微信客服
微信公眾號
多年來，受光伏行業(yè)上游多晶硅原料發(fā)展初期的生產(chǎn)裝備落后、工藝技術掌握不完全、生產(chǎn)規(guī)模較小等影響，生產(chǎn)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(chǎn)業(yè)的不良影響。
事實上早在2010年，原中國光伏產(chǎn)業(yè)聯(lián)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(jīng)過多年的發(fā)展，生產(chǎn)能耗在當時的基礎上又已經(jīng)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(chǎn)業(yè)鏈的能耗水平，證明光伏產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)業(yè)鏈
光伏行業(yè)產(chǎn)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(chǎn)業(yè)鏈進行分析其全周期的生產(chǎn)能耗。
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(nèi)平均水平，當前國內(nèi)先進水平已經(jīng)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(xiàn)有項目硅片能耗不低于45萬kwh/百萬片，當前國內(nèi)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(wǎng)控制逆變器、電纜、開關、儀表等的生產(chǎn)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(chǎn)等，簡單估算為0.05wkh/w，合計0.11kwh/w。
3.計算結果
多晶硅生產(chǎn)消耗工業(yè)硅原料：1.2kg，即每生產(chǎn)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(xiàn)在多晶電池平均轉(zhuǎn)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(jù)上述參數(shù)計算，得到各環(huán)節(jié)電力消耗情況如下：
EP1=12kWh/kg×5.8g/Wp/1000=0.0696kWh/Wp
EP2=80kWh/kg×4.81g/Wp/1000=0.384kWh/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(nèi)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(chǎn)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(zhuǎn)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(jù)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(shù)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(xiàn)發(fā)電后，只需要1.17年就可以收回生產(chǎn)過程中所消耗的電力，先進產(chǎn)能則僅需1年左右。而太陽能組件的質(zhì)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(nèi)，基本上都是生產(chǎn)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(nèi)耗電1.52度電，折合標煤約為478克標準煤，25年壽命周期內(nèi)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(chǎn)值能耗比較
如果將光伏系統(tǒng)作為一個產(chǎn)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(jù)GB/T2589—2008《綜合能耗計算通則》各種能源標準參考系數(shù)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(chǎn)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(nèi)生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)業(yè)的比較
從上述光伏產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品價格平均為12萬元/噸，對應的萬元產(chǎn)值能耗約為0.82噸標煤。而根據(jù)工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃數(shù)據(jù)，電解鋁生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品計算，其萬元產(chǎn)值能耗僅為0.21，更是遠低于傳統(tǒng)高耗能產(chǎn)業(yè)，如下表所示。
值得指出的是，“高耗能”一詞產(chǎn)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(chǎn)業(yè)，但在當前電力過剩的背景下，再談高耗能已經(jīng)無太大意義。而從全壽命周期看，光伏生產(chǎn)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。
[1]多晶硅不存在高能耗、高排放，嚴大洲、宗紹興等，《有色冶金節(jié)能》，2010，26(6)：19-22
事實上早在2010年，原中國光伏產(chǎn)業(yè)聯(lián)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(jīng)過多年的發(fā)展，生產(chǎn)能耗在當時的基礎上又已經(jīng)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(chǎn)業(yè)鏈的能耗水平，證明光伏產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)業(yè)鏈
光伏行業(yè)產(chǎn)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(chǎn)業(yè)鏈進行分析其全周期的生產(chǎn)能耗。
圖1晶體硅太陽電池產(chǎn)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(nèi)平均水平，當前國內(nèi)先進水平已經(jīng)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(xiàn)有項目硅片能耗不低于45萬kwh/百萬片，當前國內(nèi)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(wǎng)控制逆變器、電纜、開關、儀表等的生產(chǎn)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(chǎn)等，簡單估算為0.05wkh/w，合計0.11kwh/w。
3.計算結果
多晶硅生產(chǎn)消耗工業(yè)硅原料：1.2kg，即每生產(chǎn)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(xiàn)在多晶電池平均轉(zhuǎn)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(jù)上述參數(shù)計算，得到各環(huán)節(jié)電力消耗情況如下：
EP1=12kWh/kg×5.8g/Wp/1000=0.0696kWh/Wp
EP2=80kWh/kg×4.81g/Wp/1000=0.384kWh/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(nèi)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(chǎn)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(zhuǎn)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(jù)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(shù)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(xiàn)發(fā)電后，只需要1.17年就可以收回生產(chǎn)過程中所消耗的電力，先進產(chǎn)能則僅需1年左右。而太陽能組件的質(zhì)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(nèi)，基本上都是生產(chǎn)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(nèi)耗電1.52度電，折合標煤約為478克標準煤，25年壽命周期內(nèi)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(chǎn)值能耗比較
如果將光伏系統(tǒng)作為一個產(chǎn)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(jù)GB/T2589—2008《綜合能耗計算通則》各種能源標準參考系數(shù)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(chǎn)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(nèi)生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)業(yè)的比較
從上述光伏產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品價格平均為12萬元/噸，對應的萬元產(chǎn)值能耗約為0.82噸標煤。而根據(jù)工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃數(shù)據(jù)，電解鋁生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)品計算，其萬元產(chǎn)值能耗僅為0.21，更是遠低于傳統(tǒng)高耗能產(chǎn)業(yè)，如下表所示。
值得指出的是，“高耗能”一詞產(chǎn)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(chǎn)業(yè)，但在當前電力過剩的背景下，再談高耗能已經(jīng)無太大意義。而從全壽命周期看，光伏生產(chǎn)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。
[1]多晶硅不存在高能耗、高排放，嚴大洲、宗紹興等，《有色冶金節(jié)能》，2010，26(6)：19-22
0 條