Evaluation of Health and Economic Benefits from “Coal to Electricity” Policy in the Residential Sector in the Jing-jin-ji Region

ZHANG Xiang, DAI Hancheng, JIN Yana, ZHANG Shiqiu†

College of Environmental Sciences and Engineering, Peking University, Beijing 100871; † Corresponding author, E-mail: zhangshq@pku.edu.cn

Abstract This study evaluated the impacts to the air quality, health and economy from achieving the “coal to electricity” goals, replacing residential coal with clean energy such as electricity, in the Jing-jin-ji region (Beijingtianjin-hebei) during the 13th Five-year period under different heating technology choices and electricity supply sources based on an integrated model combining with scenario analysis. The results indicated that the PM2.5 concentration in the three regions reduced by 6–15 μg/m³ with the implementation of the residential “coal to electricity” policy, which can avoid 22.2 thousand cases of premature death and 607.8 thousand morbidity cases. It could create 18.73–19.87 billion Yuan social net benefits in the Jing-jin-ji region in 2020 if three regions achieved the policy goal under the same pathway. Based on the net benefit analysis of three regions, this study gave the policy implication that Beijing and Hebei should adopt the “air source heating pump with the renewable electricity supply” pathway, while the Tianjin should adopt the “regenerative electric heater with the renewable electricity supply” pathway. The net benefits would reach to 20.34 billion Yuan if all three regions implemented the plans that maximized their own net benefits. Key words coal to electricity policy; IMED model; PM2.5; health benefits; economic benefits

中国北方地区以灰霾为代表的空气污染不仅造成严重的健康损害, 同时阻碍了区域经济发展, 是当前我国环境治理的重要任务。京津冀作为重污染

区域之一, 2016 年 3个省市的 PM2.5年均浓度分别为 73, 69 和 70 μg/m3 [1–3], 远超过世界卫生组织10 μg/m3的标准。已有研究表明, 居民生活采暖是冬

季频繁出现重污染天气的重要原因之一[4]。尽管政府针对城镇集中采暖的大中型锅炉采取了清洁能源替代、提高排放标准等一系列控制措施, 依然难以达到显著改善冬季空气质量的目的[5]。在缺乏环境政策关注的农村, 大部分居民依然采用没有污染物处理措施的低效率炉灶燃烧散煤的方式进行炊事和冬季采暖, 是容易忽视的重要污染源。近年来, 《北京市 2013—2017年清洁空气行动计划》和《“十三五”能源规划》等政策为改善京津冀区域空气质量, 强调将尚未实现集中供暖的北方城镇和农村家庭冬季燃煤采暖方式, 替代为以电力、天然气和太阳能等清洁能源方式。但是, 由于在清洁能源供应能力、政策效果和政策实施方式等方面存在的诸多问题, 该政策一直存在争论。考虑到清洁能源供给能力、基础设施现状、农村居民收入水平和解决空气污染问题的紧迫性等多重约束, 对京津冀区域, 电力是居民生活“煤改清洁能源”政策实施中最广泛的替代能源, 有研究认为电力是众多替代性清洁能源中较合意的选择[6]。在以电力为清洁能源替代散煤燃烧的过程中, 替代技术选择、新增电力需求及供应来源等均会对政策的综合效应产生影响, 尤其是影响政策实施成本以及对空气质量的改善程度。这种综合效应体现为不同政策选择对应不同的社会净效益和经济影响。

本文利用综合评价模型, 针对居民生活“煤改电”政策的主要技术选择路径, 分析和评估京津冀区域实现“十三五”规划中居民生活煤改清洁能源政策目标的健康效益和经济影响, 以及相应的净效益区间, 并提出“煤改电”政策实施的建议。

本文讨论的“煤改电”政策指 2015年后针对京津冀区域农村家庭户大规模开展的以电力替代冬季取暖用煤的能源政策, 政策对象也包括京津冀区域少数未被集中供暖覆盖的城镇燃煤取暖家庭户。表 1是 2015年京津冀区域居民生活用煤的基本情况。可以看出, 整个区域有超过1600万家庭户将煤炭作为重要的生活能源。北京市居民用煤占煤炭消费总量的34.5%。冬季取暖是京津冀区域居民生活部门最重要的煤炭消费活动, 占居民煤炭消费总量的50%以上。因此, “煤改电”政策具有很大的污染物减排和改善空气质量的潜力。

1 相关工作

有关全球疾病负担的研究表明, 2015 年全球有 420万人因大气颗粒物污染暴露而过早死亡, 其中 110万例发生在中国[9]。京津冀区域作为人口密集的重污染区域, 有 12.89万人的过早死亡归因于

[10]颗粒物污染 。中国多尺度排放清单模型(http:// www.meicmodel.org)表明, 2012年居民生活源对全国 PM2.5, SO2, NOX和 VOC等主要空气污染物一次排放的贡献分别为 36.41%, 12.94%, 3.76%和23.34%; 对京津冀区域排放的贡献分别为29.34%, 15.22%, 3.69%和 21.49%。Liu 等[11]利用耦合化学模块的中尺度天气预报模式(WRF-CHEM), 量化采暖季削减居民散煤燃烧对改善冬季空气质量的贡献, 发现同时控制京津冀区域居民源排放, 可使该区域 2010年冬季 PM2.5浓度平均下降36%, 因此提出重点关注该区域之前未受到重视的居民源排放,将显著地改善空气质量。黄德生等[12]的研究表明,如果京津冀PM2.5浓度水平达到35 μg/m³的国家标准, 可避免约7.6万人的过早死亡和约3.4万人的住院病例数。

对于决策者, 用净效益等指标表征的经济效益是评价一项公共政策可行性的重要依据。Jeuland等[13]根据成本效益分析的研究结果表明, 通过推广改进炉具对居民生活的固体燃料利用进行管理, 由室内空气质量改善带来的健康效益等显著大于成本, 推广改进炉具具有正的社会净效益。Xie 等[14]针对全国 31个省市的研究表明, 通过实施严格的控制策略降低室外PM2.5 浓度, 全国大部分省市的成本效益比大于 1, 即社会净效益为正;其中上海市、北京市和天津市获益最多。京津冀区域的效益成本比分别为3.30 (北京市), 2.32 (天津市)和 1.04 (河北省), 表明3个地区的空气污染治理效益均显著大于成本[15]。Jin等[16]分析清洁能源替代