量Fig．2 Biogas production rate by rural households，2000－2007

表1 按炊事能源類型分的住戶構(gòu)成比例Tab．1 Constitution and proportion of households according to cooking energy

1．2 農(nóng)村太陽(yáng)能利用技術(shù)推廣速度持續(xù)快速增長(zhǎng)

農(nóng)村地區(qū)太陽(yáng)能利用形式主要有太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)房、太陽(yáng)灶、朔料大棚、太陽(yáng)廣伏發(fā)電系統(tǒng)等。農(nóng)村地區(qū)使用廣泛的是太陽(yáng)能熱水器，太陽(yáng)能熱水器的生產(chǎn)和應(yīng)用進(jìn)入穩(wěn)定增長(zhǎng)階段。據(jù)中國(guó)農(nóng)村能源統(tǒng)計(jì)年鑒的數(shù)據(jù)顯示:2008年底，全國(guó)農(nóng)村地區(qū)太陽(yáng)能熱水器保有量達(dá)4 759萬(wàn)m2，比2000年的1 108萬(wàn)m2增加了3 651萬(wàn)m2，平均每年增加456．4m2，年均增長(zhǎng)速度為19．98%;農(nóng)村太陽(yáng)房達(dá)1 590．5萬(wàn) m2，比 2000 年的 970 萬(wàn) m2，增加了 620．5 萬(wàn)m2，年均增長(zhǎng)速度為6．4%;太陽(yáng)灶保有量達(dá)135．7萬(wàn)臺(tái)，比2000年的33．2萬(wàn)臺(tái)增加了102．5萬(wàn)臺(tái)，年均增長(zhǎng)速度為19．24%(見(jiàn)圖3)。為可再生能源規(guī)模化開發(fā)利用奠定了良好的基礎(chǔ)。

1.1 資料來(lái)源 選取2013年1月-2015年12月在廊坊市婦幼保健中心進(jìn)行孕期檢查的婦女3 326例為研究對(duì)象，入組對(duì)象同時(shí)有唐氏綜合征和葉酸代謝障礙，平均年齡(27.88±4.95)歲。根據(jù)唐氏篩查結(jié)果將受試孕婦分為高風(fēng)險(xiǎn)組(814例)和低風(fēng)險(xiǎn)組(2 512例)，高風(fēng)險(xiǎn)組包括21-三體綜合征806例、18-三體綜合征2例和神經(jīng)管缺陷高風(fēng)險(xiǎn)6例。本研究獲得醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有研究對(duì)象對(duì)本研究知情并簽署知情同意書。

除此之外，我國(guó)農(nóng)村太陽(yáng)溫室有了大規(guī)模的發(fā)展，大棚種植和養(yǎng)殖已經(jīng)成為設(shè)施農(nóng)業(yè)的主要方式，大棚蔬菜種植也成為各地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的一項(xiàng)重要內(nèi)容，通過(guò)這些以太陽(yáng)能利用為主要措施的設(shè)施農(nóng)業(yè)的發(fā)展，大大豐富了城鄉(xiāng)居民的菜籃子，同時(shí)也為農(nóng)民帶來(lái)了明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

1．3 農(nóng)村風(fēng)能、微水電的開發(fā)利用方興未艾

小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)主要分布在西部地區(qū)的內(nèi)蒙、甘肅、新疆等農(nóng)牧業(yè)地區(qū)，東部的江蘇、山東、福建、海南等海島和內(nèi)陸湖區(qū)上。微水電被列入國(guó)家扶貧、微小水利和小型公益設(shè)施建設(shè)以及保障退耕還林和保護(hù)森林資源的生態(tài)建設(shè)等項(xiàng)目中，從中得到了部分無(wú)償?shù)馁Y金扶持。2005年中央一號(hào)文件上明確提出“國(guó)家對(duì)農(nóng)民興建小微型水利設(shè)施所需要的材料給予適當(dāng)補(bǔ)助”。2007年，全國(guó)建成微水電站6．1萬(wàn)座，裝機(jī)容量約達(dá)到22萬(wàn) kW，主要在廣東、江西、廣西、云南、陜西和甘肅等水資源豐富地區(qū)［9］。

圖3 2000－2008年我國(guó)農(nóng)村居民太陽(yáng)能利用情況Fig．3 Solar energy utilization by rural residents in China in 2000－2008

2 農(nóng)村居民可再生能源生活消費(fèi)的碳排放測(cè)算

農(nóng)村能源消費(fèi)按消費(fèi)品種可以分為商品性能源消費(fèi)和非商品性能源消費(fèi);按消費(fèi)用途可以分為生產(chǎn)消費(fèi)和生活消費(fèi)。本文著重分析的農(nóng)村非商品性能源中可再生能源生活消費(fèi)的環(huán)境效應(yīng)，鑒于試驗(yàn)數(shù)據(jù)和分析手段的限制，本文只評(píng)估可再生能源在使用的過(guò)程中的碳排放，沒(méi)有考慮生物質(zhì)能的整個(gè)生命周期當(dāng)中的碳轉(zhuǎn)化的問(wèn)題。在可再生能源中，秸稈和薪柴的傳統(tǒng)利用具有高排放，沼氣在使用過(guò)程中也有碳排放，而像太陽(yáng)能、風(fēng)能和水能是不排放碳，它們替代商品能源中的煤炭，具有減排效應(yīng)。

2．1 1998－2007年農(nóng)村可再生能源生活消費(fèi)的碳排放測(cè)算

農(nóng)村非商品性能源消費(fèi)碳排放的測(cè)算，以王革華等人的CO2排放量的計(jì)算方法為依據(jù)［5］，計(jì)算我國(guó)農(nóng)村地區(qū)1998－2007年秸稈、薪柴、沼氣等生物質(zhì)能利用中的CO2排放量。秸稈、薪柴的CO2排放量計(jì)算公式:

式中:EBM為秸稈、薪柴利用的CO2排放量，t;BM為生物質(zhì)能消耗量，t;Ccont為生物質(zhì)含碳量，%;秸稈、薪柴含碳系數(shù)分別為40%和45%;Ofrac為生物質(zhì)氧化率，%;秸稈、薪柴氧化率分別為85%和87%。

式中:EBG為沼氣利用的CO2排放量，t;BG為沼氣消耗量，萬(wàn) m3;Cthermal為沼氣熱值，TJ/萬(wàn)m3，取值為0.209 TJ/萬(wàn)m3;Ocont為生物質(zhì)含碳量，t/TJ，沼氣含碳量為15．3 t/TJ。

由公式(1)計(jì)算得到2007年我國(guó)農(nóng)村秸稈、薪柴生活消費(fèi)的碳排放(單位: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

沼氣消費(fèi)的碳排放(單位:104t)

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

1998－2007年農(nóng)村秸稈、薪柴和沼氣的碳排放計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2和圖4。

2．2 2007年農(nóng)村能源生活消費(fèi)的總體碳排放測(cè)算

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)商品性能源消費(fèi)碳排放量的計(jì)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在聯(lián)合國(guó)政府間氣候變化專門委員會(huì)

表2 1998－2007年我國(guó)農(nóng)村居民可再生能源消費(fèi)的碳排放Tab．2 Carbon emissions from renewable energy consumption in rural China during 1998 －2007 104 t，%

圖4 1998－2007年農(nóng)村生物質(zhì)能生活消費(fèi)的碳排放Fig．4 Carbon emissions from biomass energy in rural areas during 1998－2007

(IPCC)研討會(huì)上最先提出［10］。根據(jù)該恒等式，碳排放量主要是由人口、生活水平、能源使用強(qiáng)度和碳排放強(qiáng)度決定的。

碳排放量的基本公式為:

上式中C為碳排放量;Ci為i種能源的碳排放量;E為一次能源的消費(fèi)量;Ei為i種能源的消費(fèi)量;Y為國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值(GDP);P為人口。為便于計(jì)算將公式化簡(jiǎn)為:

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

本文農(nóng)村商品能源消費(fèi)的碳排放評(píng)估采用了公式(4)。

依據(jù)上述公式，可以計(jì)算2007年我國(guó)農(nóng)村商品能源生活消費(fèi)的碳排放(單位:104t)

由此，可得圖5所示，2007年農(nóng)村居民生活消費(fèi)所耗各種能源的碳排放情況。

2．3 基本結(jié)論

通過(guò)上述分析和計(jì)算，本文得出如下結(jié)論:

在我國(guó)農(nóng)村居民能源生活消費(fèi)的過(guò)程中，碳排放的主體是秸稈和薪柴等生物質(zhì)能的傳統(tǒng)利用，其次是商品性能源的使用。

橫向來(lái)看，秸稈和薪柴的傳統(tǒng)利用所產(chǎn)生的碳排放，在2007年農(nóng)村居民能源生活消費(fèi)的碳排放的比重占到了83%，居于絕對(duì)主體地位;商品性能源使用過(guò)程中所產(chǎn)生的碳排放占到了16%，是農(nóng)村居民生活消費(fèi)中的第二大排放主體。

從可再生能源生活消費(fèi)的縱向?qū)Ρ葋?lái)看，可再生能源在農(nóng)村居民的生活消費(fèi)當(dāng)中，生物質(zhì)能的傳統(tǒng)利用是主要的碳排放來(lái)源，對(duì)碳排放的貢獻(xiàn)達(dá)到了百分之九十九。沼氣的碳排放達(dá)到百分之一，也只是在最近的2005、2006和2007年這三年;很顯然，沼氣在農(nóng)村居民生活用能中的份額高于碳排放的水平。

圖5 2007年農(nóng)村居民生活消費(fèi)各種能源的碳排放情況Fig．5 Carbon emissions from each kind of energy consumption by rural residents in 2007

3 政策建議

首先，完善可再生能源開發(fā)利用的政策法規(guī)體系和加大資金投入力度。國(guó)家應(yīng)加大對(duì)農(nóng)村能源建設(shè)的資金投入力度，建立以中央和地方國(guó)家投資為主、多渠遣投入資金為輔的多元化投大機(jī)制，要積極拓寬籌資渠道，吸引外資和鼓勵(lì)社會(huì)各界投資。同時(shí)根據(jù)當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件以及人們的生活習(xí)慣，綜合運(yùn)用政府支持和市場(chǎng)化引導(dǎo)等多種手段予以支持，才能使可再生能源技術(shù)持續(xù)健康發(fā)展。

其次，大力普及農(nóng)村沼氣、生物質(zhì)發(fā)電和其他可再生能源，減少秸稈和薪柴的傳統(tǒng)利用。沼氣以投資小、見(jiàn)效快、適應(yīng)廣、功能多的優(yōu)勢(shì)在我國(guó)迅速推廣，秸稈沼氣技術(shù)的突破又?jǐn)U大了沼氣使用范圍，規(guī)模化養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展為沼氣的集中利用創(chuàng)造了條件。同時(shí)要加大沼氣物業(yè)化服務(wù)體系建設(shè)力度，確保沼氣又好又快的發(fā)展。具有豐富太陽(yáng)能資源和合適氣候條件的地區(qū)，要更多地發(fā)展太陽(yáng)能熱水器和太陽(yáng)房;遠(yuǎn)離城市的西北農(nóng)牧區(qū)和西藏自治區(qū)應(yīng)推廣太陽(yáng)灶。遠(yuǎn)離電網(wǎng)的邊遠(yuǎn)地區(qū)實(shí)施“三小電”工程，首先解決居民生活用電，逐步擴(kuò)大到滿足生產(chǎn)用電。

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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

陳艷，博士，副教授，主要研究方向?yàn)檗r(nóng)村能源。

中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目“基于博弈模型的生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)補(bǔ)貼制度設(shè)計(jì)”(編號(hào):CUGW 090210);2009年中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源環(huán)境經(jīng)濟(jì)研究中心開放基金資助項(xiàng)目“湖北省生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)化發(fā)展研究”(編號(hào):1050910)。

(編輯:田 紅)