关于光伏行业所谓的“高耗能”

　　多年来，受光伏行业上游多晶硅原料发展初期的生产装备落后、工艺技术掌握不完全、生产规模较小等影响，生产能耗相对较高，行业也被冠以“高耗能”的帽子，部分媒体甚至报道“大量出口太阳能电池组件相当于大量出口我国紧缺能源”的观点，直至最近某些文章中仍在继续引用上述错误观点，在社会上造成了对光伏产业的不良影响。

　　事实上早在2010年，原中国光伏产业联盟副秘书长严大洲等人就曾撰文以有力的事实批驳过此观点[1]，且随着时过境迁，光伏行业经过多年的发展，生产能耗在当时的基础上又已经得到极大的降低。最近，协会秘书处沿用严大洲等专家的方法，进一步测算了光伏全产业链的能耗水平，证明光伏产品制造过程中所消耗的能源仅需光伏电池发电1.17年即可收回，2015年光伏行业万元产值能耗比全国万元GDP能耗低67%，与上述错误观点“差之千里”。为澄清事实，以正视听，特分析如下：

　　1.晶体硅光伏发电产业链

　　光伏行业产业链如下所示，从我国光伏市场情况看，多晶电池组约占我国晶体硅电池市场份额的80以上，因此这里以多晶电池产业链进行分析其全周期的生产能耗。

图1晶体硅太阳电池产业链

　　2.能耗计算边界条件

　　以原料硅砂为起点，到制成晶体硅光伏发电系统，全部能量消耗EP表达式：

　　EP = EP1 + EP2 + EP3 + EP4 + EP5 + EP6 + EP7 + EP8

　　其中：

　　EP1为“硅砂——冶金硅”的能耗：12kwh/kg;

　　EP2 为“冶金硅——多晶硅”的能耗80kwh/kg(改良西门子法国内平均水平，当前国内先进水平已经达到60kwh/kg);

　　EP3为“多晶硅——多晶铸锭”的能耗8kwh/kg，(目前多晶硅铸锭已进入G6机型，装料重量在600kg-800kg，未来将向更大装料重量的G7、G8机型发展，电耗还有不少降低的空间)

　　EP4为“多晶硅锭-多晶硅片”的能耗：0.45kwh/片(光伏规范条件中要求现有项目硅片能耗不低于45万kwh/百万片，当前国内领先企业已下降至0.3kwh/片以下);

　　EP5为“多晶硅片——多晶硅光伏电池”的能耗：0.1kwh/Wp;

　　EP6为“光伏电池——光伏组件”的能耗：0.35kwh/Wp，(这环节耗能较大的主要是钢化玻璃和铝框，背板、EVA、接线盒等耗电较小。按60片组件玻璃重量为12.93kg，每吨光伏玻璃耗能350kgce，按1度电等量0.1229kg标煤计算，光伏玻璃耗电为0.142kwh/w，60片组件所需铝边框2.8kg，按每吨耗电1.335万度，铝边框电耗为0.144kwh/w，组件层压等耗电约为0.06kwh/w)

　　EP7为“逆变器及系统平衡部件”的能耗，含支架、并网控制逆变器、电缆、开关、仪表等的生产能耗，按每MW电站需支架钢材5000吨、钢筋1500吨、各类电缆850千米进行计算，支架钢材和钢筋的能耗为0.3kwh/w，电缆能耗约为0.01kwh/w，升压变、逆变器等按0.05kwh/w计算，总能耗约为0.36kwh/w。

　　EP8为“组件运输、系统施工安装及其他”等，部分耗能比较大的主要是水泥，按每MW需水泥70吨计算，水泥能耗为0.06kwh/w，其他如运输、电池制造的银铝浆、切割用的材料生产等，简单估算为0.05wkh/w，合计0.11kwh/w。

　　3.计算结果

　　多晶硅生产消耗工业硅原料：1.2kg，即每生产1kg高纯多晶硅需要1.2kg冶金硅;

　　铸锭消耗高纯多晶硅：1.05kg，即1kg硅锭需要1.05kg高纯多晶硅;

　　1kg硅锭可以切156×156mm的硅片49片，按现在多晶电池平均转换效率18.3%计算，每片平均制造4.45Wp太阳电池，合计为：218Wp/kg。

　　制造每瓦太阳电池需要的高纯多晶硅：1050g/218Wp = 4.81g/Wp;

　　制造每瓦太阳电池需要的工业硅：1.05×1.2×1000g/218Wp = 5.8g/Wp;

　　根据上述参数计算，得到各环节电力消耗情况如下：

　　EP1 =12kWh/kg×5.8g/Wp/1000 = 0.0696 kWh/Wp

　　EP2 = 80kWh/kg×4.81g/Wp/1000 = 0.384 kWh/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

　　太阳能电池片至组件的效率损失大概在1.5%左右，全部能量消耗：EP = (EP1+ EP2 + EP3 + EP4 + EP5)/0.985 + EP6+EP7+EP8

　　=1.52kWh/Wp

　　如果按照当前国内领先企业的能耗水平计算，每瓦的耗电成本可进一步下降。按硅粉耗量1.15kg/kg-Si，多晶硅生产综合电耗60kwh/kg-Si，硅锭电耗8kwh/kg，金刚线切割单位出片量55片，切割电耗0.3kwh/片，多晶电池转换效率18.8%计算，则全部能量消耗仅为1.33kwh/w左右。

　　4.能量回收期计算

　　光伏发电系统的能量回收期TP(年)=制造光伏系统的全部能耗/光伏发电系统年发电量，即光伏发电的增值效应。

　　根据上面的测算，可以得到光伏发电从硅石到系统的总能耗为1.52kwh/Wp。

　　中国西北部的太阳能资源丰富，光伏发电系统的年满发平均利用小时数1500小时以上，中东部约为1100小时，取两者平均值1300小时，即每峰瓦太阳电池一年可以发出1.3kWh电。由此，可以计算出光伏发电的能量回收期：

　　TP = 1.52/1.3 = 1.17年

　　即在晶体硅电池实现发电后，只需要1.17年就可以收回生产过程中所消耗的电力，先进产能则仅需1年左右。而太阳能组件的质保普遍在25年，有些甚至达30年，太阳能电池在全寿命周期内，基本上都是生产清洁电力。与传统煤电比较，2015年我国6000千瓦及以上电厂供电标准煤耗为315克标煤/kWh，最先进的超超高临界发电机组煤耗约为268克标煤/kWh，而光伏生命期内耗电1.52度电，折合标煤约为478克标准煤，25年寿命周期内可发电32.5kWh，即平均每度电耗费14.7克标煤，仅为最先进煤电机组的5.4%。因此，太阳能光伏发电是名副其实的清洁能源电力。

　　5.光伏万元产值能耗比较

　　如果将光伏系统作为一个产品，按2015年光伏系统投资约为8.5元/瓦，每瓦耗电量约为1.52度，根据GB/T2589—2008《综合能耗计算通则》各种能源标准参考系数电力(当量值)为0.1229kgce/(kw.h)，即一度电折算0.1229kgce千克标煤计算，1.52度电折合0.186kgce，即光伏行业的万元产值能耗约为0.21吨标准煤，而2015年我国能源消费总量43.0亿吨标准煤，国内生产总值为676708亿元，即2015年全国万元GDP能耗平均为0.635吨标准煤，光伏万元产值能耗比全国平均万元GDP能耗低约67%，因此光伏行业所谓的“高能耗”说法是站不住脚的。

　　6.光伏行业与传统高耗能产业的比较

　　从上述光伏产业链各环节的数据看，能耗最高的是多晶硅环节，因此可将能耗最高的多晶硅与传统高耗能产业电解铝和水泥进行对比研究，从上述分析可以看到，多晶硅生产过程中，电耗约为80kwh/kg-Si，折合标煤9.83kgce/kg-Si(这里不计多晶硅生产过程中所需的蒸汽，按热值计入蒸汽后，折合标煤约为11.4kgce/kg-Si)最近一年多晶硅产品价格平均为12万元/吨，对应的万元产值能耗约为0.82吨标煤。而根据工业绿色发展规划数据，电解铝生产电耗约为13350kwh/吨，过去一年平均价格约为1.25万元，对应的万元产值能耗为1.31吨标煤，而水泥则为3.86吨标煤。因此多晶硅的万元产值能耗远低于电解铝和水泥，加上其他环节后，如将光伏系统作为产品计算，其万元产值能耗仅为0.21，更是远低于传统高耗能产业，如下表所示。

　　值得指出的是，“高耗能”一词产生的背景是由于“十一五”期间电力需求紧张，为了节能而衍生出该词，国家也将六大行业列为高耗能产业，但在当前电力过剩的背景下，再谈高耗能已经无太大意义。而从全寿命周期看，光伏生产过程中所耗电力仅需约一年多一点即可全部回收，可为世界贡献25年以上的清洁能源，因此关于光伏行业所谓“高耗能”的话题可以休矣。