基于生命周期評(píng)價(jià)的光伏貿(mào)易對(duì)碳排放的影響研究

程冉　馬新玥

摘要：21世紀(jì)以來(lái)，包括光伏產(chǎn)業(yè)在內(nèi)的新能源的快速發(fā)展與規(guī)?；瘧?yīng)用對(duì)中國(guó)乃至全球的減排起到了重大作用。為了量化并進(jìn)一步探討光伏系統(tǒng)不同階段的碳排放量，研究光伏國(guó)際貿(mào)易給全球和中國(guó)帶來(lái)的影響，文章從生產(chǎn)、貿(mào)易方面出發(fā)，基于全生命周期思想探討光伏國(guó)際貿(mào)易對(duì)減排的貢獻(xiàn)，并進(jìn)一步得出，在這樣的影響下，中國(guó)應(yīng)該加快光伏產(chǎn)業(yè)升級(jí)，擴(kuò)大國(guó)內(nèi)對(duì)光伏產(chǎn)品的應(yīng)用，從而兼顧經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，利用自身的優(yōu)勢(shì)來(lái)促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)效健康發(fā)展的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：全生命周期思想;光伏貿(mào)易;碳排放;減排

一、引言

當(dāng)前，生態(tài)環(huán)境日益惡化，為了改善環(huán)境惡化和緩解能源短缺問(wèn)題，越來(lái)越多的國(guó)家開始尋找新型、綠色能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)能源。太陽(yáng)能因具有可再生、環(huán)保等特點(diǎn)，被公認(rèn)為是取代煤炭、石油等能源的最佳選擇，同時(shí)也被眾多國(guó)家和地區(qū)大力推進(jìn)開采和應(yīng)用。

現(xiàn)今市場(chǎng)上已形成以硅材料的應(yīng)用和開發(fā)為核心的一條光伏產(chǎn)業(yè)鏈。光伏產(chǎn)業(yè)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(gòu)成，下游主要是應(yīng)用系統(tǒng)環(huán)節(jié)，包括逆變器、電站EPC等。我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)相對(duì)于其他發(fā)達(dá)國(guó)家起步較晚，但由于國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)的巨大需求和國(guó)內(nèi)政策支持，近年來(lái)迅速發(fā)展，光伏產(chǎn)業(yè)規(guī)模及產(chǎn)能全球第一，然而產(chǎn)品出口比重大，國(guó)內(nèi)應(yīng)用數(shù)量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。

這直接導(dǎo)致了光伏系統(tǒng)的生產(chǎn)和應(yīng)用階段的不平衡，從而對(duì)碳排放具有不同的影響，光伏產(chǎn)品的制造過(guò)程伴隨著能源消耗和碳排放，光伏產(chǎn)品的應(yīng)用則是一個(gè)減少碳排放的過(guò)程。進(jìn)口國(guó)家可以從光伏貿(mào)易中獲得環(huán)境利益，而出口國(guó)卻需要承擔(dān)生產(chǎn)過(guò)程中的能源消耗和環(huán)境污染。董陽(yáng)（2015年）對(duì)中國(guó)多晶硅光伏組件出口進(jìn)行了非常詳細(xì)的生命周期環(huán)境評(píng)估，揭示了中國(guó)光伏組件出口貿(mào)易對(duì)進(jìn)口國(guó)具有重大的環(huán)境影響，但研究側(cè)重點(diǎn)為光伏貿(mào)易對(duì)主要進(jìn)口國(guó)的減排貢獻(xiàn)，忽略了光伏組件出口貿(mào)易給本國(guó)碳排放帶來(lái)負(fù)面的影響。本文在此基礎(chǔ)上，從生產(chǎn)和應(yīng)用兩方面分析了光伏貿(mào)易對(duì)全球和中國(guó)減排貢獻(xiàn)。

生命周期評(píng)價(jià)思想（LCA）用于分析產(chǎn)品或服務(wù)在生產(chǎn)、消費(fèi)和最終處置所有階段的環(huán)境負(fù)擔(dān)。國(guó)內(nèi)外有關(guān)光伏系統(tǒng)全生命周期思想的研究越來(lái)越多，主要是針對(duì)能源消耗和環(huán)境問(wèn)題，例如基于生命周期思想評(píng)價(jià)多晶硅光伏發(fā)電系統(tǒng)的環(huán)境污染與能源消耗情況;以及基于生命周期評(píng)價(jià)理論，創(chuàng)建風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電及燃煤發(fā)電的生命周期評(píng)價(jià)體系;另外一些則側(cè)重于EPBT和溫室氣體的特定排放，但是根據(jù)全生命周期思想能夠比較完整地計(jì)算光伏系統(tǒng)中各個(gè)階段的碳排放量并不多見(jiàn)。

就目前看來(lái)，國(guó)內(nèi)外關(guān)于光伏國(guó)際貿(mào)易對(duì)碳排放影響的文獻(xiàn)很多，但具體研究基于光伏系統(tǒng)整個(gè)生命周期對(duì)中國(guó)乃至全球的碳排放的影響尚不多見(jiàn)，且大多學(xué)者是從經(jīng)濟(jì)利益來(lái)促進(jìn)中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的升級(jí)換代。因此，要基于全生命周期思想探討國(guó)際光伏貿(mào)易對(duì)中國(guó)碳排放的影響，并進(jìn)一步挖掘在這樣的影響下中國(guó)應(yīng)該如何兼顧經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益來(lái)促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)效健康發(fā)展。

二、中國(guó)光伏國(guó)際貿(mào)易的發(fā)展

（一）中國(guó)光伏產(chǎn)品概述

光伏產(chǎn)品是利用光伏效應(yīng)，使用太陽(yáng)能電池板和相關(guān)資料，通過(guò)半導(dǎo)體太陽(yáng)能電池蓄電或放電，能有效把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。中國(guó)光伏產(chǎn)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(jìn)口，光伏制成品則大量出口。

（二）中國(guó)光伏產(chǎn)品對(duì)外貿(mào)易現(xiàn)狀

1. 中國(guó)光伏產(chǎn)品進(jìn)出口概況

多晶硅是基礎(chǔ)原材料之一，其生產(chǎn)成本難控制，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)周期比較長(zhǎng)，具備較高的市場(chǎng)進(jìn)入壁壘。從表1 2016～2019年多晶硅進(jìn)口情況來(lái)看，多晶硅進(jìn)口占比逐步下降。目前我國(guó)多晶硅生產(chǎn)基本能夠滿足國(guó)內(nèi)需求，但是大多數(shù)高品質(zhì)多晶硅料仍依賴進(jìn)口。

根據(jù)海關(guān)信息總署數(shù)據(jù)可得，2016～2019年中國(guó)光伏產(chǎn)品（硅片，電池片和光伏組件）出口穩(wěn)步增長(zhǎng)，2019年全國(guó)光伏產(chǎn)品出口額超過(guò)200億美元，組件出口額占比最大，三者出口量均領(lǐng)先于過(guò)去幾年，創(chuàng)歷史新高。

2. 中國(guó)光伏產(chǎn)品貿(mào)易結(jié)構(gòu)

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

現(xiàn)今生產(chǎn)高品質(zhì)多晶硅原料的先進(jìn)技術(shù)大多由發(fā)達(dá)國(guó)家掌握，我國(guó)主要從這些國(guó)家進(jìn)口高品質(zhì)多晶硅原料，然后在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)硅片、光伏電池，最后組裝成電池組件出口。我國(guó)在國(guó)際市場(chǎng)上只是“代工者”的角色，技術(shù)含量不高，這種兩頭在外的貿(mào)易模式不利于我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3. 中國(guó)光伏產(chǎn)品主要貿(mào)易對(duì)象

根據(jù)中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)整理數(shù)據(jù)來(lái)看，2018年出口國(guó)家眾多，前五名的國(guó)家包括印度、日本、澳大利亞、墨西哥及韓國(guó)，占據(jù)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(guó)際市場(chǎng)出現(xiàn)改變，位居中國(guó)光伏產(chǎn)品出口量前五的國(guó)家有所調(diào)整。荷蘭反超印度在2019年一躍成為第一光伏產(chǎn)品進(jìn)口國(guó)。

三、研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

基于生命周期思想評(píng)價(jià)可以將光伏產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)分成了兩大類，主要為光伏產(chǎn)品生產(chǎn)階段和使用階段。生產(chǎn)階段包括上游及中游產(chǎn)業(yè)鏈;使用階段為光伏產(chǎn)品的進(jìn)出口和應(yīng)用環(huán)節(jié)。本文主要從生產(chǎn)階段（原材料多晶硅獲取、太陽(yáng)能電池板、光伏組件制造環(huán)節(jié)）和使用階段（光伏產(chǎn)品貿(mào)易）著手，運(yùn)用Da Liu團(tuán)隊(duì)的碳排放量計(jì)算模型研究基于LCA思想下光伏系統(tǒng)對(duì)本國(guó)和全球減排貢獻(xiàn)。

（一）生產(chǎn)過(guò)程中的碳排放量貢獻(xiàn)

生產(chǎn)過(guò)程中的減排貢獻(xiàn)為光伏產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放，生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放量可以通過(guò)凈出口額與產(chǎn)品的碳排放強(qiáng)度乘積來(lái)計(jì)算，在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放量如式（1）所示，詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

i表示第幾種產(chǎn)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(guó)第幾種產(chǎn)品對(duì)世界的出口量？譹？訛;θij表示第幾種產(chǎn)品在第幾年的產(chǎn)品的碳排放強(qiáng)度，碳排放強(qiáng)度是指單位生產(chǎn)總值增帶來(lái)的二氧化碳排放量？譺？訛;Cpj表示在第幾年生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)全球減排的貢獻(xiàn)。

（二）使用過(guò)程中的碳排放量貢獻(xiàn)

使用階段的減排為光伏發(fā)電節(jié)省的碳排放量，為了計(jì)算使用期間的減排量，必須知道如何計(jì)算所有的出口產(chǎn)品都能產(chǎn)生大量的電能。多晶硅和硅晶片被用于生產(chǎn)光伏電池，必須轉(zhuǎn)換出口多晶硅和硅的交易值增加到光伏電池的數(shù)量。根據(jù)（Liu等，2012）研究，一噸多晶硅可以產(chǎn)生0.126MW的光伏電池容量，一萬(wàn)片硅片可以產(chǎn)生0.037MW的PV電池容量，一萬(wàn)個(gè)太陽(yáng)能電池可以產(chǎn)生2.55MW的PV容量，因此多晶硅和硅片可以生產(chǎn)的PV電池?cái)?shù)量可按式（2）計(jì)算。

qij表示第幾年第幾種產(chǎn)品的進(jìn)出口量？譻？訛;ki表示第幾種產(chǎn)品與光伏電池的輸入輸出比？譼？訛;Pij表示第幾年第幾種產(chǎn)品從交易值轉(zhuǎn)換而成的光伏電池?cái)?shù)量。

然后，使用平均發(fā)電設(shè)備可用小時(shí)及光伏電站的壽命，計(jì)算多少這些光伏電池在使用過(guò)程中可以產(chǎn)生的電能。電力和電力排放系數(shù)總的乘積是估計(jì)的使用期間減排估計(jì)值，如式（3）所示。

T表示光伏電站的平均發(fā)電設(shè)備可用小時(shí)數(shù)？譽(yù)？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(shù)？譿？訛;Cuj表示第幾年在使用過(guò)程中對(duì)減排的貢獻(xiàn)。

（三）減排貢獻(xiàn)總量

一國(guó)對(duì)減排的貢獻(xiàn)為生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放加上其他國(guó)家在使用過(guò)程中獲得的碳排放量，即為兩個(gè)過(guò)程的加總，如式（4）所示。

Cj代表第幾年期間生產(chǎn)和使用減排的總貢獻(xiàn)。

（四）數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)來(lái)源

四、實(shí)證結(jié)果

（一）中國(guó)對(duì)全球減排的貢獻(xiàn)

1. 生產(chǎn)過(guò)程中的減排貢獻(xiàn)

使用式（1）可以計(jì)算出中國(guó)在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)全球減排的貢獻(xiàn)。結(jié)果顯示如圖1所示。中國(guó)是多晶硅的凈進(jìn)口國(guó)，多晶硅在生產(chǎn)過(guò)程中減排量為負(fù)，這意味著中國(guó)從多晶硅的國(guó)際貿(mào)易中獲得了環(huán)境利益。2017～2020年多晶硅進(jìn)口的對(duì)外依賴度下降說(shuō)明，中國(guó)多晶硅開采數(shù)量穩(wěn)步提升，這也意味著中國(guó)在貿(mào)易過(guò)程中承擔(dān)的國(guó)內(nèi)排放成本增加。2019年中國(guó)生產(chǎn)過(guò)程中硅片出口量懸崖式下跌，2020年后逐步提高;總的來(lái)講，中國(guó)光伏產(chǎn)品出口量仍然呈現(xiàn)好的態(tài)勢(shì)。

2017～2020年三種產(chǎn)品在生產(chǎn)過(guò)程中總的碳排放量隨著時(shí)間而下降，一是由于硅片貿(mào)易數(shù)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?yàn)樘寂欧艔?qiáng)度的下降，這也是中國(guó)簽訂巴黎協(xié)議以來(lái)中國(guó)為減少碳排放所做出的努力。

2. 使用過(guò)程中對(duì)減排的貢獻(xiàn)

從式（2）和式（3）可以計(jì)算出中國(guó)在使用過(guò)程中對(duì)全國(guó)減排的貢獻(xiàn)，顯示在圖2這三種光伏產(chǎn)品的貿(mào)易減少的絕對(duì)值會(huì)隨著時(shí)間的增加而增加。增加的原因是貿(mào)易量的增加。這三種產(chǎn)品中硅片貿(mào)易的減排量占比很小，光伏電池呈直線上升趨勢(shì)。

3. 中國(guó)對(duì)全球減排的總貢獻(xiàn)

圖3顯示了中國(guó)對(duì)全球減排的總貢獻(xiàn)，會(huì)發(fā)現(xiàn)總貢獻(xiàn)隨著時(shí)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(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)生產(chǎn)過(guò)程中的減排量，光伏貿(mào)易為整個(gè)世界帶來(lái)了積極的環(huán)境效益。

（二）光伏貿(mào)易對(duì)中國(guó)減排的貢獻(xiàn)

如上述表1所示，由于光伏產(chǎn)品的出口比例遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于多晶硅進(jìn)口比例，中國(guó)出口了大量的隱形碳，即意味著中國(guó)損失了潛在的CO2減排能力。中國(guó)在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)全球的減排貢獻(xiàn)實(shí)際上是增加了中國(guó)的碳排放;把式（3）中Pij改為光伏電池裝機(jī)量，即可得出中國(guó)的光伏產(chǎn)品在應(yīng)用中的減排量。中國(guó)光伏產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程增加的碳排放與其在應(yīng)用過(guò)程中減排量加總便可得到光伏貿(mào)易對(duì)中國(guó)減排貢獻(xiàn)。

1. 生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)本國(guó)的減排貢獻(xiàn)

圖4說(shuō)明了中國(guó)在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)本國(guó)的貢獻(xiàn)與中國(guó)在生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)全球的減排貢獻(xiàn)呈現(xiàn)相反趨勢(shì)，光伏產(chǎn)品的凈出口實(shí)際上增加了中國(guó)的碳排放量。

2. 使用過(guò)程中對(duì)本國(guó)減排的貢獻(xiàn)

2017～2020年太陽(yáng)能電池在使用過(guò)程中減排量量隨著時(shí)間而上升其主要原因是太陽(yáng)能電池在中國(guó)裝機(jī)數(shù)量越來(lái)越多，太陽(yáng)能規(guī)模化應(yīng)用減少了大量碳排放的產(chǎn)生。

3. 光伏貿(mào)易對(duì)本國(guó)減排的總貢獻(xiàn)

圖6顯示中國(guó)在生產(chǎn)光伏系統(tǒng)過(guò)程中產(chǎn)生的碳排放量與其在應(yīng)用過(guò)程中減少的碳排放量的不平衡，光伏貿(mào)易對(duì)中國(guó)減排的貢獻(xiàn)微不足道。中國(guó)理應(yīng)在環(huán)境利益和經(jīng)濟(jì)利益間尋找一個(gè)平衡點(diǎn)。

五、中國(guó)光伏貿(mào)易現(xiàn)狀的發(fā)展對(duì)策

根據(jù)以上研究，雖然大力發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)對(duì)全球減排的貢獻(xiàn)是積極的，但是凈出口國(guó)由于大量的制成品出口到其他國(guó)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(gè)較高的水平，并沒(méi)有獲得光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來(lái)的最佳環(huán)境效益，反而國(guó)內(nèi)減排貢獻(xiàn)為負(fù)，因此國(guó)內(nèi)市場(chǎng)也需要進(jìn)一步打開。

為了使中國(guó)在參與光伏國(guó)際貿(mào)易尋求貨幣利益的同時(shí)，兼顧環(huán)境利益，可以從以下幾個(gè)方面入手：

擴(kuò)大國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，目前中國(guó)主要是分布式光伏發(fā)電，并沒(méi)有形成大規(guī)模的開放市場(chǎng)，其商業(yè)化路徑并沒(méi)有完全打通，民用比例有待于提高;比如中國(guó)的光伏發(fā)電市場(chǎng)主要集中在邊遠(yuǎn)地區(qū)的農(nóng)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(chǎn)業(yè)真正發(fā)揮作用，最好要在中西部城市建設(shè)較多的可再生能源發(fā)展基地。

完善相關(guān)法律法規(guī)，規(guī)范光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。政府采取相關(guān)措施使光伏產(chǎn)業(yè)穩(wěn)中求進(jìn)，制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，建立健全光伏行業(yè)市場(chǎng)準(zhǔn)入機(jī)制，凈化市場(chǎng)環(huán)境。大力支持行業(yè)內(nèi)的技術(shù)創(chuàng)新，制定梯度稅收政策，對(duì)個(gè)別項(xiàng)目進(jìn)行重點(diǎn)扶持。

推動(dòng)企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新，創(chuàng)新是第一發(fā)展力。我國(guó)光伏企業(yè)應(yīng)正視目前的不足，一方面，學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)和管理理念，引進(jìn)國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀人才。另一方面，企業(yè)應(yīng)提高自身創(chuàng)新能力，為市場(chǎng)提供更多的新型科技產(chǎn)品和科技服務(wù)，制定恰當(dāng)?shù)莫?jiǎng)懲方法激發(fā)科研人員的積極性，占據(jù)光伏產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的制高點(diǎn)。

加快國(guó)際化進(jìn)程，開辟新的國(guó)際市場(chǎng)。近年來(lái)，歐美對(duì)中國(guó)的反傾銷調(diào)查愈演愈烈，中國(guó)開拓新型海外市場(chǎng)刻不容緩，利用“一帶一路”的發(fā)展契機(jī)，重點(diǎn)開發(fā)亞、非地區(qū)，最大程度上擺脫歐美市場(chǎng)對(duì)我國(guó)光伏行業(yè)制約，實(shí)現(xiàn)國(guó)際市場(chǎng)的多元化。

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*基金項(xiàng)目：江蘇大學(xué)2020年大學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：202010299100Y）。

（作者單位：江蘇大學(xué)）