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基于生命周期评价的光伏产业技术进步与经济成本分析

武琛昊 孙启宏 段华波 李雪迎 黄蓓佳 满贺诚 李晓蔚 谢明辉

武琛昊,孙启宏,段华波,等.基于生命周期评价的光伏产业技术进步与经济成本分析[J].环境工程技术学报,2022,12(3):957-966 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210387
引用本文: 武琛昊,孙启宏,段华波,等.基于生命周期评价的光伏产业技术进步与经济成本分析[J].环境工程技术学报,2022,12(3):957-966 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210387
WU C H,SUN Q H,DUAN H B,et al.Technology progress and economic cost analysis of photovoltaic industry based on life cycle assessment[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2022,12(3):957-966 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210387
Citation: WU C H,SUN Q H,DUAN H B,et al.Technology progress and economic cost analysis of photovoltaic industry based on life cycle assessment[J].Journal of Environmental Engineering Technology,2022,12(3):957-966 doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210387

基于生命周期评价的光伏产业技术进步与经济成本分析

doi: 10.12153/j.issn.1674-991X.20210387
基金项目: 国家重点研发计划项目(2018YFB1502804),国家自然科学基金面上项目(71974129)
详细信息
    作者简介:

    武琛昊(1997—),男,硕士研究生,主要从事环境经济和生命周期评价研究,Wuch1026@163.com

    通讯作者:

    谢明辉(1981—),男,研究员,博士,主要从事生命周期评价研究,huibird82@163.com

  • 中图分类号: X196, X820.3, X324

Technology progress and economic cost analysis of photovoltaic industry based on life cycle assessment

  • 摘要:

    为了对光伏产业的环境影响、技术进步、经济成本进行系统分析,采用生命周期评价对光伏产业环境影响进行量化分析;基于评价结果,构建光伏产业技术进步评价模型并计算技术进步率;将光伏产业生产设备投资额结合环境影响评价结果计算成本下降率,同时梳理近年来的光伏电价补贴政策,计算补贴下降率;最后将光伏产业技术进步与经济成本进行综合分析。结果表明:生产1 kWp多晶硅光伏组件时光伏产业的环境影响潜值为83.83 Pt,高纯多晶硅、硅片、电池片和组件的环境影响潜值占比分别为43.05%、16.24%、14.84%和25.87%;以2016年为基准年,2017—2020年光伏产业技术进步率分别为5.20%、8.98%、12.48%和20.91%,成本下降率分别为−5.81%、−21.05%、−25.23%和−32.63%,补贴下降率分别为−15.60%、−30.36%、−40.46%和−51.33%;同期光伏补贴下降率大于技术进步率和成本下降率,技术进步速度和成本下降速度在2017年后较为同步,反映了补贴下降在一定程度上能够倒逼企业采用更先进的技术以降低成本。

     

  • 图  1  光伏产业“环境-技术-经济”评价模型

    Figure  1.  Photovoltaic industry environment-technology-economy assessment model

    图  2  系统边界

    Figure  2.  System boundary

    图  3  1 kWp多晶硅光伏组件各产品环境影响潜值占比

    Figure  3.  Proportion of environmental impact potential of each product of 1 kWp polysilicon photovoltaic module

    图  4  2017—2020年光伏产业技术进步情况

    Figure  4.  Technological progress of photovoltaic industry from 2017 to 2020

    图  5  2017—2020年光伏产业成本下降情况

    Figure  5.  Cost reduction of photovoltaic industry from 2017 to 2020

    图  6  2016—2020年光伏技术进步幅度、成本及补贴下降幅度

    Figure  6.  Extent of photovoltaic technology progress, cost and subsidy reduction from 2016 to 2020

    表  1  终点破坏类生命周期评价模型参数

    Table  1.   Parameters of end-point damage life cycle assessment model

    破坏终点影响类别人均基准值单位权重/%
    人体健康致癌作用、细颗粒物形成、气候变化、水资源消耗、光化学臭氧形成0.019DALY60
    生态系统气候变化、水资源消耗、生态毒性、酸化、富营养化、光化学臭氧形成3.68×10−5species25
    资源矿产资源、化石燃料2 536.37MJ15
    注:DALY(disability adjusted life years,伤残调整寿命年)表示理想寿命和现实寿命间的差值;species表示环境影响造成生态系统的物种损失数量;MJ表示资源开采消耗的额外能源量。
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    表  2  1 kWp多晶硅光伏组件生命周期清单

    Table  2.   Life cycle inventory of 1 kWp polysilicon photovoltaic modules

    投入/排放单位高纯多晶硅硅片电池片组件
    投入 物料 高纯多晶硅 kg 5.353 3
    硅片 262
    电池片 247
    工业硅 kg 5.9
    液氯 kg 1.1
    液氢 kg 0.286 8
    NaOH kg 1.9
    石灰石 kg 1.3
    坩埚 kg 1.135 3
    氩气 kg 2.060 9
    切割线 kg 2.241 0
    砂浆 kg 1.601 5
    聚乙二醇 kg 6.932 8
    黏合剂 kg 0.012 1
    清洗剂 kg 0.167 8
    HCl kg 0.031 5 0.243 8
    HF kg 0.062 9 2.004 7
    HNO3 kg 0.204 5 3.172 5
    乙酸 kg 0.141 3
    玻璃 kg 0.299 2 36.066 7
    银浆 kg 0.023 5
    铝浆 kg 0.217 9
    液氨 kg 0.075 9
    三氯氧磷 kg 0.021 7
    硅烷 kg 0.023 5
    H2SO4 kg 0.600 8
    KOH kg 0.124 6
    液氧 kg 0.045 7
    铝合金 kg 12.4
    焊带(锡) kg 0.1573
    焊带(铜) kg 0.6293
    EVA胶膜 kg 5.3
    背板(PVDF) kg 0.68
    背板(PET) kg 2.2933
    能源 kW·h 355.997 6 179.843 0 119.472 9 47.466 7
    蒸汽 kg 123.1
    排放 气体污染物 硅尘 kg 0.014 6 0.005 989
    HCl kg 0.000 5 0.005 370
    NOx kg 0.001 1 0.008 7 0.051 471
    HF kg 0.000 01 0.001 0 0.001 120
    Cl2 kg 0.000 019 7
    NH3 kg 0.015 712
    非甲烷挥发性有机物(NMVOC) kg 0.000 704 3
    水体污染物 COD kg 0.010 9 0.312 0 0.017 638 6 0.000 101 3
    氯化物 kg 0.412 2
    氟化物 kg 0.002 6 0.016 3 0.005 923 7
    悬浮物 kg 0.007 7 0.090 5 0.046 775 4
    氨氮 kg 0.000 1
    总氮 kg 0.127 624 0
    总磷 kg 0.0005195
    固体废物 硅废料 kg 0.012 4
    废坩埚 kg 0.996 4
    废切割线 kg 2.241 0
    废玻璃 kg 0.254 1
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    表  3  光伏产业技术进步评价指标体系

    Table  3.   Evaluation index system of photovoltaic industry technology progress

    产品指标单位指标属性
    高纯多晶硅 电耗 kW·h/kg
    蒸汽消耗 kg/kg
    硅耗 kg/kg
    硅片 电耗 kW·h/kg
    电池片 电耗 万kW·h/MWp
    铝浆消耗 mg/片
    银浆消耗 mg/片
    组件 组件功率 W
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    表  4  2016—2020年光伏各产品设备投资额

    Table  4.   Equipment investment of photovoltaic products from 2016 to 2020

    产品单位2016年2017年2018年2019年2020年
    高纯多晶硅 万元/t 15.00 14.50 11.50 11.00 10.20
    硅片 万元/t 5.10 4.20 2.80 2.60 2.10
    电池片 万元/MW 60.00 53.50 42.00 30.30 22.50
    组件 万元/MW 6.90 6.80 6.80 6.80 6.30
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    表  5  光伏电价补贴政策

    Table  5.   Photovoltaic electricity price subsidy policies 元/(kW·h)

    文号Ⅰ类资源区Ⅱ类资源区Ⅲ类资源区执行时间
    发改价格〔2011〕1594号[38]1.15、1.001)2011年7月24日
    发改价格〔2013〕1638号[39]0.900.951.002013年8月26日
    发改价格〔2015〕3044号[40]0.800.880.982016年1月1日
    发改价格〔2016〕2729号[41]0.650.750.852017年1月1日
    发改价格规〔2017〕2196号[42]0.550.650.752018年1月1日
    发改能源〔2018〕823号[43]0.500.600.702018年5月31日
    发改价格〔2019〕761号[44]0.400.450.552019年7月1日
    发改价格〔2020〕511号[45]0.350.400.492020年6月1日
    1)上网电价未区分资源区,而是按项目核准建设、建成投产日期等区分。
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    表  6  2013—2020年光伏电价补贴

    Table  6.   Photovoltaic electricity price subsidy amount from 2013 to 2020 元/(kW·h)

    年份Ⅰ类资源区Ⅱ类资源区Ⅲ类资源区
    2013 1.07 1.08 1.10
    2014 0.90 0.95 1.00
    2015 0.90 0.95 1.00
    2016 0.80 0.88 0.98
    2017 0.65 0.75 0.85
    2018 0.52 0.62 0.72
    2019 0.45 0.52 0.62
    2020 0.37 0.42 0.51
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    表  7  2017—2020年光伏电价补贴下降率

    Table  7.   Reduction rate of photovoltaic electricity price subsidy from 2017 to 2020 %

    年份Ⅰ类资源区Ⅱ类资源区Ⅲ类资源区平均值
    2017 −18.75 −14.77 −13.27 −15.60
    2018 −35.00 −29.55 −26.53 −30.36
    2019 −43.75 −40.91 −36.73 −40.46
    2020 −53.75 −52.27 −47.96 −51.33
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    [40] 国家发展改革委关于完善陆上风电光伏发电上网标杆电价政策的通知:发改价格〔2015〕3044号[A/OL]. (2015-12-22)[2021-08-12].https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/201512/t20151224_963536_ext.html.
    [41] 国家发改委关于调整光伏发电陆上风电标杆上网电价的通知:发改价格〔2016〕2729号[A/OL]. (2016-12-28)[2021-08-12]. http://www.gov.cn/xinwen/2016-12/28/content_5153820.htm.
    [42] 国家发展改革委关于2018年光伏发电项目价格政策的通知:发改价格规〔2017〕2196号[A/OL]. (2017-12-19)[2021-08-12].https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/ghxwj/201712/t20171222_960932.html?code=&state=123.
    [43] 国家发展改革委、财政部、国家能源局关于2018年光伏发电有关事项的通知:发改能源〔2018〕823号[A/OL]. (2018-06-01)[2021-08-12]. http://www.nea.gov.cn/2018-06/01/c_137223460.htm.
    [44] 国家发展改革委关于完善光伏发电上网电价机制有关问题的通知:发改价格〔2019〕761号[A/OL]. (2019-04-28)[2021-08-21].https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/201904/t20190430_962433.html?code=&state=123.
    [45] 国家发展改革委关于2020年光伏发电上网电价政策有关事项的通知:发改价格〔2020〕511号[A/OL]. (2020-03-31)[2021-08-21].https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202004/t20200402_1225031_ext.html.
    [46] 国家发展改革委关于2021年新能源上网电价政策有关事项的通知:发改价格〔2021〕833号[A/OL]. (2021-06-07)[2021-08-12].https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202106/t20210611_1283088.html?code=&state=123.
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  • 收稿日期:  2021-08-05
  • 网络出版日期:  2022-06-07

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