中國農村居民可再生能源生活消費的碳排放評估

陳 艷 朱雅麗

(中國地質大學(武漢)經管學院，湖北武漢430074)

中國農村居民可再生能源生活消費的碳排放評估

陳 艷 朱雅麗

(中國地質大學(武漢)經管學院，湖北武漢430074)

農村居民能源消費涉及能源安全、環境效應、新農村建設等多個方面，從發展趨勢來看，在未來相當長的時期內，秸稈、薪柴等傳統生物質能仍是我國農村居民的主要生活能源。本文在分析了我國農村居民可再生能源生活消費現狀的基礎上，測算了1998－2007年農村居民可再生能源生活消費的碳排放，評估了農村居民可再生能源生活消費的環境效應。得出結論:在我國農村居民能源生活消費的過程中，碳排放的主體是秸稈和薪柴等生物質能的傳統利用，其次是商品性能源的使用。在未來的發展過程中，農村居民能源消費必須依靠農村豐富的可再生資源，優化物質循環過程，變生物質能的傳統利用為清潔利用，減少溫室氣體排放，實現改善農村環境，減緩和適應氣候變化的總體發展目標。

農村;可再生能源;生活消費;碳排放

降低二氧化碳等溫室氣體排放、減緩大氣變暖進程是當今時代全球面臨的共同課題。20世紀90年代初期，中國化石能源消費總量超過俄羅斯而成為據美國之后的第二消費國。這使得中國在“后京都”時代的全球氣候談判中必將面臨越來越大的國際壓力。

目前，中國農村能源消費主要以當地易獲取資源的秸桿、薪柴等生物質能為主，生物質能的傳統利用約占中國農村能源消費總量的1/3，占中國農村能源生活消費的1/2。相關文獻研究表明，我國農村居民的生活消費支出和能源消耗呈正相關增長的關系，農戶的收入水平越高，對能源的舒適性、便利性、衛生特性的要求就越高，對商品能源的消費需求也越高。今后的一段時期，伴隨著農村經濟水平的跳躍式增長，對能源消費總量的需求迅速增長是無法避免的。綜合我國農村地區能源消費狀況及未來趨勢，基于建設社會主義新農村，環境友好型社會的需要，未來農村能源消費要同時滿足兩個條件:第一，滿足農村地區不斷增長的能源消費需求;第二，實現能源消費過程中的溫室氣體減排，提高減緩和適應氣候變化的能力。針對我國能源消費總量不斷增加和農村能源消費迅猛增加的客觀現實，農村能源消費必須依靠農村豐富的可再生資源，變生物質能的傳統利用為清潔利用，減少溫室氣體排放，適應氣候變化的總體發展目標。

文獻研究表明，關于我國農村能源消費的研究，受到了國內外學術界的廣泛關注。國外文獻近年來對農村能源的研究區域主要集中在中國，Mac和Stern分解了中國1971－2003年的CO2排放，并于能源結構中引進了生物質能，結果表明生物質能占比下降對碳排放減少產生了積極影響［1］。Zhongren Zhou分析了中國農村家庭能源消費結構的變化［2］;Gang Liu以臺北為例，分析了家庭能源消費對生態環境的影響［3］;Guozhu Li以甘肅的某個山區為例，計算了中國農村家庭能源消費所需支付的環境和經濟成本［4］等等。國內早期王革華即分析了農村可再生能源對中國CO2減排所做的貢獻［5］;師華定對農村能源消費所產生的環境效應進行了研究［6］;李光全等分析了中國農村生活能源消費的空間格局變化［7］;朱四海著重對我國農村能源政策的演變進行了梳理［8］。

1 農村可再生能源生活消費現狀

1．1 農村沼氣發展迅猛，但農村生物質能的傳統利用仍占主導地位

在農村，生物質能的消費有兩種方式，一是生物質能的傳統利用，即秸稈和薪柴的直接燃燒;二是生物質能的清潔使用，如沼氣和生物質發電等。長期以來，秸稈和薪柴等生物質為主的傳統非商品能源占農村能源消費的主要地位(見圖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，幾乎不需要任何費用。從發展趨勢來看，在未來相當長的時期內，秸稈、薪柴等傳統生物質能仍是我國農村居民的主要生活能源。

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

從生物質能的清潔使用來看，“十五”期間，農村沼氣進入了健康穩步快速發展階段。據中國農村能源統計年鑒數據顯示:2007年是歷史上發展最快的一年，新增農村戶用沼氣用戶482.35萬戶，全國已累計推廣戶用沼氣近2 650萬戶，年產沼氣達102億m3。比2000年的848萬戶增加了1 802萬戶，年均增長速度為17.7%，筆者依據中國農村能源統計年鑒的數據繪制了圖2，顯示了2000年至2007年農村居民家庭使用沼氣池年產氣量的變化趨勢。

就全國整體而言，傳統柴草仍是農民炊事的主要燃料，占60．2%，目前仍有1．33億農戶使用。東北地區使用秸稈薪柴的農戶高達88．2%(見表1);從能源消費結構來看，目前，我國農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年農村居民家庭沼氣池的產氣量Fig．2 Biogas production rate by rural households，2000－2007

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

1．2 農村太陽能利用技術推廣速度持續快速增長

農村地區太陽能利用形式主要有太陽能熱水器、太陽房、太陽灶、朔料大棚、太陽廣伏發電系統等。農村地區使用廣泛的是太陽能熱水器，太陽能熱水器的生產和應用進入穩定增長階段。據中國農村能源統計年鑒的數據顯示:2008年底，全國農村地區太陽能熱水器保有量達4 759萬m2，比2000年的1 108萬m2增加了3 651萬m2，平均每年增加456．4m2，年均增長速度為19．98%;農村太陽房達1 590．5萬 m2，比 2000 年的 970 萬 m2，增加了 620．5 萬m2，年均增長速度為6．4%;太陽灶保有量達135．7萬臺，比2000年的33．2萬臺增加了102．5萬臺，年均增長速度為19．24%(見圖3)。為可再生能源規模化開發利用奠定了良好的基礎。

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

除此之外，我國農村太陽溫室有了大規模的發展，大棚種植和養殖已經成為設施農業的主要方式，大棚蔬菜種植也成為各地農業生產的一項重要內容，通過這些以太陽能利用為主要措施的設施農業的發展，大大豐富了城鄉居民的菜籃子，同時也為農民帶來了明顯的經濟效益。

1．3 農村風能、微水電的開發利用方興未艾

小型風力發電機主要分布在西部地區的內蒙、甘肅、新疆等農牧業地區，東部的江蘇、山東、福建、海南等海島和內陸湖區上。微水電被列入國家扶貧、微小水利和小型公益設施建設以及保障退耕還林和保護森林資源的生態建設等項目中，從中得到了部分無償的資金扶持。2005年中央一號文件上明確提出“國家對農民興建小微型水利設施所需要的材料給予適當補助”。2007年，全國建成微水電站6．1萬座，裝機容量約達到22萬 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［9］。

圖3 2000－2008年我國農村居民太陽能利用情況Fig．3 Solar energy utilization by rural residents in China in 2000－2008

2 農村居民可再生能源生活消費的碳排放測算

農村能源消費按消費品種可以分為商品性能源消費和非商品性能源消費;按消費用途可以分為生產消費和生活消費。本文著重分析的農村非商品性能源中可再生能源生活消費的環境效應，鑒于試驗數據和分析手段的限制，本文只評估可再生能源在使用的過程中的碳排放，沒有考慮生物質能的整個生命周期當中的碳轉化的問題。在可再生能源中，秸稈和薪柴的傳統利用具有高排放，沼氣在使用過程中也有碳排放，而像太陽能、風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。

2．1 1998－2007年農村可再生能源生活消費的碳排放測算

農村非商品性能源消費碳排放的測算，以王革華等人的CO2排放量的計算方法為依據［5］，計算我國農村地區1998－2007年秸稈、薪柴、沼氣等生物質能利用中的CO2排放量。秸稈、薪柴的CO2排放量計算公式:

式中:EBM為秸稈、薪柴利用的CO2排放量，t;BM為生物質能消耗量，t;Ccont為生物質含碳量，%;秸稈、薪柴含碳系數分別為40%和45%;Ofrac為生物質氧化率，%;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 m3;Cthermal為沼氣熱值，TJ/萬m3，取值為0.209 TJ/萬m3;Ocont為生物質含碳量，t/TJ，沼氣含碳量為15．3 t/TJ。

由公式(1)計算得到2007年我國農村秸稈、薪柴生活消費的碳排放(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年農村秸稈、薪柴和沼氣的碳排放計算結果見表2和圖4。

2．2 2007年農村能源生活消費的總體碳排放測算

目前國內外對商品性能源消費碳排放量的計算一般采用日本Kaya碳排放恒等式，此公式是1989年由日本教授Yoichi Kaya在聯合國政府間氣候變化專門委員會

表2 1998－2007年我國農村居民可再生能源消費的碳排放Tab．2 Carbon emissions from renewable energy consumption in rural China during 1998 －2007 104 t，%

圖4 1998－2007年農村生物質能生活消費的碳排放Fig．4 Carbon emissions from biomass energy in rural areas during 1998－2007

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

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為一次能源的消費量;Ei為i種能源的消費量;Y為國內生產總值(GDP);P為人口。為便于計算將公式化簡為:

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

本文農村商品能源消費的碳排放評估采用了公式(4)。

依據上述公式，可以計算2007年我國農村商品能源生活消費的碳排放(單位:104t)

由此，可得圖5所示，2007年農村居民生活消費所耗各種能源的碳排放情況。

2．3 基本結論

通過上述分析和計算，本文得出如下結論:

在我國農村居民能源生活消費的過程中，碳排放的主體是秸稈和薪柴等生物質能的傳統利用，其次是商品性能源的使用。

橫向來看，秸稈和薪柴的傳統利用所產生的碳排放，在2007年農村居民能源生活消費的碳排放的比重占到了83%，居于絕對主體地位;商品性能源使用過程中所產生的碳排放占到了16%，是農村居民生活消費中的第二大排放主體。

從可再生能源生活消費的縱向對比來看，可再生能源在農村居民的生活消費當中，生物質能的傳統利用是主要的碳排放來源，對碳排放的貢獻達到了百分之九十九。沼氣的碳排放達到百分之一，也只是在最近的2005、2006和2007年這三年;很顯然，沼氣在農村居民生活用能中的份額高于碳排放的水平。

圖5 2007年農村居民生活消費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利用的政策法規體系和加大資金投入力度。國家應加大對農村能源建設的資金投入力度，建立以中央和地方國家投資為主、多渠遣投入資金為輔的多元化投大機制，要積極拓寬籌資渠道，吸引外資和鼓勵社會各界投資。同時根據當地的自然條件以及人們的生活習慣，綜合運用政府支持和市場化引導等多種手段予以支持，才能使可再生能源技術持續健康發展。

其次，大力普及農村沼氣、生物質發電和其他可再生能源，減少秸稈和薪柴的傳統利用。沼氣以投資小、見效快、適應廣、功能多的優勢在我國迅速推廣，秸稈沼氣技術的突破又擴大了沼氣使用范圍，規模化養殖業的發展為沼氣的集中利用創造了條件。同時要加大沼氣物業化服務體系建設力度，確保沼氣又好又快的發展。具有豐富太陽能資源和合適氣候條件的地區，要更多地發展太陽能熱水器和太陽房;遠離城市的西北農牧區和西藏自治區應推廣太陽灶。遠離電網的邊遠地區實施“三小電”工程，首先解決居民生活用電，逐步擴大到滿足生產用電。

References)

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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，主要研究方向為農村能源。

中國地質大學(武漢)中央高校基本科研業務費專項資金資助項目“基于博弈模型的生物質能產業補貼制度設計”(編號:CUGW 090210);2009年中國地質大學(武漢)資源環境經濟研究中心開放基金資助項目“湖北省生物質能產業化發展研究”(編號:1050910)。

(編輯:田 紅)