跨越过渡期：北京农村天然气应用的经济与环境影响评估

《Energy Policy》：Bridging the transition: Economic and environmental impact assessment of rural natural gas adoption in Beijing

　　摘要：天然气在农村能源系统从煤炭向可再生能源过渡的过程中起着过渡性燃料的作用。然而，这一过渡会给经济带来显著影响，并在不同收入群体间造成不平等的福利效应。本研究构建了一个包含扩展型收支模块的区域可计算一般均衡模型，用以评估北京农村地区采用天然气所带来的经济与环境影响。研究结果表明，虽然污染物排放量大幅减少，能效也有所提升，但环境效益会随着时间逐渐减弱。不同收入群体的家庭能源负担增加程度存在差异，中高收入家庭需承担7至12年的更高负担，而低收入家庭则面临更为长期的压力。GDP最初会下降，但随着效率的提升和产业结构的调整，逐步恢复。这些发现强调了长期定向补贴以及配套产业政策在推动可持续能源转型中的重要性。

引言：数十年来，农村家庭主要依靠煤炭和生物质等固体燃料来满足取暖需求，这导致了大量有害污染物的产生，降低了空气质量，每年还造成众多过早死亡病例（国际可再生能源机构，2024；Yun等人，2020；Wu等人，2022）。与此同时，由于燃烧更清洁且全球储量丰富，天然气已成为家庭能源系统从煤炭向可再生能源过渡过程中的重要过渡燃料（Kumar等人，2020；Bugaje等人，2022）。在中国北方，《大气污染防治行动计划》推动了清洁住宅能源的使用，以应对严重的雾霾问题。到2021年，该地区已有超过2700万户农村家庭用天然气或其他更清洁的能源替代煤炭作为主要能源来源（中国能源基金会、清华大学建筑能源研究中心，2022）。然而，中国北方冬季漫长且寒冷，尤其在没有集中供暖系统的农村地区，冬季取暖成为必不可少的需求。用价格更高的天然气替代煤炭，会增加满足基本生活需求的经济负担，家庭能源支出比例可能上升至25.9%（Li等人，2022）。这种成本上升很可能会造成分配不均，低收入家庭因收入有限且高度依赖基本能源服务，其承受更高能源成本的能力较弱，因而面临更大压力（Leach，1992；Tan等人，2023）。在此背景下，政府支持对于维持弱势农村家庭的可负担性起到了关键作用。而天然气补贴的逐步削减，则进一步增加了这些家庭陷入能源贫困的风险（唐山市财政局，2021；北京市农业农村局、北京市财政局及北京市地方金融监督管理局，2023；Wang等人，2024）。这种能源转型的影响不仅限于家庭预算，用天然气替代煤炭还会影响能源价格、改变各行业的生产成本，并通过市场关联产生整个经济领域的效应。随着时间推移，这些调整可能会改变环境效益、福利影响和经济成本的规模与持续性。因此，尽管农村使用天然气具有环境优势，但仍有一些重要的政策问题需要解答：这种转型如何在不同农村家庭之间重新分配福利负担？随着相关环境与经济权衡的变化，定向支持应持续多久？

迄今为止，大多数现有研究都集中在家庭能源转型带来的环境效益上。实证研究表明，用更清洁的能源替代煤炭，能够大幅减少包括PM2.5、PM10、SO2和NO2在内的主要空气污染物的排放浓度，从而带来可测量的环境和健康双重效益（Burney，2020；Mei等人，2021；Zeng等人，2022；Weng等人，2022；Wang等人，2024；Yin等人，2025；Liao等人，2025）。还有研究指出，现代化的家庭能源供应体系以及能效的提升，能够进一步增强此类转型带来的环境效益（Tang等人，2021；Xue等人，2023）。不过，大多数研究仅评估短期或静态结果，对于初始的环境改善能否长期维持，所提供的证据十分有限。因此，明确这些效益的持久性，对于判断环境效益的时间范围以及弥补现有研究在可持续性方面的不足具有重要意义。

除了环境评估之外，越来越多的研究开始探讨燃料替代所带来的经济和分配效应。现有证据表明，用天然气替代煤炭会增加燃料成本和设备改造费用，给农村家庭带来额外的经济压力，同时也给地方政府带来财政挑战（Zhang等人，2019；Li等人，2023；Jiang等人，2024）。在家庭福利方面，基于调查的研究主要致力于识别易陷入能源贫困的家庭特征，结果一致显示，低收入居民在采用更清洁的能源后，更有可能面临更高的能源负担（Zou和Luo，2019；Wu等人，2019；Xie等人，2022a；Yang等人，2025）。即便如此，这些研究仍未能提供足够的定量证据，说明在相同的转型冲击下，不同收入群体之间的能源负担存在怎样的差异，以及这些差异随时间如何变化。此外，相关研究还探讨了更广泛的经济效应，包括其他消费领域的挤出效应、相关行业的调整成本，以及能效提升可能带来的收益（Churchill等人，2020；Li等人，2019；Lin和Jia，2020；Chen等人，2022）。然而，家庭能源替代与整个经济体的调整之间的动态互动关系仍缺乏充分了解。更清晰地评估这些经济和福利效应，能为设计有效的支持政策、降低农村能源转型带来的调整成本提供实证依据。

为填补这些研究空白，本研究构建了一个包含扩展型收支模块的区域可计算一般均衡模型，用以评估北京农村地区采用天然气所带来的环境、福利和宏观经济影响。研究特别关注五个不同农村家庭收入群体之间的差异性福利效应。可计算一般均衡框架非常适合这类分析，因为它能够体现生产、消费和能源系统之间的相互作用，使得排放量、行业产出和宏观经济结果能够根据政策冲击内生地确定下来（Cao等人，2021；Zhang等人，2022、Zhang等人，2024；Du等人，2025）。该模型根据详细的调查数据将农村家庭分为五个收入层次，从而能够在2012年至2035年的23年模拟期内，细致地分析不同收入群体之间的能源负担和福利状况的变化趋势。此外，该模型的递归动态结构还能追踪资本和劳动力积累随时间的变化，帮助研究确定初始福利损失何时开始逆转（Diao和Thurlow，2012；Jia和Lin，2022）。

基于这一框架，本研究主要有三方面的贡献。首先，它结合自下而上的农村住宅天然气需求测算与自上而下的递归动态可计算一般均衡模型，全面评估农村家庭能源转型带来的环境、福利和宏观经济影响。自下而上的测算方法是根据家庭的取暖、烹饪和沐浴需求来估算天然气需求，从而更真实地反映能源消费模式。随后，可计算一般均衡模型通过在一个统一的框架内将家庭行为、生产活动及排放情况联系起来，量化更广泛的经济社会影响。其次，本研究通过基于调查数据将农村家庭分为五个收入群体，并引入扩展型的家庭收支模块，将家庭异质性纳入区域可计算一般均衡模型中。这种方法有助于随时间追踪能源转型带来的分配效应，尤其是弱势家庭所面临的福利压力的持续性与逆转情况。第三，本研究探讨了不同的转型速度如何影响家庭福利和宏观经济调整。通过比较不同的转型路径，它明确了短期调整成本与长期经济效应之间的权衡关系，为设计农村能源转型期间的家庭支持政策提供了有益参考。

在引言之后，第2节阐述了研究方法，重点介绍了为本研究开发的可计算一般均衡模型结构及其对收支模块的扩展。第3节说明了数据来源以及转型场景的设计。第4节展示了模拟结果。第5节将关键研究发现与现有文献进行对比，进一步分析实证结果。最后，第6节总结了主要研究发现，并提出了旨在推动可持续且公平的农村能源转型的政策建议。