多年來(lái)，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(shù)掌握不完全、生產(chǎn)規(guī)模較小等影響，生產(chǎn)能耗相對(duì)較高，行業(yè)也被冠以“高耗能”的帽子，部分媒體甚至報(bào)道“大量出口太陽(yáng)能電池組件相當(dāng)于大量出口我國(guó)緊缺能源”的觀點(diǎn)，直至最近某些文章中仍在繼續(xù)引用上述錯(cuò)誤觀點(diǎn)，在社會(huì)上造成了對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)的不良影響。

事實(shí)上早在2010年，原中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟副秘書長(zhǎng)嚴(yán)大洲等人就曾撰文以有力的事實(shí)批駁過(guò)此觀點(diǎn)[1]，且隨著時(shí)過(guò)境遷，光伏行業(yè)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，生產(chǎn)能耗在當(dāng)時(shí)的基礎(chǔ)上又已經(jīng)得到極大的降低。最近，協(xié)會(huì)秘書處沿用嚴(yán)大洲等專家的方法，進(jìn)一步測(cè)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(guò)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(wàn)元產(chǎn)值能耗比全國(guó)萬(wàn)元GDP能耗低67%，與上述錯(cuò)誤觀點(diǎn)“差之千里”。為澄清事實(shí)，以正視聽(tīng)，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(guó)光伏市場(chǎng)情況看，多晶電池組約占我國(guó)晶體硅電池市場(chǎng)份額的80以上，因此這里以多晶電池產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)行分析其全周期的生產(chǎn)能耗。 



2.能耗計(jì)算邊界條件

以原料硅砂為起點(diǎn)，到制成晶體硅光伏發(fā)電系統(tǒng)，全部能量消耗EP表達(dá)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(guó)內(nèi)平均水平，當(dāng)前國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平已經(jīng)達(dá)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(jìn)入G6機(jī)型，裝料重量在600kg-800kg，未來(lái)將向更大裝料重量的G7、G8機(jī)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(xiàng)目硅片能耗不低于45萬(wàn)kwh/百萬(wàn)片，當(dāng)前國(guó)內(nèi)領(lǐng)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(biāo)煤計(jì)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(wàn)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(kāi)關(guān)、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(jìn)行計(jì)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(jì)算，總能耗約為0.36kwh/w。

EP8為“組件運(yùn)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(jì)算，水泥能耗為0.06kwh/w，其他如運(yùn)輸、電池制造的銀鋁漿、切割用的材料生產(chǎn)等，簡(jiǎn)單估算為0.05wkh/w，合計(jì)0.11kwh/w。

3.計(jì)算結(jié)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(jì)算，每片平均制造4.45Wp太陽(yáng)電池，合計(jì)為：218Wp/kg。

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

制造每瓦太陽(yáng)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(jì)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(yáng)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(dāng)前國(guó)內(nèi)領(lǐng)先企業(yè)的能耗水平計(jì)算，每瓦的耗電成本可進(jìn)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(jì)算，則全部能量消耗僅為1.33kwh/w左右。

4.能量回收期計(jì)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(yīng)。

根據(jù)上面的測(cè)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(guó)西北部的太陽(yáng)能資源豐富，光伏發(fā)電系統(tǒng)的年滿發(fā)平均利用小時(shí)數(shù)1500小時(shí)以上，中東部約為1100小時(shí)，取兩者平均值1300小時(shí)，即每峰瓦太陽(yáng)電池一年可以發(fā)出1.3kWh電。由此，可以計(jì)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(shí)現(xiàn)發(fā)電后，只需要1.17年就可以收回生產(chǎn)過(guò)程中所消耗的電力，先進(jìn)產(chǎn)能則僅需1年左右。而太陽(yáng)能組件的質(zhì)保普遍在25年，有些甚至達(dá)30年，太陽(yáng)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(guó)6000千瓦及以上電廠供電標(biāo)準(zhǔn)煤耗為315克標(biāo)煤/kWh，最先進(jìn)的超超高臨界發(fā)電機(jī)組煤耗約為268克標(biāo)煤/kWh，而光伏生命期內(nèi)耗電1.52度電，折合標(biāo)煤約為478克標(biāo)準(zhǔn)煤，25年壽命周期內(nèi)可發(fā)電32.5kWh，即平均每度電耗費(fèi)14.7克標(biāo)煤，僅為最先進(jìn)煤電機(jī)組的5.4%。因此，太陽(yáng)能光伏發(fā)電是名副其實(shí)的清潔能源電力。

5.光伏萬(wàn)元產(chǎn)值能耗比較

如果將光伏系統(tǒng)作為一個(gè)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(jì)算通則》各種能源標(biāo)準(zhǔn)參考系數(shù)電力(當(dāng)量值)為0.1229kgce/(kw.h)，即一度電折算0.1229kgce千克標(biāo)煤計(jì)算，1.52度電折合0.186kgce，即光伏行業(yè)的萬(wàn)元產(chǎn)值能耗約為0.21噸標(biāo)準(zhǔn)煤，而2015年我國(guó)能源消費(fèi)總量43.0億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值為676708億元，即2015年全國(guó)萬(wàn)元GDP能耗平均為0.635噸標(biāo)準(zhǔn)煤，光伏萬(wàn)元產(chǎn)值能耗比全國(guó)平均萬(wàn)元GDP能耗低約67%，因此光伏行業(yè)所謂的“高能耗”說(shuō)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(jìn)行對(duì)比研究，從上述分析可以看到，多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中，電耗約為80kwh/kg-Si，折合標(biāo)煤9.83kgce/kg-Si(這里不計(jì)多晶硅生產(chǎn)過(guò)程中所需的蒸汽，按熱值計(jì)入蒸汽后，折合標(biāo)煤約為11.4kgce/kg-Si)最近一年多晶硅產(chǎn)品價(jià)格平均為12萬(wàn)元/噸，對(duì)應(yīng)的萬(wàn)元產(chǎn)值能耗約為0.82噸標(biāo)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(guò)去一年平均價(jià)格約為1.25萬(wàn)元，對(duì)應(yīng)的萬(wàn)元產(chǎn)值能耗為1.31噸標(biāo)煤，而水泥則為3.86噸標(biāo)煤。因此多晶硅的萬(wàn)元產(chǎn)值能耗遠(yuǎn)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(jì)算，其萬(wàn)元產(chǎn)值能耗僅為0.21，更是遠(yuǎn)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(guó)家也將六大行業(yè)列為高耗能產(chǎn)業(yè)，但在當(dāng)前電力過(guò)剩的背景下，再談高耗能已經(jīng)無(wú)太大意義。而從全壽命周期看，光伏生產(chǎn)過(guò)程中所耗電力僅需約一年多一點(diǎn)即可全部回收，可為世界貢獻(xiàn)25年以上的清潔能源，因此關(guān)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(yán)大洲、宗紹興等，《有色冶金節(jié)能》，2010，26(6)：19-22