關于光伏行業(yè)所謂的“高耗能”

　　多年來，受光伏行業(yè)上游多晶硅原料發(fā)展初期的生產裝備落后、工藝技術掌握不完全、生產規(guī)模較小等影響，生產能耗相對較高，行業(yè)也被冠以“高耗能”的帽子，部分媒體甚至報道“大量出口太陽能電池組件相當于大量出口我國緊缺能源”的觀點，直至最近某些文章中仍在繼續(xù)引用上述錯誤觀點，在社會上造成了對光伏產業(yè)的不良影響。

　　事實上早在2010年，原中國光伏產業(yè)聯盟副秘書長嚴大洲等人就曾撰文以有力的事實批駁過此觀點[1]，且隨著時過境遷，光伏行業(yè)經過多年的發(fā)展，生產能耗在當時的基礎上又已經得到極大的降低。最近，協(xié)會秘書處沿用嚴大洲等專家的方法，進一步測算了光伏全產業(yè)鏈的能耗水平，證明光伏產品制造過程中所消耗的能源僅需光伏電池發(fā)電1.17年即可收回，2015年光伏行業(yè)萬元產值能耗比全國萬元GDP能耗低67%，與上述錯誤觀點“差之千里”。為澄清事實，以正視聽，特分析如下：

　　1.晶體硅光伏發(fā)電產業(yè)鏈

　　光伏行業(yè)產業(yè)鏈如下所示，從我國光伏市場情況看，多晶電池組約占我國晶體硅電池市場份額的80以上，因此這里以多晶電池產業(yè)鏈進行分析其全周期的生產能耗。

圖1晶體硅太陽電池產業(yè)鏈

　　2.能耗計算邊界條件

　　以原料硅砂為起點，到制成晶體硅光伏發(fā)電系統(tǒng)，全部能量消耗EP表達式：

　　EP = EP1 + EP2 + EP3 + EP4 + EP5 + EP6 + EP7 + EP8

　　其中：

　　EP1為“硅砂——冶金硅”的能耗：12kwh/kg;

　　EP2 為“冶金硅——多晶硅”的能耗80kwh/kg(改良西門子法國內平均水平，當前國內先進水平已經達到60kwh/kg);

　　EP3為“多晶硅——多晶鑄錠”的能耗8kwh/kg，(目前多晶硅鑄錠已進入G6機型，裝料重量在600kg-800kg，未來將向更大裝料重量的G7、G8機型發(fā)展，電耗還有不少降低的空間)

　　EP4為“多晶硅錠-多晶硅片”的能耗：0.45kwh/片(光伏規(guī)范條件中要求現有項目硅片能耗不低于45萬kwh/百萬片，當前國內領先企業(yè)已下降至0.3kwh/片以下);

　　EP5為“多晶硅片——多晶硅光伏電池”的能耗：0.1kwh/Wp;

　　EP6為“光伏電池——光伏組件”的能耗：0.35kwh/Wp，(這環(huán)節(jié)耗能較大的主要是鋼化玻璃和鋁框，背板、EVA、接線盒等耗電較小。按60片組件玻璃重量為12.93kg，每噸光伏玻璃耗能350kgce，按1度電等量0.1229kg標煤計算，光伏玻璃耗電為0.142kwh/w，60片組件所需鋁邊框2.8kg，按每噸耗電1.335萬度，鋁邊框電耗為0.144kwh/w，組件層壓等耗電約為0.06kwh/w)

　　EP7為“逆變器及系統(tǒng)平衡部件”的能耗，含支架、并網控制逆變器、電纜、開關、儀表等的生產能耗，按每MW電站需支架鋼材5000噸、鋼筋1500噸、各類電纜850千米進行計算，支架鋼材和鋼筋的能耗為0.3kwh/w，電纜能耗約為0.01kwh/w，升壓變、逆變器等按0.05kwh/w計算，總能耗約為0.36kwh/w。

　　EP8為“組件運輸、系統(tǒng)施工安裝及其他”等，部分耗能比較大的主要是水泥，按每MW需水泥70噸計算，水泥能耗為0.06kwh/w，其他如運輸、電池制造的銀鋁漿、切割用的材料生產等，簡單估算為0.05wkh/w，合計0.11kwh/w。

　　3.計算結果

　　多晶硅生產消耗工業(yè)硅原料：1.2kg，即每生產1kg高純多晶硅需要1.2kg冶金硅;

　　鑄錠消耗高純多晶硅：1.05kg，即1kg硅錠需要1.05kg高純多晶硅;

　　1kg硅錠可以切156×156mm的硅片49片，按現在多晶電池平均轉換效率18.3%計算，每片平均制造4.45Wp太陽電池，合計為：218Wp/kg。

　　制造每瓦太陽電池需要的高純多晶硅：1050g/218Wp = 4.81g/Wp;

　　制造每瓦太陽電池需要的工業(yè)硅：1.05×1.2×1000g/218Wp = 5.8g/Wp;

　　根據上述參數計算，得到各環(huán)節(jié)電力消耗情況如下：

　　EP1 =12kWh/kg×5.8g/Wp/1000 = 0.0696 kWh/Wp

　　EP2 = 80kWh/kg×4.81g/Wp/1000 = 0.384 kWh/Wp

　　EP3 =8kWh/kg÷218Wp/kg = 0.036kWh/Wp

　　EP4=0.45kwh/片÷4.45Wp/片=0.1kwh/Wp

　　EP5=0.1kwh/Wp;

　　EP6=0.35kWh/Wp;

　　EP7=0.36kWh/Wp;

　　EP8=0.11kwh/Wp

　　太陽能電池片至組件的效率損失大概在1.5%左右，全部能量消耗：EP = (EP1+ EP2 + EP3 + EP4 + EP5)/0.985 + EP6+EP7+EP8

　　=1.52kWh/Wp

　　如果按照當前國內領先企業(yè)的能耗水平計算，每瓦的耗電成本可進一步下降。按硅粉耗量1.15kg/kg-Si，多晶硅生產綜合電耗60kwh/kg-Si，硅錠電耗8kwh/kg，金剛線切割單位出片量55片，切割電耗0.3kwh/片，多晶電池轉換效率18.8%計算，則全部能量消耗僅為1.33kwh/w左右。

　　4.能量回收期計算

　　光伏發(fā)電系統(tǒng)的能量回收期TP(年)=制造光伏系統(tǒng)的全部能耗/光伏發(fā)電系統(tǒng)年發(fā)電量，即光伏發(fā)電的增值效應。

　　根據上面的測算，可以得到光伏發(fā)電從硅石到系統(tǒng)的總能耗為1.52kwh/Wp。

　　中國西北部的太陽能資源豐富，光伏發(fā)電系統(tǒng)的年滿發(fā)平均利用小時數1500小時以上，中東部約為1100小時，取兩者平均值1300小時，即每峰瓦太陽電池一年可以發(fā)出1.3kWh電。由此，可以計算出光伏發(fā)電的能量回收期：

　　TP = 1.52/1.3 = 1.17年

　　即在晶體硅電池實現發(fā)電后，只需要1.17年就可以收回生產過程中所消耗的電力，先進產能則僅需1年左右。而太陽能組件的質保普遍在25年，有些甚至達30年，太陽能電池在全壽命周期內，基本上都是生產清潔電力。與傳統(tǒng)煤電比較，2015年我國6000千瓦及以上電廠供電標準煤耗為315克標煤/kWh，最先進的超超高臨界發(fā)電機組煤耗約為268克標煤/kWh，而光伏生命期內耗電1.52度電，折合標煤約為478克標準煤，25年壽命周期內可發(fā)電32.5kWh，即平均每度電耗費14.7克標煤，僅為最先進煤電機組的5.4%。因此，太陽能光伏發(fā)電是名副其實的清潔能源電力。

　　5.光伏萬元產值能耗比較

　　如果將光伏系統(tǒng)作為一個產品，按2015年光伏系統(tǒng)投資約為8.5元/瓦，每瓦耗電量約為1.52度，根據GB/T2589—2008《綜合能耗計算通則》各種能源標準參考系數電力(當量值)為0.1229kgce/(kw.h)，即一度電折算0.1229kgce千克標煤計算，1.52度電折合0.186kgce，即光伏行業(yè)的萬元產值能耗約為0.21噸標準煤，而2015年我國能源消費總量43.0億噸標準煤，國內生產總值為676708億元，即2015年全國萬元GDP能耗平均為0.635噸標準煤，光伏萬元產值能耗比全國平均萬元GDP能耗低約67%，因此光伏行業(yè)所謂的“高能耗”說法是站不住腳的。

　　6.光伏行業(yè)與傳統(tǒng)高耗能產業(yè)的比較

　　從上述光伏產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的數據看，能耗最高的是多晶硅環(huán)節(jié)，因此可將能耗最高的多晶硅與傳統(tǒng)高耗能產業(yè)電解鋁和水泥進行對比研究，從上述分析可以看到，多晶硅生產過程中，電耗約為80kwh/kg-Si，折合標煤9.83kgce/kg-Si(這里不計多晶硅生產過程中所需的蒸汽，按熱值計入蒸汽后，折合標煤約為11.4kgce/kg-Si)最近一年多晶硅產品價格平均為12萬元/噸，對應的萬元產值能耗約為0.82噸標煤。而根據工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃數據，電解鋁生產電耗約為13350kwh/噸，過去一年平均價格約為1.25萬元，對應的萬元產值能耗為1.31噸標煤，而水泥則為3.86噸標煤。因此多晶硅的萬元產值能耗遠低于電解鋁和水泥，加上其他環(huán)節(jié)后，如將光伏系統(tǒng)作為產品計算，其萬元產值能耗僅為0.21，更是遠低于傳統(tǒng)高耗能產業(yè)，如下表所示。

　　值得指出的是，“高耗能”一詞產生的背景是由于“十一五”期間電力需求緊張，為了節(jié)能而衍生出該詞，國家也將六大行業(yè)列為高耗能產業(yè)，但在當前電力過剩的背景下，再談高耗能已經無太大意義。而從全壽命周期看，光伏生產過程中所耗電力僅需約一年多一點即可全部回收，可為世界貢獻25年以上的清潔能源，因此關于光伏行業(yè)所謂“高耗能”的話題可以休矣。