摘要:硅料和硅片制造環(huán)節(jié)的較高能耗,不僅制約光伏發(fā)電的成本降低,也影響我國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。隨著貿(mào)易壁壘和政策變化,全球光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展增加了不確定性,作為高排放的硅料如何助力光伏行業(yè)的碳減排?
硅料(多晶硅),是光伏產(chǎn)業(yè)鏈上游最基礎(chǔ)的原材料。
因供應(yīng)鏈上下游產(chǎn)能錯(cuò)配與硅料廠新產(chǎn)能建設(shè)周期長(zhǎng)等因素,2021年和2022年硅料供不應(yīng)求、價(jià)格居高不下。
但2022年12月初,隨著新增產(chǎn)能爬坡以及囤積的硅料開(kāi)始流通等因素變化,市場(chǎng)供給緊張緩解,產(chǎn)業(yè)鏈的多個(gè)環(huán)節(jié)陡然發(fā)生變化,硅料、硅片等價(jià)格開(kāi)始下滑。
繼去年12月光伏產(chǎn)業(yè)鏈上游原材料硅料價(jià)格的大幅下跌之后,光伏行業(yè)下游產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的日子就好過(guò)了起來(lái)。
硅料價(jià)格的大幅下跌被認(rèn)為對(duì)光伏下游形成重大利好。“一直以來(lái),上游硅料價(jià)格高企是限制光伏裝機(jī)增長(zhǎng)的最大瓶頸。硅料價(jià)格下行會(huì)帶動(dòng)整個(gè)光伏組件價(jià)格中樞下行,供應(yīng)短缺問(wèn)題將逐步緩解,產(chǎn)業(yè)鏈中下游利潤(rùn)或?qū)⒅匦路峙洌掠坞姵亟M件或?qū)⑹芤妗?rdquo;光伏行業(yè)研究人員表示。
事實(shí)上,盡管光伏發(fā)電是被公認(rèn)為降低碳排放的途徑,但硅料、硅片的生產(chǎn)耗能很高,能占到光伏生命周期碳排放的40%以上。隨著更多的以碳足跡為基礎(chǔ)的貿(mào)易壁壘襲來(lái),光伏企業(yè)如何應(yīng)對(duì),作為高排放的硅料又如何助力光伏行業(yè)的碳減排?
01 硅料的價(jià)格和質(zhì)量對(duì)光伏發(fā)電至關(guān)重要
光伏產(chǎn)業(yè)可以分別為硅料、硅片、電池片、組件、應(yīng)用系統(tǒng)等5大環(huán)節(jié)。其中硅料與硅片環(huán)節(jié)為產(chǎn)業(yè)上游,電池片與光伏組件為行業(yè)中游,下游為發(fā)電系統(tǒng)。
在硅料環(huán)節(jié),工業(yè)硅被提純成為光伏級(jí)多晶硅料;在硅片環(huán)節(jié),多晶硅料被加工成為單晶硅棒或多晶硅錠,再經(jīng)過(guò)截?cái)?、開(kāi)方、切片等工藝,得到單晶硅片或多晶硅片。硅料環(huán)節(jié)不僅制造及研發(fā)門檻高,而且資金投入極大。同時(shí),硅料的價(jià)格和質(zhì)量對(duì)光伏發(fā)電的成本和效率也起著至關(guān)重要的作用。
光伏產(chǎn)業(yè)需要的多晶硅純度達(dá)99.9999%以上。目前,世界上絕大部分廠家生產(chǎn)的硅料,均采用傳統(tǒng)的改良西門子法,這是最為成熟、應(yīng)用最廣泛的工藝技術(shù)。其原理是在多晶硅還原爐中,用純氫氣還原純?nèi)葰涔?,生成單質(zhì)硅;單質(zhì)硅在高純硅芯上沉積,生成棒狀多晶硅。
根據(jù)中國(guó)光伏行業(yè)協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù),2020年我國(guó)采用改良西門子法生產(chǎn)的多晶硅約占全國(guó)總產(chǎn)量的97.2%。
單晶硅和多晶硅電池作為光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)的中游核心組件,是決定太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵產(chǎn)品,也是決定清潔電力產(chǎn)出效益的關(guān)鍵指標(biāo)。
近年來(lái),光伏行業(yè)發(fā)展勢(shì)頭越來(lái)越猛。根據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的2022年全國(guó)電力工業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),我國(guó)去年新增光伏裝機(jī)87.41GW,同比增長(zhǎng)60.3%。
在終端市場(chǎng)帶動(dòng)和國(guó)家法規(guī)的倒逼下,各家原料企業(yè)都在研發(fā)硅料新工藝。在光伏產(chǎn)業(yè)鏈上,清潔化是能源供給的關(guān)鍵,而硅料革命將會(huì)帶動(dòng)光伏的低價(jià)上網(wǎng)。
02 碳中和對(duì)光伏產(chǎn)業(yè)鏈提出更高要求
根據(jù)中國(guó)光伏協(xié)會(huì)研究報(bào)告,目前光伏度電碳排放量?jī)H有33-50g,相較于煤炭發(fā)電量減少約420g。
盡管光伏發(fā)電是被公認(rèn)為降低碳排放的途徑,但早在多年前光伏產(chǎn)業(yè)鏈登陸國(guó)內(nèi)之時(shí),就有聲音質(zhì)疑光伏產(chǎn)業(yè)鏈能耗高,造成的污染和溫室氣體排放高于發(fā)電收益。
根據(jù)中國(guó)資源綜合利用協(xié)會(huì)可再生能源專委會(huì)與國(guó)際環(huán)保組織綠色和平發(fā)布的《中國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)清潔生產(chǎn)研究報(bào)告》,光伏發(fā)電的能量回收周期僅為1.3年,而其使用壽命為25年,也就是說(shuō)在約24年里光伏發(fā)電都是零碳排放。
太陽(yáng)能本質(zhì)上是環(huán)境可持續(xù)的,但這并不代表光伏產(chǎn)品都是低碳的。
目前許多商用光伏組件都可能帶有沉重的環(huán)境價(jià)格標(biāo)簽。生產(chǎn)過(guò)程中相對(duì)較高的碳足跡是硅料制造、硅錠長(zhǎng)晶、硅片切割,電池片生產(chǎn)等高能耗工藝。尤其是硅料和硅片制造環(huán)節(jié),高耗能不僅制約光伏發(fā)電的成本降低,也影響我國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。
法國(guó)能源監(jiān)管機(jī)構(gòu)CRE在2021年啟動(dòng)的500KW以上地面光伏電站項(xiàng)目的第十次招標(biāo)中,就對(duì)光伏組件碳足跡提出了明確要求,優(yōu)先考慮使用低碳排放光伏組件的項(xiàng)目。
除此之外,韓國(guó)要求光伏組件根據(jù)產(chǎn)品整個(gè)生命周期內(nèi)的每千瓦碳排放量評(píng)價(jià)能否獲取補(bǔ)貼;意大利、瑞典等國(guó)家的環(huán)境產(chǎn)品認(rèn)證(EPD)體系嚴(yán)苛跟蹤檢測(cè)某一產(chǎn)品在其整個(gè)生命周期內(nèi)對(duì)環(huán)境造成的影響;歐盟以光伏碳排放為基礎(chǔ)對(duì)進(jìn)口組件提出更多的要求;包括挪威、荷蘭、西班牙等地區(qū)也在醞釀產(chǎn)品碳足跡要求。
貿(mào)易壁壘和政策變化增加了全球光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的不確定性,也導(dǎo)致了國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。
為淘汰落后光伏產(chǎn)能,工信部規(guī)范已明確提出“光伏制造企業(yè)應(yīng)采用工藝先進(jìn)、節(jié)能環(huán)保、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)成本低的生產(chǎn)技術(shù)和設(shè)備”。
據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹,目前光伏產(chǎn)業(yè)鏈中能耗最高的是硅料制造環(huán)節(jié),能耗占比達(dá)45%。2020年5月,工信部發(fā)布《光伏制造行業(yè)規(guī)范條件(2020年本》(征求意見(jiàn)稿),該規(guī)范規(guī)定,新擴(kuò)建多晶硅綜合電耗不大于70千瓦時(shí)/千克。
03 如何降低光伏碳足跡?
因?yàn)楦鞯貐^(qū)排放因子差異與材料碳足跡差異,導(dǎo)致組件碳足跡差異較大。要降低光伏碳足跡,就要從耗能最高的硅料生產(chǎn)環(huán)節(jié)入手。
在2022年10月27日,四川永祥股份宣布經(jīng)中國(guó)船級(jí)社質(zhì)量認(rèn)證有限公司核查,其生產(chǎn)1千克太陽(yáng)能級(jí)多晶硅,從原料生產(chǎn)到包裝出廠(從搖籃到大門)碳足跡量分別為24.64 kgCO2e/kg、23.81 kgCO2e/kg。“行業(yè)有關(guān)專家表示,此碳足跡為行業(yè)新刻度”。
而早在2020年3月,永祥新能源就已經(jīng)經(jīng)過(guò)中國(guó)船級(jí)社質(zhì)量認(rèn)證公司認(rèn)證,其碳足跡為72.1 kgCO2e/kg。
兩次差距這么大,業(yè)內(nèi)人士表示不可能是技術(shù)進(jìn)步帶來(lái)的,因?yàn)楦牧嘉鏖T子法早已成熟,改進(jìn)空間很小。導(dǎo)致差距原因就是計(jì)算標(biāo)準(zhǔn):前次是火電,這次是用100%綠電計(jì)算。
四川永祥股份表示,在四川省主管部門、四川電力交易中心支持下,獲得了四川電力交易中心經(jīng)省級(jí)政府部門授權(quán)出具的、有公信力的全省首張清潔能源消納憑證。該憑證以電力市場(chǎng)化交易合同數(shù)據(jù)和結(jié)算數(shù)據(jù)為依據(jù),精確溯源了企業(yè)使用電量來(lái)源、類型及占比,憑證表明永祥清潔能源用電比例為100%。
此前,協(xié)鑫科技也拿到了由法國(guó)環(huán)境與能源控制署頒發(fā)的首份顆粒硅碳足跡認(rèn)證證書,采用的是中國(guó)電網(wǎng)的度電含碳量,主要是火電,也有說(shuō)法是100%火電,因?yàn)榉▏?guó)機(jī)構(gòu)難以確認(rèn)各類電的比例。
可見(jiàn),用電能耗部分對(duì)于整個(gè)光伏生命周期碳足跡的影響巨大。
光伏生產(chǎn)企業(yè)利用的綠色電力來(lái)源可以分為自行生產(chǎn)和外部購(gòu)買兩種途徑。自行生產(chǎn)為在工廠內(nèi)安裝光伏、小型風(fēng)電等可再生能源發(fā)電項(xiàng)目,自發(fā)自用,消納綠色電力,以減少?gòu)碾娋W(wǎng)購(gòu)買的電力。外部購(gòu)買則是參與綠色電力交易,通過(guò)雙邊撮合方式,購(gòu)買市場(chǎng)上其他項(xiàng)目的綠色電力,并承擔(dān)一定的輸配電成本。
相關(guān)專家建議,光伏企業(yè)應(yīng)進(jìn)一步提升能效水平,增加綠電消費(fèi),力爭(zhēng)在 2030 年形成近零碳產(chǎn)業(yè)鏈。一方面能夠推動(dòng)產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)節(jié)能降碳,提升能效,降低生產(chǎn)成本,助力光伏產(chǎn)業(yè)打造成為工業(yè)領(lǐng)域近零碳產(chǎn)業(yè)鏈的標(biāo)桿,另一方面能夠避免歐美國(guó)家利用碳關(guān)稅等有關(guān)貿(mào)易手段,有效降低貿(mào)易摩擦風(fēng)險(xiǎn)。
原標(biāo)題:光伏發(fā)電哪個(gè)環(huán)節(jié)碳足跡最高?硅料如何降低碳排放