全球光伏最新数据 光伏全球供应链特别报告

本文翻译至：IEA: Special Report on Solar PV Global Supply Chains

全球光伏供应链现状--光伏生产中的能源消耗/碳排放01 电力密集型光伏制造业主要以煤炭为燃料

制造晶体硅光伏板是一个能源密集的过程。全球用于生产多晶硅、晶锭和晶片、电池和组件的能源量在2021年达到364 PJ，大致相当于克罗地亚的初级能源需求总量。然而在目前的生产水平而下，这种消耗量与其他大工业相比较低，在全球工业能源使用中占不到0.2%。

多晶硅生产占制造光伏组件所消耗的全部能源的40%，在所有供应链中占比最大。多晶硅是能源密集度最高的部分，因为需要用高温的热量和漫长的时间来融化石英，提取硅，并将其提炼到光伏电池所需的纯度水平。第一步是通过在约1700°C的电弧炉中熔化石英硅来生产冶金级硅（Mg-si），第二步是去除杂质来生产光伏级多晶硅（So-si）。

有几种不同的技术可用于生产光伏级多晶硅，但目前90%以上的多晶硅生产都采用了西门子工艺，因为它能以较低的单价提供单晶高效电池所需的高纯度多晶硅。西门子工艺是最成熟的硅提纯技术，但也耗电最高的工艺。效率较低的FBR工艺消耗能源较少，但也导致硅的纯度较低。FBR工艺的投资成本也更高，而且在更大规模上扩大流体动力学也颇具挑战性。

晶锭和晶片生产也是电力密集型的，因为它需要长时间的高温热量。事实上，它的能源消耗仅次于多晶硅生产。自2015年以来，由于对单晶晶片的需求不断增长，用于晶片制造的能源使用量一直在增长。

单晶电池的能源密集度是多晶电池的三倍，但同时它具有更高的效率。最后，占能源消耗量不到三分之一的是电池和模块。其生产过程需要较少的热量和较低的温度来干燥和冷却，并且大部分电力用于自动化的机械加工。

电力供应占光伏产品制造业总耗能源的80%以上。多晶硅和晶锭生产总共占总耗电量的三分之二，因为耗热量很高：必须在精确的温度下持续加热100——200小时。

燃煤占光伏产品生产用电的62%，远高于其在全球电力发电中所占的份额（36%），这主要是因为燃煤生产集中在中国——主要在新疆和江苏。在这些省份，煤炭往往占电力供应的75%以上，部分原因是政府提供了优惠的电价。因此，降低制造业的碳排放强度可能是光伏行业进一步减少其碳足迹的绝佳机会。在生产过程中使用可再生能源电力可以显著降低光伏生产的排放。

自2011年以来，由于多晶硅生产的能源效率加大，制造业能源消耗的增长速度慢于组件生产。过去十年间，组件生产增长了六倍多——从大约30增 GW长到185 WG——但由于过去十年在多晶硅生产工艺中节省了能源，因此仅需要四倍的能源来满足日益增长的需求。

事实上，如果硅片的能源消耗保持稳定，而不是由于对更多能源密集型单晶硅片的需求增加而增加11倍，那么总节约量会更高。与在2018年之前主导市场的多晶晶片相比，单晶晶片的制造需要三倍的能源。因此，自2018年以来，由于对单晶晶片的高需求，晶片生产的能源消耗成倍增长。

尽管是能源密集型行业，西门子工艺的能源和材料效率在过去十年中已经显著提高，在过去十年中节约了近50%的能源。该工艺的用电强度从2011年的70 kWh/kg下降到2021年的约50 kWh/kg，这要归功于更大的炉膛、改进的炉壁材料、更多的硅棒以及对硅提纯过程中使用的混合气体进行的调整。

过去十年来，这些改进节省了约12%的能源消耗，材料效率创新减少和再利用废物，另又节省了39%的能源消耗。如果没有这些改进，2021年满足石多晶硅需求的能源消耗量可能达到430 PJ，是实际消耗量150 PJ的两倍多。

02 二氧化碳排放：随着需求扩大，光伏制造业的二氧化碳排放量几乎翻了两番

在全球范围内，光伏制造业的二氧化碳排放量在过去十年中几乎翻了两番，达到5190多万吨二氧化碳，占2021与能源相关的全球总排放量的近0.15%。

这一增长是过去十年产量增长近七倍。然而，在许多国家，排放的增长因能源和材料效率的改善以及发电排放强度的下降而抵消。

多晶硅生产是光伏供应链中二氧化碳最密集的部分，尽管它在整个光伏制造排放中的份额已经从2011年的三分之二以上持续下降到去年的略高于39%。同时，从多晶硅到更高能耗的单晶硅技术的转变，使晶片生产在整个光伏制造排放中的份额提高了17%。

目前，中国制造的多晶硅、晶锭、晶片、电池和组件等光伏产品的排放量占全球的87%，而2011年这一比例仅超过了59%。在过去的十年中，中国在所有领域的产能增长都超过了全球的增长。因此，其生产和二氧化碳排放份额的扩大甚至超过了全球扩张的速度。

然而，光伏电站在其运行周期能够取代的二氧化碳排放量远远超过了组件制造期间排放的二氧化碳量。例如，1 GW的装机光伏容量可以抵消每年燃煤发电产生的150万吨二氧化碳（Mt CO2）（国际能源署，2020a）。

在大多数国家，国内生产的光伏组件（包括多晶硅、晶锭、晶片、电池和组件装配）只需要运行三到五个月就可以弥补所有与制造业相关的排放。然而，这种衡量仅具指示性，因为全面的运行周期评估还应该考虑所有上游和下游的排放，包括制造系统平衡部件和建设光伏电站的排放。不过，尽管考虑到运行周期排放（取决于系统类型），投资回收周期可能会翻一倍或三倍，但考虑到光伏系统的典型运行周期为25-30年，投资回收期仍然很短。

03 自2011年以来，随着工艺改进和向低碳发电的转变，光伏制造的排放强度量下降了45%。

与绝对排放相反，由于材料和能源效率的改进以及化石燃料发电量的下降，光伏产品制造业的排放强度在过去十年中下降了近45%。[ 单位为kg CO2/kW的排放强度表示生产一千瓦的多晶硅、晶片、电池或组件时排放的二氧化碳千克数。]如果没有这些改进，2021年的二氧化碳总排放量将翻一番，超过116000 kt CO2，相当于全球与能源有关的总排放量的0.32%。

造成这种趋势有三个因素。首先，多晶硅制造中的材料效率贡献了近三分之二的二氧化碳减排放。其次，在生产多晶硅的过程中，能源效率的改进减少了950万吨的排放。最后，在中国和其他生产中心，更多的低碳电力是减少20%排放量的原因。自2011年以来，在包括中国、德国和美国在内的大多数主要制造业中心，化石燃料在发电中的份额下降了5%——14%。

04 运输只占制光伏产品二氧化碳总排放的3%

运输光伏产品所产生的排放量远远低于制造产品的排放量，尤其是自2011年以来，运输份额一直在下降。重量、距离和运输方式是决定与运输光伏产品有关的排放的关键变量。[ 在本报告中，计算的依据是各供应链环节内的运输，以及成品模块从制造国到安装地的运输所产生的排放。运输排放是按部门、年份以及从原产国到目的地分别计算的。

对于每个条目，计算运输货物和包装材料的重量，然后将其分配到40英尺等效单位和20英尺等效单位的容器中。国际能源署全球能源和气候模型（国际能源署，2022a）提供了关于出发国和目的地之间的距离以及每种运输方式的排放强度的数据。主要的运输方式是根据海运、铁路货运和重型卡车之间距离、切换和混合情况决定的。]

据估计，到2021年，组装组件占光伏运输相关排放的95%，是所有运输的光伏组成元件中比重最重的，主要从中国运往全球各个市场。

虽然从2011年到2013年，运输组件的二氧化碳排放下降了35%，但在2015年，尽管贸易量稳定，排放量再次攀升。首先，中国国内需求急剧增长，占全球年装机比重从2012年的12%增长到2016年的近45%。同时，光伏组件贸易路线从欧洲转向日本、印度和澳大利亚，这意味着中国出口货物的运输距离缩短，减少了与运输相关的总体排放。

然而，2021年，随着产品从越南和马来西亚运往美国，以及从中国运往印度、德国、巴西、西班牙和法国，长途出口再次增加——在大多数情况下距离翻了一番。

美国进口组件的排放最高，占全球组件贸易相关排放总量的31%以上。尽管该美国拥有国内的组件生产，但它只能满足该国需求的30%，而该国的需求在过去3年中年均增长30%。

由于中国运输的光伏电池板数量众多，而且距离欧洲、巴西和印度等目的地较远，中国出口的光伏电池板相关排放占全球组件出口相关排放的62%以上。

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