新闻详情页
民革中央网站>>稿件上传>>团结杂志>>202002
光伏发电的环境影响     尹也泽 张  栋    2021年03月24日16:27

 

自面世以来,光伏都面临着“骗补”、“高度依赖国家补贴”、“高耗能”、“高污染”、“生产过程耗电大于发电量”等指责。那么,光伏生产过程能耗情况、污染情况及全生命周期发电量究竟如何?其产生的绿色电力,能否“抵消”生产过程的能耗?其环境影响如何?

给光伏算账

  一种真的能源,其生产、开采过程的耗能,必须小于其能够产生和利用的能量,否则这种能源在实质上就不具备真正的能源意义。因此,要观察光伏能源,其生产耗能和发电能力,这笔帐还是必须算的。

 1.光伏系统生产、运行过程能耗情况

  2016年,全球光伏产业以多晶硅为主,中国光伏行业协会按照当时的技术水平进行了多晶硅光伏产品生产、应用过程的能耗(EP)计算。结果显示,包含高纯多晶硅提炼、铸锭、切片、最后制成电池、组件等过程,并考虑生产过程损耗后,1W光伏组件生产过程的能耗约为1.05W。再加上逆变器等系统平衡零部件生产能耗约0.36W,运输、系统施工安装及其他能耗约0.11W,整套光伏系统生产、应用过程平均每瓦能耗仅1.52W。

  随着技术水平不断进步、单晶取代多晶成为主流技术路线,上述各环节能耗情况也发生了一定变化,但整体上讲不影响计算结果。

 2.光伏系统运行过程发电量

  根据国家能源局发布的《2019年光伏发电并网运行情况》,2019年全国光伏系统平均利用小时数1169小时,同比增长54小时。也就是说,1W光伏系统每年可发电1.169kWh。

  从上文看,按照2016年技术水平,多晶硅光伏产品生产、应用过程的能耗(EP)合计1.52kWh/W。这意味着,光伏系统生产过程消耗的能量只需1.3年左右(1.52÷1.169)即可全部回收,而光伏系统的寿命远远超过回收周期。

  以核心零部件(组件)为例,其生命周期通常为25年,双玻组件的寿命可以达到30年。事实上,按照组件厂商提供的质保条款,即使在25年/30年后,光伏组件发电效率仍可达到原本的80%水平,依然在源源不断地生产清洁电力。

  按照25年系统寿命、考虑组件设备衰减后,结合上述全国平均利用小时数,计算得出:1W光伏系统在全寿命周期中累计可发电26.43kWh,相当于生产过程能耗的17.39倍。

  随着生产规模持续扩大,各项技术不断进步,光伏产品生产能耗将不断下降,能量回收周期还会继续缩短。因此,将光伏行业称为“高耗能”、指责其“生产过程耗电大于发电量”是不成立的。

 3.光伏生产、建设、运行过程污染情况

  光伏产品生产过程需要用到氯气和多种酸碱,中间产物包含四氯化硅、氯化氢(盐酸)、氮氧化物、硝酸盐等。如果生产工艺不达标、未经处理直接排放,确实有污染环境的可能。

  但近年来,光伏企业涉嫌污染环境的报道极少出现。一个重要原因是,生产过程的原料使用都是封闭循环的,管控不力只会导致企业生产成本增加,在市场竞争中处于不利地位。为了自身发展,光伏企业必须做好回收再利用工作,不会让氯气、氯化氢等以“废气”形式排出。

  至于各种中间产物,除了光伏企业直接利用的部分,其余也都是重要的化工原料或产品。据媒体报道,今年2月新冠肺炎疫情爆发后,某光伏企业累计向江苏省徐州市疫情防控指挥部捐赠50吨次氯酸钠(84消毒液主要成分)。该企业负责人介绍,生产多晶硅产生的氯气会回收利用,无法全部回收的则用氢氧化钠溶液吸收,次氯酸钠就是这一过程的副产品。正常情况下,企业月产1000多吨次氯酸钠,全部供给下游净化剂生产厂家,主要用途是工业应用或自来水杀菌消毒。这一案例实际上也佐证了光伏生产过程的污染完全可控,且可以充分利用,变废为宝。

 4.光伏建设、运行过程污染情况

  光伏电站建设施工期间,可能会产生粉尘污染、噪声污染、固体废物、永久性占地和水土流失等。由于挖填土方、汽车运输、建筑原料堆放和混凝土的混合均会产生粉尘;机器的使用和作业中不可避免会产生噪声;设备的安装及土地的开挖与回填均会产生固体废物;从工程建设开始,施工处土地由农业或荒地变成了工业用地,其土地利用类型被改变;如果施工处遭到多次地表扰动,则会加剧水土资源的破坏从而引发较严重的水土流失。这些都对设计、施工单位相关能力提出了较高的要求。从实际建设情况看,由于光伏电站场区多数位于人烟稀少的郊外,建设周期较短,对环境的影响相对较小。

光伏的环境效益

 1.节能减排

  如果采用燃煤发电,需要消耗宝贵的煤炭资源,同时产生大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等,对生态环境造成破坏。

  根据华电集团、国家电投集团、国家能源集团三家大型电力企业2019年供电煤耗情况计算得出,每发出1kWh电力,大约需要燃烧301g标准煤。

  以光伏发电替代燃煤发电后,根据国家能源局统计数据,2019年全国光伏发电量达2243亿千瓦时,相当于节省标准煤6751.43万吨,同时减少二氧化碳排放1.9亿吨、二氧化硫排放118.28万吨、氮氧化物排放37.15万吨,并减少粉尘排放46.44万吨。

 2.防风固沙、植被恢复

 根据甘肃省治沙研究所的相关研究,沙漠、戈壁光伏产业对于防沙治沙具有十分显著的生态功能,其对于防沙治沙的生态功能主要表现在:

  一是转化太阳辐射、调节沙漠、戈壁的热力平衡,削弱沙尘暴和大风;二是风障功能和沙障功能;三是集雨促进植物生长。发展沙漠、戈壁光伏产业,不仅具有显著的经济效益,而且具有防沙治沙的生态功能。我国沙漠、戈壁面积广大,发展沙漠、戈壁光伏产业前景广阔。沙漠、戈壁光伏产业可望成为继造林治沙、沙障压沙之后的第三条防沙治沙新途径。

  已有的各种防沙治沙措施中,植物治沙是其中最理想的措施,然而,沙漠地区一般降水稀少,水资源缺乏,许多地区多年平均降水量低于200mm,远远小于蒸发量,不能满足造林治沙对水分的需要。换言之,如此低的降水量只能供给很稀疏的植被存活,而低盖度的植被对防沙固沙的作用是相当有限的。因此,光伏有利于转化太阳能,调节沙漠、戈壁的热力平衡。

  关于光伏系统的集雨功能,甘肃省治沙研究所介绍,雨水降落到光伏板后即会沿倾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宽的范围内土壤含水率提高30%~60%,亦即光伏板形成了集雨面。光伏板倾斜边下沿地面不仅植物密度大,植株高,而且植物多样性也有明显增加。对4个光伏电站的调查结果显示,光伏电场内的植株高度平均为18.2cm,较光伏电场外围高6.4cm;植物盖度平均增加16.62%,较光伏电场外围高9.6%;植被投影盖度平均为10.3%,较光伏电场外高7.0% ;植物种类平均有7.1种,较光伏电场外围多3.6种。

  此外,清洗光伏板的废水也可以促进光伏电场内的植被生长。在西北沙漠、戈壁地区,降水稀少,气候干燥,利用光伏板集雨功能和清洗光伏板的废水,对于促进植物生长、增加植被盖度和保护光伏电站具有重要意义。

光伏环境影响案例

 1.青海共和项目

  共和县塔拉滩地区,是黄河上游和三江源地区风沙危害最严重的地区之一,总面积443.72万亩。近几十年来,由于受全球气候变暖、降水量减少、风沙危害等因素影响,塔拉滩土地沙漠化加剧,严重沙漠化土地以每年1.8万亩的速度增长,使该地区草场沙化面积达101.11万亩,每年进入龙羊峡库区流沙达3131万方,每年造成经济损失逾4600万元。

  这种局面自2011年起开始逐步得到了改变。从2011年到2017年,40多家光伏企业累计投资建设光伏电站约3350MW,其中国家电投黄河水电建设1725MW,占据了半壁江山。

  从2014年开始,黄河水电开始在光伏园区周围撒下了牧草草种,一来为了恢复生态,二来是为了减少风沙对光伏发电量的影响。一年后,园区周围的荒漠化土地有了好转,原本退化明显的草场长满了牧草,甚至需要人工割草才能避免草木遮挡组件。为此,光伏企业开始雇佣当地牧民养羊放牧,昔日的茫茫戈壁“变身”为草原牧场。监测数据表明,光伏电站的建设使子阵区域内的风速和晴天天气下蒸发量都平均降低50%以上,草原的含水量大大增加,在有利于遏制土地荒漠化同时,植被形成的绿色屏障还能改善光伏电站周边环境,降低风沙对光伏电站发电量造成的损失,实现了“双赢”。

 2.内蒙古库布齐光伏治沙项目

  库布齐沙漠地处内蒙古自治区鄂尔多斯市杭锦旗,是中国第七大沙漠,也是距离北京最近的沙漠,曾是北京及周边地区沙尘暴的主要来源。针对库布齐的治沙研究,早在上个世纪五十年代就已经展开,但多年来一直未有明显的治理成效。

  直到2011年,内蒙古亿利资源集团和正泰集团的“沙光互补”项目在此动工,库布齐的沙漠治理终于走上正轨。

  据了解,库布其沙漠每年的光照时间达到3180小时以上,太阳能资源非常丰富。2018年,库布齐光伏电站项目发电量超过5.5亿千瓦时,相当于节约标准煤约10.33万吨,减少二氧化碳排放约28.61万吨,减少二氧化硫排放约9390吨,减少氮氧化物排放约4695吨,减少粉尘排放约8.5万吨,节约用水56.34万吨,提高可再生能源比例达2%。

  根据相关专家测算,有了光伏组件和下方植物,当地每年可减少水分蒸发量800毫米,可以保留更多的地下水,有利于植物的存活和生长。此外,光伏系统可降低风速1.5米/秒。当地村民也透露,有时天气预报风力五到六级,光伏场区风力只有二到三级。

  除了发电,库布齐光伏电站还成为了当地的扶贫项目,带动一部分农民成功脱贫。电站项目负责人徐胜虎介绍,通过流转租用农民土地,他们总共帮扶了800多户贫困户。此外,还聘用了57户贫困户到电站工作,每户贫困户的年收入可以达到3.5万元。

结语

  能源是经济发展的重要物质保障,发展太阳能光伏发电技术,与我国走可持续发展道路相吻合,也为解决能源枯竭问题开辟了广阔的前景。太阳能光伏发电产业是我国发展节能环保、新型能源等新兴产业中的重点发展对象,特别是随着全球温室效应加剧,发展光伏等可再生能源是全世界各国的共同需求。

  目前,我国在煤炭、石油等资源的开采、燃烧环节的资源税、环境保护税的计征强度偏低,没有充分反映它们作为不可再生资源的成本,随之带来这类资源的过度开采燃烧、资源浪费等问题。大力发展光伏、风电等可再生能源,不仅是未来能源发展的趋势,更是推进消费革命、推动能源生产和转型的重要措施。光伏发电在可再生可持续、环保方面比传统化石能源更具优势,应该得到重视和大力推广。特别是随着储能技术的进步,弥补了光伏、风电的间歇性缺陷,让高比例可再生能源应用成为可能。

  我们认为,无论是从保证能源供给的角度,还是从低碳环保、构建和谐生态的角度,人类都要充分意识到光伏发电的价值,让以光伏为代表的可再生能源得到更广泛的应用,用清洁能源造福全人类。■

专题推荐

  • 民革微信公众号

    友情链接

    中共中央统战部| 全国政协办公厅| 中央社会主义学院| 中国民主同盟| 中国民主建国会| 中国民主促进会| 中国农工民主党|
    中国致公党| 九三学社| 台湾民主自治同盟| 全国工商联| 欧美同学会| 黄埔军校同学会| 中华职教社| 新华网| 中新社|
    人民网| 团结网| 人民政协报| 中国政协新闻网| 中华工商时报| 中国网中国政协频道| 中华南社学坛| 毕节统一战线|