“煤改氣”工程綠色凈效益評估及政策優化措施

　　摘要：利用基于松弛變量的方向距離函數(SBM-DDF)，綜合考慮“煤改氣”工程的經濟成本與環境減排效益，對京津冀“煤改氣”工程的綠色凈效益進行評估測算。在考慮煤炭使用結構、能源價格及短期改造成本等因素的基礎上，對三地的“煤改氣”工程效益進行了對比分析。研究發現，“煤改氣”工程在京津冀地區具有明顯的正向綠色凈效益，可在現有基礎上提高綠色綜合效率30%～40%，其中散煤改氣的綠色凈效益最大。受能源結構和價格成本因素影響，河北的“煤改氣”工程綠色凈效益最大，而天津弱于北京。施工改造成本將在短期造成綠色凈效益的下降，但其正向性仍顯著存在。從利益均衡的視角出發，動員更多“煤改氣”的收益主體參與此項工程，是“煤改氣”政策優化的重要思路。

　　關鍵詞：煤改氣;綠色凈效益;SBM-DDF;利益均衡

　　《煤礦支護》由中國煤炭工業協會煤礦支護專業委員會、煤炭工業錨噴支護情報中心站、煤炭科學研究總院南京研究所聯合主辦.

　　“煤改氣”工程作為我國大氣污染防治的重要舉措，近年來得到了政府政策的大力推廣和社會的廣泛關注。在2019年的政府工作報告中進一步明確指出要穩妥推進北方地區“煤改氣”工程，打贏藍天保衛戰。然而，伴隨著“煤改氣”工程的加速推進，以“運維費用高”“改造成本大”“政府財力有限”“冬季氣荒嚴重”等為代表的諸多問題和質疑相繼出現，給“煤改氣”工程的綜合效益打上了問號，更使得相關主體陷入了難以破解的利益僵局。“煤改氣”工程是否具備滿足經濟與環境要求的綠色凈效益，其綜合凈效益在不同地區是否具有異質性特征，如何破除當前利益困局以更好地推進“煤改氣”工程，這是我國在“大氣污染防治”攻堅任務背景下需要進一步認識和研究的重要問題。

　　一、研究綜述

　　我國最早的“煤改氣”工程可追溯到1997年。為改善城市生活環境和大氣質量，北京率先在全國探索“煤改氣”工程，并作出關于改善環境、實施“煤改氣”工程的整體規劃，要求逐步用純凈的天然氣代替煤作冬季供暖的燃料。之后陜西、四川、重慶、寧夏等地也開始推行煤改氣政策。但受制于運行成本、氣源等問題，“煤改氣”的推廣一直處于緩慢推進的探索階段。直至2013年，伴隨著“大氣十條”的出臺，“煤改氣”工程才進一步得到加速。但是相比于“煤改氣”工程的實踐，學者們對“煤改氣”的研究已進行了較長時間的探索。

　　毛顯強、彭應登[1]以北京和重慶為案例城市，對大城市中實施大規模的“煤改氣”工程，通過采用劑量—反應函數詳細估算了天然氣替代煤后產生的環境健康效益。結果表明，在人口和經濟活動高度集中的大城市，使用天然氣作民用燃料能有效降低非點源大氣污染物排放和低空污染物濃度，具有顯著的環境效益。歐春華[2]從燃燒效率和熱值利用的角度研究發現，“煤改氣”在資源的高效利用方面具有明顯優勢。杜學平[3]采用生命周期分析法對比分析了北京市農村“煤改氣”和“煤改電”兩種煤改清潔能源方式的生命周期環境排放量，結果表明在CO2、SO2、NOx、灰塵等廢氣、廢水和固體廢棄物排放方面，農村“煤改氣”具有比“煤改電”更好的綜合減排特性，因此農村燃煤采暖改造應優先采用“煤改氣”方式。張世翔[4]以浙江省為研究對象，利用層次分析法進行研究，結論為尚有部分電能氣能替代項目經濟效益不明顯，初期投資較大、運行成本高、投資回收期較長。云永飛[5]用采集到的“煤改氣”調研數據，結合補貼政策和“煤改氣”后期運行費用，改造后運行費用相比燒煤炭時更高，假如取消用氣補貼，用戶仍可能選擇燒煤取暖，同時“節能”改造將是降低供暖期農戶的運行費用的主要方式。史丹[6]等基于DID模型與PSP-DID模型對2003—2015年京津冀地區的“煤改氣、電”政策實施推動城市群綠色發展的效果進行準自然實驗分析，“煤改氣”政策可以帶動當地社會的綠色發展，降低工業煙(粉)塵排放量，對二氧化硫排放量和單位GDP能耗的壓減效應雖然為負，但在統計上并未產生顯著的影響。

　　從現有的文獻可以看出，當前學者多是基于“煤改氣”工程的經濟或環境效益進行單邊評價，而對于“煤改氣”的綠色凈效益，即將經濟的顯性成本與環境的隱性福利統一在同一度量框架下的經濟—環境綜合效益尚不明確。此外，對于“煤改氣”的效益研究多基于該工程本身的特質，而并未將其與地區特征相結合，即“煤改氣”效益的區域差異性尚未得到體現。另一方面，“煤改氣”工程的施工改造雖然為短期工程，但往往具有較大的經濟成本，再加之政府對用戶使用燃氣的政策補貼，進而也構成了影響“煤改氣”綜合效益的重要因素。對“煤改氣”工程綠色凈效益的評估和如上問題的考慮，是對我國“煤改氣”工程有效性、必要性和科學性的重要檢驗，同時也將為平衡“煤改氣”利益攸關方和補貼機制的完善提供重要的學術判據。

　　基于此，筆者將在以下三個方面進行拓展。第一，在評估“煤改氣”工程經濟效益和環境效益單邊分析的基礎上，利用基于松弛變量的方向距離函數，計算“煤改氣”工程的綠色凈效益，此法避免了通常將環境效益貨幣化而帶來的評估失準問題。第二，充分考慮“京津冀”三地在能源結構、價格差異、“煤改氣”居民總量等地緣特征，進行“煤改氣”工程地區效益的差異性比較。第三，計算“煤改氣工程”施工改造成本對短期綠色綜合凈效益的降低程度，以此為“煤改氣”政策的推進措施提供依據。此外，在上述綜合效益評估度量的基礎上，從利益均衡的視角對當前“煤改氣”所存在的困境提出解決思路和政策建議。

　　二、“煤改氣”工程經濟環境效益的單邊評估

　　采取等熱值轉換的研究方法，比較在使用同等熱值條件下煤炭與天然氣的替換情況。為了突出“京津冀”三地的能源結構特征，筆者選擇2007—2016年北京、天津、河北三地的煤炭消費總量為研究對象，并將其按兩部門分為生活消費散煤和生產消費用煤兩類，相關數據選自對應年份的《中國能源統計年鑒》。

　　(一)“煤改氣”經濟效益單邊評估

　　首先，計算地區燃煤所產生的實際熱值。根據國家規定的技術參數，1 kg煤炭的低位發熱量(LHVc)為27.8 MJ/kg，民用散煤供熱ηcr和鍋爐用煤供熱ηci的燃燒效率可分別取55%和85%[7-8]。參用“京津冀”2007—2016年全社會煤炭消費總量，生活消費散煤、生產消費用煤質量M計算三地實際使用熱量。其中全社會用煤燃燒效率ηcs按當地生活用煤和生產用煤的實際結構加權計算。

　　其次，基于等熱值法進行燃煤與使用天然氣的能耗量替換。其中天然氣的低位發熱量(LHVg)LHV為38.1MJ/m3，天然氣的使用效率ηg[9]。等熱值轉變天然氣的需求量Vg按表達式(1)計算：

　　再次，利用2007—2016年“京津冀”三地天然氣價格和冬季煤炭價格計算“煤改氣”替代的經濟效益，同時以此反映不同地區能源價格的差異。相關數據參考三地發改委關于天然氣銷售價格的通知和環渤海5 500大卡動力煤冬季平均價格。其中，5 500大卡動力煤價值按等熱值轉化為對應標準煤的價格。北京、天津、河北三地使用天然氣與使用煤炭供熱的經濟成本比見表1。

　　從測算結果來看，使用天然氣的經濟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異，“煤改氣”工程在生活散煤的替代中表現出更明顯的經濟性。從地區差異來看，“煤改氣”工程在北京地區的經濟性強于天津和河北;在全社會煤炭消費總量上，受煤炭使用結構和能源價格因素影響，天津“煤改氣”工程的經濟成本高于北京和河北。

　　(二)“煤改氣”環境效益單邊評估

　　在測得煤炭與天然氣等熱值轉化需求量的基礎上，對比兩者污染物的排放特征，并重點研究SO2、NOx、CO、CO2 、PM值五種主要污染物的排放特點。利用污染物排放因子法進行評估測算，相關排放因子參用《第一次全國污染源普查城鎮生活源產排污系數手冊》以及《排污申報登記實用手冊》，具體污染物排污因子對比見表2。

　　從呈現的結果來看，“煤改氣”工程對各類大氣污染物的排放量均有所減少，其中對PM的減排量最為明顯，這也對應了我國當前以霧霾為代表的主要空氣污染問題，其次是CO、SO2和NOx。天然氣等熱值代替燃煤對CO2的減排量相對弱于其他污染物，但同樣起到了減排效果，特別是在“京津冀”生活散煤的替換中其減排效果更加顯著。