光伏發(fā)電的環(huán)境影響

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(chǎn)過程耗電大于發(fā)電量”等指責。那么，光伏生產(chǎn)過程能耗情況、污染情況及全生命周期發(fā)電量究竟如何？其產(chǎn)生的綠色電力，能否“抵消”生產(chǎn)過程的能耗？其環(huán)境影響如何？

給光伏算賬

一種真的能源，其生產(chǎn)、開采過程的耗能，必須小于其能夠產(chǎn)生和利用的能量，否則這種能源在實質(zhì)上就不具備真正的能源意義。因此，要觀察光伏能源，其生產(chǎn)耗能和發(fā)電能力，這筆帳還是必須算的。

1.光伏系統(tǒng)生產(chǎn)、運行過程能耗情況

2016年，全球光伏產(chǎn)業(yè)以多晶硅為主，中國光伏行業(yè)協(xié)會按照當時的技術(shù)水平進行了多晶硅光伏產(chǎn)品生產(chǎn)、應(yīng)用過程的能耗（EP）計算。結(jié)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，并考慮生產(chǎn)過程損耗后，1W光伏組件生產(chǎn)過程的能耗約為1.05W。再加上逆變器等系統(tǒng)平衡零部件生產(chǎn)能耗約0.36W，運輸、系統(tǒng)施工安裝及其他能耗約0.11W，整套光伏系統(tǒng)生產(chǎn)、應(yīng)用過程平均每瓦能耗僅1.52W。

隨著技術(shù)水平不斷進步、單晶取代多晶成為主流技術(shù)路線，上述各環(huán)節(jié)能耗情況也發(fā)生了一定變化，但整體上講不影響計算結(jié)果。

2.光伏系統(tǒng)運行過程發(fā)電量

根據(jù)國家能源局發(fā)布的《2019年光伏發(fā)電并網(wǎng)運行情況》，2019年全國光伏系統(tǒng)平均利用小時數(shù)1169小時，同比增長54小時。也就是說，1W光伏系統(tǒng)每年可發(fā)電1.169kWh。

從上文看，按照2016年技術(shù)水平，多晶硅光伏產(chǎn)品生產(chǎn)、應(yīng)用過程的能耗（EP）合計1.52kWh/W。這意味著，光伏系統(tǒng)生產(chǎn)過程消耗的能量只需1.3年左右（1.52÷1.169）即可全部回收，而光伏系統(tǒng)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(zhì)保條款，即使在25年/30年后，光伏組件發(fā)電效率仍可達到原本的80%水平，依然在源源不斷地生產(chǎn)清潔電力。

按照25年系統(tǒng)壽命、考慮組件設(shè)備衰減后，結(jié)合上述全國平均利用小時數(shù)，計算得出：1W光伏系統(tǒng)在全壽命周期中累計可發(fā)電26.43kWh，相當于生產(chǎn)過程能耗的17.39倍。

隨著生產(chǎn)規(guī)模持續(xù)擴大，各項技術(shù)不斷進步，光伏產(chǎn)品生產(chǎn)能耗將不斷下降，能量回收周期還會繼續(xù)縮短。因此，將光伏行業(yè)稱為“高耗能”、指責其“生產(chǎn)過程耗電大于發(fā)電量”是不成立的。

3.光伏生產(chǎn)、建設(shè)、運行過程污染情況

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

但近年來，光伏企業(yè)涉嫌污染環(huán)境的報道極少出現(xiàn)。一個重要原因是，生產(chǎn)過程的原料使用都是封閉循環(huán)的，管控不力只會導致企業(yè)生產(chǎn)成本增加，在市場競爭中處于不利地位。為了自身發(fā)展，光伏企業(yè)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。

至于各種中間產(chǎn)物，除了光伏企業(yè)直接利用的部分，其余也都是重要的化工原料或產(chǎn)品。據(jù)媒體報道，今年2月新冠肺炎疫情爆發(fā)后，某光伏企業(yè)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(yè)負責人介紹，生產(chǎn)多晶硅產(chǎn)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(chǎn)品。正常情況下，企業(yè)月產(chǎn)1000多噸次氯酸鈉，全部供給下游凈化劑生產(chǎn)廠家，主要用途是工業(yè)應(yīng)用或自來水殺菌消毒。這一案例實際上也佐證了光伏生產(chǎn)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(shè)、運行過程污染情況

光伏電站建設(shè)施工期間，可能會產(chǎn)生粉塵污染、噪聲污染、固體廢物、永久性占地和水土流失等。由于挖填土方、汽車運輸、建筑原料堆放和混凝土的混合均會產(chǎn)生粉塵;機器的使用和作業(yè)中不可避免會產(chǎn)生噪聲;設(shè)備的安裝及土地的開挖與回填均會產(chǎn)生固體廢物;從工程建設(shè)開始，施工處土地由農(nóng)業(yè)或荒地變成了工業(yè)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(fā)較嚴重的水土流失。這些都對設(shè)計、施工單位相關(guān)能力提出了較高的要求。從實際建設(shè)情況看，由于光伏電站場區(qū)多數(shù)位于人煙稀少的郊外，建設(shè)周期較短，對環(huán)境的影響相對較小。

光伏的環(huán)境效益

1.節(jié)能減排

如果采用燃煤發(fā)電，需要消耗寶貴的煤炭資源，同時產(chǎn)生大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等，對生態(tài)環(huán)境造成破壞。

根據(jù)華電集團、國家電投集團、國家能源集團三家大型電力企業(yè)2019年供電煤耗情況計算得出，每發(fā)出1kWh電力，大約需要燃燒301g標準煤。

以光伏發(fā)電替代燃煤發(fā)電后，根據(jù)國家能源局統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2019年全國光伏發(fā)電量達2243億千瓦時，相當于節(jié)省標準煤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，并減少粉塵排放46.44萬噸。

2.防風固沙、植被恢復

根據(jù)甘肅省治沙研究所的相關(guān)研究，沙漠、戈壁光伏產(chǎn)業(yè)對于防沙治沙具有十分顯著的生態(tài)功能，其對于防沙治沙的生態(tài)功能主要表現(xiàn)在：

一是轉(zhuǎn)化太陽輻射、調(diào)節(jié)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(fā)展沙漠、戈壁光伏產(chǎn)業(yè)，不僅具有顯著的經(jīng)濟效益，而且具有防沙治沙的生態(tài)功能。我國沙漠、戈壁面積廣大，發(fā)展沙漠、戈壁光伏產(chǎn)業(yè)前景廣闊。沙漠、戈壁光伏產(chǎn)業(yè)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(qū)一般降水稀少，水資源缺乏，許多地區(qū)多年平均降水量低于200mm，遠遠小于蒸發(fā)量，不能滿足造林治沙對水分的需要。換言之，如此低的降水量只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，光伏有利于轉(zhuǎn)化太陽能，調(diào)節(jié)沙漠、戈壁的熱力平衡。

關(guān)于光伏系統(tǒng)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(nèi)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(diào)查結(jié)果顯示，光伏電場內(nèi)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(nèi)的植被生長。在西北沙漠、戈壁地區(qū)，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，對于促進植物生長、增加植被蓋度和保護光伏電站具有重要意義。

光伏環(huán)境影響案例

1.青海共和項目

共和縣塔拉灘地區(qū)，是黃河上游和三江源地區(qū)風沙危害最嚴重的地區(qū)之一，總面積443.72萬畝。近幾十年來，由于受全球氣候變暖、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(qū)草場沙化面積達101.11萬畝，每年進入龍羊峽庫區(qū)流沙達3131萬方，每年造成經(jīng)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(yè)累計投資建設(shè)光伏電站約3350MW，其中國家電投黃河水電建設(shè)1725MW，占據(jù)了半壁江山。

從2014年開始，黃河水電開始在光伏園區(qū)周圍撒下了牧草草種，一來為了恢復生態(tài)，二來是為了減少風沙對光伏發(fā)電量的影響。一年后，園區(qū)周圍的荒漠化土地有了好轉(zhuǎn)，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(yè)開始雇傭當?shù)啬撩耩B(yǎng)羊放牧，昔日的茫茫戈壁“變身”為草原牧場。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，光伏電站的建設(shè)使子陣區(qū)域內(nèi)的風速和晴天天氣下蒸發(fā)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時，植被形成的綠色屏障還能改善光伏電站周邊環(huán)境，降低風沙對光伏電站發(fā)電量造成的損失，實現(xiàn)了“雙贏”。

2.內(nèi)蒙古庫布齊光伏治沙項目

庫布齊沙漠地處內(nèi)蒙古自治區(qū)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(qū)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(jīng)展開，但多年來一直未有明顯的治理成效。

直到2011年，內(nèi)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于走上正軌。

據(jù)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(fā)電量超過5.5億千瓦時，相當于節(jié)約標準煤約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(jié)約用水56.34萬噸，提高可再生能源比例達2%。

根據(jù)相關(guān)專家測算，有了光伏組件和下方植物，當?shù)孛磕昕蓽p少水分蒸發(fā)量800毫米，可以保留更多的地下水，有利于植物的存活和生長。此外，光伏系統(tǒng)可降低風速1.5米/秒。當?shù)卮迕褚餐嘎?，有時天氣預報風力五到六級，光伏場區(qū)風力只有二到三級。

除了發(fā)電，庫布齊光伏電站還成為了當?shù)氐姆鲐氻椖?，帶動一部分農(nóng)民成功脫貧。電站項目負責人徐勝虎介紹，通過流轉(zhuǎn)租用農(nóng)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(jié)語

能源是經(jīng)濟發(fā)展的重要物質(zhì)保障，發(fā)展太陽能光伏發(fā)電技術(shù)，與我國走可持續(xù)發(fā)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(fā)電產(chǎn)業(yè)是我國發(fā)展節(jié)能環(huán)保、新型能源等新興產(chǎn)業(yè)中的重點發(fā)展對象，特別是隨著全球溫室效應(yīng)加劇，發(fā)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、石油等資源的開采、燃燒環(huán)節(jié)的資源稅、環(huán)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采燃燒、資源浪費等問題。大力發(fā)展光伏、風電等可再生能源，不僅是未來能源發(fā)展的趨勢，更是推進消費革命、推動能源生產(chǎn)和轉(zhuǎn)型的重要措施。光伏發(fā)電在可再生可持續(xù)、環(huán)保方面比傳統(tǒng)化石能源更具優(yōu)勢，應(yīng)該得到重視和大力推廣。特別是隨著儲能技術(shù)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(yīng)用成為可能。

我們認為，無論是從保證能源供給的角度，還是從低碳環(huán)保、構(gòu)建和諧生態(tài)的角度，人類都要充分意識到光伏發(fā)電的價值，讓以光伏為代表的可再生能源得到更廣泛的應(yīng)用，用清潔能源造福全人類。