中國北方典型地區(qū)農(nóng)村清潔取暖調(diào)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(xué)，北京100029；2中國農(nóng)村能源行業(yè)協(xié)會民用爐具專業(yè)委員會，北京100125）

0 引言

近年來，中國北方地區(qū)霧霾天氣頻發(fā)，空氣污染問題嚴(yán)重影響了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)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(guān)注。散煤燃燒取暖是冬季重污染天氣的重要原因[1-3]，在農(nóng)村地區(qū)，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(yuǎn)高于燃煤電廠和工業(yè)鍋爐[4-6]。《中國散煤綜合治理調(diào)研報告2017》稱，民用散煤總量約2.34 億t，其中農(nóng)村散煤消費量占94%[7]，其污染排放造成的環(huán)境影響不容忽視。

室內(nèi)空氣污染已被認(rèn)為是最大的環(huán)境風(fēng)險因素[8]，固體燃料造成的家庭空氣污染被全球疾病負(fù)擔(dān)項目評為中國第二大過早死亡的環(huán)境風(fēng)險因素，導(dǎo)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(lián)系，冬季室內(nèi)通風(fēng)條件差，不利于污染物的擴(kuò)散[10]。長期暴露于散煤燃燒的室內(nèi)環(huán)境極大增加了呼吸系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)和免疫系統(tǒng)疾病的患病率[11-14]。

國家十部委聯(lián)合發(fā)布的《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃（2017—2021 年）》（簡稱《規(guī)劃》）中指出，當(dāng)前中國北方地區(qū)清潔取暖面積不足20%，迫切需要推進(jìn)清潔取暖。到2021年，“2+26”城市以及其他地區(qū)的農(nóng)村地區(qū)清潔取暖率分別達(dá)到60%與40%以上[15]，清潔取暖改造任務(wù)量巨大。各地為實現(xiàn)清潔取暖率的目標(biāo)，紛紛積極推進(jìn)天然氣與電替代散煤取暖的工作。隨著“煤改電”與“煤改氣”規(guī)模不斷擴(kuò)大，部分地區(qū)強(qiáng)制禁煤、清潔能源供應(yīng)不足、清潔取暖費用過高難以承受等問題逐漸顯現(xiàn)，使得該政策實施方式與效果方面存在較多爭議，“雙替代”進(jìn)入瓶頸期。尤其在天然氣管道、電網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施較為落后、財政支持力度與居民經(jīng)濟(jì)收入有限的農(nóng)村地區(qū)，清潔取暖工作將面臨更大的挑戰(zhàn)。

目前大部分清潔取暖相關(guān)的研究更多地關(guān)注了城市及城鄉(xiāng)結(jié)合部的清潔取暖，且重點集中在京津冀地區(qū)[16-18]。對于京津冀之外的北方農(nóng)村地區(qū)的關(guān)注度不足，深入農(nóng)村一線大規(guī)模的調(diào)查與研究則更為有限?；谝陨锨闆r，本研究針對除京津冀以外即將深入推進(jìn)農(nóng)村清潔取暖的農(nóng)村地區(qū)進(jìn)行大規(guī)模的實地調(diào)研與測試，獲得一手?jǐn)?shù)據(jù)與信息，深入了解散煤取暖排放水平及其特征、清潔取暖現(xiàn)狀及存在的問題，旨在為政府制定清潔取暖規(guī)劃及技術(shù)解決方案提供數(shù)據(jù)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(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)的主戰(zhàn)場之一；黑龍江作為東北三省的典型代表，是生物質(zhì)綜合利用的代表性地區(qū)。三省農(nóng)村冬季取暖散煤使用量均排在全國前十。為了保證調(diào)研對象具有一定的典型性與代表性，研究根據(jù)三省的地理及氣候特征、資源稟賦情況、經(jīng)濟(jì)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(chǎn)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(yán)寒地區(qū)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(qū)的代表城市。

本項目主要采取實地調(diào)研與測試2 種研究方法。調(diào)研主要包括政府訪談?wù){(diào)研與入戶調(diào)研2 種；測試主要包括了民用燃煤爐具煙氣排放測試、室內(nèi)空氣污染測試。研究采用自行設(shè)計的便攜式民用爐具污染排放現(xiàn)場測試系統(tǒng)[19]，對民用爐具的污染物排放特征進(jìn)行24 h 現(xiàn)場測試。測試項目主要包括PM2.5、CO、NOx、SO2和CO2。PM2.5基于光學(xué)法檢測實時排放濃度，采用稱重法進(jìn)行校正。其他氣態(tài)污染物通過氣體分析模塊進(jìn)行實時監(jiān)測分析。室內(nèi)空氣污染測試使用設(shè)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(jié)果與分析

2.1 農(nóng)村取暖基本情況

2.1.1 房屋結(jié)構(gòu) 山西省、陜西省農(nóng)村地區(qū)的房屋結(jié)構(gòu)主要有樓房、平房、窯洞3 種（圖1）。調(diào)研地區(qū)以平房為主，相對比較富裕的農(nóng)戶選擇居住在樓房，窯洞多位于山區(qū)以及較為寒冷的地區(qū)，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(qū)住房建筑墻體外墻以37、24 cm 為主，內(nèi)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(nóng)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(jié)約能源和降低取暖成本。

黑龍江省調(diào)研區(qū)域農(nóng)戶居住房屋全部為平房。由于冬季氣候嚴(yán)寒，該地區(qū)較為注重建筑保溫。調(diào)研結(jié)果顯示，75%農(nóng)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(dá)到門窗保溫的效果，又能充分利用陽光取暖。

2.1.2 傳統(tǒng)取暖方式 調(diào)研發(fā)現(xiàn)，隨著農(nóng)村地區(qū)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(xiàn)多樣化的趨勢。目前農(nóng)村地區(qū)的取暖設(shè)備包括燃煤爐具、生物質(zhì)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(nóng)村地區(qū)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(jīng)濟(jì)收入影響。家庭收入越高越傾向于使用優(yōu)質(zhì)清潔能源。

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

2.1.3 清潔取暖意愿 研究對農(nóng)戶家庭基本情況與清潔取暖意愿進(jìn)行調(diào)查。結(jié)果（表3）顯示，受訪家庭中青壯年以外出務(wù)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(shù)都是初中以下文化程度，農(nóng)村地區(qū)空心化現(xiàn)象普遍存在。這部分人群環(huán)境健康意識較為薄弱，采暖習(xí)慣較難改變，清潔取暖工作的推進(jìn)也更為困難。

表1 農(nóng)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(jīng)濟(jì)收入水平的提高，居民更加關(guān)注居住環(huán)境的改善和生活品質(zhì)的提高，家庭的能源使用會以“階梯”漸進(jìn)的形式轉(zhuǎn)換到更加清潔和復(fù)雜的能源[20（圖3）。同時，補(bǔ)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(bǔ)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(dāng)?shù)那闆r下，才有可能主動選擇清潔取暖。

2.2 散煤取暖污染排放現(xiàn)狀

2.2.1 煙氣排放水平 實地測試結(jié)果顯示，民用燃煤爐具污染物排放因子遠(yuǎn)高于工業(yè)鍋爐、電廠等燃煤利用方式，尤其是CO 和PM2.5。工業(yè)鍋爐與燃煤電廠燃燒效率較高，默認(rèn)其完全燃燒，CO排放忽略不計。實地測試結(jié)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(tài)，燃燒不充分產(chǎn)生大量的CO。據(jù)山西省調(diào)研結(jié)果顯示，部分農(nóng)戶每天封火時長可達(dá)10～18 h。民用烤火爐與水暖爐的PM2.5排放因子是工業(yè)鍋爐排放的12.5、10.4 倍；是電力行業(yè)排放的21.8、18.1倍。

表2 調(diào)研區(qū)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(shù)文獻(xiàn)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(xí)慣等影響，短時間的穩(wěn)定燃燒測試階段所得出的排放數(shù)據(jù)，與用戶在實地使用過程中進(jìn)行全過程的監(jiān)測數(shù)據(jù)存在一定的差異性[25-27]。以使用習(xí)慣具有代表性的用戶為例，煙氣實時排放測試結(jié)果如圖6 所示。用戶使用爐具取暖的同時還會進(jìn)行炊事活動，全天加煤次數(shù)較多，導(dǎo)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(dá)不到穩(wěn)定燃燒的溫度，導(dǎo)致燃煤中大量的揮發(fā)成分未經(jīng)充分燃燒而排放，產(chǎn)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(tài)影響較大，氣態(tài)污染物排放濃度增加，一段時間后隨著燃燒強(qiáng)度的降低而降低。

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

3 問題與建議

3.1 因地制宜，循序漸進(jìn)，推進(jìn)清潔供暖可持續(xù)發(fā)展

國家出臺的相關(guān)政策規(guī)定了明確的清潔取暖指標(biāo)要求和技術(shù)路徑，將雙替代指標(biāo)作為硬性任務(wù)納入考核范圍，一定程度上約束了其他技術(shù)路徑的選擇。各級地方政府制定清潔取暖規(guī)劃時，照搬上級文件內(nèi)容，層層加碼，缺乏對當(dāng)?shù)刭Y源稟賦、基礎(chǔ)設(shè)施的深入調(diào)研與可行性論證，導(dǎo)致“因地制宜”技術(shù)路徑落實困難。

地方政府應(yīng)充分發(fā)揮《規(guī)劃》的政策空間，考慮建立農(nóng)村地區(qū)散煤替代的長效機(jī)制和階段性路徑，處理好農(nóng)村地區(qū)散煤治理的短期目標(biāo)和長期愿景。長期來看，逐步用電能、天然氣、太陽能和生物質(zhì)等清潔能源替代散煤取暖是清潔取暖的終極目標(biāo)。短期來看，在具備條件的地區(qū)有序推進(jìn)基礎(chǔ)建設(shè)，分階段在有相應(yīng)基礎(chǔ)設(shè)施條件的地區(qū)實現(xiàn)改電，在氣源充足且具備集中改造條件的地區(qū)改氣，在秸稈和林木資源豐富的地區(qū)推行生物質(zhì)取暖；而在農(nóng)村人口密度低、農(nóng)戶居住分散的農(nóng)村地區(qū)，特別是山區(qū)，潔凈煤配合環(huán)保爐具推廣取暖可以較低成本。

3.2 統(tǒng)籌推進(jìn)清潔供暖與建筑改造相結(jié)合，提升清潔供暖節(jié)能效益

農(nóng)村地區(qū)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(dá)17.9℃。在此基礎(chǔ)條件下，大面積推行“煤改電”、“煤改氣”，熱量流失嚴(yán)重，取暖效果不佳，加重居民經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。

房屋保溫性能較差導(dǎo)致的能耗損失不容忽視。農(nóng)村地區(qū)可通過加強(qiáng)建筑墻體、門窗、屋頂?shù)谋?，以降低熱量損耗，節(jié)省燃料消耗量，降低取暖成本，達(dá)到事半功倍的清潔取暖效果。地方政府對建筑節(jié)能的重視程度需要進(jìn)一步提升，可配套相應(yīng)的專項資金，科學(xué)規(guī)劃、循序漸進(jìn)地推進(jìn)居民建筑節(jié)能改造工作。

3.3 明確政府部門職責(zé)分工，規(guī)范清潔取暖市場，激勵企業(yè)科技創(chuàng)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(xié)調(diào)機(jī)制。應(yīng)依據(jù)因地制宜和自下而上的原則，以最了解當(dāng)?shù)厍闆r且負(fù)責(zé)政策實施落地的縣級政府為主體，制定農(nóng)村地區(qū)清潔取暖方案。遵循“政府監(jiān)管、企業(yè)為主、市場化運營”原則，充分發(fā)揮政府在政策制定、市場監(jiān)管和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定等方面的重要作用。清潔取暖市場在短時間內(nèi)迅速發(fā)展，刺激大量企業(yè)進(jìn)入。但由于缺乏準(zhǔn)入機(jī)制與科學(xué)的評估方法，出現(xiàn)了壓低產(chǎn)品價格與質(zhì)量進(jìn)行惡性競標(biāo)的現(xiàn)象。政府應(yīng)制定科學(xué)的招標(biāo)采購、補(bǔ)貼與評估機(jī)制，保障企業(yè)服務(wù)質(zhì)量及用戶利益。招標(biāo)采購工作應(yīng)結(jié)合第三方權(quán)威機(jī)構(gòu)的檢測結(jié)果、行業(yè)內(nèi)權(quán)威專家的評價意見，以及當(dāng)?shù)鼐用竦倪x擇意愿等科學(xué)因素選定擬推廣的技術(shù)與產(chǎn)品，同時要注重考察入選企業(yè)的資質(zhì)、過去推廣的項目效果與售后服務(wù)能力等方面綜合評判。營造風(fēng)清氣正的社會環(huán)境，給企業(yè)提供創(chuàng)新的動力與支持。

3.4 加強(qiáng)教育與宣傳，提高居民環(huán)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(dǎo)向，很多農(nóng)戶在缺乏對自身影響認(rèn)知的情況下主動性不足。清潔取暖工作不僅應(yīng)考量其對室外空氣質(zhì)量的影響，也應(yīng)更加著力提升室內(nèi)空氣質(zhì)量和農(nóng)戶健康效益。通過加強(qiáng)對農(nóng)村地區(qū)居民環(huán)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(zhì)散煤對大氣環(huán)境及室內(nèi)空氣質(zhì)量的污染，正向引導(dǎo)居民接受清潔取暖，使居民在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下有意識地自主轉(zhuǎn)向清潔取暖。