基于生命周期评价的光伏贸易对碳排放的影响研究

程冉　马新玥

摘要：21世纪以来，包括光伏产业在内的新能源的快速发展与规模化应用对中国乃至全球的减排起到了重大作用。为了量化并进一步探讨光伏系统不同阶段的碳排放量，研究光伏国际贸易给全球和中国带来的影响，文章从生产、贸易方面出发，基于全生命周期思想探讨光伏国际贸易对减排的贡献，并进一步得出，在这样的影响下，中国应该加快光伏产业升级，扩大国内对光伏产品的应用，从而兼顾经济和环境效益，利用自身的优势来促进光伏产业长效健康发展的结论。

关键词：全生命周期思想;光伏贸易;碳排放;减排

一、引言

当前，生态环境日益恶化，为了改善环境恶化和缓解能源短缺问题，越来越多的国家开始寻找新型、绿色能源代替传统能源。太阳能因具有可再生、环保等特点，被公认为是取代煤炭、石油等能源的最佳选择，同时也被众多国家和地区大力推进开采和应用。

现今市场上已形成以硅材料的应用和开发为核心的一条光伏产业链。光伏产业链分为上、中、下三游，上游为多晶硅、单晶硅等原材料，中游由电池片、晶硅组件构成，下游主要是应用系统环节，包括逆变器、电站EPC等。我国光伏产业相对于其他发达国家起步较晚，但由于国内外市场的巨大需求和国内政策支持，近年来迅速发展，光伏产业规模及产能全球第一，然而产品出口比重大，国内应用数量还远远不足。

这直接导致了光伏系统的生产和应用阶段的不平衡，从而对碳排放具有不同的影响，光伏产品的制造过程伴随着能源消耗和碳排放，光伏产品的应用则是一个减少碳排放的过程。进口国家可以从光伏贸易中获得环境利益，而出口国却需要承担生产过程中的能源消耗和环境污染。董阳（2015年）对中国多晶硅光伏组件出口进行了非常详细的生命周期环境评估，揭示了中国光伏组件出口贸易对进口国具有重大的环境影响，但研究侧重点为光伏贸易对主要进口国的减排贡献，忽略了光伏组件出口贸易给本国碳排放带来负面的影响。本文在此基础上，从生产和应用两方面分析了光伏贸易对全球和中国减排贡献。

生命周期评价思想（LCA）用于分析产品或服务在生产、消费和最终处置所有阶段的环境负担。国内外有关光伏系统全生命周期思想的研究越来越多，主要是针对能源消耗和环境问题，例如基于生命周期思想评价多晶硅光伏发电系统的环境污染与能源消耗情况;以及基于生命周期评价理论，创建风力发电、光伏发电及燃煤发电的生命周期评价体系;另外一些则侧重于EPBT和温室气体的特定排放，但是根据全生命周期思想能够比较完整地计算光伏系统中各个阶段的碳排放量并不多见。

就目前看来，国内外关于光伏国际贸易对碳排放影响的文献很多，但具体研究基于光伏系统整个生命周期对中国乃至全球的碳排放的影响尚不多见，且大多学者是从经济利益来促进中国光伏产业的升级换代。因此，要基于全生命周期思想探讨国际光伏贸易对中国碳排放的影响，并进一步挖掘在这样的影响下中国应该如何兼顾经济和环境效益来促进光伏产业长效健康发展。

二、中国光伏国际贸易的发展

（一）中国光伏产品概述

光伏产品是利用光伏效应，使用太阳能电池板和相关资料，通过半导体太阳能电池蓄电或放电，能有效把太阳能轉化为电能。中国光伏产品大致可分为单晶硅、多晶硅等原材料，硅片、电池片、光伏组件等制成品，其中多晶硅主要依赖进口，光伏制成品则大量出口。

（二）中国光伏产品对外贸易现状

1. 中国光伏产品进出口概况

多晶硅是基础原材料之一，其生产成本难控制，产品结构复杂，生产周期比较长，具备较高的市场进入壁垒。从表1 2016～2019年多晶硅进口情况来看，多晶硅进口占比逐步下降。目前我国多晶硅生产基本能够满足国内需求，但是大多数高品质多晶硅料仍依赖进口。

根据海关信息总署数据可得，2016～2019年中国光伏产品（硅片，电池片和光伏组件）出口稳步增长，2019年全国光伏产品出口额超过200亿美元，组件出口额占比最大，三者出口量均领先于过去几年，创历史新高。

2. 中国光伏产品贸易结构

由表1可看出，光伏电池在2016～2019年出口比重呈上升趋势，硅片的出口占比呈下降趋势，多晶硅进口依赖度逐年下降，但在2019年还是占全球进口的28%。

现今生产高品质多晶硅原料的先进技术大多由发达国家掌握，我国主要从这些国家进口高品质多晶硅原料，然后在国内生产硅片、光伏电池，最后组装成电池组件出口。我国在国际市场上只是“代工者”的角色，技术含量不高，这种两头在外的贸易模式不利于我国光伏产业的发展。

3. 中国光伏产品主要贸易对象

根据中国光伏行业协会整理数据来看，2018年出口国家众多，前五名的国家包括印度、日本、澳大利亚、墨西哥及韩国，占据了60%以上份额，其中，在电池片出口方面，印度位居第一。2019年国际市场出现改变，位居中国光伏产品出口量前五的国家有所调整。荷兰反超印度在2019年一跃成为第一光伏产品进口国。

三、研究方法与数据来源

基于生命周期思想评价可以将光伏产业系统分成了两大类，主要为光伏产品生产阶段和使用阶段。生产阶段包括上游及中游产业链;使用阶段为光伏产品的进出口和应用环节。本文主要从生产阶段（原材料多晶硅获取、太阳能电池板、光伏组件制造环节）和使用阶段（光伏产品贸易）着手，运用Da Liu团队的碳排放量计算模型研究基于LCA思想下光伏系统对本国和全球减排贡献。

（一）生产过程中的碳排放量贡献

生产过程中的减排贡献为光伏产品生产过程中产生的碳排放，生产过程中产生的碳排放量可以通过净出口额与产品的碳排放强度乘积来计算，在生产过程中产生的碳排放量如式（1）所示，详细数据见表2。

i表示第几种产品，比如i=1即表示多晶硅，i=2表示硅晶片，i=3表示光伏电池;j表示第几年，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表示第几年中国第几种产品对世界的出口量？譹？訛;θij表示第几种产品在第几年的产品的碳排放强度，碳排放强度是指单位生产总值增带来的二氧化碳排放量？譺？訛;Cpj表示在第几年生产过程中对全球减排的贡献。

（二）使用过程中的碳排放量贡献

使用阶段的减排为光伏发电节省的碳排放量，为了计算使用期间的减排量，必须知道如何计算所有的出口产品都能产生大量的电能。多晶硅和硅晶片被用于生产光伏电池，必须转换出口多晶硅和硅的交易值增加到光伏电池的数量。根据（Liu等，2012）研究，一吨多晶硅可以产生0.126MW的光伏电池容量，一万片硅片可以产生0.037MW的PV电池容量，一万个太阳能电池可以产生2.55MW的PV容量，因此多晶硅和硅片可以生产的PV电池数量可按式（2）计算。

qij表示第幾年第几种产品的进出口量？譻？訛;ki表示第几种产品与光伏电池的输入输出比？譼？訛;Pij表示第几年第几种产品从交易值转换而成的光伏电池数量。

然后，使用平均发电设备可用小时及光伏电站的寿命，计算多少这些光伏电池在使用过程中可以产生的电能。电力和电力排放系数总的乘积是估计的使用期间减排估计值，如式（3）所示。

T表示光伏电站的平均发电设备可用小时数？譽？訛;n表示光伏电站的寿命？譾？訛;β表示第几年的电力排放系数？譿？訛;Cuj表示第几年在使用过程中对减排的贡献。

（三）减排贡献总量

一国对减排的贡献为生产过程中产生的碳排放加上其他国家在使用过程中获得的碳排放量，即为两个过程的加总，如式（4）所示。

Cj代表第几年期间生产和使用减排的总贡献。

（四）数据及数据来源

四、实证结果

（一）中国对全球减排的贡献

1. 生产过程中的减排贡献

使用式（1）可以计算出中国在生产过程中对全球减排的贡献。结果显示如图1所示。中国是多晶硅的净进口国，多晶硅在生产过程中减排量为负，这意味着中国从多晶硅的国际贸易中获得了环境利益。2017～2020年多晶硅进口的对外依赖度下降说明，中国多晶硅开采数量稳步提升，这也意味着中国在贸易过程中承担的国内排放成本增加。2019年中国生产过程中硅片出口量悬崖式下跌，2020年后逐步提高;总的来讲，中国光伏产品出口量仍然呈现好的态势。

2017～2020年三种产品在生产过程中总的碳排放量随着时间而下降，一是由于硅片贸易数量减少，但光伏电池净出口量增加，所以减少的主要原因还是因为碳排放强度的下降，这也是中国签订巴黎协议以来中国为减少碳排放所做出的努力。

2. 使用过程中对减排的贡献

从式（2）和式（3）可以计算出中国在使用过程中对全国减排的贡献，显示在图2这三种光伏产品的贸易减少的绝对值会随着时间的增加而增加。增加的原因是贸易量的增加。这三种产品中硅片贸易的减排量占比很小，光伏电池呈直线上升趋势。

3. 中国对全球减排的总贡献

图3显示了中国对全球减排的总贡献，会发现总贡献随着时间的推移而增加。尤其2019年和2020年增加量，其使用期间的贡献远远超过生产过程中的减排量，光伏贸易为整个世界带来了积极的环境效益。

（二）光伏贸易对中国减排的贡献

如上述表1所示，由于光伏产品的出口比例远远高于多晶硅进口比例，中国出口了大量的隐形碳，即意味着中国损失了潜在的CO2减排能力。中国在生产过程中对全球的减排贡献实际上是增加了中国的碳排放;把式（3）中Pij改为光伏电池装机量，即可得出中国的光伏产品在应用中的减排量。中国光伏产品生产过程增加的碳排放与其在应用过程中减排量加总便可得到光伏贸易对中国减排贡献。

1. 生产过程中对本国的减排贡献

图4说明了中国在生产过程中对本国的贡献与中国在生产过程中对全球的减排贡献呈现相反趋势，光伏产品的净出口实际上增加了中国的碳排放量。

2. 使用过程中对本国减排的贡献

2017～2020年太阳能电池在使用过程中减排量量随着时间而上升其主要原因是太阳能电池在中国装机数量越来越多，太阳能规模化应用减少了大量碳排放的产生。

3. 光伏贸易对本国减排的总贡献

图6显示中国在生产光伏系统过程中产生的碳排放量与其在应用过程中减少的碳排放量的不平衡，光伏贸易对中国减排的贡献微不足道。中国理应在环境利益和经济利益间寻找一个平衡点。

五、中国光伏贸易现状的发展对策

根据以上研究，虽然大力发展光伏产业对全球减排的贡献是积极的，但是净出口国由于大量的制成品出口到其他国家，自身的使用却少之又少，因此使得碳排放量和能源消耗维持在一个较高的水平，并没有获得光伏产业发展带来的最佳环境效益，反而国内减排贡献为负，因此国内市场也需要进一步打开。

为了使中国在参与光伏国际贸易寻求货币利益的同时，兼顾环境利益，可以从以下几个方面入手：

扩大国内市场，目前中国主要是分布式光伏发电，并没有形成大规模的开放市场，其商业化路径并没有完全打通，民用比例有待于提高;比如中国的光伏发电市场主要集中在边远地区的农村，用于普通的照明;且制造、安装、维修成本都非常高，为使光伏产业真正发挥作用，最好要在中西部城市建设较多的可再生能源发展基地。

完善相关法律法规，规范光伏产业的发展。政府采取相关措施使光伏产业稳中求进，制定行业标准，建立健全光伏行业市场准入机制，净化市场环境。大力支持行业内的技术创新，制定梯度税收政策，对个别项目进行重点扶持。

推动企业技术创新，创新是第一发展力。我国光伏企业应正视目前的不足，一方面，学习国外先进的技术和管理理念，引进国内外优秀人才。另一方面，企业应提高自身创新能力，为市场提供更多的新型科技产品和科技服务，制定恰当的奖惩方法激发科研人员的积极性，占据光伏产业竞争的制高点。

加快国际化进程，开辟新的国际市场。近年来，欧美对中国的反倾销调查愈演愈烈，中国开拓新型海外市场刻不容缓，利用“一带一路”的发展契机，重点开发亚、非地区，最大程度上摆脱欧美市场对我国光伏行业制约，实现国际市场的多元化。

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*基金项目：江苏大学2020年大学生实践创新训练计划项目（项目编号：202010299100Y）。

（作者單位：江苏大学）