中國家庭能源轉型的環境—健康—低碳效益及經濟成本

劉泓汛 陳佳琪 彭千蕓 李江龍

摘要：家庭能源綠色低碳轉型是一個關系到中國數億居民福祉且待妥善解決的問題?；谥袊】蹬c養老追蹤調查數據研究發現，使用天然氣或電力替代散煤等固體燃料能顯著降低暴露人群慢性阻塞性肺疾病、心臟病和中風等疾病的患病概率。在此基礎上，以陜西省家庭能源轉型為例，利用患病概率估計值測算居民健康改善帶來的環境效益，同時考慮溫室氣體減少的低碳協同效益以及轉型的經濟成本，全面評估三種家庭能源清潔轉型方式的凈效益。結果表明，基于陜西省的電力結構和能源價格等現狀，三種轉型方式的凈效益均為負，不同轉型方式的負效益程度具有明顯差別。為了加快家庭部門實現清潔能源轉型，短期內需要政府通過提供補貼等方式引導支持居民采用高效的用能設備，同時加快天然氣市場完善和電力部門清潔低碳化轉型。

關鍵詞：家庭能源轉型;減污降碳;公共衛生健康;成本—效益分析;“雙碳”

文獻標識碼：A 文章編號：1002-2848-2024（01）-0088-16

一、問題提出

改革開放以來，中國經濟發展取得了舉世矚目的成就，但同時也產生了環境污染問題，這是實現社會經濟高質量可持續發展和滿足人民對美好生活向往的重難點。2022年，在全國339個地級及以上城市中，環境空氣質量超標的城市有126個，占全部城市的37.2%;細顆粒物（PM2.5）年均濃度29微克/立方米，雖比2021年下降了3.3%① ，但仍遠高于世界衛生組織設定的5微克/立方米的年均濃度限值② 。由能源消費結構不合理引起的室內外空氣污染已成為當前全球最為嚴重及引人關注的環境健康問題之一。許多流行病學及病理學數據驗證了空氣污染與居民死亡率、各類疾病發病率之間的聯系，特別是呼吸系統和心血管疾病[1]。

黨的二十大強調要推進“美麗中國”建設和“健康中國”建設。改善空氣質量、減少空氣污染導致的健康損害，是建設“美麗中國”和“健康中國”的重要任務，業已成為政府工作的重要內容?！皬V泛形成綠色生產生活方式，碳排放達峰后穩中有降，生態環境根本好轉，美麗中國目標基本實現”是2035年中國發展總體目標的重要組成部分。家庭部門是能源（尤其是散煤等固體燃料）的一大消費主體，相對于電力、天然氣等清潔能源，固體燃料難以充分燃燒，以散煤等固體燃料為主的生活能源消費會產生大量的污染物排放。同樣1噸煤，散燒煤的大氣污染物排放量是燃煤電廠的10倍以上。此外，較之電力和工業部門，家庭部門產生的污染物往往不經過任何末端處理，被直接排放到大氣中。家庭部門已經成為主要的大氣污染物排放來源之一，對人類健康構成極大威脅[2-3]。

因此，加速家庭部門清潔能源轉型，已成為治理空氣污染的重要抓手。供暖作為居民直接能耗碳排放的主要來源之一，導致中國南北部地區碳強度存在較大差異[4-5]。從2015年起，中國政府便開始逐漸落實“煤改氣”和“煤改電”等一系列家庭能源轉型政策，實施范圍從最初的京津冀試點城市已逐漸擴大到整個北方地區。目前，中國家庭能源轉型政策著力于針對北方地區家庭取暖用能轉型，特別是對未實現集中供暖的家庭，用天然氣、電力等替代家庭固體燃料（主要是散煤和部分未經處理的生物質）燃燒，實現冬季清潔取暖。但是，由于實施清潔能源轉型需要一定成本，各地清潔取暖的推進大多需要政府補貼和行政降價。截至2016年底，北方地區仍有80%以上建筑面積使用燃煤取暖，年耗煤量約4億噸標準煤，其中一半是散燒煤，主要分布在農村地區①。農村家庭能源消費結構的不合理直接影響到農村居民福利，除帶來健康問題外，固體燃料的低效使用還可能限制物質資本和人力資本積累，導致能源貧困和經濟貧困的惡性循環。習近平總書記在中央財經領導小組第十四次會議上指出，“推進北方地區冬季清潔取暖，關系北方地區廣大群眾溫暖過冬，關系霧霾天能不能減少，是能源生產和消費革命、農村生活方式革命的重要內容”。2017年，國家發展和改革委員會牽頭頒布《北方地區冬季清潔取暖規劃（2017—2021年）》，對北方地區冬季清潔取暖提出了明確要求和具體部署，在此目標下，各地方從自身實際出發，制定科學合理、經濟可行、環保高效的清潔取暖實施方案尤為重要。

為了給地方推行合理的清潔取暖方案提供建議參考，已有研究從大氣環境、公共健康等角度探討了中國家庭使用清潔能源替代固體燃料的社會效益與成本。Liu等[6]基于反事實分析表明，如果能實現京津冀地區家庭清潔能源轉型，會大大降低該地區的PM2.5 濃度。特別地，在冬季，家庭部門用能對大氣環境的影響比電力、工業等其他部門更大。Yu等[7]通過對中國慢性病的前瞻性研究分析發現，長期使用固體燃料的群體，其因心血管或呼吸系統疾病死亡的風險顯著高于使用清潔燃料的群體。隨著低碳逐漸成為社會各界關注的熱點，近期有研究開始在家庭部門清潔能源轉型的研究框架中納入對碳排放的影響。例如，Wang等[8]結合電力系統的能耗及排放指出，中國清潔取暖過程中實施的“煤改電”政策，存在增加溫室氣體排放的風險。同時也有部分研究就中國家庭使用清潔能源替代固體燃料的成本進行了核算。Liu等[2]基于建筑設計能耗指標，分析了京津冀地區農村家庭使用不同清潔取暖設備替代燃煤取暖的成本負擔。Zhou等[3]對北方地區不同清潔取暖方案的空氣污染—公共健康—氣候變化協同效益及其經濟成本進行了綜合分析比較，長期來看，高效的空氣源熱泵較之天然氣壁掛爐、電暖器等設備更值得推廣。

已有文獻為研究家庭部門清潔能源轉型的效益與成本奠定了重要基礎，但還存在以下不足。首先，現有關于固體燃料燃燒對健康的影響多基于室外污染，針對固體燃料燃燒造成室內空氣污染從而影響健康的量化研究嚴重不足。而由于空間相對密閉，空氣流通性較低，同時居民停留時間較長，室內空氣污染對居民健康具有不可忽視的影響。其次，多數研究的樣本量較小，多以婦女和兒童為研究對象，并且大都局限在特定地區，不能全面反映整體情況[9]。最后，現有的研究多從單方面的效益或成本對家庭清潔能源轉型的影響進行評估，成本—效益分析不足，特別缺乏對效益進行貨幣量化的比較研究，這是直接決定政府和居民轉型方案設計的關鍵。

在已有研究基礎上，本文首先基于中國健康與養老追蹤調查（CHARLS）公布的微觀數據，構建經濟學模型，對家庭部門使用散煤等固體燃料對居民健康的影響進行量化評估，估計家庭固體燃料燃燒對居民患病的影響系數，以便進一步量化家庭能源轉型帶來的健康改善;進而在碳達峰碳中和目標背景下，以陜西省為例，對2020年陜西省實施家庭清潔能源轉型的幾種主要方案產生的環境效益（即貨幣化健康改善）、低碳效益及經濟成本進行核算和比較，研究框架如圖1所示。

二、方法介紹與數據說明

（一）評估家庭能源消費對居民健康的影響：傾向得分匹配模型

本文首先構建經濟學模型，驗證家庭使用散煤等固體燃料是否對居民健康存在顯著影響?？紤]到家庭使用固體燃料和居民健康狀況之間可能存在雙向因果關系①，本文基于Grossman[10]提出的健康生產函數，采用傾向得分匹配（PSM）模型，評估家庭使用固體燃料是否會對居民健康產生顯著影響及潛在的影響大小。具體地，基于Grossman健康生產函數，本文構建如下方程：Yit =α+β1Dit +β2X1，it +β3X2，it +β4X3，it +εit （1）其中，Yit 代表個體i 在t 年的健康狀況。本文采用虛擬變量代表個體是否患有某種特定類型的疾病。此前，許多研究從流行病學及病理學角度研究了空氣污染與各類疾病發病率之間的聯系。在評估家庭能源轉型的健康改善中，本文將已經前人證實與空氣質量相關度較大的五種疾病作為主要研究對象，包括中風、慢性阻塞性肺疾?。璺危?、高血壓、心臟病和哮喘五種疾病，以及居民的自評健康狀況（衡量家庭使用固體燃料造成家庭表1 PSM模型變量及其解釋說明分類變量符號變量含義及取值說明被解釋變量Hyp 是否患高血壓，1=是，0=否Cop 是否患慢阻肺，1=是，0=否Hea 是否患心臟病，1=是，0=否Str 是否患中風，1=是，0=否Ast 是否患哮喘，1=是，0=否Psy 自評健康狀況，1=不好，0=好核心解釋變量Fue 家中是否使用固體燃料如煤炭、薪柴等，1=是，0=否個體特征Age 年齡，歲Gen 性別，1=男性，0=女性Edu 受教育程度，2=大學及以上，1=初高中，0=小學及以下Mar 婚姻狀況，1=已婚，0=未婚生活習慣Smo 是否有吸煙史，1=是，0=否Sle 每天睡眠時間，時家庭特征Exp 家庭年支出，元Wat 是否有自來水，1=有，0=沒有Rur 家庭所在地，1=農村，0=城鎮成員心理上對健康的擔憂）。Dit 表示個體i 是否使用固體燃料用于烹飪或取暖。X 為控制變量，其中，X1，it 代表影響居民健康的一系列個體特征，包括年齡、性別、受教育程度、婚姻狀況;X2，it 代表居民的生活習慣，采用是否有吸煙史和每天睡眠時間衡量;X3，it代表居民所在家庭的家庭特征，包括家庭年支出、是否有自來水、家庭所在地是城市還是農村。α 是常數項，β 衡量了其所對應解釋變量對被解釋變量的影響，εit 為誤差項。變量的定義及其具體說明如表1所示。

（二）數據來源

本文研究所涉及的微觀數據來自中國健康與養老追蹤調查。該調查是北京大學國家發展研究院和中國社會科學調查中心合作的一項長期調研項目，于2011年開展，此后每兩到三年追蹤一次，覆蓋150個縣級單位、450個村級單位、約1萬戶家庭中的1.7萬人。該項目收集了大量關于人口基本特征、家庭、住房、居民健康狀況和支出等信息的高質量微觀數據。本文采用家庭支出作為衡量家庭長期收入的指標①。此外，CHARLS還收集了居民健康狀況及家庭用于取暖和烹飪的燃料類型等詳細信息，能很好地滿足家庭能源消費、室內空氣污染和居民健康等相關研究的數據需求。本文采用2011、2013、2015和2018年數據，研究家庭能源消費對居民健康的影響②。

三、家庭能源消費對居民健康影響的實證研究結果

（一）家庭能源消費情況及居民健康狀況

為了量化評估家庭能源消費對居民健康的影響，本文將樣本分為兩組：一組是使用固體燃料的家庭（處理組），另一組是未使用固體燃料的家庭（控制組）。兩個子樣本的連續型和離散型變量描述性統計分析結果分別見表2和表3。數據表明，處理組與控制組在人口特征、生活習慣、家庭特征等方面均存在差異。其中，處理組中患慢阻肺、心臟病、中風和哮喘的人群比例高于控制組對應的患病人群比例。而且，處理組中認為自身健康狀況不好的人群比例也顯著高于控制組中的比例。由此推測，處理組人群的健康狀況可能并不是隨機發生的。因此，本文進一步通過構建PSM模型，消除自選擇偏差，以驗證家庭使用固體燃料對居民健康的影響。

（二）傾向得分值計算結果

在使用PSM 模型評估家庭使用固體燃料對居民健康的影響之前，參考已有文獻中的通用做法，本文先構建Logistic模型估計PSM模型中的傾向得分值。為了避免部分數據缺失導致各個健康變量對應的樣本量有所差異，本文采用每種健康變量所對應的樣本量分別計算傾向得分值。本文加入了城市固定效應，控制城市層面不隨時間變化因素對結果的干擾。此外，考慮到政策在時間維度上的推進常是由省級主導，故在控制城市固定效應的基礎上，還考慮了省份—年份交互固定效應，以控制省份和時間層面上實施的一系列可能影響固體燃料選擇的政策①。表4列示了Logistic模型的估計結果，參數估計值表示該解釋變量對被調查者所在家庭使用固體燃料可能性的影響程度。

（三）平衡性檢驗

為了考察處理組和控制組樣本在匹配后能否較好地平衡數據，本文對協變量進行了平衡性檢驗。結果表明，匹配前處理組和控制組在人口特征、生活習慣、家庭特征等變量上均存在不同程度的差異，匹配后，處理組和控制組的樣本在各變量上的差異均得到了大幅減?。ǔ龖糁餍詣e和婚姻狀況）②。同時，匹配前后實驗組和控制組樣本的傾向得分值核密度分布表明，匹配前二者的分離趨勢存在明顯的差異，但在匹配后，處理組和控制組的傾向得分值相較于匹配之前的密度分布更加接近。兩組之間的差異在很大程度上得到了消減③。

（四）中國家庭清潔能源轉型的健康影響系數估計結果

在此基礎上，本文基于以上影響家庭使用固體燃料的因素，估算得到每個樣本使用固體燃料的概率，并以此作為傾向得分值。本文選取了三種匹配方法（一對一近鄰匹配、一對四近鄰匹配、卡尺內一對四匹配），對6個健康指標按照傾向得分值進行處理組和控制組匹配，用于計算家庭使用固體燃料的平均處理效應（ATT），以有效度量使用固體燃料對居民健康的實際影響。模型的參數估計結果見表5。

研究表明，中國家庭使用固體燃料會顯著增加家庭成員的慢阻肺、心臟病和中風的發病率。而且，家庭使用固體燃料還顯著增加了家庭成員對自己健康的擔憂。采用不同匹配方法得出的平均處理效應接近，可見估計結果對匹配方法及匹配個數的選擇并不敏感，較為穩健。具體地，家庭使用固體燃料會使家庭成員患慢阻肺、心臟病和中風的風險增加。本文的估計結果與已有文獻對固體燃料使用/室內空氣污染對居民健康影響的結論基本一致[11]。

（五）穩健性檢驗

本文采用了面板二值選擇模型和線性概率模型對中國家庭清潔能源轉型的健康改善進行二次評估，以檢驗使用傾向得分匹配模型估計結果的穩健性。如表6所示，估計結果表明，除心臟病外，基于面板二值選擇模型和線性概率模型的估計結果與使用傾向得分匹配模型得出的結果基本一致。

本文選取的被解釋變量主要是呼吸系統及心血管方面的疾病，依據已有流行病學研究[12]，這類疾病受空氣污染影響的可能性很大。借鑒Qiu等[11]的做法，本文使用相同的PSM 模型，將被解釋變量更換為受空氣污染直接影響可能性較小的幾類疾病，如糖尿病/高血糖、惡性腫瘤、肝臟疾病和腎臟疾病，作為本文研究結果的另一種穩健性檢驗。表7結果表明，上述這些疾病的處理效應均不顯著?？梢?，家庭使用固體燃料對家庭成員健康的直接影響主要在于呼吸系統和心血管方面，與相關流行病學領域的研究結果一致。

四、中國家庭清潔能源轉型的效益與成本分析———以陜西省為例

家庭使用固體燃料不僅會造成嚴重的室內空氣污染，也會影響環境空氣質量[3，13]。目前已有大量研究表明，家庭清潔能源轉型能夠大幅改善空氣質量，尤其是在秋冬季節[3，8]。但是，關于家庭清潔能源轉型在具體實施過程中，該如何選擇固體燃料的替代方案，以增加社會效益，減少資源浪費，目前還處于實踐探索階段，也是學界熱議的一個重要話題，尚未得到統一結論。因此，本文在前文得出的家庭使用固體燃料對居民患病的影響系數的基礎上，進一步以陜西省為例，估計能源轉型改善居民健康的環境效益，以及減少溫室氣體排放的低碳效益，并對各類轉型方案的效益與成本進行定量對比，為合理推進家庭能源轉型提供方案建議。

（一）家庭清潔能源轉型情景設定

自2017年以來，陜西省以關中平原地區為重點，大力推進家庭散煤治理和清潔取暖①。2018年，陜西省政府多部門聯合發布《陜西省冬季清潔取暖實施方案（2017—2021年）》。截至2019年底，陜西省完成城鄉居民“煤改氣”“煤改電”等清潔能源轉型249萬戶，并在2020年繼續對75萬戶家庭實施清潔能源替代，確保完成關中平原地區清潔取暖。因此，陜西省預計將完成一共324萬戶家庭的清潔能源轉型。本文基于已有的研究文獻和陜西省家庭散煤治理政策與實踐，就目前政府主要推廣的幾類家用取暖和烹飪設備，假定以上陜西省關中平原地區家庭實施清潔能源轉型存在以下三種情景：

情景一：“煤改氣”，取暖設備為天然氣壁掛爐，烹飪設備為燃氣灶。

情景二：“煤改電”，取暖設備為空氣源熱泵（空氣源熱泵通過將室外的低位勢能轉換為高位勢能為室內供暖，效率能達到一般電暖器的2～4倍）②，烹飪設備為電磁爐。

情景三：“煤改電”，取暖設備為蓄熱式電暖器（蓄熱式電暖器可以在電力負荷低谷時段蓄電并在全天釋放熱能），烹飪設備采用電磁爐。

（二）家庭清潔能源轉型的空氣污染排放變化

取暖和炊事（做飯和燒水等）是家庭部門兩大主要能源服務?；诟黝惸茉吹臒嶂?、各類設備的效率，結合本文的調研，估算得到陜西省平均一個普通三口之家使用煤爐、電磁爐和燃氣灶進行炊事的能耗量分別約為每天1千克煤炭、5千瓦時電力和1立方米天然氣。家庭取暖所需的能耗量取決于不同能源品種的熱值、取暖設備的能效、家庭取暖面積和取暖時長以及建筑保溫性能等因素，本文通過下式計算陜西省平均每戶家庭用于取暖的能耗量[3]：

其中，EDHm 表示每戶家庭每年因取暖而產生的不同品種能源的需求量（m 為煤炭、天然氣或電力）;HD 是基于陜西省建筑能耗調研數據的家庭年均耗熱量，約為600 兆焦/平方米③[14];HA 表示平均每戶家庭的取暖面積，本文參考《北方地區冬季清潔取暖規劃（2017—2021年）》中提供的北方15?。ㄊ校┤∨娣e，國家統計局公布的各地區人口數量與城鄉人口比重，以及中國經濟統計數據庫（CEIC）的各地區家庭規模，估算得到陜西省平均每戶家庭取暖面積約為90平方米;En 表示設備能效，其中，散煤爐具、蓄熱式電暖器、空氣源熱泵和天然氣壁掛爐的能效分別取71%、270%、99%、和85%[3];TVm 是各種能源品種對應的熱值，其中，電力的熱值為3.6兆焦/千瓦時，天然氣的熱值為34兆焦/立方米，家庭部門所用散煤的熱值為22.21 兆焦/千克[3]?？紤]到天然氣壁掛爐的運行除了主要使用天然氣外，還要通過電力控制操作系統，本文通過天然氣壁掛爐的一般額定輸入功率（約125瓦）乘以其運行時間計算得到“煤改氣”的耗電量。

家庭部門實施清潔能源轉型會通過減少散煤產生的細微顆粒物（PM2.5）、二氧化硫（SO2）以及氮氧化合物等污染物的排放?；谏⒚喝紵腜M2.5、SO2 和氧化合物排放因子（見表8），本文可計算得到陜西省關中地區2020年家庭實施散煤替代的室內空氣污染物減少量，可實現PM2.5、SO2 以及氮氧化合物的減排量分別為4.58萬噸、4.27萬噸和1.83萬噸。

（三）家庭清潔能源轉型的能源消耗變化

考慮到實施家庭清潔能源轉型雖然會減少家庭部門的終端煤炭消費量，但電力需求量增加會導致用于發電的煤炭增加，本文基于陜西省2020年的發電結構和供電煤耗量，假設陜西省實施家庭“煤改電”新增的電力需求完全由陜西省內的發電廠提供，從而計算得到陜西省關中地區不同清潔能源轉型方案所導致的能源消費變化情況，如表9所示。

結果表明，完成陜西省關中平原地區家庭清潔能源轉型，能減少家庭部門超過1 200萬噸的終端散煤消費量。如果所有家庭均實施“煤改氣”，新增天然氣需求量約為72億立方米，相當于陜西省2022年全省計劃天然氣消費總量的44%。同時，由于天然氣壁掛爐的運行也要消耗電力，“煤改氣”還將新增電力需求近4億千瓦時。如果所有家庭均實施“煤改電”，取暖設備選擇空氣源熱泵、烹飪設備選擇電磁爐，新增的電力需求約為240億千瓦時，約占2022年陜西全省發電量的9%;但如果取暖設備選擇蓄熱式電暖器，新增電力需求則高達550億千瓦時，相當于2022年陜西全省發電量的20%，這可能會導致電力短缺問題。另外，由于陜西省火電比例較高，三種情形均會不同程度地增加發電部門的煤炭需求，尤其是使用蓄熱式電暖器替代散煤取暖時，新增的電煤需求量甚至可能超過家庭部門節約的散煤消費量。這也對電力能源結構轉型提出了新要求，發展新能源、加快電力部門清潔能源轉型刻不容緩。

（四）家庭清潔能源轉型的效益及成本界定

基于三種能源轉型方式對陜西省能源結構以及空氣污染程度的影響，本文進一步評估由此產生的轉型效益及成本?；谇拔牡姆治?，家庭使用固體燃料會顯著增加家庭成員患慢阻肺、心臟病及中風的風險。本文參考已有研究文獻中的常用做法，考慮實施家庭清潔能源轉型可降低居民相關疾病的發病率和死亡率及其相應的經濟損失，將其定義為實施家庭清潔能源轉型改善居民健康所產生的環境效益[17-18]。以陜西省關中平原地區家庭為例，對不同家庭清潔能源轉型方案所產生的健康改善進行量化評估。需特別指出的是，電廠排放的大氣污染物對家庭室內空氣污染沒有直接影響。因此，本文在測算不同轉型情景所產生健康改善的環境效益時，對發電部門排放的空氣污染物不做分析。此外，鑒于使用天然氣對室內空氣污染的影響同樣較小，本文在計算不同清潔能源轉型情景的環境效益時，對“煤改氣”后新增的室內空氣污染物也不做考慮。

此外，使用清潔能源或用能設備效率提高有助于減少溫室氣體排放，從而存在潛在的低碳效益[3，8]。中國是全球碳排放大國，尤其是2020年中國政府提出到2060年實現“碳中和”目標以來，碳減排已成為各級政府工作不可忽視的重要內容。家庭能源轉型能否降低溫室氣體排放也應被政府考慮在內。因此，本文還對各種清潔能源轉型方案所產生的低碳效益進行了量化：如果某種清潔能源替代方案能減少溫室氣體排放，則低碳效益為正;反之，其低碳效益則為負。

對成本而言，本文主要考慮了家庭清潔能源轉型所產生的終端消費成本，包括家庭購置清潔取暖和烹飪設備的投資成本，以及使用清潔能源的燃料成本。本文對家庭清潔能源轉型效益及成本的具體界定見表10。

（五）家庭清潔能源轉型的健康改善及對應的環境效益計算方法

本文測算家庭清潔能源轉型產生的健康改善包含兩方面：一是減少相關疾病的患病人數，二是減少因相關疾病而過早死亡的人數。首先，本文基于PSM 模型估計得到的參數，測算家庭清潔能源轉型通過改善室內空氣污染所減少的患慢阻肺、心臟病及中風的患病人數，計算公式如下：

其中， k 代表慢阻肺、心臟病或中風;Ek 表示疾病k 的患病人數;βk 表示本文估計的使用固體燃料對居民患疾病k 的影響系數;Pop 表示使用清潔能源替代固體燃料后，可避免暴露于室內空氣污染的人口數量。

其次，參考已有文獻中常用的“二元暴露分類”法[17-18]，本文基于暴露于室內污染與未暴露于室內污染人群之間的相對風險來估計家庭清潔能源轉型所能減少的過早死亡人數，計算方法如下：

其中，Mkst 表示分年齡s 和分性別t 的因疾病k 的死亡人數;Ikst 表示分年齡s 和性別t 的疾病k 的基準死亡率[17];Popst 表示家庭使用清潔能源后，可避免暴露于室內空氣污染的分年齡s 和性別t 的人數，通過2021年《中國統計年鑒》中公布的家庭人口規模和人口比例計算得到;AFk 表示歸因于使用固體燃料導致室內空氣污染所引發的某疾病k 的死亡概率。AFk 的計算方法如下：

其中，PSFU 表示使用固體燃料的家庭比例，V 為室內通風系數[19]，RRk 表示暴露于室內空氣污染的人群相對于未暴露人群因為疾病k 而過早死亡的相對風險系數①。本文參考相關研究[17-19]，在計算Mkst 時考慮三種疾?。?歲以下兒童急性下呼吸道感染（RRALRI）、30歲以上成人慢阻肺（RRCop）和肺癌（RRLC）。

為了便于以上健康改善與家庭實施清潔能源轉型的成本可以直接比較，本文進一步對健康改善進行貨幣化，即核算不同清潔能源轉型方案所能減少暴露人群過早死亡及患病所對應的經濟損失。針對過早死亡所產生的經濟損失，本文采用環境—健康研究領域常用的基于居民支付意愿的統計壽命價值（VSL）進行核算[20-21]。由于現有文獻中尚無針對陜西省居民的統計壽命價值，本文基于已有文獻中針對北京市居民與空氣污染相關的統計壽命價值估計結果，通過北京市和陜西省兩地之間人均可支配收入比值及彈性，估算陜西省居民的統計壽命價值[22]，具體公式如下：

其中，VSL* 表示陜西省居民的統計壽命價值，VSLB 是北京市居民的統計壽命價值，參照Zhang等[18]的計算結果，平均約為230萬元/人;Inc*是陜西省城鎮居民的人均可支配收入，IncB 是北京市城鎮居民的人均可支配收入，人均可支配收入數據來源于2021年《中國統計年鑒》;ela 是統計壽命價值的收入彈性，本文參考以往文獻，收入彈性取值為1[18]。由此計算得到陜西省居民的統計壽命價值約為97萬元/人。此外，針對暴露人群患病所產生的經濟損失，本文采用疾病成本法（COI），對家庭清潔能源轉型減少相關疾病發病率而產生的健康改善進行貨幣化②。根據《中國衛生健康統計年鑒2021》中發布的數據，（慢性肺源性）心臟病醫藥支出平均為8 084.9元/人;中風（腦血管?。┳≡涸\療費用平均為11 149.6元/人;此外，因為缺乏慢阻肺患者的診療支出，本文參考已有文獻中的處理方法，設定慢阻肺的COI為統計壽命價值的5.5%③。同時，由于慢阻肺的發病存在10～25年的時滯[22]，本文進一步通過折現法核算其所對應的健康改善的現值，折現系數為e-d×r [17]。其中，d 表示發病時滯，r 為折現率[18]。健康改善的貨幣化即為環境效益。

（六）家庭清潔能源轉型的低碳效益計算方法

考慮到煤炭在陜西省家庭能源消費結構中的高比例，以及薪柴、秸稈等生物質固體燃料排放的復雜性及其碳中性特征，本文在計算家庭清潔能源轉型的低碳效益時，僅考慮用天然氣或電力替代煤炭所產生的低碳效益。具體計算方法如下：

其中，REC-E 和REC-G 分別表示“煤改電”和“煤改氣”產生的溫室氣體減排量;Dcoal 表示“煤改電”或“煤改氣”前的煤炭消費量;DeCle-cE.表示家庭實施“煤改電”后，用于取暖和烹飪的電力需求量;DgCa-sG表示家庭實施“煤改氣”后，用于取暖和烹飪的天然氣需求量;DeCle-cG.表示家庭實施“煤改氣”后，用于取暖和烹飪的電力需求量（因為天然氣壁掛爐的運行也需要用電）;EF 表示不同能源品種對應的溫室氣體排放因子，包括CO2、CH4、和N2O。對于家庭實施“煤改電”所產生的間接碳排放（即發電所產生的碳排放），本文基于美國國家環境保護局（EPA）公布的電煤的平均排放因子，以及陜西省2020年的火電比例（88.2%）和供電煤耗（319.48克標煤/千瓦時）計算得到陜西省“煤改電”的間接排放因子EFeCleOc2.e約為826.40克CO2e/千瓦時;本文分別基于CH4 和N2O的100年全球變暖潛力值④GWPCH4 =25和GWPN2O =298，將CH4 和N2O排放量轉換為具有相同溫室效應影響的CO2 排放當量（表示為CO2e）。

基于以上三種轉型方案的減排量，本文進一步對低碳效益貨幣化，即將家庭清潔能源轉型前后所實現的溫室氣體減排量按照一定的碳價格折算出其經濟價值。本文參考Aldy等[23]的研究，通過碳排放的社會成本（約352元/噸CO2e，2020年不變價）①，衡量家庭清潔能源轉型的低碳效益。

（七）家庭清潔能源轉型的成本核算方法

不同方案下的設備投資成本和運行成本也可能存在很大差異[2-3]。在實踐中，這往往會成為某方案是否具有可行性和可持續性的關鍵因素。例如，如果選擇空氣源熱泵作為清潔取暖替代方案，其初始投資成本往往較高，但得益于其高效節能性能，運行成本較低;如果選擇電暖器，其初始投資成本相比空氣源熱泵較低，但其運行所需的電量遠高于空氣源熱泵，運行成本較高。為了更加清晰完整地呈現每種家庭清潔能源轉型方案的可行性和所需的政策支持，本文進一步就以上不同轉型方案對陜西省家庭造成的微觀成本（包括設備投資成本和設備運行成本）進行核算和比較。

1.設備投資成本核算

考慮到居民落實清潔能源轉型所需購置的清潔取暖和烹飪設備屬于耐用品，一般都是在購買時一次性付清，使用年限較長，具有投資屬性，因此，本文將家庭清潔能源轉型的設備投資成本平攤為年化成本，便于對具有不同使用壽命和運行成本的設備進行成本比較。計算方法如下：

其中，ACC 表示所有家庭購置清潔取暖和烹飪設備的年化成本;UCC 表示每個家庭購置設備時支付的初始投資成本;r 為折現率，取4%;T 為各類設備的使用壽命，其中，空氣源熱泵、蓄熱式電暖器、天然氣壁掛爐、電磁爐和燃氣灶的使用壽命分別為15、15、8、5和8年;HHN 表示實施清潔能源轉型的家庭總戶數。

不同清潔取暖和烹飪設備的成本取決于設備的功率大小、銷售價格及安裝費用等。對此，本文參考能源基金會發布的《中國農村散煤治理綜合報告（2022）》，結合陜西省實地調研情況，估算一個約90平方米取暖面積的陜西省家庭購置空氣源熱泵（熱風型）、蓄熱式電暖器、天然氣壁掛爐、電磁爐和燃氣灶的初始投資成本分別約為20 000、6 000、7 500、500和400元。

2.設備運行成本核算

考慮到家用設備的運行和維修成本較低且一般在壽命期內有保修服務，本文計算設備運行成本時，僅考慮新增的燃料成本，即實施清潔能源轉型前后，每戶家庭使用不同能源取暖和烹飪的燃料成本之差。燃料成本主要取決于各類能源的價格和消費量。對于“煤改電”家庭，燃料成本價格參考陜西省居民用電峰谷分時電價政策中的第一檔峰谷分時電價，峰時電價為0.548元/千瓦時（8：00至22：00），谷時電價為0.298元/千瓦時（22：00至次日8：00）②。對于“煤改氣”家庭，燃料成本價格參考西安市民用天然氣一階氣價（2.07元/立方米）③。與居民電力和天然氣定價方式不同，煤炭價格市場化程度較高、價格變動較大，本文參考北京大學能源研究院發布的《中國散煤綜合治理調研報告2021》，散煤價格取700元/噸。

（八）結果與討論

1.不同轉型情景產生的環境效益

計算得到陜西省關中地區實施家庭清潔能源轉型后，改善室內空氣質量產生的環境效益如表11所示。結果表明，實施清潔能源轉型可減少陜西省慢阻肺、心臟病和中風的患病人數分別約32 561、36 179和21 708例，共計超過9萬例，貨幣化處理后折合約15億元;同時，可減少因急性下呼吸道感染、慢阻肺和肺癌而過早死亡的人數分別約77、541和759例，共計近1 400例，折合約13億元/年?？紤]到家庭散煤替代對室外空氣污染的改善不在本文計算范圍之內，實施家庭清潔能源轉型的環境總效益很可能遠大于此數據。

2.不同轉型情景產生的低碳效益

因為溫室氣體排放的影響是全球性的，即在家庭部門和發電部門等量排放，對氣候變化影響沒有差異，所以與環境效益不同，幾種轉型政策對碳排放的影響存在很大差異。具體地，在本文所分析的轉型情景中，“煤改氣：天然氣壁掛爐+燃氣灶”轉型情景所產生的低碳效益最高，能減少1 780萬噸CO2e， 通過碳排放的社會成本貨幣化為低碳效益約62.66億元，其次是“煤改電：空氣源熱泵+電磁爐”情景，能減少1 196.6萬噸CO2e，產生42.12億元的低碳效益。值得注意的是，“煤改電：蓄熱式電暖器+電磁爐”轉型情景增加了約1 372.63萬噸溫室氣體排放，低碳效益為-48.32億元。這主要是因為陜西省發電結構目前仍以火電為主，2020年，約88%的電力生產仍來自火力（主要是燃煤）發電，目前的電廠還未能實現大規模的碳捕捉、利用和收集（CCUS）。因此，在電網進一步實現低碳轉型之前，用電暖器替代散煤取暖，盡管有助于降低空氣污染物（特別是家庭終端空氣污染物）排放，但存在增加溫室氣體排放的風險。

3.不同轉型情景下的經濟成本與凈效益

作為與家庭清潔能源轉型效益的對比，本文進一步計算了三種不同轉型情景下家庭部門的轉型成本，如表12所示。結果表明，三種情景均會增加居民需支付的經濟成本，其中，“煤改電：蓄熱式電暖器+電磁爐”的平均總成本最高，其次是“煤改氣：天然氣壁掛爐+燃氣灶”。由于空氣源熱泵的高效優勢能在很大程度上節省用電支出，因此盡管安裝空氣源熱泵的設備成本較高，但從年均家庭成本來看，比使用天然氣壁掛爐和蓄熱式電暖器都更具經濟性。從效益方面看，三種轉型情景都具有顯著的環境效益。但是，由于陜西省發電結構中的火電比例較高，而CCUS等技術普及率較低，因此使用蓄熱式電暖器替代散煤取暖并不利于降低溫室氣體排放，除此之外，使用天然氣和空氣源熱泵替代散煤都能獲得較高的低碳效益。對比成本與效益來看，三種方案中居民需要承擔的轉型成本均高于效益，在目前的能源價格和電力結構現狀下，短期內費效比較低，對居民而言，存在轉型投入大于產出的問題。

需要說明的是，當下凈效益為負并不意味著中國家庭能源轉型會降低社會福利，因為該凈效益并不等同于社會福利。陜西省環境科學研究院①以陜西省為例的研究也表明，減污降碳的效費比小于1，即靜態的凈效益為負。原因主要包括兩個方面：首先，目前只考慮了2020年的靜態成本—效益核算，未考慮跨期動態技術進步可能帶來的成本下降?，F有家用電器和清潔能源價格的發展歷程表明，隨著生產技術的推廣和市場的擴大，“干中學”導致的學習曲線意味著空氣源熱泵、蓄熱式電暖器等價格存在很大的下降空間。同時，隨著能耗技術的進一步提升，運行成本也將繼續下降。其次，隨著“雙碳”目標的推進，陜西省電力結構將逐步向清潔低碳化發展，煤電比例將降低，這將使家庭能源清潔轉型的低碳和環境效益得到大幅提升。因此，家庭能源轉型仍然具有良好的發展前景。

五、敏感性分析

本文在計算成本—效益時涉及大量參數的設定，其中，部分參數的取值具有不確定性，參考大部分文獻的做法，對參數取均值。為了驗證結果的穩健性，本文參考Jin等[17]的研究，放寬對部分關鍵參數的設定，對結果進行區間估計：5歲以下兒童下呼吸道感染的死亡率（0.029%～0.043%）、30歲以上男性慢阻肺的死亡率（0.104%～0.156%）、30 歲以上女性慢阻肺的死亡率（0.078%～0.117%）、30歲以上男性肺癌的死亡率（0.062%～0.094%）、30歲以上女性肺癌的死亡率（0.038%～0.058%）、30歲以上暴露人群患慢阻肺的相對風險系數（1.25～1.69）、30歲以上暴露人群患肺癌的相對風險系數（1.64～3.15）、5歲以下暴露人群患急性下呼吸道感染的相對風險系數（1.81～4.34）。

為了盡可能不造成由于上述參數不確定性所導致的結果遺漏，本文在穩健性分析中對每個參數按照區間范圍從小到大等距取10個值，從而得到1億個可能的凈效益結果（分布情況見圖2）。結果表明， 已有文獻對幾類空氣污染相關疾病死亡率及暴露人群患病相對風險系數的估計結果（不確定性）對本文的結論并沒有影響本文的估算結果，即如果僅考慮室內空氣污染和居民需支付的成本，短期內陜西省三種家庭能源轉型方案的凈效益均為負，且使用電暖器取暖的凈效益遠小于使用天然氣或高效節能的空氣源熱泵。

六、研究結論與政策建議

家庭部門使用煤炭等固體燃料造成的空氣污染存在很大的健康隱患，同時也是溫室氣體排放的主要來源之一。本文首先基于中國健康與養老追蹤調查數據，通過傾向得分匹配法構建處理組和對照組，估算中國家庭使用煤炭等固體燃料對居民健康的影響，為能源轉型對公共健康的影響提供數據參考。然后，以陜西省關中地區為例，對家庭部門實施不同“煤改電”和“煤改氣”政策的環境效益、低碳效益及相應的經濟成本進行了核算。主要結論如下：

（1）家庭固體燃料燃燒會分別增加家庭成員患慢阻肺、心臟病和中風的風險約為0.9%、1.0%和0.6%，同時還增加了家庭成員對自己健康狀況的擔憂。實施清潔能源轉型對居民來說可以改善健康狀況。

（2）實施家庭清潔能源轉型不僅可減少空氣污染，改善居民健康狀況，同時減少散煤燃燒還可能減少溫室氣體排放，實現低碳協同效益。本文以陜西省為例，研究發現三種清潔能源轉型方案中，“煤改氣”方案能最明顯降低溫室氣體排放，具有最大的低碳效益，而兩種“煤改電”方案中，使用較高效的設備———“空氣源熱泵+電磁爐”也具有低碳效益，但“蓄熱式電暖器+電磁爐”由于用電量較大，在火力占比較大的發電結構下有增加碳排放風險。

（3）在對陜西省清潔能源轉型方案效益量化的基礎上，本文進一步核算了各種方案下居民需支付的成本。結果表明，短期內三種方案的凈效益都為負。其中，由于當前陜西省電力結構仍以煤為主，因此“煤改氣”的效益高于“煤改電”;此外，由于空氣源熱泵具有高效節能的特性，因此使用空氣源熱泵的成本也較低;相較而言，盡管蓄熱式電暖器可以錯峰儲熱，其經濟性仍不如使用空氣源熱泵或天然氣。

綜上，家庭部門使用清潔能源替代傳統固體燃料對居民的健康有顯著改善效應。以陜西省為例，現有的電力結構對“煤改電”的凈效益有很大影響。短期內家庭部門清潔能源轉型的效益受限，而成本較高，居民自發實現轉型的可能性較小?；谝陨涎芯堪l現，本文提出如下建議：

（1）從健康改善導致的環境效益而言，如果僅從家庭清潔能源轉型減少家庭室內空氣污染物及其相應的健康改善來看，家庭使用清潔能源替代散煤的成本目前還高于效益，不利于居民大規模自發實現家庭清潔能源轉型。需要政府積極引導和支持家庭加快清潔能源轉型，這對于實現“美麗中國”和“健康中國”具有重要意義。政府應通過完善家用電器能效及使用成本標識、為節能設備提供無息或低息貸款等措施，鼓勵居民積極使用高效節能設備。

（2）從低碳效益而言，雖然家庭能源轉型能有效降低家庭終端空氣污染物，但要想通過“煤改電”達到碳減排效果，需要同時配合發電結構清潔轉型。以本文的研究對象陜西省為例，電力結構中火電占比較高是導致陜西省“煤改電”凈效益較低的重要原因。一方面，要大力推進火電低碳發展關鍵技術攻關，加快電力部門的清潔、低碳化發展，以及碳捕捉、利用和封存技術的研發應用，這不僅有助于環境改善，對經濟發展的不利影響也較小。另一方面，同時完善市場機制與火電轉型財政金融聯合支撐體系建設，為面臨低碳減排和安全保供雙重壓力的火電行業提供支持。

（3）盡管計算結果顯示“煤改氣”的凈效益高于“煤改電”，但是考慮到成本和推行可行性，大規模實施“煤改氣”需要確保有穩定且可靠的氣源。而且，如果要在農村地區推行“煤改氣”，需要大面積鋪設燃氣管道，成本高昂且可能存在對溫室氣體的長期“鎖定效應”。隨著可再生能源在電力結構中的比重不斷增大，“煤改電”的效益將會日漸增大并有望超過“煤改氣”。

需要指出的是，本文在測算家庭使用清潔能源的環境效益時，僅考慮了室內空氣質量的改善對健康風險的影響，而沒有考慮室外（環境）空氣污染對居民相關疾病的影響，以及農業作物和室外建筑材料損失減少等效益。這些都是家庭清潔能源轉型“正外部性”的重要方面。如果能將這些因素考慮進去，很可能會產生正的凈效益，這正是政府大力支持家庭清潔能源轉型的原因之一。本文未對這些因素進行測算，一方面是因為數據和模型的限制，另一方面是因為這些因素屬于使用清潔能源的外部性，如果沒有政策機制將其內部化，家庭在做決策時很難會將其作為效益納入考慮范圍。在“美麗中國”“雙碳”和“高質量發展”等重要戰略目標的推動下，中國將加速電力結構的清潔化和低碳化，這將有助于提高居民使用“煤改電”的環境效益和低碳效益;同時，隨著清潔能源設備工具（例如空氣源熱泵等）技術的普及和市場的擴大，成本將呈現下降趨勢。因此，政府需要出臺相關政策，通過規制和激勵等手段激發居民使用清潔能源的積極性，促進中國家庭清潔能源轉型并推動相關技術的研發和應用推廣，加速跨過學習曲線的拐點，最終實現“市場主導、居民自愿”。

參考文獻：

［1］?LJUNGMAN?P?L?S，?ANDERSSON?N，?STOCKFELT?L，?et?al.?Longterm?exposure?to?particulate?air?pollution，?black?carbon，?and?their?source?components?in?relation?to?ischemic?heart?disease?and?stroke[J].?Environmental?Health?Perspectives，?2019，?127（10）：?107012.

[2]?LIU?H?X，?MAUZERALL?D?L.?Costs?of?clean?heating?in?China：?evidence?from?rural?households?in?the?BeijingTianjinHebei?region[J].?Energy?Economics，?2020，?90：?104844.

[3]?ZHOU?M，?LIU?H?X，?PENG?L?Q，?et?al.?Environmental?benefits?and?household?costs?;of?clean?heating?options?in?northern?China[J].?Nature?Sustainability，?2021，?5（4）：?329338.

[4]?劉明輝，?李江龍，?孟觀飛，?等.?氣候沖擊背景下溫度變化如何影響家庭能源消費：基于需求異質性視角[J].?西安交通大學學報（社會科學版），?2022（4）：?7485.

[5]?丁凡琳，?陸軍.?居民能耗碳強度測算及其空間影響研究：來自中國285個地級市面板數據[J].?當代經濟科學，?2020（2）：?92103.

[6]?LIU?J，?MAUZERALL?D?L，?CHEN?Q，?et?al.?Air?pollutant?emissions?from?Chinese?households：?a?major?and?underappreciated?ambient?pollution?source[J].?Proceedings?of?the?National?Academy?of?Sciences?（PNAS），?2016，?113（28）：?77567761.

[7]?YU?K，?LYU?J，?QIU?G?K，?et?al.?Cooking?fuels?and?risk?of?allcause?and?cardiopulmonary?mortality?in?urban?China：?a?prospective?cohort?study[J].?The?Lancet?Global?Health，?2020，?8（3）：?e430e439.

[8]?WANG?J?X，?ZHONG?H?W，?YANG?Z?F，?et?al.?Exploring?the?tradeoffs?between?electric?heating?policy?and?carbon?mitigation?in?China[J].?Nature?Communications，?2020，?11（1）：?6054.

[9]?BAUMGARTNER?J，?ZHANG?Y?X，?SCHAUER?J?J，?et?al.?Highway?proximity?and?black?carbon?from?cookstoves?as?a?risk?factor?for?higher?blood?pressure?in?rural?China[J].?Proceedings?of?the?National?Academy?of?Sciences（PNAS），?2014，?111（36）：?1322913234.

［10］GROSSMAN?M.?On?the concept?of?health?capital?and?the?demand?for?health[J].?The?Journal?of?Political?Economy，?1972，?80（2）：223255.

［11］QIU?Y，?YANG?F，?LAI?W?Y.?The?impact?of?indoor?air?pollution?on?health?outcomes?and?cognitive?abilities：?empirical?evidence?from?China[J].?Population?and?Environment，?2019，?40（4）：?388410.

［12］鐘南山.?慢性阻塞性肺疾病在中國[J].?中國實用內科雜志，?2011（5）：?321322.

［13］LIU?S?W，?LIU?H?X，?MAUZERALL?D?L.?Improving?building?envelope?efficiency?lowers?costs?and?emissions?from?rural?residential?heating?in?China[J].?Environmental?Science?&?Technology，?2023，?57（1）：?595605.

［14］清華大學建筑節能研究中心.?中國建筑節能年度發展研究報告2011[M].?北京：?中國建筑工業出版社，?2011：?46.

［15］葉建東，?章永潔，?蔣建云，?等.?農村型煤替代散煤采暖對比分析[J].?建筑節能，?2016（11）：?102103.

［16］郝國朝，?曹國良，?馬麗萍.?陜西省民用散煤燃燒氣態污染物排放因子研究[J].?環境與可持續發展，?2018（2）：?5760.

［17］JIN?Y?N?，?ANDERSSON?H，?ZHANG?S?Q.?China’s?cap?on?coal?and?the?efficiency?of?local?interventions：?a?benefitcost?analysis?of?phasing?out?coal?in?power?plants?and?in?households?in?Beijing[J].?Journal?of?BenefitCost?Analysis，?2017，?8（2）：?147186.

［18］ZHANG?X，?JIN?Y?N，?DAI?H?C，?et?al.?Health?and?economic?benefits?of?cleaner?residential?heating?in?the?BeijingTianjinHebei?region?in?China[J].?Energy?Policy，?2019，?127：?165178.

［19］SMITH?K?R，?MEHTA?S，?MAEUSEZAHLFEUZ?M.?Comparative?quantification?of?health?risks：?indoor?air?;pollution?from?household?user?of?solid?fuels[M].?Geneva：?World?Health?Organization，?2004：?14351493.

［20］HAMMITT?J?K，?ROBINSON?L?A.?The?income?elasticity?of?the?value?per?statistical?life：?transferring?estimates?between?high?and?low?income?populations[J].?Journal?of?BenefitCost?Analysis，?2011，?2（1）：?129.

［21］LI?J?L，?YANG?L?S，?LONG?H?Y.?Climatic?impacts?on?energy?consumption：?intensive?and?extensive?margins[J].?Energy?Economics，?2018，?71：?332343.

［22］JEULAND?M?A，?PATTANAYAK?S?K.?Benefits?and?costs?of?improved?cookstoves：?assessing?the?implications?of?variability?in?health，?forest?and?climate?impacts[J].?PLoS?ONE，?2012，?7（2）：?e30338.

［23］ALDY?J?E，?KOTCHEN?M?J，?STAVINS?R?N，?et?al.?Keep?climate?policy?focused?on?the?social?cost?of?carbon[J].?Science，?2021，?373（6557）：?850852

編輯：鄭雅妮，高原