双碳背景下黑龙江省农村生活用能研究

申瑞霞 姚宗路 赵立欣 霍丽丽 罗 娟

(中国农业科学院农业环境与可持续发展研究所， 北京 100081)

0 引言

绿色低碳循环发展已成为全球共识，“双碳”目标是我国提出的两个阶段的碳减排奋斗目标[1]。为实现这一目标，需弄清农业农村领域现状、选准目标，为碳达峰、碳中和做出应有的贡献[2-3]。农村用能是我国农业农村领域能源体系的重要组成部分，实现碳中和的潜力巨大[4]。黑龙江省作为我国的最北方，冬季气候寒冷、供暖期一般为5～6个月；常住总人口为3 771.9万，其中乡村人口1 505万，占比39.9%，大量的乡村人口使得农村地区生活用能需求量大，达到2 209.63万t，且以煤炭为主，造成污染大、排放高等问题亟待解决。

黑龙江省作为我国农业大省具有丰富的农作物资源，特别是秸秆资源量大，主要由玉米秸秆、水稻秸秆、大豆秸秆等组成。据农业农村部统计资料显示，2020年黑龙江省秸秆资源量为9 098.03万t，占全国秸秆资源总量的10.6%，且其综合利用率达到91.48%[5]。且在秸秆的五料化利用中，能源化利用也逐步成为还田利用外的第二大利用途径[6-7]。

在双碳背景下，为解决农村用能存在的用能高、结构不合理及秸秆能源需求大等问题，本文在黑龙江省开展农村生活用能的实地调研，了解农村地区用能总量、用能结构、能源消费等基本情况，分析预测2030年和2060年农村用能消耗量、农村用能结构情况以及秸秆能源化利用的温室气体减排量贡献等。

1 方法

采取文献检索、典型地区实地调研与问卷调查3种方法相结合的方式，点面结合，全面地了解评价黑龙江省农村能源概况及秸秆综合利用现状。

1.1 文献检索法

基础数据以文献和资料的收集、分析和整理为主。重点收集、查阅农业农村部、黑龙江省农业厅及相关市的中国农村统计年鉴、规划报告、政策建议、支持项目、政策文件等关于农村能源及秸秆综合利用的相关资料，并进行甄别、统计分析。

1.2 典型地区实地调研

为全面了解黑龙江省农村用能现状，在秸秆利用方面考虑秸秆品种资源丰富程度、交通状况、村庄经济条件、覆盖市县范围以及典型秸秆综合利用试点县等因素，在生活用能方面考虑生活用能需求量较大、居住分散、能耗水平低以及室内空气污染问题等因素[8]。基于秸秆利用与生活用能两方面的因素，实地调研选择了10个市22个县(不含农垦总局)，具体为黑河(嫩江县)、齐齐哈尔(富裕县、克山县、讷河市、泰来县)、大庆(林甸县、杜蒙县、肇源县)、哈尔滨(巴彦县、双城区、五常市、尚志市)、绥化(海伦市、庆安县、兰西县)、佳木斯(桦南县、桦川县)、双鸭山(集贤县)、七台河(勃利县)、牡丹江(宁安市、穆棱市)、鸡西(鸡东县)。

1.3 问卷调查

调查问卷包括政府主管部门问卷、村级问卷、入户调查问卷3种形式。每个市县根据实际情况选择2个传统能源的典型村和2个新型清洁能源替代的典型村。采用座谈和入户调查相结合的形式，实地入户调研农户用能与秸秆利用现状，每村不少于10户，共收集有效问卷858份。通过对典型农村地区的能源消费量、用能方式等进行调研[9]，摸清黑龙江省农村用能现状。

2 结果与分析

2.1 黑龙江省农村用能现状

2.1.1农村生活用能总量

农村总人口数与农村生活用能总量成正相关关系[10]，黑龙江省农村人口数占全省人口总数的39.9%，农村生活用能总量占全省能源消费的50.00%[11]，且农村生活用能占农村用能总量的比例基本保持在70.00%[12]。农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、电力、成品油、天然气、煤气、液化石油气，非商品能源包括秸秆、薪柴、沼气、太阳能。黑龙江省农村用能中商品能源以煤炭为主，其次是电力和成品油，非商品能源以秸秆为主，其次是薪柴。由国家统计局的数据可知(图1)，2000—2012年黑龙江省农村生活用能总量逐年增长，到2013年为2 846.79万t标煤，其中商品能源和非商品能源分别为1 016.10万t标煤、1 830.69万t标煤，2014年之后农村生活用能总量呈逐年下降趋势，近几年稳定在2 200万t标煤。生活用能中商品能源用量呈现逐年增长趋势，近3年趋于稳定，究其原因主要是由于，随着农村生活条件的改善，农民趋于使用方便、清洁的商品能源为主[13]。而非商品能源呈现先增长后下降的变化规律，特别是2016年出现显著下降的情况，这一情况很大程度上归因于国家、各地方对于秸秆焚烧的严格管控。

图1 黑龙江省农村能源消费情况Fig.1 Consumption situation of rural energy in Heilongjiang Province

2.1.2农村生活用能结构

整体上，黑龙江省农村居民能源结构主要以非商品能源为主，商品能源为辅。非商品能源中发生显著变化的是秸秆的使用，主要集中在齐齐哈尔、大庆、绥化等耕地资源丰富的地区[14]，2013年达到1 489.92万t标煤，同时薪柴的使用达到312.46万t标煤(图2a)。2016年秸秆的使用显著下降到390.70万t标煤，而近3年又有所回升，尽管秸秆能源的使用下降明显，但仍是农民的主要生活能源。另外，由于黑龙江省冬季气温低、太阳光不足等气候因素原因，在农村地区太阳能的使用量非常小[15]，主要集中在哈尔滨、大庆、齐齐哈尔等地[16]，户用沼气使用率约为10%[11]。多年来黑龙江省农村生活商品能源中以煤炭为主导，占比高于全国水平[17]。2014年煤炭的用量达到928.78万t标煤，随后缓慢下降，近几年基本维持稳定；煤炭的使用主要集中在鸡西、鹤岗、双鸭山、七台河等煤炭资源丰富的地区[14]。2011—2018年间电力、液化石油气的使用分别维持在100万t标煤、39万t标煤(图2b)。成品油、天然气的使用主要集中在哈尔滨、大庆等石油天然气开发地区[14]，但由于天然气运输成本高和存在安全隐患等问题，并没有在农村地区广泛使用。另外，第三次全国农业普查的结果显示，东北地区通天然气的村仅占4.70%[18]，因此诸多因素限制了天然气在黑龙江省农村地区的使用。

图2 黑龙江省农村能源消费结构Fig.2 Consumption structure of rural energy in Heilongjiang Province

根据对黑龙江省典型地区的实地调研结果显示，2020年农村生活用能结构中煤炭、秸秆、薪柴3种主要能源用于取暖和炊事，分别占29.8%、45.5%、2.8%；生物质成型燃料等清洁供暖方式仅占生活用能总量的5.7%；汽油用于交通出行，占8.7%；电力用于照明、电器及炊事，占6.6%；液化石油气用于炊事，占1.0%(图3a、表1)。按能源用途类别测算，炊事和取暖的能源消费占农村生活用能总量的89.30%，是农村生活用能的重中之重。另外，黑龙江省人均生活用能1.25 t标煤，是全国的2.88倍。其中人均采暖用能0.91 t标煤，占生活用能总量的72.90%(图3b)；人均炊事用能0.20 t标煤，占生活用能总量的16.40%，主要包括秸秆、薪柴、电力、液化石油气及少量煤炭；照明、电器等人均电力用量0.21 t标煤；交通人均用汽油0.29 t标煤。由此可见，黑龙江省农村用能结构以秸秆、煤炭为主，特别是秸秆，比全国高32.54%，但煤炭的使用占比与全国相比差异不明显。另外，从减排角度测算，秸秆散烧、生物质成型燃料的使用对温室气体减排贡献分别为0.014亿t CO2e、0.013亿t CO2e。

表1 黑龙江省农村能源利用结构Tab.1 Utilization structure of rural energy in Heilongjiang Province %

图3 黑龙江省农村生活能源结构与用途Fig.3 Rural energy structure and use in Heilongjiang Province

2.1.3农村能源消费情况

黑龙江省人均生活能源消费1 298元/年，是10年前人均能源消费支出的2.35倍[8]。其中，商品能源中煤炭消费最高，占36.90%；其次为汽油和电力，分别占30.30%和26.40%；成型燃料和液化石油气分别占4.70%和1.70%，其中液化石油气消费量低的主要原因在于其价格(6 000元/t)，另外也受到农村能源服务体系的影响[17]。秸秆和薪柴为非商品能源，未计入能源消费结构，尽管两者的能源利用效率均较低，但由于其资源量较为丰富，且无需花钱购买，因此受到大多数农户的青睐。在不计秸秆、薪柴等非商品能源费用的情况下，人均取暖费达到540.70元/年，占用能总费用的41.70%，其中生物质成型燃料清洁能源消费占比11.40%；根据实地调研情况，黑龙江省农村地区取暖设施主要包括炕连灶和采暖炉两种，如图4所示。生物质清洁炉具采暖近年来得到黑龙江省的大力推广，现已建成秸秆压块站1 000余个，年生产能力达80余万t，安装生物质清洁炉具约5.5万台。另外，受大气污染防治与燃煤锅炉改造等环境压力，供热模式也开始逐渐改变，打捆直燃供暖方式迅速发展(图4)，黑龙江现已建成秸秆打捆直燃供热项目近50处，供热面积达270余万m2，供热户数4万余户。

图4 黑龙江省农村取暖设施Fig.4 Rural heating facilities in Heilongjiang Province

另外，人均照明、电器用能消费307.90元/年，占用能总费用的23.70%；人均交通出行用能消费393.70元/年，占用能总费用的30.30%；人均炊事用能消费55.80元/年，占用能总费用的4.30%。农民人均纯收入或可支配收入与商品能源消费之间存在着正相关关系，而与非商品能源秸秆、薪柴的资源量并无明显关系[19]，随着农民人均收入的不断提高，农民更倾向于使用便捷、清洁的商品能源而不是非商品能源。

2.2 黑龙江农村能源预测

基于黑龙江省地域特征、目前农村生活用能调研现状以及过去20年的农村生活用能变化规律的分析和研究，本研究对2030年、2060年黑龙江省的秸秆资源量、农村能源消费量以及农村能源结构进行相关预测，为了便于预测计算，本研究中未考虑新农村建设、土地集约化经营及住房保暖等因素，根据粮食增长率、人口城镇化率、农村居民收入水平等变化，聚焦测算了生物质能(特别是秸秆)在2030年、2060年对碳中和的预期贡献。

2.2.1秸秆资源量预测

黑龙江省耕地总面积稳定在0.159亿hm2，粮食播种面积为0.143亿hm2，是我国重要的粮仓，主要以玉米、水稻、大豆、小麦、马铃薯5种粮食作物为主。2020年黑龙江省粮食种植面积占总耕地面积的89.96%，粮食产量0.750亿t，秸秆理论资源量为0.910亿t。根据黑龙江省农业农村厅发布的《黑龙江省人民政府办公厅关于切实加强高标准农田建设提升粮食安全保障能力的实施意见》中指出：到2025年稳定保障0.80亿t以上粮食产能。基于粮食增长率预测，到2030年和2060年黑龙江省的粮食产能将分别达到0.805亿t和1.150亿t，秸秆理论资源量将分别达到1.031亿t、1.395亿t。按照秸秆可收集系数0.9，可推算到2030年、2060年可收集秸秆资源量分别为0.928亿t、1.256亿t(表2)。根据黑龙江省2019年和2020年的秸秆综合利用率分别为91.30%、90.01%，可认为该省秸秆综合利用率已进入平稳增长阶段。

表2 2030年和2060年秸秆资源量相关指标预测Tab.2 Prediction of straw resource in 2030 and 2060

在保障黑土地质量和畜牧饲草需求的基础上，加强秸秆燃料化、基料化和原料化等多元化利用，预计秸秆综合利用率将保持稳定增加，直至达到资源化全部利用。按照全国秸秆综合利用率的变化，可推测到2033年黑龙江省的秸秆综合利用率将达到100%，即秸秆全部被利用。在土壤有机质含量为1%、年矿化率为2%、腐殖化系数为20%的情况下，为保证粮食稳产增产，保障耕地土壤肥力，适宜的秸秆还田率为50%～70%，而黑龙江省2020年秸秆还田率已高达74.4%，因此还田需求已基本满足，由此认为到2030年和2060年的秸秆还田量维持在70%即可，即分别为0.650亿t、0.879亿t。另外，2020年黑龙江省的饲料化利用量为0.039亿t，基于中国农业产业模型(CASM)预测黑龙江省秸秆饲料化利用量变化趋势，按照牛肉、羊肉总产量增长率均为1.1%预测，预计到2030年和2060年可分别达到 0.043亿t、0.060亿t。

2.2.2农村能源消费量预测

根据最新统计数据显示，目前我国总人口数为14.0亿，预计2030年我国人口数将达到14.5亿左右(《国家人口发展规划(2016—2030年)》)，但存在人口老龄化程度严重的问题，在未来，人口死亡率必将高于出生率，据估计，到2060年，我国人口预计会减少到10亿左右。另外，2020年年末，我国常住人口城镇化率已超过60%(中华人民共和国2020年国民经济和社会发展统计公报)，预计2030年我国常住人口城镇化率约为70%，2050年约为80%(《城市蓝皮书：中国城市发展报告No.12》)，据此可推测出2060年我国常住人口城镇化率约为85%。由此计算出2030年、2060年农村常住人口约为4.35亿和1.50亿。另外，近15年来，黑龙江省农村人口在全国农村人口中平均占比为2.59%(数据来源于国家统计局)(图5)，因此可推算出2030年、2060年黑龙江省农村常住人口约为0.113亿和0.039亿。另外，基于我国农村人均生活能耗数据进行预测，2030年、2060年农村人均生活能耗分别为0.519 t标煤和0.568 t标煤(仍低于欧盟28国人均生活能源，2018年约为0.777 t标煤，数据源于国际能源署IEA)，因此2030年、2060年黑龙江省农村居民生活能源消费总量分别为0.059亿t标煤和0.022亿t标煤。

图5 黑龙江省农村人口变化情况Fig.5 Change of rural population in Heilongjiang Province

2.2.3农村能源结构预测

农村能源消费结构主要与能源的经济成本、可用性、易用性和清洁度以及居住地的乡村类型、居住时间、家庭特征、政府投资补贴政策、农村居民的受教育程度和传统习惯等有关[18]，另外，也受农村能源消费量、农村常住人口数、农村常住居民人均可支配收入、农村居民消费价格指数等因素的影响[17]。随着农村居民受教育程度和农村居民收入水平的普遍提升，预计使用传统能源的占比逐渐下降，如煤炭、石油，而使用清洁能源的占比逐渐上升，如电力、太阳能[10]。另外结合近10年的黑龙江省农村用能结构变化情况，按照不同能源类型的平均增长速率(表3)，可预测2030年商品能源中煤炭、电力、成品油、液化石油气分别占比为42.917%、9.211%、12.360%、5.386%，非商品能源中秸秆、薪柴、太阳能分别占比为 8.987%、16.921%、3.697%；2060年商品能源中煤炭、电力、成品油、液化石油气分别占比为13.034%、10.695%、34.297%、17.313%，非商品能源中秸秆、薪柴、太阳能分别占比为0.047%、7.849%、14.945%。总体上，商品能源比重逐渐增加，非商品能源比重逐渐减少，这与京津冀地区农村居民生活能源消费变化类似[20]。

表3 2030年和2060年黑龙江省农村能源结构预测Tab.3 Prediction of rural energy structure in Heilongjiang Province in 2030 and 2060

尽管考虑到成本、基础设施、使用便捷程度、农村能源服务体系等问题，目前在东北地区冬季供暖更多使用的是煤炭[14]，但在双碳背景下，能够替代化石能源实现碳减排目标的能源和技术的推广也将成为必然趋势，如秸秆能源化利用[21-23]。2020年黑龙江省秸秆肥料化、燃料化、饲料化、基料化、原料化利用率分别占秸秆可收集量的74.41%、9.97%、4.97%、0.08%、0.58%。其中秸秆基料化和原料化利用总体规模较小，仅占秸秆可收集量的0.66%，未来将保持缓慢增加。另外，在满足秸秆还田和秸秆饲料化需求基础上，优化农村能源结构，将秸秆能源化(燃料化)比例最大程度的提升，替代化石能源为节能减排、改善农村空气质量做贡献[13]。根据2.2.1节中2030年、2060年可收集秸秆资源量分别为0.928亿t、1.256亿t，秸秆还田量分别为0.650亿t、0.879亿t，秸秆饲料化利用量分别为 0.043亿t、0.060亿t，由此可推算出2030年、2060年可用于秸秆能源化的最大潜能分别为0.235亿t、0.317亿t，折合标煤分别为0.045亿t标煤、0.061亿t标煤，分别占2030年、2060年黑龙江省农村居民生活能源消费总量的5.183%、18.529%(表4)。在减排背景下，按照主要的秸秆能源化技术的温室气体平均减排量1 050.4 g CO2e/kg计算[24]，可推测2030年、2060年秸秆能源化的温室气体减排量贡献分别为0.247亿t CO2e、0.333亿t CO2e。

表4 2030年和2060年秸秆替代化石能源减排贡献预测Tab.4 Prediction of emission reduction contribution of straw on fossil energy substitution in 2030 and 2060

3 结论

(1)黑龙江省农村生活用能稳定在0.220亿t标煤，农村生活用能结构以秸秆、煤炭为主，特别是秸秆使用的占比显著高于全国秸秆使用的32.54%；秸秆散烧、生物质成型燃料的使用对温室气体减排贡献分别为0.014亿t CO2e、0.013亿t CO2e。经预测，2030年、2060年黑龙江省农村居民生活能源消费总量分别为0.059亿t标煤、0.022亿t标煤。

(2)黑龙江省2030年、2060年可收集秸秆的资源量分别为0.928亿t、1.256亿t。其中，在减排背景下可用于秸秆能源化的最大潜能分别为0.235亿t、0.317亿t，分别折合为0.045亿t标煤、0.061亿t标煤，分别占农村居民生活能源消费总量的5.183%、18.529%。温室气体减排量贡献分别为0.247亿t CO2e、0.333亿t CO2e。