雙碳背景下黑龍江省農村生活用能研究

申瑞霞 姚宗路 趙立欣 霍麗麗 羅 娟

(中國農業科學院農業環境與可持續發展研究所， 北京 100081)

0 引言

綠色低碳循環發展已成為全球共識，“雙碳”目標是我國提出的兩個階段的碳減排奮斗目標[1]。為實現這一目標，需弄清農業農村領域現狀、選準目標，為碳達峰、碳中和做出應有的貢獻[2-3]。農村用能是我國農業農村領域能源體系的重要組成部分，實現碳中和的潛力巨大[4]。黑龍江省作為我國的最北方，冬季氣候寒冷、供暖期一般為5～6個月；常住總人口為3 771.9萬，其中鄉村人口1 505萬，占比39.9%，大量的鄉村人口使得農村地區生活用能需求量大，達到2 209.63萬t，且以煤炭為主，造成污染大、排放高等問題亟待解決。

黑龍江省作為我國農業大省具有豐富的農作物資源，特別是秸稈資源量大，主要由玉米秸稈、水稻秸稈、大豆秸稈等組成。據農業農村部統計資料顯示，2020年黑龍江省秸稈資源量為9 098.03萬t，占全國秸稈資源總量的10.6%，且其綜合利用率達到91.48%[5]。且在秸稈的五料化利用中，能源化利用也逐步成為還田利用外的第二大利用途徑[6-7]。

在雙碳背景下，為解決農村用能存在的用能高、結構不合理及秸稈能源需求大等問題，本文在黑龍江省開展農村生活用能的實地調研，了解農村地區用能總量、用能結構、能源消費等基本情況，分析預測2030年和2060年農村用能消耗量、農村用能結構情況以及秸稈能源化利用的溫室氣體減排量貢獻等。

1 方法

采取文獻檢索、典型地區實地調研與問卷調查3種方法相結合的方式，點面結合，全面地了解評價黑龍江省農村能源概況及秸稈綜合利用現狀。

1.1 文獻檢索法

基礎數據以文獻和資料的收集、分析和整理為主。重點收集、查閱農業農村部、黑龍江省農業廳及相關市的中國農村統計年鑒、規劃報告、政策建議、支持項目、政策文件等關于農村能源及秸稈綜合利用的相關資料，并進行甄別、統計分析。

1.2 典型地區實地調研

為全面了解黑龍江省農村用能現狀，在秸稈利用方面考慮秸稈品種資源豐富程度、交通狀況、村莊經濟條件、覆蓋市縣范圍以及典型秸稈綜合利用試點縣等因素，在生活用能方面考慮生活用能需求量較大、居住分散、能耗水平低以及室內空氣污染問題等因素[8]。基于秸稈利用與生活用能兩方面的因素，實地調研選擇了10個市22個縣(不含農墾總局)，具體為黑河(嫩江縣)、齊齊哈爾(富裕縣、克山縣、訥河市、泰來縣)、大慶(林甸縣、杜蒙縣、肇源縣)、哈爾濱(巴彥縣、雙城區、五常市、尚志市)、綏化(海倫市、慶安縣、蘭西縣)、佳木斯(樺南縣、樺川縣)、雙鴨山(集賢縣)、七臺河(勃利縣)、牡丹江(寧安市、穆棱市)、雞西(雞東縣)。

1.3 問卷調查

調查問卷包括政府主管部門問卷、村級問卷、入戶調查問卷3種形式。每個市縣根據實際情況選擇2個傳統能源的典型村和2個新型清潔能源替代的典型村。采用座談和入戶調查相結合的形式，實地入戶調研農戶用能與秸稈利用現狀，每村不少于10戶，共收集有效問卷858份。通過對典型農村地區的能源消費量、用能方式等進行調研[9]，摸清黑龍江省農村用能現狀。

2 結果與分析

2.1 黑龍江省農村用能現狀

2.1.1農村生活用能總量

農村總人口數與農村生活用能總量成正相關關系[10]，黑龍江省農村人口數占全省人口總數的39.9%，農村生活用能總量占全省能源消費的50.00%[11]，且農村生活用能占農村用能總量的比例基本保持在70.00%[12]。農村生活用能主要包括商品能源和非商品能源，其中商品能源包括煤炭、電力、成品油、天然氣、煤氣、液化石油氣，非商品能源包括秸稈、薪柴、沼氣、太陽能。黑龍江省農村用能中商品能源以煤炭為主，其次是電力和成品油，非商品能源以秸稈為主，其次是薪柴。由國家統計局的數據可知(圖1)，2000—2012年黑龍江省農村生活用能總量逐年增長，到2013年為2 846.79萬t標煤，其中商品能源和非商品能源分別為1 016.10萬t標煤、1 830.69萬t標煤，2014年之后農村生活用能總量呈逐年下降趨勢，近幾年穩定在2 200萬t標煤。生活用能中商品能源用量呈現逐年增長趨勢，近3年趨于穩定，究其原因主要是由于，隨著農村生活條件的改善，農民趨于使用方便、清潔的商品能源為主[13]。而非商品能源呈現先增長后下降的變化規律，特別是2016年出現顯著下降的情況，這一情況很大程度上歸因于國家、各地方對于秸稈焚燒的嚴格管控。

圖1 黑龍江省農村能源消費情況Fig.1 Consumption situation of rural energy in Heilongjiang Province

2.1.2農村生活用能結構

整體上，黑龍江省農村居民能源結構主要以非商品能源為主，商品能源為輔。非商品能源中發生顯著變化的是秸稈的使用，主要集中在齊齊哈爾、大慶、綏化等耕地資源豐富的地區[14]，2013年達到1 489.92萬t標煤，同時薪柴的使用達到312.46萬t標煤(圖2a)。2016年秸稈的使用顯著下降到390.70萬t標煤，而近3年又有所回升，盡管秸稈能源的使用下降明顯，但仍是農民的主要生活能源。另外，由于黑龍江省冬季氣溫低、太陽光不足等氣候因素原因，在農村地區太陽能的使用量非常小[15]，主要集中在哈爾濱、大慶、齊齊哈爾等地[16]，戶用沼氣使用率約為10%[11]。多年來黑龍江省農村生活商品能源中以煤炭為主導，占比高于全國水平[17]。2014年煤炭的用量達到928.78萬t標煤，隨后緩慢下降，近幾年基本維持穩定；煤炭的使用主要集中在雞西、鶴崗、雙鴨山、七臺河等煤炭資源豐富的地區[14]。2011—2018年間電力、液化石油氣的使用分別維持在100萬t標煤、39萬t標煤(圖2b)。成品油、天然氣的使用主要集中在哈爾濱、大慶等石油天然氣開發地區[14]，但由于天然氣運輸成本高和存在安全隱患等問題，并沒有在農村地區廣泛使用。另外，第三次全國農業普查的結果顯示，東北地區通天然氣的村僅占4.70%[18]，因此諸多因素限制了天然氣在黑龍江省農村地區的使用。

圖2 黑龍江省農村能源消費結構Fig.2 Consumption structure of rural energy in Heilongjiang Province

根據對黑龍江省典型地區的實地調研結果顯示，2020年農村生活用能結構中煤炭、秸稈、薪柴3種主要能源用于取暖和炊事，分別占29.8%、45.5%、2.8%；生物質成型燃料等清潔供暖方式僅占生活用能總量的5.7%；汽油用于交通出行，占8.7%；電力用于照明、電器及炊事，占6.6%；液化石油氣用于炊事，占1.0%(圖3a、表1)。按能源用途類別測算，炊事和取暖的能源消費占農村生活用能總量的89.30%，是農村生活用能的重中之重。另外，黑龍江省人均生活用能1.25 t標煤，是全國的2.88倍。其中人均采暖用能0.91 t標煤，占生活用能總量的72.90%(圖3b)；人均炊事用能0.20 t標煤，占生活用能總量的16.40%，主要包括秸稈、薪柴、電力、液化石油氣及少量煤炭；照明、電器等人均電力用量0.21 t標煤；交通人均用汽油0.29 t標煤。由此可見，黑龍江省農村用能結構以秸稈、煤炭為主，特別是秸稈，比全國高32.54%，但煤炭的使用占比與全國相比差異不明顯。另外，從減排角度測算，秸稈散燒、生物質成型燃料的使用對溫室氣體減排貢獻分別為0.014億t CO2e、0.013億t CO2e。

表1 黑龍江省農村能源利用結構Tab.1 Utilization structure of rural energy in Heilongjiang Province %

圖3 黑龍江省農村生活能源結構與用途Fig.3 Rural energy structure and use in Heilongjiang Province

2.1.3農村能源消費情況

黑龍江省人均生活能源消費1 298元/年，是10年前人均能源消費支出的2.35倍[8]。其中，商品能源中煤炭消費最高，占36.90%；其次為汽油和電力，分別占30.30%和26.40%；成型燃料和液化石油氣分別占4.70%和1.70%，其中液化石油氣消費量低的主要原因在于其價格(6 000元/t)，另外也受到農村能源服務體系的影響[17]。秸稈和薪柴為非商品能源，未計入能源消費結構，盡管兩者的能源利用效率均較低，但由于其資源量較為豐富，且無需花錢購買，因此受到大多數農戶的青睞。在不計秸稈、薪柴等非商品能源費用的情況下，人均取暖費達到540.70元/年，占用能總費用的41.70%，其中生物質成型燃料清潔能源消費占比11.40%；根據實地調研情況，黑龍江省農村地區取暖設施主要包括炕連灶和采暖爐兩種，如圖4所示。生物質清潔爐具采暖近年來得到黑龍江省的大力推廣，現已建成秸稈壓塊站1 000余個，年生產能力達80余萬t，安裝生物質清潔爐具約5.5萬臺。另外，受大氣污染防治與燃煤鍋爐改造等環境壓力，供熱模式也開始逐漸改變，打捆直燃供暖方式迅速發展(圖4)，黑龍江現已建成秸稈打捆直燃供熱項目近50處，供熱面積達270余萬m2，供熱戶數4萬余戶。

圖4 黑龍江省農村取暖設施Fig.4 Rural heating facilities in Heilongjiang Province

另外，人均照明、電器用能消費307.90元/年，占用能總費用的23.70%；人均交通出行用能消費393.70元/年，占用能總費用的30.30%；人均炊事用能消費55.80元/年，占用能總費用的4.30%。農民人均純收入或可支配收入與商品能源消費之間存在著正相關關系，而與非商品能源秸稈、薪柴的資源量并無明顯關系[19]，隨著農民人均收入的不斷提高，農民更傾向于使用便捷、清潔的商品能源而不是非商品能源。

2.2 黑龍江農村能源預測

基于黑龍江省地域特征、目前農村生活用能調研現狀以及過去20年的農村生活用能變化規律的分析和研究，本研究對2030年、2060年黑龍江省的秸稈資源量、農村能源消費量以及農村能源結構進行相關預測，為了便于預測計算，本研究中未考慮新農村建設、土地集約化經營及住房保暖等因素，根據糧食增長率、人口城鎮化率、農村居民收入水平等變化，聚焦測算了生物質能(特別是秸稈)在2030年、2060年對碳中和的預期貢獻。

2.2.1秸稈資源量預測

黑龍江省耕地總面積穩定在0.159億hm2，糧食播種面積為0.143億hm2，是我國重要的糧倉，主要以玉米、水稻、大豆、小麥、馬鈴薯5種糧食作物為主。2020年黑龍江省糧食種植面積占總耕地面積的89.96%，糧食產量0.750億t，秸稈理論資源量為0.910億t。根據黑龍江省農業農村廳發布的《黑龍江省人民政府辦公廳關于切實加強高標準農田建設提升糧食安全保障能力的實施意見》中指出：到2025年穩定保障0.80億t以上糧食產能。基于糧食增長率預測，到2030年和2060年黑龍江省的糧食產能將分別達到0.805億t和1.150億t，秸稈理論資源量將分別達到1.031億t、1.395億t。按照秸稈可收集系數0.9，可推算到2030年、2060年可收集秸稈資源量分別為0.928億t、1.256億t(表2)。根據黑龍江省2019年和2020年的秸稈綜合利用率分別為91.30%、90.01%，可認為該省秸稈綜合利用率已進入平穩增長階段。

表2 2030年和2060年秸稈資源量相關指標預測Tab.2 Prediction of straw resource in 2030 and 2060

在保障黑土地質量和畜牧飼草需求的基礎上，加強秸稈燃料化、基料化和原料化等多元化利用，預計秸稈綜合利用率將保持穩定增加，直至達到資源化全部利用。按照全國秸稈綜合利用率的變化，可推測到2033年黑龍江省的秸稈綜合利用率將達到100%，即秸稈全部被利用。在土壤有機質含量為1%、年礦化率為2%、腐殖化系數為20%的情況下，為保證糧食穩產增產，保障耕地土壤肥力，適宜的秸稈還田率為50%～70%，而黑龍江省2020年秸稈還田率已高達74.4%，因此還田需求已基本滿足，由此認為到2030年和2060年的秸稈還田量維持在70%即可，即分別為0.650億t、0.879億t。另外，2020年黑龍江省的飼料化利用量為0.039億t，基于中國農業產業模型(CASM)預測黑龍江省秸稈飼料化利用量變化趨勢，按照牛肉、羊肉總產量增長率均為1.1%預測，預計到2030年和2060年可分別達到 0.043億t、0.060億t。

2.2.2農村能源消費量預測

根據最新統計數據顯示，目前我國總人口數為14.0億，預計2030年我國人口數將達到14.5億左右(《國家人口發展規劃(2016—2030年)》)，但存在人口老齡化程度嚴重的問題，在未來，人口死亡率必將高于出生率，據估計，到2060年，我國人口預計會減少到10億左右。另外，2020年年末，我國常住人口城鎮化率已超過60%(中華人民共和國2020年國民經濟和社會發展統計公報)，預計2030年我國常住人口城鎮化率約為70%，2050年約為80%(《城市藍皮書：中國城市發展報告No.12》)，據此可推測出2060年我國常住人口城鎮化率約為85%。由此計算出2030年、2060年農村常住人口約為4.35億和1.50億。另外，近15年來，黑龍江省農村人口在全國農村人口中平均占比為2.59%(數據來源于國家統計局)(圖5)，因此可推算出2030年、2060年黑龍江省農村常住人口約為0.113億和0.039億。另外，基于我國農村人均生活能耗數據進行預測，2030年、2060年農村人均生活能耗分別為0.519 t標煤和0.568 t標煤(仍低于歐盟28國人均生活能源，2018年約為0.777 t標煤，數據源于國際能源署IEA)，因此2030年、2060年黑龍江省農村居民生活能源消費總量分別為0.059億t標煤和0.022億t標煤。

圖5 黑龍江省農村人口變化情況Fig.5 Change of rural population in Heilongjiang Province

2.2.3農村能源結構預測

農村能源消費結構主要與能源的經濟成本、可用性、易用性和清潔度以及居住地的鄉村類型、居住時間、家庭特征、政府投資補貼政策、農村居民的受教育程度和傳統習慣等有關[18]，另外，也受農村能源消費量、農村常住人口數、農村常住居民人均可支配收入、農村居民消費價格指數等因素的影響[17]。隨著農村居民受教育程度和農村居民收入水平的普遍提升，預計使用傳統能源的占比逐漸下降，如煤炭、石油，而使用清潔能源的占比逐漸上升，如電力、太陽能[10]。另外結合近10年的黑龍江省農村用能結構變化情況，按照不同能源類型的平均增長速率(表3)，可預測2030年商品能源中煤炭、電力、成品油、液化石油氣分別占比為42.917%、9.211%、12.360%、5.386%，非商品能源中秸稈、薪柴、太陽能分別占比為 8.987%、16.921%、3.697%；2060年商品能源中煤炭、電力、成品油、液化石油氣分別占比為13.034%、10.695%、34.297%、17.313%，非商品能源中秸稈、薪柴、太陽能分別占比為0.047%、7.849%、14.945%。總體上，商品能源比重逐漸增加，非商品能源比重逐漸減少，這與京津冀地區農村居民生活能源消費變化類似[20]。

表3 2030年和2060年黑龍江省農村能源結構預測Tab.3 Prediction of rural energy structure in Heilongjiang Province in 2030 and 2060

盡管考慮到成本、基礎設施、使用便捷程度、農村能源服務體系等問題，目前在東北地區冬季供暖更多使用的是煤炭[14]，但在雙碳背景下，能夠替代化石能源實現碳減排目標的能源和技術的推廣也將成為必然趨勢，如秸稈能源化利用[21-23]。2020年黑龍江省秸稈肥料化、燃料化、飼料化、基料化、原料化利用率分別占秸稈可收集量的74.41%、9.97%、4.97%、0.08%、0.58%。其中秸稈基料化和原料化利用總體規模較小，僅占秸稈可收集量的0.66%，未來將保持緩慢增加。另外，在滿足秸稈還田和秸稈飼料化需求基礎上，優化農村能源結構，將秸稈能源化(燃料化)比例最大程度的提升，替代化石能源為節能減排、改善農村空氣質量做貢獻[13]。根據2.2.1節中2030年、2060年可收集秸稈資源量分別為0.928億t、1.256億t，秸稈還田量分別為0.650億t、0.879億t，秸稈飼料化利用量分別為 0.043億t、0.060億t，由此可推算出2030年、2060年可用于秸稈能源化的最大潛能分別為0.235億t、0.317億t，折合標煤分別為0.045億t標煤、0.061億t標煤，分別占2030年、2060年黑龍江省農村居民生活能源消費總量的5.183%、18.529%(表4)。在減排背景下，按照主要的秸稈能源化技術的溫室氣體平均減排量1 050.4 g CO2e/kg計算[24]，可推測2030年、2060年秸稈能源化的溫室氣體減排量貢獻分別為0.247億t CO2e、0.333億t CO2e。

表4 2030年和2060年秸稈替代化石能源減排貢獻預測Tab.4 Prediction of emission reduction contribution of straw on fossil energy substitution in 2030 and 2060

3 結論

(1)黑龍江省農村生活用能穩定在0.220億t標煤，農村生活用能結構以秸稈、煤炭為主，特別是秸稈使用的占比顯著高于全國秸稈使用的32.54%；秸稈散燒、生物質成型燃料的使用對溫室氣體減排貢獻分別為0.014億t CO2e、0.013億t CO2e。經預測，2030年、2060年黑龍江省農村居民生活能源消費總量分別為0.059億t標煤、0.022億t標煤。

(2)黑龍江省2030年、2060年可收集秸稈的資源量分別為0.928億t、1.256億t。其中，在減排背景下可用于秸稈能源化的最大潛能分別為0.235億t、0.317億t，分別折合為0.045億t標煤、0.061億t標煤，分別占農村居民生活能源消費總量的5.183%、18.529%。溫室氣體減排量貢獻分別為0.247億t CO2e、0.333億t CO2e。