中国农村生物质能源替代化石能源的影响因素——基于河北省无极县的抽样调查

闫笑非，杨钟红，曹淑艳

（北京石油化工学院 人文社科学院，北京 102617）

1 研究背景

自2013年以来，雾霾已从单纯的环境问题演变为社会焦点、中国各级政府都高度重视的政治问题。特别是自2013年以来，中国多个城市遭遇了持续多日的雾霾天气，全国空气污染面积达140万平方公里，污染达到灾难性程度，而京津冀地区更是雾霾的重灾区。在此情况下，从源头治理空气污染已迫在眉睫。

目前中国能源供给和环境容量的压力越来越大，已成为制约中国经济持续发展的两大瓶颈。城镇化、工业化的快速发展使得经济发展对能源的依赖性越来越强。2013年中国煤炭消费量约40亿吨原煤，石油产品消费量超过5亿吨原油，大规模化石能源消耗导致近年来粉尘微型颗粒物和二氧化碳、硫化物、氮氧化物等排放急剧上升——这是中国城市雾霾产生的根本原因。同时，环境容量越来越小，二氧化硫环境容量已被过度使用、氮氧化物环境容量逼近阈值。

随着生活水平的提高，中国农村居民的家庭能源消费日益趋向煤炭、液化气、石油和主要来自于火力发电的电能等化石能源产品。这一方面直接导致化石能源供应紧张，另一方面造成丰富的生物质能源被大量废弃，特别是废弃秸秆遭到不恰当处置，如过度填埋、露天焚烧等——这也是加重季节性雾霾的重要原因。

可再生的生物质能源是仅次于煤炭、石油和天然气的世界第四大能源，在能源体系中占有独特地位。国家能源局于2012年底颁布的《生物质能发展“十二五”规划》中指出：中国可作为能源利用的生物质资源总量每年约4.6亿吨标准煤，2015年中国生物质能年利用量将超过5000万吨标准煤，生物质能发电达1300万千瓦，还有约4亿多吨可作为能源利用。生物质能源产业是一个正在兴起并具有广大发展前途的新型产业。《能源发展“十二五”规划》中明确指出，要“有序开发生物质能，……因地制宜利用农作物秸秆、林业剩余物发展生物质发电、气化和固体成型燃料”。利用生物质能资源替代煤炭、石油等不可再生的化石能源，不仅能有效缓解化石能源供不应求的状况、优化能源消费结构，而且已成为中国应对全球气候变暖和控制温室气体排放的重要途径之一。

生物质能不同于太阳能、风能等其他可再生能源，其开发利用对地区自然条件的依赖不大、地域性不强，具有普遍适用性。然而，虽然“碳零排放”的生物质能源产业有国家发展规划的支持，也有利于改善和保护生态环境，推动农业转型升级、农民增收及农村区域发展，但是其发展规模和水平仍远低于风能、太阳能等。与近年来许多学者一样，笔者希望通过研究揭示影响和制约农村生物质能源利用和产业发展的原因。

本文从消费者的角度，采取对县域范围的镇村居民进行随机抽样调查的方法，从处于京津冀腹地的、具有较为丰富的秸秆资源的河北无极县地区选择样本，对其4个乡镇、1109户农村居民的生活能源消费现状及其对秸秆固体成型燃料使用的转换意愿进行调查，采用推断统计的数据分析方法揭示影响农户消费商品性生物质能源的因素。本文的研究结论可作为政策分析的重要参考依据。

2 研究现状

从20世纪80年代初开始，国内学者就开始关注农村的生物质能源。最初研究主要集中在生物质能源利用现状和新利用技术两个方面。进入21世纪，随着能源稀缺程度和碳排放压力的加剧，越来越多的人关注农村生物质能的产业化发展问题。例如：王效华和冯祯民指出，在中国广大农村地区，石油液化气、煤炭等商品能源正在不断替代生物质能源，生物质能源消费的减少会对环境产生更不利的影响，因此政府应制定有效利用秸秆的相关政策［1］。苏晋认为，大力发展农村生物质能产业是中国实现低碳经济的重要途径［2］。林学斌、王超和陈彩祥以中国杭州市农村为研究对象，基于系统动力学理论揭示了中国农村生物质能利用的广阔前景［3］。陈初、谭泽飞和刘燕等认为，总体上，中国农村生物质能产业的规模化和产业化程度仍然较低，政策激励机制不足是影响其发展的重要因素［4］。高全成和李靖认为，中国农村生物质能的发展面临化石能源的挑战和国际生物质能市场的竞争等，需要更有效的扶持政策［5］。马广鹏和张颖认为，中国需完善和修改生物质能源产品价格补贴、强制性生物质液体燃料收购、生物质液体燃料消费鼓励等激励政策［6］。李军刚和王巍认为，应加大政府对生物质能产业化的技术研发和技术引进力度，同时加强对生物质能产业的市场监管和政策扶持［7］。任继勤、汪亚运和王得印指出，发达国家的经验已证明，政府采购、配额制度、利息减免、强制罚款、税收等政策对生物质能源产业化发展有重要的促进作用［8］。

进入21世纪以来，中国秸秆能源化新型利用快速发展，秸秆利用方式由传统燃烧向集中制气、炭化和固化成型等转变［9］。由于原料来源广泛且更为稳定，因此秸秆固体成型燃料技术最具发展潜力［10］。然而，各级政府对农村生物质能源项目普遍投入不足，即使生物质固化成型燃料生产企业享受了项目资金补贴，其产品成本也仅与煤炭基本持平或略低；另外，对生物质炉具的补贴比例较小，其产品也没有价格优势［11］，企业与居民用户的生产与使用生物质固体成型燃料的经济性受到了严重影响。

总体而言，在关于生物质能源的已有研究中，基于消费者-农户视角的研究较为匮乏，农村生物质能源替代化石能源的影响因素有待深入探究。

3 实证分析

3.1 调查点选择与样本容量

河北省素有“首都生态屏障”之称，然而其综合污染程度在全国各省区中却排名第一［12］。这与河北的农村能源消费结构中煤炭比重明显高于全国其他省份［13］有一定关系。鉴于此，对于河北农村地区而言，促进农村提高生物能利用率、降低煤炭消费量、实现节能减排、恢复以生物质能源为主的生活能源消费结构、扭转生活能源消费结构向以高碳化石能源为主转变的趋势，具有更加突出的生态意义。

无极县地处河北省中部，总面积524平方公里，耕地面积3.5万公顷，是河北省粮、棉、油的主要产区之一。全县辖6 镇、5 乡、213 个行政 村，总人口48.3万人，其中农业人口44.3 万人（占总人口的91.7%）。本研究从4个乡镇（即里城道乡、东候坊乡、七汲镇和北苏镇）的81个行政村中选取64个村作为调查范围（区域覆盖率达到79%），从中随机抽取1109个农户进行入户调查，最终共获得有效问卷1106份。

3.2 问卷设计与调查方法

一般而言，制约农户生物质能源替代化石能源的因素包括资源可得性、燃料获取便利性和燃料质量稳定性、农户对生物质炉具的认知程度、农户的转换意愿和转换成本、农户的生产和生活习惯等。针对上述因素，笔者设计了用于入户调查的初始问卷，并通过实地入户调查和参与式访谈来改进初始问卷，在经过3次持续改进后形成最终的入户调查问卷。最终的调查问卷由3个模块组成：第一，农户基本信息模块，包括住户人数，农作物种类，小麦、玉米和棉花的播种面积，秸秆处理方式等；第二，农户生活能源利用模块，包括煤炭、液化气、电和秸秆能源的使用量；第三，能源替代关联信息模块，包括家庭现有炉具种类、数量及使用年限，对生物质能源炉具的认知情况，使用该类炉具的意愿。

对随机抽取的农户采用入户方式进行问卷调查。

3.3 数据分析

1）秸秆资源量的估算。

秸秆理论资源量是指某一区域作物秸秆的年总产量，一般根据农作物产量和各种农作物的草谷比估算出各种农作物的秸秆产量。秸秆资源量的计算公式见式（1）。

式（1）中：R为某类农作物的秸秆产量（吨）；P为某类农作物的籽粒产量（吨）；r为草谷比，指某类农作物单位面积的秸秆产量与籽粒产量的比值。在本研究中，小麦与玉米的谷草比分别取值为1.3和2.0［14］。

2）问卷数据的统计分析。

本研究运用SPSS软件对有效问卷的有关数据进行统计分析。首先，采用峰态系数和偏态系数两个统计量分析问卷调查结果的代表性和对称性。然后，采用方差分析技术和最小显著差异（least significant difference，LSD）法对所调查各乡镇的煤炭用量水平进行了统计分析，因为煤炭消费水平是反映化石能源对生物质能替代程度的重要指标。在对各乡镇的煤炭用量水平差异进行方差分析时，假设4个乡镇的煤炭用量水平（μ）没有差异，即原假设（H0）为μi=μj（i=1，2，…，4；j=1，2，…，4）、备择假设（H1）为μi≠μj。如果其F统计量大于临界值或相应P值小于0.05，则拒绝原假设，即认为4个乡镇的煤炭用量水平存在显著差异，否则不能拒绝原假设。采用Fisher的最小显著差异法即LSD的多重比较方法对4个乡镇的煤炭用量水平差异进行成对比较，即原假设（H0）为μi=μj、备择假设（H1）为μi≠μj。如果或对应P值小于0.05，则拒绝原假设，即在0.05的显著水平下两者间存在显著差异，否则不拒绝原假设。LSD的计算公式为：

式（2）中，ni与nj分别表示乡镇i和乡镇j的调查样本数量。

4 结果分析

4.1 秸秆资源量与能源替代可能性

调查区的农作物种植制度为一年两收，春季作物主要是小麦，秋季作物主要是玉米。调查结果表明，调查区覆盖耕地面积337公顷，小麦和玉米的年均收成分别是2245吨和2505吨。根据秸秆资源量的估算方程——式（1），这些耕地每年可产生的秸秆资源量为7928吨、户均秸秆资源量为7.2吨，折合3.6吨标准煤。作物秸秆的理论蕴藏量转化为理论可获得量，按50%转化率计算，各乡镇可用于生物质能源开发利用的户均年秸秆资源量为1.8吨标准煤，而调查区的户均年化石能源消费量为1.95吨标准煤（表2）。这说明：若被调查区的资源收获系数再提高5个百分点，则生物质能源就具有完全替代化石能源的潜力。

调查区的人均秸秆理论资源量为1.5吨～2.5吨，折合0.75吨标准煤～1.25吨标准煤（表1）。各乡镇可用于生物质能源开发利用的人均年秸秆资源量，按人均秸秆理论资源量的50%估算，约为0.4标准煤～0.6吨标准煤，与目前中国农村人均生活能源消费量大致相当。这说明，在被调查区生物质能源具有完全替代化石能源的潜力。

表1 调查区秸秆理论资源量估算结果

4.2 生活能源利用状况

调查区的农村生活能源消费以煤炭为主。在1106份有效问卷中，使用煤炭的农户有1099户，完全使用秸秆的农户有12 户，使用液化气的农户有474户，炊事与取暖用电的农户有279 户。被调查农户共有炉具1157个，平均每户拥有炉具1.07个，户拥有炉具最多为3 个。从能源的实际使用情况看，被调查农户对各类能源的户均年消费量如下：煤炭为2221.6公斤；液化气为65.8 公斤；电为1506度（月均125.57度）。可见，大部分农户家庭的化石能源消费量高于平均值，表明农村能源消费结构已由以薪柴、秸秆等低能质的生物质能源为主转变为以煤炭、液化气、石油和电能等化石能源为主。

表2 河北省无极县农村户均年能源使用情况及炉具拥有量的调查结果

通过分析农户的能源实际使用数据，可发现煤炭、液化气和电能三类能源的消费量的峰度系数分别为16.654、49.925和36.654，即三类能源消费量的分布图均呈陡峭的尖峰状态。这说明能源消费量数据分布相当集中，被调查农户的各类能源消费差异不大，调查数据具有很好的代表性（表2）。然而，煤炭、液化气和电能三类能源的消费量的偏态系数分别为2.304、5.613 和4.561，即数据分布的对称性较差、明显右偏离。这说明：大部分农户家庭的化石能源消费量高于平均值，少部分农户受经济条件的制约，其化石能源消费量远低于平均值——这与实际调查中发现的情况极为相符（表2）。

4.3 农村各类能源消费量之间的相关关系

农村各类能源消费量之间的相关关系统计结果见表3。由表3可知，煤炭消费量与其他能源消费量的相关关系很弱。可见，农村居民对各类化石能源的消费量之间不存在显著的相关关系。也就是说，这些化石能源不存在互相替代的负相关关系，也不存在相互推动的正相关关系。

表3 河北省无极县农村居民能源消费量的相关关系

煤炭消费量与炉具数量、对生物质能源炉具的认知程度、住户人数的Pearson 相关系数仅为0.150、0.181和0.195（见表4），呈正弱相关性。煤炭消费量与农村居民对生物质能源炉具的认知程度的相关关系与调查过程中发现的农民对煤炭价格变化的敏感性相符。据此推论，近年来煤炭价格的快速上涨已成为影响农民煤炭消费需求上升的重要因素，也成为推动他们对生物质能源认知程度提高的重要力量。

表4 煤炭消费量与炉具数量、对生物质能源炉具认知、住户人数的Pearson相关关系

4.4 乡镇煤炭消费量的方差分析

各乡镇煤炭用量水平的单因素方差分析结果见表5。由表5可知，F 统计量为6.782（＞Fα），且其相应的P值为0.000（远小于0.05），据此可判断4个乡镇的煤炭用量水平存在显著差异。

表5 乡镇煤炭用量水平的单因素方差分析结果

基于多重比较方法所得的结果如表6所示。由表6可知：在0.05的显著水平下，城道乡、东侯坊乡和北苏镇的煤炭用量水平不存在显著差异，而它们与七汲镇的煤炭用量水平均存在显著差异。在数量上，七汲镇的煤炭用量显著低于其他3个乡镇。这主要是因为：七汲镇每年的棉花种植面积明显多于其他乡镇，且其棉花秸秆又主要用于家庭取暖和炊事，这减少了煤炭用量。可见，秸秆的处理和利用方式在一定程度上影响农户的煤炭用量。

表6 乡镇煤炭用量水平的多重比较

4.5 秸秆处理方式的统计分析

调查地区的秸秆处理方式一般有3 种——填埋、焚烧和出售。从频率统计信息看，97.7%的农户主要将秸秆进行填埋处理，0.6%的农户主要将秸秆焚烧掉。上述统计数据基本反映了当地政府严禁秸秆露天焚烧和秸秆还田奖励政策的综合效果。但是，由于土壤条件存在差异，因此土壤可承受的秸秆还田数量是有限的。一般而言，壤质瘠薄、施肥量不足的土地，每亩可接受的还田秸秆量为200公斤～250公斤；而壤质肥沃、施肥充足的土地可接收的还田秸秆量较贫瘠土壤倍增，每亩为400 公斤～500公斤。无极县的耕地基本上可接受所产全部小麦秸秆还田，但是难以消纳所产的玉米秸秆还田。因此，被调查乡镇均存在秸秆过度还田问题，其后果是耕地病虫害发生频率高、灾害类型多，这在一定程度上致使农药使用量增加、农作物收成降低，从而影响了农民收入，打击了其秸秆还田的积极性。被调查乡镇均有相当一部分农户表示对秸秆进行了“技术化”处理，而露天偷偷焚烧秸秆的事情也屡禁屡发。例如，2010年无极县内以棉花种植为主的七汲镇存在大面积焚烧秸秆的问题，其中棉花秸秆难以还田是重要原因。因此，上述统计数据中填埋和焚烧均有一定程度的高报和低估。

4.6 农村居民对生物质能源认知度与使用生物质能源炉具意愿的关联分析

从数据可以看到，农户对生物质能源替代技术具有良好的认知和较强的需求意愿——这与有些学者的观点——中国农村生物质能源替代化石能源受制于信息和认知不足——不一致。大多数被调查农户对生物质能源炉具的认知程度和使用兴趣都很高，这为秸秆资源的深度开发奠定了良好的群众参与基础。在受调农户中，表示了解生物质能源炉具的有812户，占样本总数的73.4%；表示有兴趣使用生物质能源炉具的有1053 户，占95.2%。在有兴趣使用的农户中，对生物质能源炉具不认知但有兴趣的有259户，占24.6%；有认知且有兴趣使用的有794户，占75.4%。

调查发现，农村居民对生物质能源转化和利用途径认知，是在农村推广使用生物质能源的必要条件。在调查中发现，广播、电视、政府和企业的相关宣传材料是农民获取生物质能源炉具信息的主要渠道，其中农民对政府组织的推广活动的信任程度明显高于对其他方式的信任程度，说明政府和社会在环境保护和生物质能源知识普及方面的工作是十分有效的。

5 结语

5.1 结论

通过文献研究、实地访谈和调研数据的统计分析，本文得到以下结论：

第一，中国农村具有丰富的生物质能源、资源供给充分，但其开发仍处在初级阶段，利用不充分、利用方式不科学，这客观上造就了目前中国农村以化石能源为主的能源消费结构，其结果是农村的生物质能源被废弃、浪费严重，同时加剧了环境灾难。

第二，近年来，随着中国化石能源价格的上涨，在中国农村低能质的生物质资源原料向高能质的生物质能源产品转化的相关技术条件和法律环境也已具备的条件下，中国农村居民对生物质能源的认知程度有显著提升、对生物质能源也有较大需求，这为开展生物质能源的优质化转换和促进生物质能源产业的发展奠定了市场需求基础。

第三，制约农户以生物质能源替代化石能源的主要因素是生物质能源产品与化石能源产品的能质差异、两类能源利用便捷度的差异、生物质燃料供应的持续性以及政府宣传和政策的支持力度。

5.2 建议

依据上述结论，为切实加快中国农村生物质能源替代化石能源的步伐，本文提出以下政策建议：

第一，构建支撑国家新能源和可再生能源的农村生物质能源发展规划和区域产业布局规划体系。各级地方政府应在规划体系中考虑生物质能源深度开发企业的合理布局，发展体系完备的农村生物质能源产业体系，从根本上解决原料收集和保证供给的持续性问题，同时确保生物质能源资源的收购、配送等运营成本保持在较低水平，从而保证生物质能源的使用价格与化石能源相比具有一定的市场比价优势。

第二，参考和借鉴国外开发生物质能源的经验，通过建立综合配套的财政和金融等相关政策，鼓励相关企业引入和运用生物质能源替代化石能源的适用技术，解决农村生物质能源产业发展面临的技术研发能力不足、研发费用高、投资风险大等问题，不断提高生物质能源使用的便捷性并保证其价格的竞争力，使广大农户愿意更多地使用生物质能源。

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