基于生命周期評價的光伏貿易對碳排放的影響研究

程冉　馬新玥

摘要：21世紀以來，包括光伏產業在內的新能源的快速發展與規模化應用對中國乃至全球的減排起到了重大作用。為了量化并進一步探討光伏系統不同階段的碳排放量，研究光伏國際貿易給全球和中國帶來的影響，文章從生產、貿易方面出發，基于全生命周期思想探討光伏國際貿易對減排的貢獻，并進一步得出，在這樣的影響下，中國應該加快光伏產業升級，擴大國內對光伏產品的應用，從而兼顧經濟和環境效益，利用自身的優勢來促進光伏產業長效健康發展的結論。

關鍵詞：全生命周期思想;光伏貿易;碳排放;減排

一、引言

當前，生態環境日益惡化，為了改善環境惡化和緩解能源短缺問題，越來越多的國家開始尋找新型、綠色能源代替傳統能源。太陽能因具有可再生、環保等特點，被公認為是取代煤炭、石油等能源的最佳選擇，同時也被眾多國家和地區大力推進開采和應用。

現今市場上已形成以硅材料的應用和開發為核心的一條光伏產業鏈。光伏產業鏈分為上、中、下三游，上游為多晶硅、單晶硅等原材料，中游由電池片、晶硅組件構成，下游主要是應用系統環節，包括逆變器、電站EPC等。我國光伏產業相對于其他發達國家起步較晚，但由于國內外市場的巨大需求和國內政策支持，近年來迅速發展，光伏產業規模及產能全球第一，然而產品出口比重大，國內應用數量還遠遠不足。

這直接導致了光伏系統的生產和應用階段的不平衡，從而對碳排放具有不同的影響，光伏產品的制造過程伴隨著能源消耗和碳排放，光伏產品的應用則是一個減少碳排放的過程。進口國家可以從光伏貿易中獲得環境利益，而出口國卻需要承擔生產過程中的能源消耗和環境污染。董陽（2015年）對中國多晶硅光伏組件出口進行了非常詳細的生命周期環境評估，揭示了中國光伏組件出口貿易對進口國具有重大的環境影響，但研究側重點為光伏貿易對主要進口國的減排貢獻，忽略了光伏組件出口貿易給本國碳排放帶來負面的影響。本文在此基礎上，從生產和應用兩方面分析了光伏貿易對全球和中國減排貢獻。

生命周期評價思想（LCA）用于分析產品或服務在生產、消費和最終處置所有階段的環境負擔。國內外有關光伏系統全生命周期思想的研究越來越多，主要是針對能源消耗和環境問題，例如基于生命周期思想評價多晶硅光伏發電系統的環境污染與能源消耗情況;以及基于生命周期評價理論，創建風力發電、光伏發電及燃煤發電的生命周期評價體系;另外一些則側重于EPBT和溫室氣體的特定排放，但是根據全生命周期思想能夠比較完整地計算光伏系統中各個階段的碳排放量并不多見。

就目前看來，國內外關于光伏國際貿易對碳排放影響的文獻很多，但具體研究基于光伏系統整個生命周期對中國乃至全球的碳排放的影響尚不多見，且大多學者是從經濟利益來促進中國光伏產業的升級換代。因此，要基于全生命周期思想探討國際光伏貿易對中國碳排放的影響，并進一步挖掘在這樣的影響下中國應該如何兼顧經濟和環境效益來促進光伏產業長效健康發展。

二、中國光伏國際貿易的發展

（一）中國光伏產品概述

光伏產品是利用光伏效應，使用太陽能電池板和相關資料，通過半導體太陽能電池蓄電或放電，能有效把太陽能轉化為電能。中國光伏產品大致可分為單晶硅、多晶硅等原材料，硅片、電池片、光伏組件等制成品，其中多晶硅主要依賴進口，光伏制成品則大量出口。

（二）中國光伏產品對外貿易現狀

1. 中國光伏產品進出口概況

多晶硅是基礎原材料之一，其生產成本難控制，產品結構復雜，生產周期比較長，具備較高的市場進入壁壘。從表1 2016～2019年多晶硅進口情況來看，多晶硅進口占比逐步下降。目前我國多晶硅生產基本能夠滿足國內需求，但是大多數高品質多晶硅料仍依賴進口。

根據海關信息總署數據可得，2016～2019年中國光伏產品（硅片，電池片和光伏組件）出口穩步增長，2019年全國光伏產品出口額超過200億美元，組件出口額占比最大，三者出口量均領先于過去幾年，創歷史新高。

2. 中國光伏產品貿易結構

由表1可看出，光伏電池在2016～2019年出口比重呈上升趨勢，硅片的出口占比呈下降趨勢，多晶硅進口依賴度逐年下降，但在2019年還是占全球進口的28%。

現今生產高品質多晶硅原料的先進技術大多由發達國家掌握，我國主要從這些國家進口高品質多晶硅原料，然后在國內生產硅片、光伏電池，最后組裝成電池組件出口。我國在國際市場上只是“代工者”的角色，技術含量不高，這種兩頭在外的貿易模式不利于我國光伏產業的發展。

3. 中國光伏產品主要貿易對象

根據中國光伏行業協會整理數據來看，2018年出口國家眾多，前五名的國家包括印度、日本、澳大利亞、墨西哥及韓國，占據了60%以上份額，其中，在電池片出口方面，印度位居第一。2019年國際市場出現改變，位居中國光伏產品出口量前五的國家有所調整。荷蘭反超印度在2019年一躍成為第一光伏產品進口國。

三、研究方法與數據來源

基于生命周期思想評價可以將光伏產業系統分成了兩大類，主要為光伏產品生產階段和使用階段。生產階段包括上游及中游產業鏈;使用階段為光伏產品的進出口和應用環節。本文主要從生產階段（原材料多晶硅獲取、太陽能電池板、光伏組件制造環節）和使用階段（光伏產品貿易）著手，運用Da Liu團隊的碳排放量計算模型研究基于LCA思想下光伏系統對本國和全球減排貢獻。

（一）生產過程中的碳排放量貢獻

生產過程中的減排貢獻為光伏產品生產過程中產生的碳排放，生產過程中產生的碳排放量可以通過凈出口額與產品的碳排放強度乘積來計算，在生產過程中產生的碳排放量如式（1）所示，詳細數據見表2。

i表示第幾種產品，比如i=1即表示多晶硅，i=2表示硅晶片，i=3表示光伏電池;j表示第幾年，j=1代表2017年，j=2代表2018年，j=3代表2019年，j=4代表2020年;xij表示第幾年中國第幾種產品對世界的出口量？譹？訛;θij表示第幾種產品在第幾年的產品的碳排放強度，碳排放強度是指單位生產總值增帶來的二氧化碳排放量？譺？訛;Cpj表示在第幾年生產過程中對全球減排的貢獻。

（二）使用過程中的碳排放量貢獻

使用階段的減排為光伏發電節省的碳排放量，為了計算使用期間的減排量，必須知道如何計算所有的出口產品都能產生大量的電能。多晶硅和硅晶片被用于生產光伏電池，必須轉換出口多晶硅和硅的交易值增加到光伏電池的數量。根據（Liu等，2012）研究，一噸多晶硅可以產生0.126MW的光伏電池容量，一萬片硅片可以產生0.037MW的PV電池容量，一萬個太陽能電池可以產生2.55MW的PV容量，因此多晶硅和硅片可以生產的PV電池數量可按式（2）計算。

qij表示第幾年第幾種產品的進出口量？譻？訛;ki表示第幾種產品與光伏電池的輸入輸出比？譼？訛;Pij表示第幾年第幾種產品從交易值轉換而成的光伏電池數量。

然后，使用平均發電設備可用小時及光伏電站的壽命，計算多少這些光伏電池在使用過程中可以產生的電能。電力和電力排放系數總的乘積是估計的使用期間減排估計值，如式（3）所示。

T表示光伏電站的平均發電設備可用小時數？譽？訛;n表示光伏電站的壽命？譾？訛;β表示第幾年的電力排放系數？譿？訛;Cuj表示第幾年在使用過程中對減排的貢獻。

（三）減排貢獻總量

一國對減排的貢獻為生產過程中產生的碳排放加上其他國家在使用過程中獲得的碳排放量，即為兩個過程的加總，如式（4）所示。

Cj代表第幾年期間生產和使用減排的總貢獻。

（四）數據及數據來源

四、實證結果

（一）中國對全球減排的貢獻

1. 生產過程中的減排貢獻

使用式（1）可以計算出中國在生產過程中對全球減排的貢獻。結果顯示如圖1所示。中國是多晶硅的凈進口國，多晶硅在生產過程中減排量為負，這意味著中國從多晶硅的國際貿易中獲得了環境利益。2017～2020年多晶硅進口的對外依賴度下降說明，中國多晶硅開采數量穩步提升，這也意味著中國在貿易過程中承擔的國內排放成本增加。2019年中國生產過程中硅片出口量懸崖式下跌，2020年后逐步提高;總的來講，中國光伏產品出口量仍然呈現好的態勢。

2017～2020年三種產品在生產過程中總的碳排放量隨著時間而下降，一是由于硅片貿易數量減少，但光伏電池凈出口量增加，所以減少的主要原因還是因為碳排放強度的下降，這也是中國簽訂巴黎協議以來中國為減少碳排放所做出的努力。

2. 使用過程中對減排的貢獻

從式（2）和式（3）可以計算出中國在使用過程中對全國減排的貢獻，顯示在圖2這三種光伏產品的貿易減少的絕對值會隨著時間的增加而增加。增加的原因是貿易量的增加。這三種產品中硅片貿易的減排量占比很小，光伏電池呈直線上升趨勢。

3. 中國對全球減排的總貢獻

圖3顯示了中國對全球減排的總貢獻，會發現總貢獻隨著時間的推移而增加。尤其2019年和2020年增加量，其使用期間的貢獻遠遠超過生產過程中的減排量，光伏貿易為整個世界帶來了積極的環境效益。

（二）光伏貿易對中國減排的貢獻

如上述表1所示，由于光伏產品的出口比例遠遠高于多晶硅進口比例，中國出口了大量的隱形碳，即意味著中國損失了潛在的CO2減排能力。中國在生產過程中對全球的減排貢獻實際上是增加了中國的碳排放;把式（3）中Pij改為光伏電池裝機量，即可得出中國的光伏產品在應用中的減排量。中國光伏產品生產過程增加的碳排放與其在應用過程中減排量加總便可得到光伏貿易對中國減排貢獻。

1. 生產過程中對本國的減排貢獻

圖4說明了中國在生產過程中對本國的貢獻與中國在生產過程中對全球的減排貢獻呈現相反趨勢，光伏產品的凈出口實際上增加了中國的碳排放量。

2. 使用過程中對本國減排的貢獻

2017～2020年太陽能電池在使用過程中減排量量隨著時間而上升其主要原因是太陽能電池在中國裝機數量越來越多，太陽能規模化應用減少了大量碳排放的產生。

3. 光伏貿易對本國減排的總貢獻

圖6顯示中國在生產光伏系統過程中產生的碳排放量與其在應用過程中減少的碳排放量的不平衡，光伏貿易對中國減排的貢獻微不足道。中國理應在環境利益和經濟利益間尋找一個平衡點。

五、中國光伏貿易現狀的發展對策

根據以上研究，雖然大力發展光伏產業對全球減排的貢獻是積極的，但是凈出口國由于大量的制成品出口到其他國家，自身的使用卻少之又少，因此使得碳排放量和能源消耗維持在一個較高的水平，并沒有獲得光伏產業發展帶來的最佳環境效益，反而國內減排貢獻為負，因此國內市場也需要進一步打開。

為了使中國在參與光伏國際貿易尋求貨幣利益的同時，兼顧環境利益，可以從以下幾個方面入手：

擴大國內市場，目前中國主要是分布式光伏發電，并沒有形成大規模的開放市場，其商業化路徑并沒有完全打通，民用比例有待于提高;比如中國的光伏發電市場主要集中在邊遠地區的農村，用于普通的照明;且制造、安裝、維修成本都非常高，為使光伏產業真正發揮作用，最好要在中西部城市建設較多的可再生能源發展基地。

完善相關法律法規，規范光伏產業的發展。政府采取相關措施使光伏產業穩中求進，制定行業標準，建立健全光伏行業市場準入機制，凈化市場環境。大力支持行業內的技術創新，制定梯度稅收政策，對個別項目進行重點扶持。

推動企業技術創新，創新是第一發展力。我國光伏企業應正視目前的不足，一方面，學習國外先進的技術和管理理念，引進國內外優秀人才。另一方面，企業應提高自身創新能力，為市場提供更多的新型科技產品和科技服務，制定恰當的獎懲方法激發科研人員的積極性，占據光伏產業競爭的制高點。

加快國際化進程，開辟新的國際市場。近年來，歐美對中國的反傾銷調查愈演愈烈，中國開拓新型海外市場刻不容緩，利用“一帶一路”的發展契機，重點開發亞、非地區，最大程度上擺脫歐美市場對我國光伏行業制約，實現國際市場的多元化。

參考文獻：

[1]吳學安.清潔化讓能源可持續發展[N].中國審計報，2021-02-22（006）.

[2]翁琳，陳劍波.光伏系統基于全生命周期碳排放量計算的環境與經濟效益分析[J].上海理工大學學報，2017，39（03）：282-288.

[3]董陽.中國環保的“數字減排”困境[J].環境教育，2015（04）：31-32.

[4]李鷂，于隨然.中國光伏系統的生命周期評價[J].環境工程，2014，32（10）：119-124.

[5]謝曉剛，姜小云，王黎明，楊勇.煤基甲醇替代燃料生命周期評價研究[J].煤化工，2019，47（01）：28-31.

[6]Dale Michael，Benson Sally M.Energy balance of the global photovoltaic （PV） industry--is the PV industry a net electricity producer？[J].Environmental science & technology，2013，47（7）.

[7]李惠民，董文娟，朱巖，齊曄.晶硅光伏組件出口對中國碳排放的影響[J].中國人口·資源與環境，2012，22（03）：70-76.

[8]Parsoon Akbar Akhgari，Hamidreza Kamalan. Economical-environmental evaluation of natural gas and renewable energy systems[J].International Journal of Energy Research，2013，37（12）.

[9]Nana Yaw Amponsah，Mads Troldborg，Bethany Kington，Inge Aalders，Rupert Lloyd Hough. Greenhouse gas emissions from renewable energy sources：A review of lifecycle considerations[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2014，39.

[10]Dong Yang，Jingru Liu，Jianxin Yang，Ning Ding.Life-cycle assessment of China's multi-crystalline silicon photovoltaic modules considering international trade[J].Journal of Cleaner Production，2015，94.

[11]Norasikin Ahmad Ludin，Nur Ifthitah Mustafa，Marlia M.Hanafiah，Mohd Adib Ibrahim，Mohd Asri Mat Teridi，Suhaila Sepeai，Azami Zaharim，Kamaruzzaman Sopian. Prospects of life cycle assessment of renewable energy from solar photovoltaic technologies：A review[J].Renewable and Sustainable Energy Reviews，2018，96（C）.

*基金項目：江蘇大學2020年大學生實踐創新訓練計劃項目（項目編號：202010299100Y）。

（作者單位：江蘇大學）