雙碳背景下黑龍江省農(nóng)村生活用能研究

申瑞霞 姚宗路 趙立欣 霍麗麗 羅 娟

(中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所， 北京 100081)

0 引言

綠色低碳循環(huán)發(fā)展已成為全球共識，“雙碳”目標(biāo)是我國提出的兩個階段的碳減排奮斗目標(biāo)[1]。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需弄清農(nóng)業(yè)農(nóng)村領(lǐng)域現(xiàn)狀、選準(zhǔn)目標(biāo)，為碳達(dá)峰、碳中和做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)[2-3]。農(nóng)村用能是我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村領(lǐng)域能源體系的重要組成部分，實(shí)現(xiàn)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?cè)丝跒? 771.9萬，其中鄉(xiāng)村人口1 505萬，占比39.9%，大量的鄉(xiāng)村人口使得農(nóng)村地區(qū)生活用能需求量大，達(dá)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(nóng)業(yè)大省具有豐富的農(nóng)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(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部統(tǒng)計(jì)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(dá)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(nóng)村用能存在的用能高、結(jié)構(gòu)不合理及秸稈能源需求大等問題，本文在黑龍江省開展農(nóng)村生活用能的實(shí)地調(diào)研，了解農(nóng)村地區(qū)用能總量、用能結(jié)構(gòu)、能源消費(fèi)等基本情況，分析預(yù)測2030年和2060年農(nóng)村用能消耗量、農(nóng)村用能結(jié)構(gòu)情況以及秸稈能源化利用的溫室氣體減排量貢獻(xiàn)等。

1 方法

采取文獻(xiàn)檢索、典型地區(qū)實(shí)地調(diào)研與問卷調(diào)查3種方法相結(jié)合的方式，點(diǎn)面結(jié)合，全面地了解評價黑龍江省農(nóng)村能源概況及秸稈綜合利用現(xiàn)狀。

1.1 文獻(xiàn)檢索法

基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以文獻(xiàn)和資料的收集、分析和整理為主。重點(diǎn)收集、查閱農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、黑龍江省農(nóng)業(yè)廳及相關(guān)市的中國農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒、規(guī)劃報(bào)告、政策建議、支持項(xiàng)目、政策文件等關(guān)于農(nóng)村能源及秸稈綜合利用的相關(guān)資料，并進(jìn)行甄別、統(tǒng)計(jì)分析。

1.2 典型地區(qū)實(shí)地調(diào)研

為全面了解黑龍江省農(nóng)村用能現(xiàn)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(jīng)濟(jì)條件、覆蓋市縣范圍以及典型秸稈綜合利用試點(diǎn)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(nèi)空氣污染問題等因素[8]?；诮斩捓门c生活用能兩方面的因素，實(shí)地調(diào)研選擇了10個市22個縣(不含農(nóng)墾總局)，具體為黑河(嫩江縣)、齊齊哈爾(富?？h、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(qū)、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(diào)查

調(diào)查問卷包括政府主管部門問卷、村級問卷、入戶調(diào)查問卷3種形式。每個市縣根據(jù)實(shí)際情況選擇2個傳統(tǒng)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(diào)查相結(jié)合的形式，實(shí)地入戶調(diào)研農(nóng)戶用能與秸稈利用現(xiàn)狀，每村不少于10戶，共收集有效問卷858份。通過對典型農(nóng)村地區(qū)的能源消費(fèi)量、用能方式等進(jìn)行調(diào)研[9]，摸清黑龍江省農(nóng)村用能現(xiàn)狀。

2 結(jié)果與分析

2.1 黑龍江省農(nóng)村用能現(xiàn)狀

2.1.1農(nóng)村生活用能總量

農(nóng)村總?cè)丝跀?shù)與農(nóng)村生活用能總量成正相關(guān)關(guān)系[10]，黑龍江省農(nóng)村人口數(shù)占全省人口總數(shù)的39.9%，農(nóng)村生活用能總量占全省能源消費(fèi)的50.00%[11]，且農(nóng)村生活用能占農(nóng)村用能總量的比例基本保持在70.00%[12]。農(nóng)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(nóng)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(tǒng)計(jì)局的數(shù)據(jù)可知(圖1)，2000—2012年黑龍江省農(nóng)村生活用能總量逐年增長，到2013年為2 846.79萬t標(biāo)煤，其中商品能源和非商品能源分別為1 016.10萬t標(biāo)煤、1 830.69萬t標(biāo)煤，2014年之后農(nóng)村生活用能總量呈逐年下降趨勢，近幾年穩(wěn)定在2 200萬t標(biāo)煤。生活用能中商品能源用量呈現(xiàn)逐年增長趨勢，近3年趨于穩(wěn)定，究其原因主要是由于，隨著農(nóng)村生活條件的改善，農(nóng)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(xiàn)先增長后下降的變化規(guī)律，特別是2016年出現(xiàn)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(yán)格管控。

圖1 黑龍江省農(nóng)村能源消費(fèi)情況Fig.1 Consumption situation of rural energy in Heilongjiang Province

2.1.2農(nóng)村生活用能結(jié)構(gòu)

整體上，黑龍江省農(nóng)村居民能源結(jié)構(gòu)主要以非商品能源為主，商品能源為輔。非商品能源中發(fā)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(qū)[14]，2013年達(dá)到1 489.92萬t標(biāo)煤，同時薪柴的使用達(dá)到312.46萬t標(biāo)煤(圖2a)。2016年秸稈的使用顯著下降到390.70萬t標(biāo)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(nóng)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(nóng)村地區(qū)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(nóng)村生活商品能源中以煤炭為主導(dǎo)，占比高于全國水平[17]。2014年煤炭的用量達(dá)到928.78萬t標(biāo)煤，隨后緩慢下降，近幾年基本維持穩(wěn)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(qū)[14]。2011—2018年間電力、液化石油氣的使用分別維持在100萬t標(biāo)煤、39萬t標(biāo)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(fā)地區(qū)[14]，但由于天然氣運(yùn)輸成本高和存在安全隱患等問題，并沒有在農(nóng)村地區(qū)廣泛使用。另外，第三次全國農(nóng)業(yè)普查的結(jié)果顯示，東北地區(qū)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(nóng)村地區(qū)的使用。

圖2 黑龍江省農(nóng)村能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)Fig.2 Consumption structure of rural energy in Heilongjiang Province

根據(jù)對黑龍江省典型地區(qū)的實(shí)地調(diào)研結(jié)果顯示，2020年農(nóng)村生活用能結(jié)構(gòu)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(zhì)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(fèi)占農(nóng)村生活用能總量的89.30%，是農(nóng)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(biāo)煤，是全國的2.88倍。其中人均采暖用能0.91 t標(biāo)煤，占生活用能總量的72.90%(圖3b)；人均炊事用能0.20 t標(biāo)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(biāo)煤；交通人均用汽油0.29 t標(biāo)煤。由此可見，黑龍江省農(nóng)村用能結(jié)構(gòu)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(zhì)成型燃料的使用對溫室氣體減排貢獻(xiàn)分別為0.014億t CO2e、0.013億t CO2e。

表1 黑龍江省農(nóng)村能源利用結(jié)構(gòu)Tab.1 Utilization structure of rural energy in Heilongjiang Province %

圖3 黑龍江省農(nóng)村生活能源結(jié)構(gòu)與用途Fig.3 Rural energy structure and use in Heilongjiang Province

2.1.3農(nóng)村能源消費(fèi)情況

黑龍江省人均生活能源消費(fèi)1 298元/年，是10年前人均能源消費(fèi)支出的2.35倍[8]。其中，商品能源中煤炭消費(fèi)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(fèi)量低的主要原因在于其價格(6 000元/t)，另外也受到農(nóng)村能源服務(wù)體系的影響[17]。秸稈和薪柴為非商品能源，未計(jì)入能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)，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(shù)農(nóng)戶的青睞。在不計(jì)秸稈、薪柴等非商品能源費(fèi)用的情況下，人均取暖費(fèi)達(dá)到540.70元/年，占用能總費(fèi)用的41.70%，其中生物質(zhì)成型燃料清潔能源消費(fèi)占比11.40%；根據(jù)實(shí)地調(diào)研情況，黑龍江省農(nóng)村地區(qū)取暖設(shè)施主要包括炕連灶和采暖爐兩種，如圖4所示。生物質(zhì)清潔爐具采暖近年來得到黑龍江省的大力推廣，現(xiàn)已建成秸稈壓塊站1 000余個，年生產(chǎn)能力達(dá)80余萬t，安裝生物質(zhì)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(huán)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(fā)展(圖4)，黑龍江現(xiàn)已建成秸稈打捆直燃供熱項(xiàng)目近50處，供熱面積達(dá)270余萬m2，供熱戶數(shù)4萬余戶。

圖4 黑龍江省農(nóng)村取暖設(shè)施Fig.4 Rural heating facilities in Heilongjiang Province

另外，人均照明、電器用能消費(fèi)307.90元/年，占用能總費(fèi)用的23.70%；人均交通出行用能消費(fèi)393.70元/年，占用能總費(fèi)用的30.30%；人均炊事用能消費(fèi)55.80元/年，占用能總費(fèi)用的4.30%。農(nóng)民人均純收入或可支配收入與商品能源消費(fèi)之間存在著正相關(guān)關(guān)系，而與非商品能源秸稈、薪柴的資源量并無明顯關(guān)系[19]，隨著農(nóng)民人均收入的不斷提高，農(nóng)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(nóng)村能源預(yù)測

基于黑龍江省地域特征、目前農(nóng)村生活用能調(diào)研現(xiàn)狀以及過去20年的農(nóng)村生活用能變化規(guī)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(nóng)村能源消費(fèi)量以及農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)進(jìn)行相關(guān)預(yù)測，為了便于預(yù)測計(jì)算，本研究中未考慮新農(nóng)村建設(shè)、土地集約化經(jīng)營及住房保暖等因素，根據(jù)糧食增長率、人口城鎮(zhèn)化率、農(nóng)村居民收入水平等變化，聚焦測算了生物質(zhì)能(特別是秸稈)在2030年、2060年對碳中和的預(yù)期貢獻(xiàn)。

2.2.1秸稈資源量預(yù)測

黑龍江省耕地總面積穩(wěn)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(chǎn)量0.750億t，秸稈理論資源量為0.910億t。根據(jù)黑龍江省農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳發(fā)布的《黑龍江省人民政府辦公廳關(guān)于切實(shí)加強(qiáng)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)提升糧食安全保障能力的實(shí)施意見》中指出：到2025年穩(wěn)定保障0.80億t以上糧食產(chǎn)能?；诩Z食增長率預(yù)測，到2030年和2060年黑龍江省的糧食產(chǎn)能將分別達(dá)到0.805億t和1.150億t，秸稈理論資源量將分別達(dá)到1.031億t、1.395億t。按照秸稈可收集系數(shù)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(jù)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(rèn)為該省秸稈綜合利用率已進(jìn)入平穩(wěn)增長階段。

表2 2030年和2060年秸稈資源量相關(guān)指標(biāo)預(yù)測Tab.2 Prediction of straw resource in 2030 and 2060

在保障黑土地質(zhì)量和畜牧飼草需求的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)秸稈燃料化、基料化和原料化等多元化利用，預(yù)計(jì)秸稈綜合利用率將保持穩(wěn)定增加，直至達(dá)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(dá)到100%，即秸稈全部被利用。在土壤有機(jī)質(zhì)含量為1%、年礦化率為2%、腐殖化系數(shù)為20%的情況下，為保證糧食穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)，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(dá)74.4%，因此還田需求已基本滿足，由此認(rèn)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(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)模型(CASM)預(yù)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(chǎn)量增長率均為1.1%預(yù)測，預(yù)計(jì)到2030年和2060年可分別達(dá)到 0.043億t、0.060億t。

2.2.2農(nóng)村能源消費(fèi)量預(yù)測

根據(jù)最新統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，目前我國總?cè)丝跀?shù)為14.0億，預(yù)計(jì)2030年我國人口數(shù)將達(dá)到14.5億左右(《國家人口發(fā)展規(guī)劃(2016—2030年)》)，但存在人口老齡化程度嚴(yán)重的問題，在未來，人口死亡率必將高于出生率，據(jù)估計(jì)，到2060年，我國人口預(yù)計(jì)會減少到10億左右。另外，2020年年末，我國常住人口城鎮(zhèn)化率已超過60%(中華人民共和國2020年國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào))，預(yù)計(jì)2030年我國常住人口城鎮(zhèn)化率約為70%，2050年約為80%(《城市藍(lán)皮書：中國城市發(fā)展報(bào)告No.12》)，據(jù)此可推測出2060年我國常住人口城鎮(zhèn)化率約為85%。由此計(jì)算出2030年、2060年農(nóng)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(nóng)村人口在全國農(nóng)村人口中平均占比為2.59%(數(shù)據(jù)來源于國家統(tǒng)計(jì)局)(圖5)，因此可推算出2030年、2060年黑龍江省農(nóng)村常住人口約為0.113億和0.039億。另外，基于我國農(nóng)村人均生活能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測，2030年、2060年農(nóng)村人均生活能耗分別為0.519 t標(biāo)煤和0.568 t標(biāo)煤(仍低于歐盟28國人均生活能源，2018年約為0.777 t標(biāo)煤，數(shù)據(jù)源于國際能源署IEA)，因此2030年、2060年黑龍江省農(nóng)村居民生活能源消費(fèi)總量分別為0.059億t標(biāo)煤和0.022億t標(biāo)煤。

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

2.2.3農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)預(yù)測

農(nóng)村能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)主要與能源的經(jīng)濟(jì)成本、可用性、易用性和清潔度以及居住地的鄉(xiāng)村類型、居住時間、家庭特征、政府投資補(bǔ)貼政策、農(nóng)村居民的受教育程度和傳統(tǒng)習(xí)慣等有關(guān)[18]，另外，也受農(nóng)村能源消費(fèi)量、農(nóng)村常住人口數(shù)、農(nóng)村常住居民人均可支配收入、農(nóng)村居民消費(fèi)價格指數(shù)等因素的影響[17]。隨著農(nóng)村居民受教育程度和農(nóng)村居民收入水平的普遍提升，預(yù)計(jì)使用傳統(tǒng)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(jié)合近10年的黑龍江省農(nóng)村用能結(jié)構(gòu)變化情況，按照不同能源類型的平均增長速率(表3)，可預(yù)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%?？傮w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(qū)農(nóng)村居民生活能源消費(fèi)變化類似[20]。

表3 2030年和2060年黑龍江省農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)預(yù)測Tab.3 Prediction of rural energy structure in Heilongjiang Province in 2030 and 2060

盡管考慮到成本、基礎(chǔ)設(shè)施、使用便捷程度、農(nóng)村能源服務(wù)體系等問題，目前在東北地區(qū)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(shí)現(xiàn)碳減排目標(biāo)的能源和技術(shù)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(guī)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(chǔ)上，優(yōu)化農(nóng)村能源結(jié)構(gòu)，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(jié)能減排、改善農(nóng)村空氣質(zhì)量做貢獻(xiàn)[13]。根據(jù)2.2.1節(jié)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(biāo)煤分別為0.045億t標(biāo)煤、0.061億t標(biāo)煤，分別占2030年、2060年黑龍江省農(nóng)村居民生活能源消費(fèi)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(shù)的溫室氣體平均減排量1 050.4 g CO2e/kg計(jì)算[24]，可推測2030年、2060年秸稈能源化的溫室氣體減排量貢獻(xiàn)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(xiàn)預(yù)測Tab.4 Prediction of emission reduction contribution of straw on fossil energy substitution in 2030 and 2060

3 結(jié)論

(1)黑龍江省農(nóng)村生活用能穩(wěn)定在0.220億t標(biāo)煤，農(nóng)村生活用能結(jié)構(gòu)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(zhì)成型燃料的使用對溫室氣體減排貢獻(xiàn)分別為0.014億t CO2e、0.013億t CO2e。經(jīng)預(yù)測，2030年、2060年黑龍江省農(nóng)村居民生活能源消費(fèi)總量分別為0.059億t標(biāo)煤、0.022億t標(biāo)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(biāo)煤、0.061億t標(biāo)煤，分別占農(nóng)村居民生活能源消費(fèi)總量的5.183%、18.529%。溫室氣體減排量貢獻(xiàn)分別為0.247億t CO2e、0.333億t CO2e。