文献阅读 | 中国北方地区实施清洁能源替代政策的能源和空气效益

题目

Energy and air pollution benefits of household fuel policies in northern China

作者

Wenjun Meng, Qirui Zhong, Yilin Chen, Huizhong Shen, Xiao Yun, Kirk R. Smith, Bengang Li, Junfeng Liu, Xilong Wang, Jianmin Ma, Hefa Cheng, Eddy Y. Zeng, Dabo Guan, Armistead G. Russell, and Shu Tao

期刊

PNAS

时间

2019年8月

一作

单位

College of Urban and Environmental Sciences, Laboratory for Earth Surface Processes, Sino-French Institute for Earth System Science, Peking University, 100871 Beijing, China

链接

www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.1904182116

研究背景

       中国北方地区大气污染情况严重，农村居民固体燃料燃烧是主要的大气污染物排放源之一，《北方地区冬季清洁取暖规划(2017-2021)》指出中国北方地区“2+26”城市将用电力和天然气逐步替代传统固体燃料。农村家庭是传统固体燃料的主要使用者，本研究评估了中国北方地区农村居民部门实施清洁能源替代政策对居民部门能源转型、大气污染物排放、室外空气质量以及人群PM_2.5暴露的影响。

研究方法

       研究采用情景分析法并设置了四个情景。（1）S1基准情景，除人口分布变化和经济增长外无其他政策干预；（2）S2有限政策情景，参照十三五大气污染控制方案，其中主要的政策对象为能源生产部门、工业部门、交通部门而非居民部门；（3）S3清洁能源部分替代情景，参照2017-2021年的北方地区冬季清洁取暖规划并实现清洁能源替代60%的目标；（4）S4清洁能源完全替代情景，即北方地区在2021年实现100%的清洁能源替代目标。       研究基于中国农村生活能源结构和用量数据库中的历史数据设置S1情景中1992-2012年北方地区农村居民家庭的能源消费情况，并根据统计回归模型预测至2021年。研究根据政策目标调整S1情景中的能源消费数据得到政策情景（S2、S3、S4）的情况，并根据排放因子计算CO₂、CO、 PM_2.5、BC、OC、SO₂、NO_x、NH₃的排放量，通过来自三个大气化学模型的一系列统计回归模型计算不同区域格点的室内外年均PM_2.5浓度。进一步地，研究根据成年男性、成年女性和孩子的室内外活动时间计算三者的PM_2.5暴露情况。同时，研究在核算能源消耗到人群PM_2.5暴露的各个环节都做了不确定性分析。

研究结果

清洁能源替代政策促进农村家庭的清洁能源转型

       烹饪和取暖是农村家庭主要的用能活动，2012年全国范围内农村家庭烹饪和取暖的能源结构中清洁能源占到59%和15%，而同期北方地区相应的比例为68%和11%（图1），出现这种差异的原因是北方地区的社会经济发展水平发展较快，而冬季取暖期更长。

图1  2012年中国北方地区农村家庭烹饪（左）和取暖（右）的能源结构

图2展示出S1情景下1992-2021年全国和北方地区烹饪和取暖的能源结构变化情况和清洁能源占比。在无额外政策干预的情况下，1992-2012年间北方地区烹饪的清洁能源占比由8%（90%CI：7%-9%）上升到86%（90%CI：76%-96%），而取暖的清洁能源占比由0.7%（90%CI：0.6%-0.8%）上升到19%（90%CI：18%-21%）。清洁热力的高成本和居民的低收入阻碍了热力的清洁化。图3显示了四种情景下2013-2021年北方地区取暖的能源结构变化情况和清洁能源占比，而S3情景下2021年取暖的清洁能源占比达到74%（90%CI：68%-80%）。

图2  1992-2021年全国和北方地区烹饪和取暖的能源结构变化情况和清洁能源占比

图3  2013-2021年北方地区取暖的能源结构变化情况和清洁能源占比

清洁能源替代政策促进农村居民部门大气污染物减排

       农村居民部门实施清洁能源替代的碳减排效果不明显，但有助于PM_2.5、BC、OC、SO₂、NO_x、NH₃等大气污染物的减排。图4展示了S1和S3情景下北方地区1992-2021年的污染物排放情况。PM_2.5、BC、OC等污染物的绝对排放量在1992-2021年间均表现出下降趋势。进一步分析北方地区农村居民部门对人为来源大气污染物排放的相对贡献量，发现农村居民部门排放的PM_2.5、BC、OC对所有人为源污染物排放的贡献程度下降最明显，如S1情景下1992-2021年农村居民部门排放的PM_2.5占比由61 %（90%CI：57%-65%）下降到 19 %（90%CI：15%-23%），而S3情景下则下降到7%（6%-8%）。

图4  1992-2021年北方地区农村居民部门对人为源大气污染物排放的绝对贡献量（左）和相对贡献量（右）

清洁能源替代政策改善空气质量并减少人群的PM_2.5暴露

 图5展示出四种情景下北方地区农村居民部门所导致的按格点面积加权的室外年均PM_2.5浓度。在不采取额外政策干预的S1情景下，2013-2017年间农村居民部门所导致的PM_2.5浓度由17μg/m³下降到12μg/m³；而在S3情景下，2021年农村居民部门所导致的PM_2.5浓度为5μg/m³，这表明农村居民部门的清洁能源替代行动能有效改善区域空气质量。

图5  不同情景下北方地区农村居民部门导致的室外年均PM_2.5浓度

（按格点面积加权）

研究进一步根据成年男性、成年女性和孩子的室内和室外活动时间计算三类人群的PM_2.5暴露情况，并按照室内外、是否来自居民部门这两个维度对PM_2.5暴露情况进行分解。当同时考虑成年男性、成年女性和孩子时， 2014年所有人群的加权平均PM_2.5暴露量为135μg/m³，2021年S1情景下的所有人群的加权平均PM_2.5暴露量为109μg/m³，而S3情景下该数值为78μg/m³。图6展示了四种情景下成年男性、成年女性和孩子的PM_2.5暴露情况。由于成年女性和孩子处于室内的时间更多，因此清洁能源替代政策对成年女性和孩子更有益。

图6  不同情景下不同人群的PM_2.5暴露情况

研究结论

清洁能源替代政策促进农村家庭清洁能源转型，进一步促进PM_2.5、BC、OC等大气污染物的人为源减排，改善室外空气质量并减少人群的PM_2.5暴露。尽管最初实施清洁能源替代政策的目的主要是改善室外空气质量，但其减少的人群PM_2.5暴露更多地来自室内空气质量改善，主要原因是农村居民约90%的时间处于室内。同时，由于女性在室内的时间更长，其减少的PM_2.5暴露比男性更多。

编辑：马腾

排版：马腾 江琴

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