“煤改气”工程绿色净效益评估及政策优化措施

岳鸿飞　施川

摘要：利用基于松弛变量的方向距离函数（SBM-DDF），综合考虑“煤改气”工程的经济成本与环境减排效益，对京津冀“煤改气”工程的绿色净效益进行评估测算。在考虑煤炭使用结构、能源价格及短期改造成本等因素的基础上，对三地的“煤改气”工程效益进行了对比分析。研究发现，“煤改气”工程在京津冀地区具有明显的正向绿色净效益，可在现有基础上提高绿色综合效率30%～40%，其中散煤改气的绿色净效益最大。受能源结构和价格成本因素影响，河北的“煤改气”工程绿色净效益最大，而天津弱于北京。施工改造成本将在短期造成绿色净效益的下降，但其正向性仍显著存在。从利益均衡的视角出发，动员更多“煤改气”的收益主体参与此项工程，是“煤改气”政策优化的重要思路。

关键词：煤改气;绿色净效益;SBM-DDF;利益均衡

中图分类号：TU832   文献标识码：A   文章编号：1007-2101（2019）05-0086-06

“煤改气”工程作为我国大气污染防治的重要举措，近年来得到了政府政策的大力推广和社会的广泛关注。在2019年的政府工作报告中进一步明确指出要稳妥推进北方地区“煤改气”工程，打赢蓝天保卫战。然而，伴随着“煤改气”工程的加速推进，以“运维费用高”“改造成本大”“政府财力有限”“冬季气荒严重”等为代表的诸多问题和质疑相继出现，给“煤改气”工程的综合效益打上了问号，更使得相关主体陷入了难以破解的利益僵局。“煤改气”工程是否具备满足经济与环境要求的绿色净效益，其综合净效益在不同地区是否具有异质性特征，如何破除當前利益困局以更好地推进“煤改气”工程，这是我国在“大气污染防治”攻坚任务背景下需要进一步认识和研究的重要问题。

一、研究综述

我国最早的“煤改气”工程可追溯到1997年。为改善城市生活环境和大气质量，北京率先在全国探索“煤改气”工程，并作出关于改善环境、实施“煤改气”工程的整体规划，要求逐步用纯净的天然气代替煤作冬季供暖的燃料。之后陕西、四川、重庆、宁夏等地也开始推行煤改气政策。但受制于运行成本、气源等问题，“煤改气”的推广一直处于缓慢推进的探索阶段。直至2013年，伴随着“大气十条”的出台，“煤改气”工程才进一步得到加速。但是相比于“煤改气”工程的实践，学者们对“煤改气”的研究已进行了较长时间的探索。

毛显强、彭应登[1]以北京和重庆为案例城市，对大城市中实施大规模的“煤改气”工程，通过采用剂量—反应函数详细估算了天然气替代煤后产生的环境健康效益。结果表明，在人口和经济活动高度集中的大城市，使用天然气作民用燃料能有效降低非点源大气污染物排放和低空污染物浓度，具有显著的环境效益。欧春华[2]从燃烧效率和热值利用的角度研究发现，“煤改气”在资源的高效利用方面具有明显优势。杜学平[3]采用生命周期分析法对比分析了北京市农村“煤改气”和“煤改电”两种煤改清洁能源方式的生命周期环境排放量，结果表明在CO2、SO2、NOx、灰尘等废气、废水和固体废弃物排放方面，农村“煤改气”具有比“煤改电”更好的综合减排特性，因此农村燃煤采暖改造应优先采用“煤改气”方式。张世翔[4]以浙江省为研究对象，利用层次分析法进行研究，结论为尚有部分电能气能替代项目经济效益不明显，初期投资较大、运行成本高、投资回收期较长。云永飞[5]用采集到的“煤改气”调研数据，结合补贴政策和“煤改气”后期运行费用，改造后运行费用相比烧煤炭时更高，假如取消用气补贴，用户仍可能选择烧煤取暖，同时“节能”改造将是降低供暖期农户的运行费用的主要方式。史丹[6]等基于DID模型与PSP-DID模型对2003—2015年京津冀地区的“煤改气、电”政策实施推动城市群绿色发展的效果进行准自然实验分析，“煤改气”政策可以带动当地社会的绿色发展，降低工业烟（粉）尘排放量，对二氧化硫排放量和单位GDP能耗的压减效应虽然为负，但在统计上并未产生显著的影响。

从现有的文献可以看出，当前学者多是基于“煤改气”工程的经济或环境效益进行单边评价，而对于“煤改气”的绿色净效益，即将经济的显性成本与环境的隐性福利统一在同一度量框架下的经济—环境综合效益尚不明确。此外，对于“煤改气”的效益研究多基于该工程本身的特质，而并未将其与地区特征相结合，即“煤改气”效益的区域差异性尚未得到体现。另一方面，“煤改气”工程的施工改造虽然为短期工程，但往往具有较大的经济成本，再加之政府对用户使用燃气的政策补贴，进而也构成了影响“煤改气”综合效益的重要因素。对“煤改气”工程绿色净效益的评估和如上问题的考虑，是对我国“煤改气”工程有效性、必要性和科学性的重要检验，同时也将为平衡“煤改气”利益攸关方和补贴机制的完善提供重要的学术判据。

基于此，笔者将在以下三个方面进行拓展。第一，在评估“煤改气”工程经济效益和环境效益单边分析的基础上，利用基于松弛变量的方向距离函数，计算“煤改气”工程的绿色净效益，此法避免了通常将环境效益货币化而带来的评估失准问题。第二，充分考虑“京津冀”三地在能源结构、价格差异、“煤改气”居民总量等地缘特征，进行“煤改气”工程地区效益的差异性比较。第三，计算“煤改气工程”施工改造成本对短期绿色综合净效益的降低程度，以此为“煤改气”政策的推进措施提供依据。此外，在上述综合效益评估度量的基础上，从利益均衡的视角对当前“煤改气”所存在的困境提出解决思路和政策建议。

二、“煤改气”工程经济环境效益的单边评估

采取等热值转换的研究方法，比较在使用同等热值条件下煤炭与天然气的替换情况。为了突出“京津冀”三地的能源结构特征，笔者选择2007—2016年北京、天津、河北三地的煤炭消费总量为研究对象，并将其按两部门分为生活消费散煤和生产消费用煤两类，相关数据选自对应年份的《中国能源统计年鉴》。

（一）“煤改气”经济效益单边评估

首先，计算地区燃煤所产生的实际热值。根据国家规定的技术参数，1 kg煤炭的低位发热量（LHVc）为27.8 MJ/kg，民用散煤供热ηcr和锅炉用煤供热ηci的燃烧效率可分别取55%和85%[7-8]。参用“京津冀”2007—2016年全社会煤炭消费总量，生活消费散煤、生产消费用煤质量M计算三地实际使用热量。其中全社会用煤燃烧效率ηcs按当地生活用煤和生产用煤的实际结构加权计算。

其次，基于等热值法进行燃煤与使用天然气的能耗量替换。其中天然气的低位发热量（LHVg）LHV为38.1MJ/m3，天然气的使用效率ηg[9]。等热值转变天然气的需求量Vg按表达式（1）计算：

再次，利用2007—2016年“京津冀”三地天然气价格和冬季煤炭价格计算“煤改气”替代的经济效益，同时以此反映不同地区能源价格的差异。相关数据参考三地发改委关于天然气销售价格的通知和环渤海5 500大卡动力煤冬季平均价格。其中，5 500大卡动力煤价值按等热值转化为对应标准煤的价格。北京、天津、河北三地使用天然气与使用煤炭供热的经济成本比见表1。

从测算结果来看，使用天然气的经济成本比使用煤炭成本普遍高出1.5～2倍。由于煤炭使用效率的差异，“煤改气”工程在生活散煤的替代中表现出更明显的经济性。从地区差异来看，“煤改气”工程在北京地区的经济性强于天津和河北;在全社会煤炭消费总量上，受煤炭使用结构和能源价格因素影响，天津“煤改气”工程的经济成本高于北京和河北。

（二）“煤改气”环境效益单边评估

在测得煤炭与天然气等热值转化需求量的基础上，对比两者污染物的排放特征，并重点研究SO2、NOx、CO、CO2 、PM值五種主要污染物的排放特点。利用污染物排放因子法进行评估测算，相关排放因子参用《第一次全国污染源普查城镇生活源产排污系数手册》以及《排污申报登记实用手册》，具体污染物排污因子对比见表2。

从呈现的结果来看，“煤改气”工程对各类大气污染物的排放量均有所减少，其中对PM的减排量最为明显，这也对应了我国当前以雾霾为代表的主要空气污染问题，其次是CO、SO2和NOx。天然气等热值代替燃煤对CO2的减排量相对弱于其他污染物，但同样起到了减排效果，特别是在“京津冀”生活散煤的替换中其减排效果更加显著。

三、“煤改气”工程绿色综合净效益评估

（一）模型构建

“煤改气”工程具有显著的环境效益，但在经济性上也明显增加了燃料的使用成本。为了将其经济效益与环境效益统一在同一测量维度上，进而计算“煤改气”工程的绿色净效益，笔者采用基于松弛变量的方向距离函数（SBM-DDF）进行测度，其原理与模型构建如下：

根据Fare等[10]的构建思路，将京津冀地区每年燃煤和燃气的供热活动视为独立的决策单元，构建包含燃料使用成本X，期望“好”产出——热值Y，非期望“坏”产出——污染物B=（b1…bk）的生产可能性集合。用（xit，yit，bit）表示第i个地区t时期的投入产出向量，再令（gx，gy，gb）为方向向量，（snx，smy，skb）为投入产出的松弛向量，若对应的SBM-DDF模型及限定条件如下：

使用SBM-DDF方法测度“煤改气”绿色净效益的显著优势在于其避免了传统将“煤改气”环境效益进行货币化估算而产生的评估偏差;同时，该方法在非径向、非角度的基础上进行测度，通过将松弛变量作为方向性距离函数中的直接计算变量，从而解决了传统数据包络方法中无法体现污染排放负向作用的问题，又解决了方向性距离函数（DDF）由于存在投入或产出松弛时的测算失准问题，进而成为当前测算绿色发展水平方法中与现实情况最相符的方法[11]。

（二）绿色综合净效应评估

使用Matlab软件编程测算所得结果显示，等热值转化后虚拟构建的燃气供暖对照单元的绿色综合效率均为“1”，即相比于燃煤供热，燃气供热的绿色效率水平均在最优生产可能性前沿面上。以此为标准计算其与燃煤供热绿色综合效率的差值，“煤改气”工程绿色净效益的结果如表4所示。

评估结果显示，在同时考虑经济成本增加和污染物减排的双重效益下，“煤改气”工程在京津冀地区具有显著的正向绿色净效益，即通过“煤改气”工程的实施，京津冀三地能源使用的经济—环境综合效益将在现有基础上提高30%～40%。在考虑煤炭使用结构和能源价格的基础上，河北的“煤改气”工程绿色净效益最大，北京其次，天津的绿色净效益弱于北京和河北。其中主要原因是河北地区散煤比例最高，即对应了当前燃煤供能的效率最低;而天津则主要由于能源的价格因素其“煤改气”经济成本较高，进而降低了当地“煤改气”的绿色净效益。与此同时，评估结果证明“煤改气”工程对民用生活散煤的综合效益明显大于对生产性用煤的燃气替换，净改善效益可在现有基础上提高50%。这一结论也有力地证明了民用生活散煤应成为“煤改气”改造的重点领域。

（三）考虑改造成本的再评估

“煤改气”工程的经济性除了包括长期的燃料使用成本外，其短期的“煤改气”施工改造成本也将对整体工程的绿色净效益产生影响。为了进一步研究这一问题，将不同地区“煤改气”的施工改造成本加入评估模型进行绿色净效益的再评估。由于数据可得性影响，研究仅对京津冀地区生活民用散煤进行再评估测算。“煤改气”工程造价的成本结合实际走访调研和当地政府的相关资料估算而得①，虚拟构建各年等热值替换后的燃气改造成本，并同样作为对照单元，测算结果如表5所示。

结果显示，在考虑了“煤改气”短期改造成本的影响下，京津冀地区民用生活散煤改造的绿色净效益较此前相比下降了14%～20%，但其绿色净效益仍明显存在，即在现有经济—环境综合效益的基础上提高了27%～28%。需要特殊强调说明的是，考虑“煤改气”改造成本的再评估，是基于对各年燃气改造成本的虚拟构建，其中假定各地区可在单位年中完成对燃煤改造的全部工程，且每年的“煤改气”工程相互独立，非连续累积行为。而在现实工作中，单位年的“煤改气”成本可以分散至多年，且为短期成本，因此实际中“煤改气”改造成本对绿色综合效率的影响将小于计算所得，且从长期看仍将恢复至表4呈现的效益水平。

结合此前的评估结果可以看出，民用生活散煤的“煤改气”工程将产生50%左右的绿色综合净效益，而在施工改造阶段，其中20%左右的净效益将被施工改造成本所抵消，这一福利效益的分配结构可对“煤改气”政策和相关配套措施的制度安排提供理论上的参考依据。

四、主要结论与政策建议

笔者通过对京津冀地区2007—2016年燃煤消耗的历史数据，参用相关技术经济和污染物排放数据，对“煤改气”工程经济效益和环境效益进行了单边分析;在此基础上，通过构建燃气供暖的虚拟对照组，利用基于松弛变量的方向距离函数，评估测度了综合考虑“煤改气”经济—环境因素的绿色综合净效益。研究主要结论如下：

第一，从单边效益分析上来看，京津冀地区天然气供热的经济成本是使用煤炭的1.5～2倍;其中受燃煤使用效率影响，散煤替代的经济性更强;在全社会燃煤消费层面上，考虑煤炭使用结构和天然气、煤炭价格等因素，天津“煤改气”的经济成本最高，河北其次，北京最低。在环境效益上，“煤改气”对各类大气污染物的排放量均有较显著的减排效益，其中PM的减排量最为明显，此后依次为CO、SO2、NOx和CO2。

第二，“煤改气”工程在京津冀地区均表现出明显的正向绿色净效益。在综合考虑其经济成本与环境效益的基础上，“煤改气”工程将在现有基础上提高地区30%～40%的综合绿色效益，其中对民用散煤实施“煤改气”的绿色净效益最大，净改善效益可在现有基础上提高50%。民用生活散煤应成为“煤改气”改造的重点领域。

第三，从区域差异上来看，河北的“煤改气”工程绿色净效益最大，北京其次，天津總体上弱于北京和河北。较高的散煤比例是“煤改气”工程在河北产生最大绿色净效益的主要原因，天津较高的“煤改气”经济成本降低了当地“煤改气”的绿色净效益。

第四，对于民用散煤的“煤改气”措施，在考虑短期改造成本的影响下，其绿色净效益将比此前下降14%～20%，但仍明显正向存在。综合而言，散煤“煤改气”工程将呈现“2-3-5”的净效益分配格局，即京津冀地区燃气的绿色综合效率，将高出当前使用散煤综合效率的50%，其中20%的净效益将被短期的改造成本平抑掉，效率提高的30%仍将使社会受益。

“煤改气”工程具有的显著绿色综合净效益已成为当前我国防治大气污染的重要措施，需要坚定有力地稳步推进。然而，当前“煤改气”政策的推进在不同方面上显现出诸多矛盾，通过梳理现有文献，“煤改气”所引至的问题主要包括：天然气供给不足导致北方“气荒”隐患加剧;储气设施等基础设施建设相对滞后，无法满足“煤改气”推进速度;基层燃气企业面对民用气价格约束，负担过重;“煤改气”运营成本较高，政府补贴机制可持续难度较大;区域间联防联控落地性不强等[12]。这些问题在一定程度上使得我国的“煤改气”陷入困局。

“煤改气”政策推进困难的根本在于其改变了传统燃煤供热的生活方式，更打破了区域原有的能源供需结构和既有平衡，因而势必存在阻碍和推进压力。但“煤改气”政策所带来的其他改变，如环境效益的提升，天然气市场的扩大，对相应基础设施的需求，又将产生新的利益空间。因此，如何找到相关主体的利益均衡点，平衡现有博弈，将是“煤改气”政策进一步完善和配套的重要思路。结合对“煤改气”绿色净效益的评估结果，基于利益均衡的视角对我国“煤改气”提出如下政策建议和破局思路。

第一，充分认识“煤改气”工程产生的绿色综合净效益，有效动员社会资本。从利益均衡的角度讲，“煤改气”工程所具备的环境效益将成为其经济效益补充的重要基础。“煤改气”工程对环境的明显改善将减少社会应对大气污染的治理成本，可成为“煤改气”政府补贴的资金补充。更重要的是，大气环境的改善将有效降低人们所承担的健康风险，而大气污染作为公共性的环境事件，需要全社会共同承担。因此，应进一步加强理论和测度研究，科学量化“煤改气”工程的综合效益，为融资机制提供理论支撑。由于文中研究结果显示“煤改气”存在显著的正向绿色净效益，这部分净效益将用于社会和地区人群，这就给社会群体的共同资助提供了依据。例如，可以考虑通过全民社保基金等现有机制，建立“煤改气”工程的绿色效益关联基金，补充“煤改气”居民燃料成本增加的问题。

第二，民用散煤的“煤改气”工程应为重点。“煤改气”工程的实施内容同样应有侧重和重点。民用生活散煤由于其具有高排放低热效的使用特征，使得“煤改气”的绿色净效益在散煤的改造中格外明显。因此，政府和社会应聚焦资源和资本力量，重点推动居民的散煤改造工程。通过实地调研发现，不少居民散煤用户对“煤改气”工程持欢迎态度，一方面燃气与燃煤相比更加便利清洁，可减少冬季百姓运煤的辛苦，另一方面也降低了煤气中毒的概率，提高了安全性。在融资和补贴机制合理且可持续的前提下，“煤改气”工程在散煤用户的群体中具有推行的条件。

第三，将居民房屋的节能改造同“煤改气”工程配套推进。燃煤与燃气的供热效率是影响“煤改气”经济效益和环境效益的重要影响因素。当前，很多“煤改气”地区的居民房屋多为传统式的建筑民房，其“热密闭性”较当前推广的绿色建筑相差甚多，具有巨大的节能改造空间。将居民房屋的节能改造与“煤改气”工程同步推进是当前“煤改气”政策优化的最契合思路。例如，外墙改造、门窗改造、屋顶改造等节能改造，具有施工周期短、简单易行等特点，可以在短时间内落实，同时也有益于缓解“气荒”问题。同时，可借鉴“合同能源管理”的思路，利用节能的经济效应，长期平摊改造成本。相关绿色建材供应商也在政府政策的推动下开拓了新市场，较容易接受分期支付的模式。

第四，正确认识“煤改气”工程的长期性和灵活性。“煤改气”是一项长期的民生工程，而非短期的政绩工程;是因地制宜的灵活措施，而非“一刀切”式的固定样式。世界主要国家均用了十多年的时间推行“煤改气”工程，我国也绝非能在短期内快速完成。因此，各地政府应正确认识“煤改气”工程的历史性定位，明确其工作的长期性，结合实际情况灵活开展。

注释：

①结合2016年、2017年北京、河北、天津武清区“煤改气”工程总投资，改造户数和淘汰散煤量，综合估算对应1MJ燃气替换燃煤的改造成本。

参考文献：

[1]毛显强，彭应登，郭秀锐.国内大城市煤改气工程的费用效益分析[J].环境科学，2002（5）：121-125.

[2]欧春华，李蜀庆，张军，孙建华，宋福忠.重庆市煤改气及其环境效益分析[J].重庆大学学报（自然科学版），2004（11）：100-104.

[3]杜学平，张燕平，于玉良.北京市农村“煤改气”和“煤改电”生命周期环境效益对比分析[J].城市燃气，2017（12）：31-34.

[4]张世翔，苗安康，李林沣.基于电价与气价的煤改清洁能源竞争性分析研究[J].价格月刊，2018（1）：38-45.

[5]云永飞，邵宗义，姚登科.河北省“煤改气”“煤改电”冬季运行费用对比分析[J].区域供热，2018（4）：79-82.

[6]史丹，李少林.京津冀绿色协同发展效果研究——基于“煤改气、电”政策实施的准自然实验[J].经济与管理研究，2018（11）：64-77.

[7]董康飞，李振，王立.点蓄热壁挂箱与燃气壁挂炉供暖的对比讨论[J].供热制冷，2014（7）：64-66.

[8]XU X，YOU S J，ZHENG X J，et al. A survey of district heatingsystems in the heating regions of northern China[J]. Energy，2014，77（S1）：909-925.

[9]田春燕，邱建杭，伍宇鏗，蔡秋池.天然气锅炉效率与用气量关系探讨[J].城市燃气，2015（11）：22-25.

[10]Fare R，Grosskopf S，Pasurka Jr C A. Accounting for air pollution emissions in measures of state manufacturing productivity growth[J]. Journal of regional science，2001，41（3）：381-409.

[11]陈诗一.中国各地区低碳经济转型进程评估[J].经济研究，2012（8）：32-44.

[12]余俊.大气污染治理中区域协同立法的问题[J].环境保护，2018（19）：28-33.

Green Net Benefit Evaluation and Policy Optimization Measures of "Coal to Gas" Project

Yue Hongfei1， Shi Chuan2

（1.School of Economics， Peking University， Beijing 410083， China; 2. Center for Foreign Cooperation and Exchange， Ministry of Ecology and Environment of the People's Republic of China， Beijing 100035， China）

Abstract： By using the direction distance function （SBM-DDF） based on relaxation variables， the green net benefit of the "coal to gas" project in Beijing-Tianjin-Hebei was evaluated and calculated by considering the economic cost and environmental emission reduction benefit of the "coal to gas" project. On the basis of consideration on coal use structure， energy price and short-term transformation cost， this paper compares and analyzes the benefits of "coal to gas" project in three places. It is found that the "coal to gas" project has obvious positive green net benefits in the Beijing-Tianjin-Hebei region， which can improve the green comprehensive efficiency by 30%～40% on the existing basis， among which the green net benefits are the largest. Influenced by energy structure and price and cost factor， Hebei's "coal to gas" project has the biggest green net benefit， while Tianjin's is weaker than Beijing's. The construction and reconstruction cost will cause the decrease of green net benefit in the short term， but its positive value is still significant. From the perspective of interest balance， it is an important idea to mobilize more income subjects to participate in the project.

Key words： coal to gas， green net benefits， SBM - DDF， interests balance