京津冀农村清洁能源供热采暖成本降低路径研究
摘要：京津冀农村冬季供热采暖中的散煤使用是诱发区域雾霾的重要因素之一。利用清洁能源替代散煤是必然趋势。
摘要：京津冀农村冬季供热采暖中的散煤使用是诱发区域雾霾的重要因素之一。利用清洁能源替代散煤是必然趋势。然而，受收入等因素的影响，农村居民对能源使用成本比城市居民敏感得多，开发利用可再生能源并降低能源消费成本是京津冀农村推广清洁能源的战略关键。笔者在分析京津冀农村主要供热采暖模式及成本的基础上，提出了推进京津冀农村清洁能源使用、降低清洁能源供热采暖成本的路径及具体对策建议。一、研究背景
京津冀雾霾问题日益严重，其中煤炭的使用是重要的影响因素之一。当前，作为煤炭的消费大户——火电、炼钢厂等大企业，虽然二氧化硫等污染物的排放总量大，但由于减排除污设备及措施相对完善，单位煤炭的排污量已相对较小，而农村居民在使用散煤过程中，由于设备简陋，几乎没有污染物的处理设备及设施，造成的环境污染更为严重。在冬季的京津冀区域，由于供热采暖的需要，京津冀农村冬季供热采暖能耗占全年能耗的35％左右，散煤(很多是劣质煤)的使用量陡然加剧，成为雾霾形成的重要原因之一。
煤是京津冀地区农村主要的生活用能来源，其占生活能源消耗的55％以上，且在煤消耗中散煤所占比例最高，其中比例最低的北京也接近50％。环境保护部华北督查中心进行的专项督查数据显示，三地农民生活和农业生产煤炭消费量总计为4224．04万吨，占三地全社会总耗煤量的11％。污染物的排放占同期环境统计烟尘总排放量的23．2％，二氧化硫总排放量的15．2％，氮氧化物总排放量的4．4％。
为减少农村散煤的使用，推动雾霾治理工作，京津冀近年来开始在农村推动“煤改气”“煤改电”等利用清洁能源替代散煤的工作。然而，由于清洁能源供热采暖的成本比使用煤高得多，而农村居民收入普遍较低难以承受，需要政府通过大量财政补贴来推动。这不仅给政府带来较大压力，也不利于清洁能源供热采暖的可持续发展。
降低清洁能源供热采暖的成本是吸引农村居民转变能源消费方式的核心要素，也是激活相关市场的重要环节。要降低清洁能源供热采暖的成本，不仅需要政府、企业、消费者的积极实践，也需要大量的研究来支持，而目前有针对性的研究成果相对较少。
从已有文献来看，有一些学者从技术、环境、经济等角度研究农村某一具体清洁能源供热采暖问题如移茛村住宅沼气供热地板辐射采暖可行性分析》《农村生物质气化供热技术经济性分析》《应用热源泵供热技术在改善农村环境空气质量的优势分析》和《太阳能采暖技术在新农村建设中应用》等。
也有一些专门研究京津冀农村清洁能源供热采暖方面的文献，如《京津冀地区农村实现太阳能采暖的可行性》《京津冀农村生活能源消费分析及燃煤减量与替代对策建议》《京津冀农村能源体制机制问题初探》《京津冀协同发展中农村能源清洁利用问题》《河北地区农村住宅太阳能供热系统研究》和《空气源热泵+散热器低温采暖在北京农村地区应用的综合性分析》等。但通过对文献资料的分析，我们发现尚缺乏专门研究如何降低京津冀农村清洁能源供热采暖成本方面的研究。因此，从成本降低路径角度着手研究京津冀农村清洁能源供热采暖问题，不仅具有现实紧迫陛，也具有理论价值。笔者的研究除参考大量文献外，也依据大量的亲身调研。
调研对象涉及政府部门、企业、农户等。调研过的对象主要包括：2015年11月，在北京市密云、怀柔农村调研“煤改电”“煤改气”情况；2016年6月在中国节能环保集团、中国大唐集团公司调研，并就北京市地源热泵、煤改气等城市清洁能源采暖供热中面临的问题分别与恒有源科技发展集团有限公司、大唐高井热电厂企业管理代表和职工代表座谈。2016年8月赴河北廊坊市就清洁能源在河北采暖供热应用中的情况和问题进行专题调研，调研期间，与廊坊市政府、政协、发改委能源办、建设局、热力公司、科技局、环保局等部门的负责人就清洁能源供热采暖问题进行了座谈，并赴新奥集团进行座谈和项目实地考察，了解清洁能源供热采暖技术的研发及推广隋况。
二、京津冀农村主要供热采暖模式及其成本分析
京津冀农村供热采暖模式包括集中式与分散式，其中以分散式为主。使用的能源主要包括化石能源及可再生能源。污染较大的能源主要是散煤，清洁能源主要包括天然气、电能、太阳能、生物质能、地热(温)能、空气能等，各类能源的优缺点详见表1。农村供热采暖常用燃料的成本，以北京农村为例，进行分项核算。
表1： 农村常用供热采暖燃料的使用成本及优缺点●(一)薪柴及秸秆等农林废弃物直接燃烧供热采暖的成本
这种供热采暖模式在农村比较常见，如烧炕，由于燃料基本产于自家田地中，成本几乎为零。然而，这种传统生物质利用方式，做饭尚可，在冬季供热采暖过程中，使用起来很不方便。随着新农村建设，传统粗放式利用农林废弃物进行供热采暖的家庭越来越少，正逐步被燃煤取暖、电采暖、天然气采暖等模式取代。
●(二)利用煤进行供热采暖的成本
由于北京农村使用小型燃煤锅炉进行供热采暖的农户越来越多，用煤量越来越大，这里按每户一个冬季消费3吨煤进行测算，把其热值总量作为其他能源消费的基准。目前，北京农村优质煤价格约为800元／吨左右，3吨煤共需花费2400元左右。但由于北京市、区、乡、村对优质煤有各种补贴，农村居民利用煤进行供热采暖的实际支付成本比计算值要少得多。如果使用的是劣质煤，价格更要低得多，约为500元／吨左右。
由于供热采暖的同时能做饭，价格优势及使用相对方便导致京津冀治理农村散煤的难度很大。1千克原煤等于0．71千克标准煤，3吨原煤等于2142．9千克标准煤。以2142．9千克标准煤所产生的热值为标准，可计算其他类型能源的成本。
●(三)利用天然气进行供热采暖的成本
1千克标准煤的热值等于1／1．21立方米天然气，2142．9千克标准煤相当于1766．6立方米天然气。按照北京2016年公布的阶梯气价方案，采暖用气气量计价分为3档：第一档用气量为0立方米～1500(含)立方米，气价为每立方米2．28元；第二档用气量在1500立方米～2500(含)立方米之间，气价为每立方米2．5元；第三档用气量为2500立方米以上，气价为每立方米3．9元。1766．6立方米天然气需要4086．5元人民币。
对偏远农村来说，建设输气管道也是很大的投入，且成本回收难，燃气公司一般不愿意投入，主要靠政府投人，财政压力大。另一个关键问题是，农村地区如果都使用天然气，将给天然气供给带来巨大的挑战。根据初步测算，仅廊坊市、县两级建成区及禁煤区农村地区实施“气代煤”后约新增天然气消费1047,立方米，冬季采暖期气源恐难给予持续性的保障。
因此，单纯的天然气采暖难以在农村进行大范围推广。
●(四)利用电进行供热采暖的成本
尽管很多农村居民早已开始使用电热毯、电采暖器(电阻式采暖和电磁采暖等方式)等产品进行冬季采暖，但采暖质量不高。如果要达到较舒适程度，所需电费不菲。目前，北京居民每月用电量划分为3档，电价分档递增收费。第一档电量：一户居民全年不超过2880千瓦时，0．49元／千瓦时；第二档电量：全年在2881千瓦时～4800千瓦时，0．54元／千瓦时；第三档电量：全年超过4800千瓦时的电量，0．79元／千瓦时。在不计算其他生活用电量的前提下，分两种方式计算供热采暖的费用：
一是按2142．9千克标准煤的等量热值计算。由于1度电的理论热值与0．12千克标准煤的热值相当，达到2142．9千克标准煤的热值则需要1．74万度电，约需花费1．24万元。也就是说，要达到3吨煤的热值量，需要巨大花费。因此，用电供热采暖的居民一般是以牺牲舒适为代价，进行精打细算。
二是按调研的实际消费量计算，以1个家庭有3台1匹暖风空调，每天工作12／b时计算，每天需消费54度左右的电，按120天的供暖季计算，需要消费6480度左右的电，花费3764．18元。用电供热采暖，居民不仅花费较大，且农村居民不习惯用电做饭，电供热采暖的同时还需要其他做饭能源。再考虑到煤变电，电再变暖气过程中的大量能源损耗，用电取暖尽管是非常方便的模式，但也是最不合算的方式。
不过，在可再生能源电力丰富区域、电力过剩区域，或者用太阳能屋顶自发电时，可考虑大规模的电供热采暖模式。 ●(五)利用太阳能进行供热采暖的成本
目前，太阳能供热采暖的设备及安装费用越来越低，后期使用费用也很低，只使用少量电。一般来说，一台太阳能热水器的价格在2000元左右，太阳能采暖设备的价格5000元左右。但缺点是，京津冀区域的太阳能资源在冬季只能提供有限热水，难以满足冬季采暖需求。
●(六)利用热泵进行供热采暖的成本
空气源热泵不适用于北方，在京津冀区域只适合使用地源热泵(利用浅层地温能)。地源热泵的使用效率很高，冬季可采暖，夏季可制冷。通常地源热泵消耗1千瓦时的能量，用户可以得到4．4千瓦时以上的热量或冷量。使用地源热泵进行冬季供热采暖的使用费用低，但初始投入大，大部分农民很难参与。市场启动阶段，需要政府进行补贴，才能进行较大范围推广。一旦产品大规模进入市场，成本有望快速降低。由于地热资源有限，适用范围不广，这里不再具体测算其总成本。
●(七)利用生物质能进行供热采暖的成本
用于供热采暖的新型生物质能及技术主要包括沼气、生物质气化、生物质固体颗粒等。农村有着丰富的生物质能资源，且使用成本较低，但也面临一些问题及挑战：家庭沼气池的利用成本很低，但是使用起来很麻烦，特别是在农村劳动力大量转移的今天，家庭用的小型沼气池越来越成为鸡肋。利用生物质气化炉进行供热采暖的成本也很低，但存在一定污染问题，在天然气不能到达的区域，家庭用生物质气化炉有一定应用空间。使用生物质固体颗粒的成本略高于燃煤，如果是家庭用，由于设备的简陋，也存在污染问题。
从理论上看，在利用生物质能进行供热采暖方面，推广村用大型沼气池、大型生物质气化设备更经济、更环保，但由于农村小农意识较强，缺乏集体合作精神，特别是在贫困地区，集体项目收费困难，企业化运作较难操作。
从以上计算及分析可以看出，京津冀农村冬季单纯使用电力、天然气进行供热采暖时，操作较为简单，居民的初始投入也不大，但后期使用成本高，且面临天然气的资源短缺及使用电力的不经济问题。
在可再生能源方面，使用太阳能既方便，投入也不大，但难以满足冬季采暖需求。地源热泵的后期使用较为经济，但面临初始投人大问题。使用生物生物质能成本较低，初始投人也不大，但使用起来不太方面，且有一定污染。
三、降低京津冀清洁能源供热采暖成本的路径选择
总体来说，受收入及发展阶段的制约，在京津冀农村推动清洁能源供热采暖最好同时满足以下条件：一是后期使用成本低，且初始投入能承受。“受收人水平限制，一般情况下农村居民对价格低的消费品需求较大，需求弹性较小，而对价格高的消费品需求较少，需求弹性较大，其价格变化影响居民消费结构的变化”；二是使用方便，最好能同时满足供热采暖及做饭的要求。
从分析可以看出，目前京津冀农村清洁能源利用的成本远高于传统能源的利用成本，推进农村清洁能源使用的关键是降低利用清洁能源进行供热采暖的成本，农村家庭能源消费大部分用于冬季采暖。农村居民家庭中安装有暖气设施的超过60％，家庭平均年用煤2．9吨，用于采暖2．3吨，比例接近80％。按照热量折算，家庭能源消费中的60％左右用于冬季采暖，78％的家庭认为采暖负担过重。而降低清洁能源采暖供热成本需要从“降初始投入成本”与“降低后期使用成本”两大方面着手(见图1)。
图1：降低清洁能源供热采暖成本的路径
●(一)降低初始投入成本
对于农村居民来说，如果初始投入一次性投人太大，不仅经济难以承受，而且不符合其尽陕回收成本的心理预期。要降低初始投入成本，主要有以下几条路径：
一是扩大产品应用规模。根据商品的市场规律，扩大产品的应用规模一般就能很快地降低其价格，太阳能热水器在农村中的快速推广就是基于这一规律。
二是对产品及工程进行财政补贴。以北京市对地源热泵的支持为例，根据北京市《关于进一步明确煤改地源热泵项目支持政策的通知》(京发改[2016]1038号)，以整村实施的农村地区煤改地源热泵项目，市政府固定资产投资按照工程建设投资的50％安排资金支持。如果安装地源热泵需要投资3万元，农村居民只需要投资1．5万元，能极大降低农户的初始投入压力。当然，由于这类补贴额度较大，需要逐步地推进。
三是分期付款等金融模式。分期付款、合同能源管理等投融资模式也是降低初始投入压力的重要路径。以德国的“填表安装”为例，德国农村居民安装太阳能屋顶等可再生能源设备，只需要填个申请表，资金就会由银行提供，并有专门的安装工人上门安装，非常方便。
●(二)降低后期使用成本
降低京津冀清洁能源供热采暖成本，其中降低后期的使用成本至关重要。如果每年冬季清洁能源供热采暖的使用费过高，就需要政府长期的补助，一旦补助取消，很多农村居民又会重新选择烧煤供热采暖这条相对便宜的路径。要降低使用成本，主要有以下几条路径：
一是开发利用可再生能源，提升能源自给率。农村居民的优势是有较大面积的独立住房，并有土地，有农林废弃物等资源，可充分利用这些优势开发利用可再生能源，减少电、天然气供热采暖的成本压力。以电供热采暖为例，单纯用电进行供热采暖的费用较高，但如果与太阳能采暖设备、地源热泵等结合起来，就能大幅度降低用电成本。
二是使用多能互补模式。结合京津冀农村各地农村的实际情况，采用不同的清洁能源组合模式，也有利于降低成本，如“太阳能+电辅助”“太阳能+燃气壁挂炉辅助”“太阳能+空气源热泵”和“太阳能+生物质能”等模式。住建部的项目“空气源热泵、太阳能与低温热水地暖组合建筑采暖系统的节能能效研究”认为，多能互补模式有利于降低使用成本(见表2)。其中，冬季太阳能制热供献率占总制热量约30％。
三是提高能源利用效率。节约能源是推广清洁能源供热采暖的重要一环，也是降低使用成本的重要路径。应针对农村住房保暖性不足这一普遍问题，加强农村住房保暖改造。在少数有条件的地方进行集中供热采暖，以提高能源利用效率。同时，积极推广应用家庭智慧节能技术，如家庭能源管理设备。
四是财政补贴清洁能源消费。比如，河北廊坊市针对实施“煤改气”的农村，农户每个冬季补贴采暖费2000多元，并连续补贴5年。
四、主要问题及相关政策与建议
当前，京津冀农村在推进清洁能源使用和降低其供热采暖成本方面，还存在以下几点主要问题：
一是现有可再生能源开发利用政策乏力。要降低对农村清洁能源供热采暖的成本，需要扬长避短，充分发挥农村较宽裕的独立住房等空间资源及丰富的生物质资源等优势，推动农村居民积极开发利用太阳能、地温能、生物质能等各种可再生能源，降低后期的使用成本。而京津冀现有以煤改电、煤改气为主的政策尽管操作简单，使用方便，但却没有利用农村居民的资源优势，导致后期使用成本增加。特别是对农村贫困人口来说，无论是用电或是天然气进行供热采暖，费用压力都较大。同时，可再生能源政策支持力度弱化，如地源热泵补贴政策适用范围小；太阳能屋顶项目处于停滞状态；对生物质能利用的补贴日益弱化等。
二是在推动农村多能互补供热采暖方面，目前京津冀均处于探索起步阶段，缺乏具体的支持政策，而“太阳fit+”“生物质能+”“地源热泵+”的多能互补模式恰恰是降低农村供热采暖成本的重要手段。
三是清洁能源供热采暖利用缺乏金融支持措施。在减少农村清洁能源成本压力方面，政府补贴很重要，但也是有限的，因为政府的压力也大。根据京津冀煤改电、煤改气政策，需要对农村用户给与补贴，不仅补助安装费用，对每年的气采暖、电采暖也要给与补助。按河北省的规定，目前是要补助5年，那5年以后呢?如不补助，大量农村居民将重新使用相对便宜的燃煤，这是市场规律，不以人的意志为转移。但如果长期大范围补贴，地方政府将面临非常大的财政压力。
以廊坊为例，该市市县两级建成区及禁煤区农村地区全面实施散烧煤清洁能源替代工程，2016年完成总工作的30％，2017年全部完成，按此计划，需要的投资巨大。2016年市、县两级配套财政资金近15亿元，2017年的资金压力更大。因此，要降低农村居民利用清洁能源的成本压力，还需要完善相关金融市场机制，但目前相关机制措施几乎处于空白状态。即使有一些政策，但由于金融机构担心农户的还款能力及信用，政策很难执行。
四是节能改造工作的弱化。推动建筑物的节能改造是推动清洁能源供热采暖应用的重要环节，特别是对农村建筑物来说，保暖效果大都很差。如果提高保暖标准，不仅有利于节约能源，也有利于降低用户供热采暖的能耗成本。但近年来，京津冀地区推动已有建筑物节能改造工作开始逐步弱化。例如，在廊坊相关工作已处于停滞状态。
政策支持与引导不力，加上可再生能源开发利用的初始投人大，造成京津冀农村开发利用可再生能源的规模非常小。有文献认为，“京津冀地区农村太阳能和生物质能资源比较丰富，有些地区的地热、小水电资源也比较丰富，但由于农民收人水平的限制、节能降耗意识淡薄以及政府在资金、技术方面投入的限制等多方面因素的影响，可再生能源的利用程度比较低。”
针对以上分析，笔者提出相关对策建议：
●(一)加强政策引导和自身能力建设
政策引导方向上，给农村居民送“鸡蛋”不如送“鸡”。违背市场规律的行为只能局限在小范围及短时间内，却难以长期持续。在京津冀农村清洁能源采暖供热方面，政府要避免陷入长期补贴的困局，就需要充分利用农村居民的资源优势，增加其自身开发利用可再生能源的能力，降低农村居民的用能成本。比如，要推动分散式可再生能源发电，需要解决并网难、初始投人大(一家农户的住宅要建太阳能屋顶需8万元左右)等问题。可把清洁能源采暖供热与光伏屋顶扶贫工作结合起来，与虚拟电网结合起来，不仅能通过良性循环降低农村居民的能源成本，也能减少政府长期补贴的压力。
●(二)鼓励使用节能组合模式
结合京津冀各地农村的实际情况，采用不同的多能互补供热采暖模式。在通天然气的近郊农村，可采用“天然气+空气源热泵”“天然气+太阳能”和“空气源热泵+太阳能”等供热采暖模式；在不通天然气的农村，可采用“电+太阳能”“电+空气源热泵”“太阳能+生物质能”和“空气源热泵+太阳能”等模式。其中，“空气源热泵+太阳能”具有广泛的应用空间。
在偏远农村，应重视“生物质能+”模式。在沼气方面，应积极支持规模化开发利用，既包括以村庄为单位的集体开发利用，也包括商品化的沼气开发，并推动沼气提炼生物质天然气及并人天然气管道的工作。推动规模化的生物质气化工程建设，以减少污染。在生物质固体颗粒方面，积极扶持生物质颗粒的加工设备进村入户，通过降低成本及提高便利性，以鼓励农村居民利用生物质固体颗粒替代燃煤。
●(三)完善相关金融市场机制
政府在加大相关补贴的同时，应鼓励金融机构同可再生能源供热采暖施工机构及商品制造销售机构合作，实施分期付款等多种模式，以减少农村居民初始投人大压力。特别是要鼓励农村居民以合作社形式进行金融融资，以推动可再生能源在供热采暖领域的规模化应用。
●(四)持续推进已有建筑物的节能减排改造工作
建筑物的节能减排改造既包括对建筑物自身的保暖改造，也包括节能产品的应用，因此，应通过补贴节能建筑材料等措施推动新型可再生能源技术及材料在建筑物上的应用。比如，新奥集团提出的泛能网技术，既节约能源，又能降低部分用能成本。
除以上问题及政策建议外，要推动京津冀地区的清洁能源供热采暖工作，还需要重视其他一些要素，比如，提高农村居民收入水平，只有收入提高，才能减少清洁能源供热采暖高成本带来的压力。比如，鼓励通过清洁能源技术创新来降低成本、鼓励规模化应用来降低成本。
总之，要推动清洁能源在农村供热采暖领域的应用，需要重视农民的经济承受能源及资源优势等要素。其中，降低清洁能源的使用成本，是可持续利用清洁能源的关键。要降低清洁能源供热采暖的成本，需要政府的支持与推动，更需要完善相关市场，只有充分利用市场机制推动，才能保证清洁能源在农村供热采暖领域的可持续应用。
注：作者系中国社会科学院城市发展与环境研究所副研究员李萌。
