文献阅读 | 颗粒空气污染导致的家庭用电量增加

题目

Increase in domestic electricity consumption from particulate air pollution

作者

Pan He, Jing Liang, Yueming (Lucy) Qiu, Qingran Li & Bo Xing

期刊

Nature Energy

时间

2020年9月

一作

单位

Department of Earth System Science, Institute for Global Change Studies, Tsinghua University, Beijing, People’s Republic of China

链接

https://www.nature.com/articles/s41560-020-00699-0

研究背景

由于空气污染存在负外部性，因此需要采取政策干预措施来解决相关的损害。污染的直接损害和其他方面福利损失引起的共同损害，即死亡率风险的增加，是当前决策者和研究人员普遍关注的重要议题。这些损害是通过不同途径产生的，包括对人类的身体和精神健康的影响、劳动生产率的降低、主观幸福感的下降、认知能力的危害、生态健康的紊乱、当地环境便利设施和物业的价值萎缩以及家庭医疗支出的增加等。准确评估此类外部性对于估算污染的社会成本、设计和评估政策或建立市场的总量控制与交易计划至关重要。量化这些共同损害的一个关键挑战是了解污染、人类行为和技术之间的相互作用。

空气污染会减少电力供应。由于太阳辐照度的变化，高浓度的颗粒物会减少太阳能的使用。气溶胶可通过散射和吸收到达太阳能电池板之前的太阳光来衰减太阳辐射，致使光伏（PV）性能的减弱。颗粒物中的大颗粒也会在太阳能电池板顶部堆积产生灰尘。在中国空气污染严重的地区，太阳能光伏发电的能效在1960年至2015年之间平均下降了11-15％。低收入家庭或少数民族可能更容易受到空气污染的影响。这些群体的住宅环境、建筑都可能造成更高的能源相关开支，进而限制了其他基本支出，例如医疗服务上的支出，从而导致进一步的健康不利影响。

研究方法

本研究估计了空气污染、人类规避行为和能源供应系统之间的相互作用对由空气污染引起的负外部性的影响，使用2013-2018年期间亚利桑那州凤凰城的消费者级别的每日和每小时用电量数据以及太阳能电池板发电记录，展示了以PM10和PM2.5浓度为指标的颗粒物污染如何引发消费者回避行为以及降低太阳能发电，进一步探讨了与收入和种族相关的共同损害的异质性。本文使用风向作为污染浓度的工具变量（IV）来解决内源性偏差问题。

研究发现

空气污染对需求部门的影响

本研究使用小时尺度数据得出的结果证实，空气污染会增加居民的用电量，并可能由于空气污染而重新分配用电时间。如图1所示，居民在白天受到空气污染的影响使生活用电量在白天显著增加，而在晚上则略有减少。尽管两者在统计上均具有显著性，但总变化（零水平线上方的面积减去下方的面积）显示每日用电量总体上仍在增加。这可能表明白天的活动发生了变化：随着空气质量的恶化，居民倾向于参加与室内能源有关的活动，例如看电视和打开供暖或制冷系统。他们还可能将通常在晚上进行的活动（例如洗衣服）转移到白天，因此夜间的用电量会下降。另外，使用美国全国性的县级移动性每日数据集，测试个人是否倾向于减少户外旅行得出，随着空气污染浓度的增加，人均出行次数减少，这意味着人们由于空气污染而待在家里的时间变得更长。

图1. 由于空气污染浓度每升高一单位，居民每小时的用电量变化针对不同的收入和种族，使用有关家庭特征的可用数据，将样本分为三个人均收入水平：低、中和高。样本还分为四个族裔（白人、亚裔、西班牙裔和其他），以分别进行回归分析。结果表明，随着PM污染浓度增加，低收入和西班牙裔消费者的用电量增加幅度更大。图2中的IV估算表明，对于低收入群体，污染对电力需求的边际效应最高。对于不同种族群体，西班牙裔消费者的用电量增加幅度要高于白人消费者。对混合群体的经验估计表明，低能效和高暴露水平的影响可能会超过可支配收入的限制。

图2. 空气污染浓度每升高一单位，居民日常用电量的变化研究结果表明，与住宅部门的研究结果相反，尽管个别行业的用电量在统计上有显著变化，但总体上来说，商业建筑的用电量不受空气污染的显著影响。研究检查了每小时的估算值是否可能暗示室内外活动发生任何变化这种现象。但没有足够的证据表明空气污染会影响商业建筑的用电量（见图3）。尽管结果表明商业建筑与住宅建筑的用电量模式相似，但每小时污染浓度系数在统计上几乎不显著。对商业建筑的影响微不足道很可能是空气污染相互抵消的混合影响的结果。

图3. 空气污染每增加一单位，商业每小时用电量的变化研究利用美国全国范围内县级移动性的每日数据集，测试了个人是否倾向于减少户外旅行，随着空气污染浓度的增加，人均出行次数减少。

由于空气污染会严重影响与室内活动密切相关的商业部门，因此商业建筑的统计意义不明显的结果可以掩盖部门的异质性。由于不同行业的性质，每座商业建筑都有特定的用途，有些行业更容易受到空气污染的影响。零售贸易、娱乐和服务等行业可能会增加用电量，其中更多的客户将更多时间花在建筑物内部以避免暴露于室外污染。本文按照图四所示的部门区分，各部门平均污染浓度相似，零售部门对空气污染浓度响应最强烈（每增加1 µg/m3 PM10，用电量增加0.086千瓦时，每增加1µg/m3 PM2.5，用电量增加0.56千瓦时），其次是娱乐和服务部门。与此相反，其他部门则是降低其电力消耗。这些结果表明，人们更可能减少户外旅行，尤其是与工作有关的户外旅行。

图4. 空气污染每增加一单位，商业每日用电量的变化

空气污染对供应部门的影响

在控制混杂变量的同时，使用类似面板IV回归来回归个人消费者每日太阳能发电量与空气污染水平的关系。研究发现颗粒物污染减少了住宅和商业建筑中分布式太阳能电池板的发电量。IV估计表明在住宅建筑中1 µg/m3 PM10浓度的增加显著减少了太阳能电池板0.435 kWh的发电量，在商业建筑中减少了0.022 kWh 。PM2.5有更大的影响——对于住宅建筑，每增加1µg/m3减少1.888 kWh，对于商业建筑，每增加1µg/m3减少0.093 kWh。

讨论

这项研究引出几个关键的政策建议。首先，在计算空气污染造成的边际损害因素时，政策制定者需要明确考虑因消费者行为和清洁技术绩效的反馈而产生的共同损害，缺乏对这些污染共同损害的考虑将导致对污染控制政策带来的福利收益的低估。强调了对空气质量警报系统的后果进行全面调查的必要性，例如，空气质量警报系统降低了健康风险、减少了户外娱乐活动等等。其次，空气污染严重影响社会经济地位低下的人，这威胁到能源和环境公平，并再次强调，空气污染控制不仅可以带来整体健康益处，而且还可以公平分配这种益处。第三，本文的发现为清洁电网和提高可再生能源发电技术效率的需要提供了又一个理由。此外，在制定合理的发展目标时，扩大太阳能发电应考虑空气污染的影响。

编辑：王明皓

排版：江琴

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