江苏光伏产业利用绿色电力实现近零碳排放的可行性探讨

李冰洁

(国网江苏省电力有限公司经济技术研究院，南京 210009)

1.1 产业发展概述

江苏省光伏产业起步于20世纪末，20多年来先后经历了国际金融危机、美欧多国“双反”、国内补贴退坡等多次市场洗礼，完成了原材料、市场与技术由外向内的转变，逐步由粗暴式增长转变为健康高质量发展。江苏光伏产业目前已形成完整的产业链和稳定的供应链，产值规模3 000亿元左右，苏南、苏中、苏北协同发展，形成六大光伏产业园区，生产制造技术国际领先，主要产品供应全球200多个国家和地区，为中国光伏产业实现跨越式发展和国际地位的提升做出了重要贡献。

江苏光伏产业链涵盖多晶硅硅料提纯，硅锭(棒)生产，硅片切割，电池和组件生产，光伏电站系统的设计、安装、施工以及国产化装备制造等各环节。

2021年全国及江苏光伏产业的主要产品的产量情况如表1。

表1 光伏产业主要产品2021年产量情况

图1 江苏光伏产业链图谱

1.2 光伏产业链能耗分析

在光伏产业链中，如多晶硅料提纯、硅锭(棒)生产、光伏玻璃生产等环节，生产过程中需要消耗较大的电力、热力、天然气等。对主要耗能环节在生产过程中的耗能统计分析如下[1]：

(1)光伏多晶硅生产

多晶硅生产提纯技术分为改良西门子法和硅烷流化床法(FBR)。其中，改良西门子法生产工艺相对成熟，采用此方法生产出的棒状硅约占全国产量的95.9%。2021年多晶硅平均综合电耗已降至63(kW·h)/kg，同比下降5.3%。未来随着生产装备技术改造、系统优化能力提高等，预计至2025年有望下降至50 (kW·h)/kg。硅烷流化床法工艺技术具有能耗低、可连续生产、完全闭路循环、对外界依赖程度低等特点，相较于传统工艺制备的棒状硅，FBR颗粒硅在成本、碳排放及产品质量方面具有明显优势。硅烷流化床法颗粒硅较改良西门子法棒状硅单位电耗低40%～50%。2022年6月16日，中能硅业新增3 万t FBR颗粒硅产能正式投产，产能达6万t，产品综合电耗14.8(kW·h)/kg。

(2)光伏硅锭(棒)生产

铸锭掺杂和晶体生长优化技术大大提升了效率。配套坩埚和热场的提升，实现了从G5炉到G7炉提升，铸锭产量扩大到1 200 t/炉，且生产装备全部实现国产化。目前G7炉的单位产品电耗约为8 (kW·h)/kg。

(3)光伏硅片生产

江苏光伏硅切片生产以协鑫科技为引领，以无锡中环、江苏美科、镇江荣德、无锡高佳、扬州晶樱等为主力,目前产线广泛使用的金刚线多线切割技术，显著降低了成本和硅料消耗，提高了硅片优良率和产量。目前全省硅切片环节电耗为60(MW·h)/MW。

(4)光伏电池片生产

目前，PERC电池、TOPCon电池、HJT电池、钙钛矿电池等不同技术路线的产品在江苏省均有布局，生产技术均处于国际领先地位，且实现了生产自动化和智能化。由于生产工艺的不同，各类电池片的能耗稍有不同。经综合统计，目前全省光伏电池片环节电耗为90(MW·h)/MW。

(5)光伏组件生产

组件制造是江苏省产业链最集聚、企业布局最多的环节，且产线智能化、信息化程度较高，集成了双面、半片与多主栅等多项技术的综合运用，最高功率可突破660 W，最高转换效率超22%，处于国际领先水平。经综合统计，目前江苏省光伏组件生产环节电耗为50(MW·h)/MW。

(6)光伏玻璃生产

光伏玻璃生产耗能较大，需要消耗大量的天然气和电力。每吨光伏玻璃耗能300 kg标准煤，其中天然气占比约85%，电力消费占比约15%，耗电量约为370 kW·h。

利用太阳能转化成的电力是不存在碳排放的，但由于光伏系统的生产过程中消耗能源，因此产品生产过程中存在CO2排放。若光伏产业的生产用电均来自可再生能源电力，则生产过程的CO2排放将大幅度降低。

2.1 江苏省光伏产业主要生产环节碳排放

根据1.2节江苏省光伏产业主要产品产量和产品单位电耗统计，可以计算出江苏省光伏产业主要生产环节2021年电力消费约为200 亿kW·h。

目前，CO2排放量普遍采用基于能源消费量的计算公式来测算。通过已知特定范围内的能源消费品种和消费规模，采用其对应的排放因子计算，从而获得二氧化碳的排放规模测算[2]。根据生态环境部2022年发布的《企业温室气体排放核算方法与报告指南 发电设施(2022年修订版)》，对于净购入使用电力产生的二氧化碳排放，用净购入电量乘以该区域电网平均供电排放因子得出，计算公式为：

E电=AD电×EF电

(1)

式中：E电为净购入使用电力产生的二氧化碳排放量，t；
AD电为企业的净购入电量，MW·h；
EF电为区域电网年平均供电排放因子，tCO2/(MW·h)。

《企业温室气体排放核算方法与报告指南 发电设施(2022年修订版)》中指出，当年全国电网排放因子为0.581 tCO2/(MW·h)。

利用以上计算方法，计算得出江苏光伏产业主要生产环节电力消费所引起的间接二氧化碳排放规模为1 262万t CO2。

江苏光伏产业主要产品2021年CO2排放量情况详见表2。

表2 江苏光伏产业主要产品2021年CO2排放量情况

2.2 光伏生产企业绿色电力来源途径

光伏生产企业利用的绿色电力来源可以分为自行生产和外部购买两种途径。自行生产为在工厂内安装光伏、小型风电等可再生能源发电项目，自发自用，消纳绿色电力，以减少从电网购买的电力。外部购买则是参与绿色电力交易，通过双边撮合方式，购买市场上其他项目的绿色电力，并承担一定的输配电成本。

(1)自建可再生能源项目

以省内某知名光伏企业在盐城新建项目为例，项目设计产能为4 GW高效太阳能组件，新建组件生产车间、仓库、食堂、门卫等建筑[3]。对拥有较大面积的建筑屋顶进行统计，厂区内可利用的屋顶面积约为92 081 m2，可安装屋顶分布式光伏项目约9.18 MW，盐城地区按照年利用小时数1 200 h进行估算，年发电总量约为1 102万kW·h。某光伏生产企业屋顶资源及发电量估算详见表3。

表3 某光伏生产企业屋顶资源及发电量估算

(2)绿色电力交易

《关于加快建设全国统一电力市场体系的指导意见》(发改体改〔2022〕118号)、《促进绿色消费实施方案》(发改就业〔2022〕107号)等文件中指出，要引导有需求的用户直接购买绿色电力[4]，引导用户签订绿色电力交易合同，并在中长期交易合同中单列。在国家政策的指导下，根据江苏电力交易中心有限公司发布的有关数据，江苏电力市场本年度已完成绿电交易9.24亿kW·h的成交电量。

根据江苏省发展改革委员会《关于开展2022年电力市场交易工作的通知》，允许统调光伏、风电等江苏省内各类发电机组参与市场交易，企业需要保证省内机组中的光伏发电按照全年不超过900 h、风电按照全年不超过1 800 h的电量参与年度市场交易。根据国家电网江苏省有限公司提供的发电数据，江苏省统调风电项目上网电量达到402亿kW·h，统调光伏发电项目上网电量达到46.9亿kW·h，具备较为充足的绿色电力可供市场进行交易。

2.3 实现绿电生产的影响分析

在光伏产业链主要环节中实现全绿色电力生产，能够极大地降低生产环节中的二氧化碳排放，推动产业链实现近零排放。但评估其带来的影响，需要从企业生产成本、社会公共效益两个方面来权衡。

2.3.1 绿电消费带来的成本影响

若采用自建可再生能源项目方式，按照目前4.5元/W的屋顶分布式光伏装机成本计算，以盐城新建项目为例，其建设9.18 MW的屋顶分布式光伏项目成本约4 130万元。按照使用寿命25年计算，项目全寿命周期可产生25 400万kW·h的绿色电力。按照每年5%的建设费用考虑项目运行维护，则绿电的生产成本约为0.37元/(kW·h)。

根据《省发展改革委关于江苏电网2020—2022年输配电价和销售电价有关事项的通知(苏发改价格发〔2020〕1183号)》，江苏大工业用户在光伏发电期间的加权用电价格约0.77元/(kW·h)，江苏省工业用电峰谷分时销售电价详见表4。

表4 江苏省工业用电峰谷分时销售电价 元/(kW·h)

可以看出，采用自建分布式光伏项目的形式来给光伏生产企业实施绿色电力供应，不但对企业没有造成产品成本的提升，反而比直接从电网购电降低了约0.4元/(kW·h)的生产成本。

若采用外购绿色电力[5]，根据江苏省电力交易中心发布的绿电交易价格，上半年全省月度交易平均价格在461.65～467.84元/(MW·h)之间。江苏省大工业用户的电网输配电价0.126 4 元/(kW·h)，因此，通过绿电交易计算的最终电价合计为0.593 8元/(kW·h)，比直接从电网购电降低了约0.17元/(kW·h)的生产成本。

综上分析，无论自建屋顶分布式光伏项目，还是参与电力市场交易从外部购买绿色电力，均不会对光伏生产企业造成产品成本上涨的压力。

2.3.2 绿电消费带来的社会影响

由上文分析，多晶硅料、硅锭(棒)、硅片、电池片、组件、玻璃环节的年电力消费规模约200亿kW·h，带来的电力消费间接排放为1 262万tCO2。若全部实现绿色电力消费，行业生产制造过程将接近于零碳排放，每年等同于减少了全省整个交通行业的碳排放总量[6]。

同时，新增200亿kW·h的绿色电力消费[7]，等同于带动了约1 600万kW的屋顶分布式光伏装机及800万kW的海上风电装机规模，进而拉动对光伏产业链的产品消费，形成健康的循环促进作用。

通过前文分析，提出以下三点建议：

(1)建议通过行业自律引导企业增加绿电消费。通过行业协会、产业联盟等社会团体，制定行业节能降碳和绿色电力消费倡议，引导江苏省光伏企业提升能效水平，增加绿电消费，力争在2030年形成近零碳产业链。一方面能够推动产业生产环节节能降碳，提升能效，降低生产成本，助力光伏产业打造成为江苏省工业领域近零碳产业链的标杆，另一方面能够避免欧美国家利用碳关税等有关贸易手段，进一步限制江苏光伏企业出口，有效降低贸易摩擦风险。

(2)建议政府投资主管部门创新项目管理制度。在固定资产投资节能审查环节，加强对项目实施绿色电力消费的引导，对于承诺全部采用绿电生产的新建、扩建项目，实行节能审查承诺制，简化行政审批流程。

(3)建议电网企业和售电公司加强绿电市场服务。一方面加强输配电网通道建设，扩大绿电通道覆盖范围和消纳能力，为绿电交易提供高效的电网基础设施，另一方面做好绿电销售及可再生能源项目建设投资服务，为企业消费绿色电力提供支持。

江苏光伏产业链完整、供应链完善、产业技术先进，是全省优势产业之一，在国内外市场上均拥有较强的影响力。在碳达峰碳中和背景下，国内光伏装机规模增速较快，市场产品需求旺盛，产业规模持续扩大。

与此同时，国家能源局出台的《能源领域碳达峰实施方案》中指出，不但要加快能源结构绿色低碳转型，还要大力推进能源产业链碳减排，作为能源产业链当中的重要领域，光伏产业链自身的节能降碳工作也将迎来新的要求。在此背景下，保持江苏光伏产业的高质量发展，将是对能源结构优化调整及碳达峰碳中和目标实现的关键性支撑。与此同时，引导江苏光伏产业实施绿色低碳发展，也将为全国光伏产业乃至其他制造业领域树立节能减排的优质样板。

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