光伏发电全生命周期碳足迹及减排潜力研究
时间：2023-11-02
摘要： 光伏发电在电力生产过程中并未直接使用化石能源，不直接产生碳排放。但从全生命周期角度看，光伏发电还涉及实体物资生产、运输、建设施工，以及生产期终止的弃置回收等环节，这些环节可能直接或间接产生碳排放。本文基于全生命周期理论，全面系统地界定光伏发电碳排放核算范围，并建立碳排放核算模型。以西北地区某 100MW 集中式光伏发电项目为例进行测算，全生命周期碳足迹为 98202.47tCO2，碳排放因子为0.0214tCO2/MWh，碳减排量为 399.51×104tCO2，碳排放主要集中于物资运输与生产经营活动。结合算例结果及未来光伏发电量预测，对我国光伏发电减排潜力进行评估：我国光伏发电碳减排量在2025年、 2030年以及2060年将分别达到0.41亿tCO2、0.98亿tCO2、3.48亿tCO2，减排环境效应显著。
关键词：光伏发电；全生命周期；碳足迹；碳减排
我国新增光伏装机容量8741万千瓦，同比增长60.3%；累计装机容量3.9亿千瓦，同比增长28.1%，新增装机及累计装机增长速度均创历史新高。作为一种环境友好型的能源，光伏发电由于其电力生产过程并不直接使用化石能源，因此在其生产过程并不直接产生碳排放。但从全生命周期角度看，光伏发电还涉及实体物资生产、运输、建设施工以及生产期终止的弃置回收等环节，这些环节可能直接或间接产生碳排放。如何全面准确地核算光伏发电产生的碳排放，估算其碳减排效应是本文研究重点。
目前，电力行业碳排放核算边界主要是电力生产过程中化石燃料燃烧、脱硫、净购入使用电力等产生的碳排放。若据此对光伏发电进行碳排放核算，则仅涉及净购入使用电力碳排放一项，未能完整地评估光伏发电全生命周期碳排放。我国学者对光伏发电行业碳排放做了一些研究，就光伏发电碳排放核算边界、核算范围及核算方法等提出了不同观点。詹晓燕等对多晶硅生产的全生命周期碳排放进行分析，计算得到多晶硅生产的全生命周期碳排放为3054.6t/MW。龚道仁等对光伏发电系统生产、安装及使用过程中的碳排放进行了分析，认为光伏发电系统具有良好的碳减排效果 。张俊翔等从工业硅生产、光伏组件制造，至光伏电厂建设的全生命周期，与燃煤发电从煤炭开采至发电过程的环境影响潜值进行比较，得到多晶硅光伏发电对环境影响程度低于燃煤发电。翁琳等以光伏组件的全生命周期作为光伏发电系统的全生命周期碳排放研究对象，分析了光伏发电系统的碳排放量、减排量、碳回收期以及经济回收期。于志强等以光伏系统生产制造、产品运输、运行及拆解回收废弃处理为研究对象，分析得到1MWp冶金法多晶硅光伏系统碳足迹为1430tCO2。孙莉莉从全生命周期角度，综合考虑内外部成本对各种能源发电进行比较分析，结果认为天然气发电为最好的发电方式。赵若楠等以光伏组件生产、光伏电站使用及废弃组件处置作为光伏发电生命周期碳排放的核算边界，计算得到光伏发电全生命周期碳排放为23.70gCO2/kWh～35.68gCO2/kWh。
虽然我国学者对光伏发电行业相关碳排放开展了一些研究，部分研究也涉及了除生产经营活动外，其他方面所产生的碳排放，但是这些研究未能全面系统地分析评估光伏发电全生命周期完整的碳足迹，因此也就无法准确地判断光伏发电的碳减排环境效应，不利于我国碳达峰碳中和目标实现过程中相关政策制定以及能源结构转型。本文以全生命周期理论为指导，全面系统地界定光伏发电碳排放核算边界，建立相应的核算模型，以我国西北地区某光伏发电项目为实例进行计算得到其全生命周期碳足迹，并依此对我国光伏发电行业碳减排潜力进行分析，以期为我国减排目标的早日实现提供客观数据支撑。
一、光伏发电全生命周期碳排放核算边界及核算模型
二、实证分析
三、光伏发电碳减排潜力分析
四、结论及建议
全文8053字，详见《中国能源》2023年第8期。
作者简介
王怀斌，硕士，经济师，龙源（北京）太阳能技术有限公司，主要从事可再生能源技术经济评价方面的研究。