光伏發電的環境影響     尹也澤　張  棟    2021年03月24日16:27

 

自面世以來，光伏都面臨著“騙補”、“高度依賴國家補貼”、“高耗能”、“高污染”、“生產過程耗電大於發電量”等指責。那麼，光伏生產過程能耗情況、污染情況及全生命周期發電量究竟如何？其產生的綠色電力，能否“抵消”生產過程的能耗？其環境影響如何？

給光伏算賬

　　一種真的能源，其生產、開採過程的耗能，必須小於其能夠產生和利用的能量，否則這種能源在實質上就不具備真正的能源意義。因此，要觀察光伏能源，其生產耗能和發電能力，這筆帳還是必須算的。

 1.光伏系統生產、運行過程能耗情況

　　2016年，全球光伏產業以多晶硅為主，中國光伏行業協會按照當時的技術水平進行了多晶硅光伏產品生產、應用過程的能耗（EP）計算。結果顯示，包含高純多晶硅提煉、鑄錠、切片、最后制成電池、組件等過程，並考慮生產過程損耗后，1W光伏組件生產過程的能耗約為1.05W。再加上逆變器等系統平衡零部件生產能耗約0.36W，運輸、系統施工安裝及其他能耗約0.11W，整套光伏系統生產、應用過程平均每瓦能耗僅1.52W。

　　隨著技術水平不斷進步、單晶取代多晶成為主流技術路線，上述各環節能耗情況也發生了一定變化，但整體上講不影響計算結果。

 2.光伏系統運行過程發電量

　　根據國家能源局發布的《2019年光伏發電並網運行情況》，2019年全國光伏系統平均利用小時數1169小時，同比增長54小時。也就是說，1W光伏系統每年可發電1.169kWh。

　　從上文看，按照2016年技術水平，多晶硅光伏產品生產、應用過程的能耗（EP）合計1.52kWh/W。這意味著，光伏系統生產過程消耗的能量隻需1.3年左右（1.52÷1.169）即可全部回收，而光伏系統的壽命遠遠超過回收周期。

　　以核心零部件（組件）為例，其生命周期通常為25年，雙玻組件的壽命可以達到30年。事實上，按照組件廠商提供的質保條款，即使在25年/30年后，光伏組件發電效率仍可達到原本的80%水平，依然在源源不斷地生產清潔電力。

　　按照25年系統壽命、考慮組件設備衰減后，結合上述全國平均利用小時數，計算得出：1W光伏系統在全壽命周期中累計可發電26.43kWh，相當於生產過程能耗的17.39倍。

　　隨著生產規模持續擴大，各項技術不斷進步，光伏產品生產能耗將不斷下降，能量回收周期還會繼續縮短。因此，將光伏行業稱為“高耗能”、指責其“生產過程耗電大於發電量”是不成立的。

 3.光伏生產、建設、運行過程污染情況

　　光伏產品生產過程需要用到氯氣和多種酸鹼，中間產物包含四氯化硅、氯化氫（鹽酸）、氮氧化物、硝酸鹽等。如果生產工藝不達標、未經處理直接排放，確實有污染環境的可能。

　　但近年來，光伏企業涉嫌污染環境的報道極少出現。一個重要原因是，生產過程的原料使用都是封閉循環的，管控不力隻會導致企業生產成本增加，在市場競爭中處於不利地位。為了自身發展，光伏企業必須做好回收再利用工作，不會讓氯氣、氯化氫等以“廢氣”形式排出。

　　至於各種中間產物，除了光伏企業直接利用的部分，其余也都是重要的化工原料或產品。據媒體報道，今年2月新冠肺炎疫情爆發后，某光伏企業累計向江蘇省徐州市疫情防控指揮部捐贈50噸次氯酸鈉（84消毒液主要成分）。該企業負責人介紹，生產多晶硅產生的氯氣會回收利用，無法全部回收的則用氫氧化鈉溶液吸收，次氯酸鈉就是這一過程的副產品。正常情況下，企業月產1000多噸次氯酸鈉，全部供給下游淨化劑生產廠家，主要用途是工業應用或自來水殺菌消毒。這一案例實際上也佐証了光伏生產過程的污染完全可控，且可以充分利用，變廢為寶。

 4.光伏建設、運行過程污染情況

　　光伏電站建設施工期間，可能會產生粉塵污染、噪聲污染、固體廢物、永久性佔地和水土流失等。由於挖填土方、汽車運輸、建筑原料堆放和混凝土的混合均會產生粉塵﹔機器的使用和作業中不可避免會產生噪聲﹔設備的安裝及土地的開挖與回填均會產生固體廢物﹔從工程建設開始，施工處土地由農業或荒地變成了工業用地，其土地利用類型被改變﹔如果施工處遭到多次地表擾動，則會加劇水土資源的破壞從而引發較嚴重的水土流失。這些都對設計、施工單位相關能力提出了較高的要求。從實際建設情況看，由於光伏電站場區多數位於人煙稀少的郊外，建設周期較短，對環境的影響相對較小。

光伏的環境效益

 1.節能減排

　　如果採用燃煤發電，需要消耗寶貴的煤炭資源，同時產生大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等，對生態環境造成破壞。

　　根據華電集團、國家電投集團、國家能源集團三家大型電力企業2019年供電煤耗情況計算得出，每發出1kWh電力，大約需要燃燒301g標准煤。

　　以光伏發電替代燃煤發電后，根據國家能源局統計數據，2019年全國光伏發電量達2243億千瓦時，相當於節省標准煤6751.43萬噸，同時減少二氧化碳排放1.9億噸、二氧化硫排放118.28萬噸、氮氧化物排放37.15萬噸，並減少粉塵排放46.44萬噸。

 2.防風固沙、植被恢復

 根據甘肅省治沙研究所的相關研究，沙漠、戈壁光伏產業對於防沙治沙具有十分顯著的生態功能，其對於防沙治沙的生態功能主要表現在：

　　一是轉化太陽輻射、調節沙漠、戈壁的熱力平衡，削弱沙塵暴和大風﹔二是風障功能和沙障功能﹔三是集雨促進植物生長。發展沙漠、戈壁光伏產業，不僅具有顯著的經濟效益，而且具有防沙治沙的生態功能。我國沙漠、戈壁面積廣大，發展沙漠、戈壁光伏產業前景廣闊。沙漠、戈壁光伏產業可望成為繼造林治沙、沙障壓沙之后的第三條防沙治沙新途徑。

　　已有的各種防沙治沙措施中，植物治沙是其中最理想的措施，然而，沙漠地區一般降水稀少，水資源缺乏，許多地區多年平均降水量低於200mm，遠遠小於蒸發量，不能滿足造林治沙對水分的需要。換言之，如此低的降水量隻能供給很稀疏的植被存活，而低蓋度的植被對防沙固沙的作用是相當有限的。因此，光伏有利於轉化太陽能，調節沙漠、戈壁的熱力平衡。

　　關於光伏系統的集雨功能，甘肅省治沙研究所介紹，雨水降落到光伏板后即會沿傾斜板面向下落到光伏板面下沿地面，使得光伏板下沿地面80cm寬的范圍內土壤含水率提高30%∼60%，亦即光伏板形成了集雨面。光伏板傾斜邊下沿地面不僅植物密度大，植株高，而且植物多樣性也有明顯增加。對4個光伏電站的調查結果顯示，光伏電場內的植株高度平均為18.2cm，較光伏電場外圍高6.4cm﹔植物蓋度平均增加16.62%，較光伏電場外圍高9.6%﹔植被投影蓋度平均為10.3%，較光伏電場外高7.0% ﹔植物種類平均有7.1種，較光伏電場外圍多3.6種。

　　此外，清洗光伏板的廢水也可以促進光伏電場內的植被生長。在西北沙漠、戈壁地區，降水稀少，氣候干燥，利用光伏板集雨功能和清洗光伏板的廢水，對於促進植物生長、增加植被蓋度和保護光伏電站具有重要意義。

光伏環境影響案例

 1.青海共和項目

　　共和縣塔拉灘地區，是黃河上游和三江源地區風沙危害最嚴重的地區之一，總面積443.72萬畝。近幾十年來，由於受全球氣候變暖、降水量減少、風沙危害等因素影響，塔拉灘土地沙漠化加劇，嚴重沙漠化土地以每年1.8萬畝的速度增長，使該地區草場沙化面積達101.11萬畝，每年進入龍羊峽庫區流沙達3131萬方，每年造成經濟損失逾4600萬元。

　　這種局面自2011年起開始逐步得到了改變。從2011年到2017年，40多家光伏企業累計投資建設光伏電站約3350MW，其中國家電投黃河水電建設1725MW，佔據了半壁江山。

　　從2014年開始，黃河水電開始在光伏園區周圍撒下了牧草草種，一來為了恢復生態，二來是為了減少風沙對光伏發電量的影響。一年后，園區周圍的荒漠化土地有了好轉，原本退化明顯的草場長滿了牧草，甚至需要人工割草才能避免草木遮擋組件。為此，光伏企業開始雇佣當地牧民養羊放牧，昔日的茫茫戈壁“變身”為草原牧場。監測數據表明，光伏電站的建設使子陣區域內的風速和晴天天氣下蒸發量都平均降低50%以上，草原的含水量大大增加，在有利於遏制土地荒漠化同時，植被形成的綠色屏障還能改善光伏電站周邊環境，降低風沙對光伏電站發電量造成的損失，實現了“雙贏”。

 2.內蒙古庫布齊光伏治沙項目

　　庫布齊沙漠地處內蒙古自治區鄂爾多斯市杭錦旗，是中國第七大沙漠，也是距離北京最近的沙漠，曾是北京及周邊地區沙塵暴的主要來源。針對庫布齊的治沙研究，早在上個世紀五十年代就已經展開，但多年來一直未有明顯的治理成效。

　　直到2011年，內蒙古億利資源集團和正泰集團的“沙光互補”項目在此動工，庫布齊的沙漠治理終於走上正軌。

　　據了解，庫布其沙漠每年的光照時間達到3180小時以上，太陽能資源非常豐富。2018年，庫布齊光伏電站項目發電量超過5.5億千瓦時，相當於節約標准煤約10.33萬噸，減少二氧化碳排放約28.61萬噸，減少二氧化硫排放約9390噸，減少氮氧化物排放約4695噸，減少粉塵排放約8.5萬噸，節約用水56.34萬噸，提高可再生能源比例達2%。

　　根據相關專家測算，有了光伏組件和下方植物，當地每年可減少水分蒸發量800毫米，可以保留更多的地下水，有利於植物的存活和生長。此外，光伏系統可降低風速1.5米/秒。當地村民也透露，有時天氣預報風力五到六級，光伏場區風力隻有二到三級。

　　除了發電，庫布齊光伏電站還成為了當地的扶貧項目，帶動一部分農民成功脫貧。電站項目負責人徐勝虎介紹，通過流轉租用農民土地，他們總共幫扶了800多戶貧困戶。此外，還聘用了57戶貧困戶到電站工作，每戶貧困戶的年收入可以達到3.5萬元。

結語

　　能源是經濟發展的重要物質保障，發展太陽能光伏發電技術，與我國走可持續發展道路相吻合，也為解決能源枯竭問題開辟了廣闊的前景。太陽能光伏發電產業是我國發展節能環保、新型能源等新興產業中的重點發展對象，特別是隨著全球溫室效應加劇，發展光伏等可再生能源是全世界各國的共同需求。

　　目前，我國在煤炭、石油等資源的開採、燃燒環節的資源稅、環境保護稅的計征強度偏低，沒有充分反映它們作為不可再生資源的成本，隨之帶來這類資源的過度開採燃燒、資源浪費等問題。大力發展光伏、風電等可再生能源，不僅是未來能源發展的趨勢，更是推進消費革命、推動能源生產和轉型的重要措施。光伏發電在可再生可持續、環保方面比傳統化石能源更具優勢，應該得到重視和大力推廣。特別是隨著儲能技術的進步，彌補了光伏、風電的間歇性缺陷，讓高比例可再生能源應用成為可能。

　　我們認為，無論是從保証能源供給的角度，還是從低碳環保、構建和諧生態的角度，人類都要充分意識到光伏發電的價值，讓以光伏為代表的可再生能源得到更廣泛的應用，用清潔能源造福全人類。■