中國北方典型地區農村清潔取暖調研分析及思考

徐銀鴻，李 闖，張文廷，葉 堃，李 潔，許江東，焦銘澤，任彥波，薛春瑜，劉廣青

（1北京化工大學，北京100029；2中國農村能源行業協會民用爐具專業委員會，北京100125）

0 引言

近年來，中國北方地區霧霾天氣頻發，空氣污染問題嚴重影響了區域經濟發展與人們健康生活，引起了社會民眾以及各級政府的高度關注。散煤燃燒取暖是冬季重污染天氣的重要原因[1-3]，在農村地區，民用燃煤爐具缺乏有效的污染物減排措施，且散煤在較差的燃燒條件下，其排放因子遠高于燃煤電廠和工業鍋爐[4-6]。《中國散煤綜合治理調研報告2017》稱，民用散煤總量約2.34 億t，其中農村散煤消費量占94%[7]，其污染排放造成的環境影響不容忽視。

室內空氣污染已被認為是最大的環境風險因素[8]，固體燃料造成的家庭空氣污染被全球疾病負擔項目評為中國第二大過早死亡的環境風險因素，導致2016年60.5萬人過早死亡[9]。民用散煤污染源與人類生活有著更為緊密的聯系，冬季室內通風條件差，不利于污染物的擴散[10]。長期暴露于散煤燃燒的室內環境極大增加了呼吸系統、心血管系統和免疫系統疾病的患病率[11-14]。

國家十部委聯合發布的《北方地區冬季清潔取暖規劃（2017—2021 年）》（簡稱《規劃》）中指出，當前中國北方地區清潔取暖面積不足20%，迫切需要推進清潔取暖。到2021年，“2+26”城市以及其他地區的農村地區清潔取暖率分別達到60%與40%以上[15]，清潔取暖改造任務量巨大。各地為實現清潔取暖率的目標，紛紛積極推進天然氣與電替代散煤取暖的工作。隨著“煤改電”與“煤改氣”規模不斷擴大，部分地區強制禁煤、清潔能源供應不足、清潔取暖費用過高難以承受等問題逐漸顯現，使得該政策實施方式與效果方面存在較多爭議，“雙替代”進入瓶頸期。尤其在天然氣管道、電網等基礎設施較為落后、財政支持力度與居民經濟收入有限的農村地區，清潔取暖工作將面臨更大的挑戰。

目前大部分清潔取暖相關的研究更多地關注了城市及城鄉結合部的清潔取暖，且重點集中在京津冀地區[16-18]。對于京津冀之外的北方農村地區的關注度不足，深入農村一線大規模的調查與研究則更為有限。基于以上情況，本研究針對除京津冀以外即將深入推進農村清潔取暖的農村地區進行大規模的實地調研與測試，獲得一手數據與信息，深入了解散煤取暖排放水平及其特征、清潔取暖現狀及存在的問題，旨在為政府制定清潔取暖規劃及技術解決方案提供數據支撐與可行建議。

1 研究方法

選擇山西、陜西和黑龍江3 個省份，山西、陜西包含“2+26”城市和汾渭平原城市，是藍天保衛戰的主戰場之一；黑龍江作為東北三省的典型代表，是生物質綜合利用的代表性地區。三省農村冬季取暖散煤使用量均排在全國前十。為了保證調研對象具有一定的典型性與代表性，研究根據三省的地理及氣候特征、資源稟賦情況、經濟條件和政策情況，選擇6 個代表性城市。黑龍江省選擇了位于松嫩平原的重要糧食產地綏化市與具有豐富煤炭資源和林木資源的牡丹江市；山西省選擇了西南部的長治市作為“2+26”城市的代表，朔州市作為山西北部嚴寒地區及非重點管控城市的代表；陜西省選擇了銅川市作為汾渭平原的代表城市，榆林作為陜北地區的代表城市。

本項目主要采取實地調研與測試2 種研究方法。調研主要包括政府訪談調研與入戶調研2 種；測試主要包括了民用燃煤爐具煙氣排放測試、室內空氣污染測試。研究采用自行設計的便攜式民用爐具污染排放現場測試系統[19]，對民用爐具的污染物排放特征進行24 h 現場測試。測試項目主要包括PM2.5、CO、NOx、SO2和CO2。PM2.5基于光學法檢測實時排放濃度，采用稱重法進行校正。其他氣態污染物通過氣體分析模塊進行實時監測分析。室內空氣污染測試使用設備DustTrak 8530（TSI 公司）和EL-USB-CO（LASCAR 公司）記錄PM2.5和CO的實時濃度。

2 結果與分析

2.1 農村取暖基本情況

2.1.1 房屋結構 山西省、陜西省農村地區的房屋結構主要有樓房、平房、窯洞3 種（圖1）。調研地區以平房為主，相對比較富裕的農戶選擇居住在樓房，窯洞多位于山區以及較為寒冷的地區，且家庭收入較低。山西省和陜西省居住平房、樓房、窯洞的居民占比分別為75%、14%、11%和64%、22%、14%。該地區住房建筑墻體外墻以37、24 cm 為主，內墻均為24 cm。居民對于提升房屋保溫性能的意識比較薄弱，普遍沒有保溫措施，少于10%的居民會建造較厚的墻壁提升房屋保溫效果，77%的農戶玻璃為單層，房屋門窗密閉性差，取暖熱量損耗大，不利于節約能源和降低取暖成本。

黑龍江省調研區域農戶居住房屋全部為平房。由于冬季氣候嚴寒，該地區較為注重建筑保溫。調研結果顯示，75%農戶家庭的外墻厚度建造為50 cm以上，68%的居民在墻體中加入保溫材料，83%的居民安裝雙層玻璃，64%的居民在房屋外部用塑料布搭建簡易陽光房，既能達到門窗保溫的效果，又能充分利用陽光取暖。

2.1.2 傳統取暖方式 調研發現，隨著農村地區居民消費觀念的不斷變化以及政府項目的推動，取暖方式出現多樣化的趨勢。目前農村地區的取暖設備包括燃煤爐具、生物質爐具、甲醇爐、電暖氣、空氣源熱泵以及天然氣壁掛爐等，如圖2 所示。農村地區冬季取暖使用燃料種類繁多，其種類及價格如表1 所示。燃料種類選擇主要受家庭經濟收入影響。家庭收入越高越傾向于使用優質清潔能源。

受經濟收入水平、居民生活采暖習慣、基礎設施條件的限制，北方農村地區仍以燃煤取暖為主。各地氣候條件及居民生活習慣等差異導致不同類型的燃煤爐具在不同地區甚至是同一地區的不同市縣的分布比例也不盡相同（表2）。山西、陜西地區以烤火爐與水暖爐為主，經濟條件較好的用戶更多使用水暖爐。在偏北的寒冷地區，居民習慣使用炕取暖，黑龍江地區8成以上的用戶使用水暖爐與炕結合取暖。

2.1.3 清潔取暖意愿 研究對農戶家庭基本情況與清潔取暖意愿進行調查。結果（表3）顯示，受訪家庭中青壯年以外出務工為主，受訪者以50 歲以上老人居多，且教育程度普遍不高，絕大多數都是初中以下文化程度，農村地區空心化現象普遍存在。這部分人群環境健康意識較為薄弱，采暖習慣較難改變，清潔取暖工作的推進也更為困難。

表1 農村民用取暖燃料種類及價格

居民清潔取暖改造意愿主要受家庭年收入和清潔取暖實際運行費用的影響。隨著家庭經濟收入水平的提高，居民更加關注居住環境的改善和生活品質的提高，家庭的能源使用會以“階梯”漸進的形式轉換到更加清潔和復雜的能源[20（圖3）。同時，補貼政策對居民清潔取暖意愿影響較大，僅有4.81%的居民愿意在無補貼的情況下主動選擇使用清潔能源取暖（圖4）。大部分受訪者表示清潔取暖實際運行費用與散煤取暖相當的情況下，才有可能主動選擇清潔取暖。

2.2 散煤取暖污染排放現狀

2.2.1 煙氣排放水平 實地測試結果顯示，民用燃煤爐具污染物排放因子遠高于工業鍋爐、電廠等燃煤利用方式，尤其是CO 和PM2.5。工業鍋爐與燃煤電廠燃燒效率較高，默認其完全燃燒，CO排放忽略不計。實地測試結果（圖5）顯示，民用燃煤爐具CO排放水平普遍偏高，主要是由于民用燃煤爐具燃燒條件較差，且居民取暖多為封火燃燒的狀態，燃燒不充分產生大量的CO。據山西省調研結果顯示，部分農戶每天封火時長可達10～18 h。民用烤火爐與水暖爐的PM2.5排放因子是工業鍋爐排放的12.5、10.4 倍；是電力行業排放的21.8、18.1倍。

表2 調研區域不同類型燃煤取暖爐具使用情況

2.2.2 煙氣排放特征 目前大多數文獻中報道的爐具排放水平都是基于實驗室排放測試而得出的[22-24]，但受用戶使用習慣等影響，短時間的穩定燃燒測試階段所得出的排放數據，與用戶在實地使用過程中進行全過程的監測數據存在一定的差異性[25-27]。以使用習慣具有代表性的用戶為例，煙氣實時排放測試結果如圖6 所示。用戶使用爐具取暖的同時還會進行炊事活動，全天加煤次數較多，導致燃燒過程中污染物排放存在較高的波動變化。每天的點火過程與CO的排放波峰具有明顯的一致性。點火初期，爐膛溫度較低，達不到穩定燃燒的溫度，導致燃煤中大量的揮發成分未經充分燃燒而排放，產生較高水平的污染物排放。隨著燃燒更加充分，CO2濃度更高，燃料中的硫和氮在高溫下析出，SO2和NOx濃度開始升高。在旺火和炊事階段，加煤操作和清灰操作等活動對燃燒狀態影響較大，氣態污染物排放濃度增加，一段時間后隨著燃燒強度的降低而降低。

2.2.3 室內空氣污染 本研究在使用散煤取暖的用戶家中進行了PM2.5和CO 的室內空氣污染測試，結果（圖7）顯示，使用烤火爐與水暖爐家庭的室內日平均PM2.5濃度分別為291、264 μg/m3，是WHO 提出的日均濃度指導值25 μg/m3的10倍以上，全部測試家庭均出現了超高值。使用烤火爐與水暖爐家庭的室內平均CO濃度分別為8.05、7.41 mg/m3，48%的家庭CO室內日均濃度超過了WHO提出的室內日均濃度指導值(7 mg/m3)。爐具密閉性不好產生泄露排放，且冬季房間通風不及時是室內空氣污染濃度超標的主要原因。需要強調的是，加煤操作也會造成室內CO濃度急速升高。另外，水暖爐家庭室內污染水平普遍低于烤火爐家庭，提高爐具質量可一定程度緩解室內空氣污染水平。

3 問題與建議

3.1 因地制宜，循序漸進，推進清潔供暖可持續發展

國家出臺的相關政策規定了明確的清潔取暖指標要求和技術路徑，將雙替代指標作為硬性任務納入考核范圍，一定程度上約束了其他技術路徑的選擇。各級地方政府制定清潔取暖規劃時，照搬上級文件內容，層層加碼，缺乏對當地資源稟賦、基礎設施的深入調研與可行性論證，導致“因地制宜”技術路徑落實困難。

地方政府應充分發揮《規劃》的政策空間，考慮建立農村地區散煤替代的長效機制和階段性路徑，處理好農村地區散煤治理的短期目標和長期愿景。長期來看，逐步用電能、天然氣、太陽能和生物質等清潔能源替代散煤取暖是清潔取暖的終極目標。短期來看，在具備條件的地區有序推進基礎建設，分階段在有相應基礎設施條件的地區實現改電，在氣源充足且具備集中改造條件的地區改氣，在秸稈和林木資源豐富的地區推行生物質取暖；而在農村人口密度低、農戶居住分散的農村地區，特別是山區，潔凈煤配合環保爐具推廣取暖可以較低成本。

3.2 統籌推進清潔供暖與建筑改造相結合，提升清潔供暖節能效益

農村地區的房屋建筑保溫對取暖效果及用能有較大影響。以山西省某村為例，普通平房用戶與保溫較好的窯洞相比，兩戶均使用烤火爐取暖，且每年取暖季耗煤量相同，均為1.5 t。取暖面積為10 m2的平房室溫為13℃，取暖面積為12 m2的窯洞室溫可達17.9℃。在此基礎條件下，大面積推行“煤改電”、“煤改氣”，熱量流失嚴重，取暖效果不佳，加重居民經濟負擔。

房屋保溫性能較差導致的能耗損失不容忽視。農村地區可通過加強建筑墻體、門窗、屋頂的保溫，以降低熱量損耗，節省燃料消耗量，降低取暖成本，達到事半功倍的清潔取暖效果。地方政府對建筑節能的重視程度需要進一步提升，可配套相應的專項資金，科學規劃、循序漸進地推進居民建筑節能改造工作。

3.3 明確政府部門職責分工，規范清潔取暖市場，激勵企業科技創新

清潔取暖的政策制定和實施涉及到多部門、多層級，缺乏靈活的溝通和協調機制。應依據因地制宜和自下而上的原則，以最了解當地情況且負責政策實施落地的縣級政府為主體，制定農村地區清潔取暖方案。遵循“政府監管、企業為主、市場化運營”原則，充分發揮政府在政策制定、市場監管和標準規范制定等方面的重要作用。清潔取暖市場在短時間內迅速發展，刺激大量企業進入。但由于缺乏準入機制與科學的評估方法，出現了壓低產品價格與質量進行惡性競標的現象。政府應制定科學的招標采購、補貼與評估機制，保障企業服務質量及用戶利益。招標采購工作應結合第三方權威機構的檢測結果、行業內權威專家的評價意見，以及當地居民的選擇意愿等科學因素選定擬推廣的技術與產品，同時要注重考察入選企業的資質、過去推廣的項目效果與售后服務能力等方面綜合評判。營造風清氣正的社會環境，給企業提供創新的動力與支持。

3.4 加強教育與宣傳，提高居民環保與健康意識

目前政策在制定和實施過程中均以解決霧霾這一公共問題為主要導向，很多農戶在缺乏對自身影響認知的情況下主動性不足。清潔取暖工作不僅應考量其對室外空氣質量的影響，也應更加著力提升室內空氣質量和農戶健康效益。通過加強對農村地區居民環保意識與健康意識的教育，制作一些通俗易懂的視頻與手冊，深入宣傳劣質散煤對大氣環境及室內空氣質量的污染，正向引導居民接受清潔取暖，使居民在經濟條件允許的情況下有意識地自主轉向清潔取暖。