“煤改气”工程绿色净效益评估及政策优化措施

　　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

　　《煤矿支护》由中国煤炭工业协会煤矿支护专业委员会、煤炭工业锚喷支护情报中心站、煤炭科学研究总院南京研究所联合主办.

　　“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。