中國農村生物質能源替代化石能源的影響因素——基于河北省無極縣的抽樣調查

閆笑非，楊鐘紅，曹淑艷

（北京石油化工學院 人文社科學院，北京 102617）

1 研究背景

自2013年以來，霧霾已從單純的環境問題演變為社會焦點、中國各級政府都高度重視的政治問題。特別是自2013年以來，中國多個城市遭遇了持續多日的霧霾天氣，全國空氣污染面積達140萬平方公里，污染達到災難性程度，而京津冀地區更是霧霾的重災區。在此情況下，從源頭治理空氣污染已迫在眉睫。

目前中國能源供給和環境容量的壓力越來越大，已成為制約中國經濟持續發展的兩大瓶頸。城鎮化、工業化的快速發展使得經濟發展對能源的依賴性越來越強。2013年中國煤炭消費量約40億噸原煤，石油產品消費量超過5億噸原油，大規模化石能源消耗導致近年來粉塵微型顆粒物和二氧化碳、硫化物、氮氧化物等排放急劇上升——這是中國城市霧霾產生的根本原因。同時，環境容量越來越小，二氧化硫環境容量已被過度使用、氮氧化物環境容量逼近閾值。

隨著生活水平的提高，中國農村居民的家庭能源消費日益趨向煤炭、液化氣、石油和主要來自于火力發電的電能等化石能源產品。這一方面直接導致化石能源供應緊張，另一方面造成豐富的生物質能源被大量廢棄，特別是廢棄秸稈遭到不恰當處置，如過度填埋、露天焚燒等——這也是加重季節性霧霾的重要原因。

可再生的生物質能源是僅次于煤炭、石油和天然氣的世界第四大能源，在能源體系中占有獨特地位。國家能源局于2012年底頒布的《生物質能發展“十二五”規劃》中指出：中國可作為能源利用的生物質資源總量每年約4.6億噸標準煤，2015年中國生物質能年利用量將超過5000萬噸標準煤，生物質能發電達1300萬千瓦，還有約4億多噸可作為能源利用。生物質能源產業是一個正在興起并具有廣大發展前途的新型產業。《能源發展“十二五”規劃》中明確指出，要“有序開發生物質能，……因地制宜利用農作物秸稈、林業剩余物發展生物質發電、氣化和固體成型燃料”。利用生物質能資源替代煤炭、石油等不可再生的化石能源，不僅能有效緩解化石能源供不應求的狀況、優化能源消費結構，而且已成為中國應對全球氣候變暖和控制溫室氣體排放的重要途徑之一。

生物質能不同于太陽能、風能等其他可再生能源，其開發利用對地區自然條件的依賴不大、地域性不強，具有普遍適用性。然而，雖然“碳零排放”的生物質能源產業有國家發展規劃的支持，也有利于改善和保護生態環境，推動農業轉型升級、農民增收及農村區域發展，但是其發展規模和水平仍遠低于風能、太陽能等。與近年來許多學者一樣，筆者希望通過研究揭示影響和制約農村生物質能源利用和產業發展的原因。

本文從消費者的角度，采取對縣域范圍的鎮村居民進行隨機抽樣調查的方法，從處于京津冀腹地的、具有較為豐富的秸稈資源的河北無極縣地區選擇樣本，對其4個鄉鎮、1109戶農村居民的生活能源消費現狀及其對秸稈固體成型燃料使用的轉換意愿進行調查，采用推斷統計的數據分析方法揭示影響農戶消費商品性生物質能源的因素。本文的研究結論可作為政策分析的重要參考依據。

2 研究現狀

從20世紀80年代初開始，國內學者就開始關注農村的生物質能源。最初研究主要集中在生物質能源利用現狀和新利用技術兩個方面。進入21世紀，隨著能源稀缺程度和碳排放壓力的加劇，越來越多的人關注農村生物質能的產業化發展問題。例如：王效華和馮禎民指出，在中國廣大農村地區，石油液化氣、煤炭等商品能源正在不斷替代生物質能源，生物質能源消費的減少會對環境產生更不利的影響，因此政府應制定有效利用秸稈的相關政策［1］。蘇晉認為，大力發展農村生物質能產業是中國實現低碳經濟的重要途徑［2］。林學斌、王超和陳彩祥以中國杭州市農村為研究對象，基于系統動力學理論揭示了中國農村生物質能利用的廣闊前景［3］。陳初、譚澤飛和劉燕等認為，總體上，中國農村生物質能產業的規模化和產業化程度仍然較低，政策激勵機制不足是影響其發展的重要因素［4］。高全成和李靖認為，中國農村生物質能的發展面臨化石能源的挑戰和國際生物質能市場的競爭等，需要更有效的扶持政策［5］。馬廣鵬和張穎認為，中國需完善和修改生物質能源產品價格補貼、強制性生物質液體燃料收購、生物質液體燃料消費鼓勵等激勵政策［6］。李軍剛和王巍認為，應加大政府對生物質能產業化的技術研發和技術引進力度，同時加強對生物質能產業的市場監管和政策扶持［7］。任繼勤、汪亞運和王得印指出，發達國家的經驗已證明，政府采購、配額制度、利息減免、強制罰款、稅收等政策對生物質能源產業化發展有重要的促進作用［8］。

進入21世紀以來，中國秸稈能源化新型利用快速發展，秸稈利用方式由傳統燃燒向集中制氣、炭化和固化成型等轉變［9］。由于原料來源廣泛且更為穩定，因此秸稈固體成型燃料技術最具發展潛力［10］。然而，各級政府對農村生物質能源項目普遍投入不足，即使生物質固化成型燃料生產企業享受了項目資金補貼，其產品成本也僅與煤炭基本持平或略低；另外，對生物質爐具的補貼比例較小，其產品也沒有價格優勢［11］，企業與居民用戶的生產與使用生物質固體成型燃料的經濟性受到了嚴重影響。

總體而言，在關于生物質能源的已有研究中，基于消費者-農戶視角的研究較為匱乏，農村生物質能源替代化石能源的影響因素有待深入探究。

3 實證分析

3.1 調查點選擇與樣本容量

河北省素有“首都生態屏障”之稱，然而其綜合污染程度在全國各省區中卻排名第一［12］。這與河北的農村能源消費結構中煤炭比重明顯高于全國其他省份［13］有一定關系。鑒于此，對于河北農村地區而言，促進農村提高生物能利用率、降低煤炭消費量、實現節能減排、恢復以生物質能源為主的生活能源消費結構、扭轉生活能源消費結構向以高碳化石能源為主轉變的趨勢，具有更加突出的生態意義。

無極縣地處河北省中部，總面積524平方公里，耕地面積3.5萬公頃，是河北省糧、棉、油的主要產區之一。全縣轄6 鎮、5 鄉、213 個行政 村，總人口48.3萬人，其中農業人口44.3 萬人（占總人口的91.7%）。本研究從4個鄉鎮（即里城道鄉、東候坊鄉、七汲鎮和北蘇鎮）的81個行政村中選取64個村作為調查范圍（區域覆蓋率達到79%），從中隨機抽取1109個農戶進行入戶調查，最終共獲得有效問卷1106份。

3.2 問卷設計與調查方法

一般而言，制約農戶生物質能源替代化石能源的因素包括資源可得性、燃料獲取便利性和燃料質量穩定性、農戶對生物質爐具的認知程度、農戶的轉換意愿和轉換成本、農戶的生產和生活習慣等。針對上述因素，筆者設計了用于入戶調查的初始問卷，并通過實地入戶調查和參與式訪談來改進初始問卷，在經過3次持續改進后形成最終的入戶調查問卷。最終的調查問卷由3個模塊組成：第一，農戶基本信息模塊，包括住戶人數，農作物種類，小麥、玉米和棉花的播種面積，秸稈處理方式等；第二，農戶生活能源利用模塊，包括煤炭、液化氣、電和秸稈能源的使用量；第三，能源替代關聯信息模塊，包括家庭現有爐具種類、數量及使用年限，對生物質能源爐具的認知情況，使用該類爐具的意愿。

對隨機抽取的農戶采用入戶方式進行問卷調查。

3.3 數據分析

1）秸稈資源量的估算。

秸稈理論資源量是指某一區域作物秸稈的年總產量，一般根據農作物產量和各種農作物的草谷比估算出各種農作物的秸稈產量。秸稈資源量的計算公式見式（1）。

式（1）中：R為某類農作物的秸稈產量（噸）；P為某類農作物的籽粒產量（噸）；r為草谷比，指某類農作物單位面積的秸稈產量與籽粒產量的比值。在本研究中，小麥與玉米的谷草比分別取值為1.3和2.0［14］。

2）問卷數據的統計分析。

本研究運用SPSS軟件對有效問卷的有關數據進行統計分析。首先，采用峰態系數和偏態系數兩個統計量分析問卷調查結果的代表性和對稱性。然后，采用方差分析技術和最小顯著差異（least significant difference，LSD）法對所調查各鄉鎮的煤炭用量水平進行了統計分析，因為煤炭消費水平是反映化石能源對生物質能替代程度的重要指標。在對各鄉鎮的煤炭用量水平差異進行方差分析時，假設4個鄉鎮的煤炭用量水平（μ）沒有差異，即原假設（H0）為μi=μj（i=1，2，…，4；j=1，2，…，4）、備擇假設（H1）為μi≠μj。如果其F統計量大于臨界值或相應P值小于0.05，則拒絕原假設，即認為4個鄉鎮的煤炭用量水平存在顯著差異，否則不能拒絕原假設。采用Fisher的最小顯著差異法即LSD的多重比較方法對4個鄉鎮的煤炭用量水平差異進行成對比較，即原假設（H0）為μi=μj、備擇假設（H1）為μi≠μj。如果或對應P值小于0.05，則拒絕原假設，即在0.05的顯著水平下兩者間存在顯著差異，否則不拒絕原假設。LSD的計算公式為：

式（2）中，ni與nj分別表示鄉鎮i和鄉鎮j的調查樣本數量。

4 結果分析

4.1 秸稈資源量與能源替代可能性

調查區的農作物種植制度為一年兩收，春季作物主要是小麥，秋季作物主要是玉米。調查結果表明，調查區覆蓋耕地面積337公頃，小麥和玉米的年均收成分別是2245噸和2505噸。根據秸稈資源量的估算方程——式（1），這些耕地每年可產生的秸稈資源量為7928噸、戶均秸稈資源量為7.2噸，折合3.6噸標準煤。作物秸稈的理論蘊藏量轉化為理論可獲得量，按50%轉化率計算，各鄉鎮可用于生物質能源開發利用的戶均年秸稈資源量為1.8噸標準煤，而調查區的戶均年化石能源消費量為1.95噸標準煤（表2）。這說明：若被調查區的資源收獲系數再提高5個百分點，則生物質能源就具有完全替代化石能源的潛力。

調查區的人均秸稈理論資源量為1.5噸～2.5噸，折合0.75噸標準煤～1.25噸標準煤（表1）。各鄉鎮可用于生物質能源開發利用的人均年秸稈資源量，按人均秸稈理論資源量的50%估算，約為0.4標準煤～0.6噸標準煤，與目前中國農村人均生活能源消費量大致相當。這說明，在被調查區生物質能源具有完全替代化石能源的潛力。

表1 調查區秸稈理論資源量估算結果

4.2 生活能源利用狀況

調查區的農村生活能源消費以煤炭為主。在1106份有效問卷中，使用煤炭的農戶有1099戶，完全使用秸稈的農戶有12 戶，使用液化氣的農戶有474戶，炊事與取暖用電的農戶有279 戶。被調查農戶共有爐具1157個，平均每戶擁有爐具1.07個，戶擁有爐具最多為3 個。從能源的實際使用情況看，被調查農戶對各類能源的戶均年消費量如下：煤炭為2221.6公斤；液化氣為65.8 公斤；電為1506度（月均125.57度）。可見，大部分農戶家庭的化石能源消費量高于平均值，表明農村能源消費結構已由以薪柴、秸稈等低能質的生物質能源為主轉變為以煤炭、液化氣、石油和電能等化石能源為主。

表2 河北省無極縣農村戶均年能源使用情況及爐具擁有量的調查結果

通過分析農戶的能源實際使用數據，可發現煤炭、液化氣和電能三類能源的消費量的峰度系數分別為16.654、49.925和36.654，即三類能源消費量的分布圖均呈陡峭的尖峰狀態。這說明能源消費量數據分布相當集中，被調查農戶的各類能源消費差異不大，調查數據具有很好的代表性（表2）。然而，煤炭、液化氣和電能三類能源的消費量的偏態系數分別為2.304、5.613 和4.561，即數據分布的對稱性較差、明顯右偏離。這說明：大部分農戶家庭的化石能源消費量高于平均值，少部分農戶受經濟條件的制約，其化石能源消費量遠低于平均值——這與實際調查中發現的情況極為相符（表2）。

4.3 農村各類能源消費量之間的相關關系

農村各類能源消費量之間的相關關系統計結果見表3。由表3可知，煤炭消費量與其他能源消費量的相關關系很弱。可見，農村居民對各類化石能源的消費量之間不存在顯著的相關關系。也就是說，這些化石能源不存在互相替代的負相關關系，也不存在相互推動的正相關關系。

表3 河北省無極縣農村居民能源消費量的相關關系

煤炭消費量與爐具數量、對生物質能源爐具的認知程度、住戶人數的Pearson 相關系數僅為0.150、0.181和0.195（見表4），呈正弱相關性。煤炭消費量與農村居民對生物質能源爐具的認知程度的相關關系與調查過程中發現的農民對煤炭價格變化的敏感性相符。據此推論，近年來煤炭價格的快速上漲已成為影響農民煤炭消費需求上升的重要因素，也成為推動他們對生物質能源認知程度提高的重要力量。

表4 煤炭消費量與爐具數量、對生物質能源爐具認知、住戶人數的Pearson相關關系

4.4 鄉鎮煤炭消費量的方差分析

各鄉鎮煤炭用量水平的單因素方差分析結果見表5。由表5可知，F 統計量為6.782（＞Fα），且其相應的P值為0.000（遠小于0.05），據此可判斷4個鄉鎮的煤炭用量水平存在顯著差異。

表5 鄉鎮煤炭用量水平的單因素方差分析結果

基于多重比較方法所得的結果如表6所示。由表6可知：在0.05的顯著水平下，城道鄉、東侯坊鄉和北蘇鎮的煤炭用量水平不存在顯著差異，而它們與七汲鎮的煤炭用量水平均存在顯著差異。在數量上，七汲鎮的煤炭用量顯著低于其他3個鄉鎮。這主要是因為：七汲鎮每年的棉花種植面積明顯多于其他鄉鎮，且其棉花秸稈又主要用于家庭取暖和炊事，這減少了煤炭用量。可見，秸稈的處理和利用方式在一定程度上影響農戶的煤炭用量。

表6 鄉鎮煤炭用量水平的多重比較

4.5 秸稈處理方式的統計分析

調查地區的秸稈處理方式一般有3 種——填埋、焚燒和出售。從頻率統計信息看，97.7%的農戶主要將秸稈進行填埋處理，0.6%的農戶主要將秸稈焚燒掉。上述統計數據基本反映了當地政府嚴禁秸稈露天焚燒和秸稈還田獎勵政策的綜合效果。但是，由于土壤條件存在差異，因此土壤可承受的秸稈還田數量是有限的。一般而言，壤質瘠薄、施肥量不足的土地，每畝可接受的還田秸稈量為200公斤～250公斤；而壤質肥沃、施肥充足的土地可接收的還田秸稈量較貧瘠土壤倍增，每畝為400 公斤～500公斤。無極縣的耕地基本上可接受所產全部小麥秸稈還田，但是難以消納所產的玉米秸稈還田。因此，被調查鄉鎮均存在秸稈過度還田問題，其后果是耕地病蟲害發生頻率高、災害類型多，這在一定程度上致使農藥使用量增加、農作物收成降低，從而影響了農民收入，打擊了其秸稈還田的積極性。被調查鄉鎮均有相當一部分農戶表示對秸稈進行了“技術化”處理，而露天偷偷焚燒秸稈的事情也屢禁屢發。例如，2010年無極縣內以棉花種植為主的七汲鎮存在大面積焚燒秸稈的問題，其中棉花秸稈難以還田是重要原因。因此，上述統計數據中填埋和焚燒均有一定程度的高報和低估。

4.6 農村居民對生物質能源認知度與使用生物質能源爐具意愿的關聯分析

從數據可以看到，農戶對生物質能源替代技術具有良好的認知和較強的需求意愿——這與有些學者的觀點——中國農村生物質能源替代化石能源受制于信息和認知不足——不一致。大多數被調查農戶對生物質能源爐具的認知程度和使用興趣都很高，這為秸稈資源的深度開發奠定了良好的群眾參與基礎。在受調農戶中，表示了解生物質能源爐具的有812戶，占樣本總數的73.4%；表示有興趣使用生物質能源爐具的有1053 戶，占95.2%。在有興趣使用的農戶中，對生物質能源爐具不認知但有興趣的有259戶，占24.6%；有認知且有興趣使用的有794戶，占75.4%。

調查發現，農村居民對生物質能源轉化和利用途徑認知，是在農村推廣使用生物質能源的必要條件。在調查中發現，廣播、電視、政府和企業的相關宣傳材料是農民獲取生物質能源爐具信息的主要渠道，其中農民對政府組織的推廣活動的信任程度明顯高于對其他方式的信任程度，說明政府和社會在環境保護和生物質能源知識普及方面的工作是十分有效的。

5 結語

5.1 結論

通過文獻研究、實地訪談和調研數據的統計分析，本文得到以下結論：

第一，中國農村具有豐富的生物質能源、資源供給充分，但其開發仍處在初級階段，利用不充分、利用方式不科學，這客觀上造就了目前中國農村以化石能源為主的能源消費結構，其結果是農村的生物質能源被廢棄、浪費嚴重，同時加劇了環境災難。

第二，近年來，隨著中國化石能源價格的上漲，在中國農村低能質的生物質資源原料向高能質的生物質能源產品轉化的相關技術條件和法律環境也已具備的條件下，中國農村居民對生物質能源的認知程度有顯著提升、對生物質能源也有較大需求，這為開展生物質能源的優質化轉換和促進生物質能源產業的發展奠定了市場需求基礎。

第三，制約農戶以生物質能源替代化石能源的主要因素是生物質能源產品與化石能源產品的能質差異、兩類能源利用便捷度的差異、生物質燃料供應的持續性以及政府宣傳和政策的支持力度。

5.2 建議

依據上述結論，為切實加快中國農村生物質能源替代化石能源的步伐，本文提出以下政策建議：

第一，構建支撐國家新能源和可再生能源的農村生物質能源發展規劃和區域產業布局規劃體系。各級地方政府應在規劃體系中考慮生物質能源深度開發企業的合理布局，發展體系完備的農村生物質能源產業體系，從根本上解決原料收集和保證供給的持續性問題，同時確保生物質能源資源的收購、配送等運營成本保持在較低水平，從而保證生物質能源的使用價格與化石能源相比具有一定的市場比價優勢。

第二，參考和借鑒國外開發生物質能源的經驗，通過建立綜合配套的財政和金融等相關政策，鼓勵相關企業引入和運用生物質能源替代化石能源的適用技術，解決農村生物質能源產業發展面臨的技術研發能力不足、研發費用高、投資風險大等問題，不斷提高生物質能源使用的便捷性并保證其價格的競爭力，使廣大農戶愿意更多地使用生物質能源。

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