能源革命的未来不是低头向下，而是举头向上——光伏发电的绿色使命

从年初至今，似乎从未对环境问题有过如此频繁的提及，既有各大综艺以城市垃圾处理为主题开发内容；也有各大企业在垃圾分类、环境评估方面更为重视；甚至连小区垃圾分类的宣传都变得越来越密集。

而作为一家可持续发展战略咨询公司，我们更愿意去思考环境压力背后的原因是什么？有效的解决办法是什么？

这其中，我们关注到了光伏产业的再次崛起。

1. 我们所在的地球究竟怎么了？

5 月 22 日世界生物多样性日，腾讯与 WWF 共同发起了一项针对生物多样性保护的社会倡导。倡导的公众行为固然重要，但「31%，21%，14%，25%」这些数据，让人更感担忧。

它们来自于世界自然保护联盟濒危物种红色名录最新数据，代表着人类生存环境的巨大压力，且这种生态趋势是不可逆的，至少在现有的技术条件下我们无法让灭绝生物再次重生。

除此之外，多年来我们感受到的雾霾、城市垃圾、森林面积减少、城市光污染、臭氧层空洞、海洋垃圾、酸雨、海平面上升、生物物种灭绝等（如果不在此处看到，我们都还没有意识到其实随时看到的、听到的环境问题原来这么多），这些环境问题都在不断提醒我们，我们所处的时代，环境正在急速恶化，而究其根本其实绝大多数都是人类行为所带来的。

而人类发展对于环境的索求不外乎两个方面：能源与材料（此处的材料包含生存地、水、耕地面积等）。

1.1 能源是生存之本也是危机之源

能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础，可以说人类历史上每一次重大的文明进步都伴随着能源的改进与更替。

第一次工业革命，蒸汽机的出现让人类从体力劳动中解脱出来，煤炭成为动力来源，人类用机械能替代生物能，生产不再受到体能的限制；第二次工业革命，电力的出现解决了能源即产即用、无法储存的问题，可储存且可转化的电力让能源使用变得更可控和高效。

然而，我们不得不承认，人类消耗能源的速度和使用能源的效率，给资源的可持续性和自身生存环境带来了巨大压力。

1.1.1 能源的开采和使用造成环境的持续恶化， 首当其冲的是土壤资源和水资源 

开采煤炭时露天挖土、排土场压占土地等方法让土壤通透性、土壤质量降低，植被无法生长；而地下水资源一方面受到由于植物减少引起的流失危机，一方面受到开采过程产生重金属超标的废井钻液污染；海洋原油的开采给海洋资源带来的伤害更加触目惊心，泄露的石油漂浮在海面上形成油膜，沾附上石油的鱼类无法呼吸，海鸟无法产卵和孵化，浮游生物由于缺乏氧气无法生长等。

1.1.2 传统能源燃烧产生的污染物,大范围地影响了生物赖以生存的环境 

据测算，目前全球每年向大气排放的 CO2 已超过 240 亿吨。人为因素造成的全球变暖比过去 200 万年来地球温度的自然波动要迅速得多，全球降水量重新分配、冰川和冻土消融、海平面上升，岛国及沿海城市面临被淹没的威胁，而许多物种不能以高迁移速度跟上气候的变化速度，生态系统面临不可逆转的危机。

*数据来源：CAIT ClimateData Explorer （数据更新至 2014 年）图片来源：MSC 制作

本公约以及缔约方会议可能通过的任何相关法律文书的最终目标是减少温室气体排放，减少人为活动对气候系统的危害，减缓气候变化，增强生态系统对气候变化的适应性，确保粮食生产和经济可持续发展。

——《联合国气候变化框架公约》

传统能源燃烧排放的 SO2 与 NO 在阳光作用下形成酸雨，给环境造成了更直接快速的破坏。陆地上，土壤酸化贫瘠化，森林植被、农作物被破坏；湖泊里，水生物在高酸度的环境中死亡或畸形，丧失繁殖能力，以致数量减少或绝迹。

相关数据显示，每年欧盟由于大气污染造成的材料损坏、农作物和森林以及人体健康损失费用超过 100 亿美元，中国每年仅大气污染造成的损失高达 120 亿元人民币。

2. 改善能源现状是环境向好的有效途径 

2.1 能源是当务之急也是解决之道

或许传统观念中电气时代社会发展与环境保护之间有无法调和的矛盾，但人类已经意识到，并开始积极寻找方法，去缓解这些矛盾。不论是从保护地球生态环境的角度，还是从经济社会发展的角度，发展更清洁、更可持续的能源都具有重要的意义。

2.1.1 改善能源结构 

环境的压力催生了清洁能源的发展，以现有的能源结构、使用效率和不可再生资源存量综合计算，以石油、天然气和煤炭等化石能源为主的时期不会持续太久。目前，地球上探明的可采用储量石油 1 万亿桶，可供使用 45~50 年；天然气 120 万亿立方米，可供使用 50~60 年；煤炭 1 万亿吨，可供使用 200~220 年，随着化石能源的不断枯竭，社会的能源之路将何去何从？

中国政府在 2005 年颁布《中华人民共和国可再生能源法》，重点发展太阳能光热利用、风能利用、生物质能高效利用、地热能和海洋等非化石能源利用。十多年来，我国清洁能源生产占比持续上升，清洁能源在能源消费中比重增加。

*图片来源：《2018 年中国一次能源消费量、全社会用电量、GDP 能耗及清洁能源发电占比分析》

2.1.2 提高能源使用效率 

中国是一个能源消耗大国，能源消耗总量排在世界第二，但人均能源占有量仅为世界平均水平的 40 %，建筑能耗已经占到社会总能耗的 40 %左右。而能源效率目前仅为 33%，比发达国家落后 20 年，能耗强度大大高于发达国家及世界平均水平，大约为美国的 3 倍，日本的 7.2 倍。

现阶段在提高能效方面有几大措施：

从能源转化过程中提升转化效率：尽可能增大反应物的表面积以增加受热面积，产生更多的活化分子

从能源使用角度对终端进行节能改造：如对消费类电子产品、家庭和商业器具、视听设备、灯光和照明器具等进行效率测试，对其用能进行改造

通过大数据提升整体能源分配及高校调节：例如国家电网在 5 月 21 日成立了大数据中心，该数据中心的功能除提升管理效率以外，更重要的作用在于对能源分配进行优质协调，提升能源效率

回收利用：通多对能源的梯级管理，提升能源余量的使用价值，从而提高整体的能源效率

但无论是改变能源结构，还是提升能源效率，从最根本的角度来思考都是「如何避免能源枯竭和环境影响」，改变现今人类社会的能源结构是当下最有效的面对环境压力的方式。

2.2 光伏发电是能源结构变革的未来趋势

自 2005 年开始，我国光伏产业迅速发展。十二五规划期间，国家将光伏产业作为清洁能源纳入到国家能源战略中。

随着光伏产业的技术进步，产业规模持续扩大，发电成本不断下降，光伏发电在全球已实现较大规模的应用。在国际市场的带动下，我国光伏产业快速发展，光伏技术和成本上均已形成一定的国际竞争力。从发展趋势看，太阳能发电即将成为技术可行、经济合理、具备规模化发展条件的可再生能源，对我国合理控制能源消费总量、实现非化石能源目标发挥重要作用。

——《太阳能发电发展“十二五”规划》

在此之后，一系列政策立体涵盖了整个中国光伏产业的发展，支撑这个行业从一棵幼苗快速成长为参天大树。目前，中国光伏产业位居全球第一，占据绝对的领导性地位。

2018 年，我国光伏发电装机达到 1.74 亿千瓦，较去年的 1.3 亿千瓦增长了 34%，增长率名列所有可再生能源首位；光伏全年发电 1775 亿千瓦时，较去年的 1182 亿千瓦时增长超过 50%。

*数据来源：国家能源局，图片来源：MSC 制作

2.2.1 公众不了解的光伏特点 

光伏发电虽说是清洁能源的范畴，但行业却在公众视野中呈现「高污染、高能耗」的特点，他们认为硅料和光伏板的生产产生较多的污染，也消耗大量的能源和水资源。但真实的情况是这样的嘛？

*图片来源：知乎《光伏耗能又耗水？抱歉，这锅不背》

a. 光伏从生产到应用不对环境产生重大污染

从整个光伏产业的产业链来看，光伏对环境的污染主要争议点集中在生产环节，最主要的污染物之一是多晶硅生产过程中产生的四氯化硅。而目前我国多晶硅生产企业采用改良西门子法已可做到闭路循环生产，将副产物四氯化硅和尾气（氢气和氯气）回收利用，实现清洁高效。

b. 多种能源中光伏能效比处于领先位置

根据发改委数据显示，从生产工业硅到太阳能电池全过程综合电耗约 220 万千瓦时/兆瓦。如果从电耗等方面来计算减排能耗，这些硅生产企业的能耗要比以二氧化碳为指标的「污染」状况看上去严重。

多晶硅的生产确实很耗电，但要看它耗这么多电增加了多少附加值。我们国家衡量耗能水平有一个指标，叫做万元产值能耗比。按现在的多晶硅价格计算，中能生产多晶硅每万元 GDP 耗能比是 0.6 吨标准煤，这个数字低于全国平均的能耗水平。据了解，目前全国各沿海城市每万元 GDP 能耗都超过 1 吨标准煤。

——保利协鑫副总裁吕锦标

2017 年《自然-能源》上的一篇文章表明：

核电厂的隐含能耗为 5%（能源回报率 20:1）即每投入 1 单位的能源可产生 20 单位的能源

光伏的隐含能耗为 4%（能源回报率 26:1）

风电的隐含能耗为 2%（能源回报率 44:1）

*图片来源：Michaja.p,et al. 2018 年不同能源的能源回收率对比

此外，中国光伏协会于 2018 年测算出北京地区光伏系统的能源回收期为 1.3 年。也就是说，光伏不到两年就能够收回对一次能源的消耗，并可为贡献 25 年以上的清洁能源，能源效率极高。

 c. 高耗水量的表现有降低优势

太阳能光伏的水耗主要集中于制造环节和光伏板清洁环节。2018 年，光伏在多晶硅生产环节的平均水耗在 0.14t/kg-si；此外，在发电阶段，太阳能光伏的水耗主要是清洁光伏板的用水，其水耗会随着高性能防污材料的推广而降低。这两部分构成了光伏发电的耗水。

而从能源的全生命周期来看，科罗拉多大学在《环境研究快报》中发表的一篇论文显示，在不同技术的气电、煤电、风电、核电、生物质能发电和光伏发电的水耗比较中，光伏发电的耗水量为 81 加仑/MWh，是煤电的三分之一到五分之一。

2.2.2 光伏发电的其他优势让其具有规模化潜能 

此外，除了光伏发电在资源可持续和环境友好方面具有明显优势，在产业发展、建设便利、普适灵活等方面具有突出表现。

a. 可适用地区极多

在可以接收到阳光的前提下，光伏组件可以设置在荒漠、屋顶等众多位置。与之相比，风能、核能、地热能等其它清洁能源对项目地的选择都有较为苛刻的条件。

b. 建设周期短

相比于风力发电机与核电站等其它清洁能源，光伏电站的基础设施是光伏组件，运输与安装过程较为简便，总建设周期可以控制在 6 个月内（如果需要并网，则需要额外建设输电设施，耗时会相对加长）。

c. 可自发自用，余电上网

在「自发自用、余电上网」的模式中，光伏电站所发的电能优先供给所供用户的电器设备等使用，多余的电力可向电力公司出售，电能利用效率非常高。

此外，由于光伏发电可以自发自用、余电上网，特定的企事业单位可基于自身用电需求安装独立的光伏电站，减少自身用电成本。在光伏产业的早期发展阶段，民用的光伏电站占比相当可观。比如阿斯特阳光电力官网的项目介绍中显示，阿斯特曾为包括学校、机场、农场、商业机构在内的组织提供光伏发电服务。

总结来说，光伏发电在环境影响和资源利用方面不仅相较于化石能源，甚至在清洁能源的领域内都具有领先优势。此外，安全可靠、无噪声、能量随处可得，不受地域限制，无机械转动部件，故障率低，维护简便，可以无人值守，建站周期短，规模大小随意，无需架设输电线路，可以方便与建筑物相结合等。这些优点更是能帮助光伏产业在产业发展进程中具有先天优势。

3. 光伏发电的可持续发展使命

3.1 光伏发电的未来挑战

但光伏行业在去年的「531 新政」颁布后受到较大程度的影响，《关于 2018 年光伏发电有关事项的通知》中，限定了可获得补贴的光伏电站规模，鼓励不需要国家补贴的项目。

另外，光伏发电补贴进一步降低。受此政策影响，多家企业 2018 年的财务数据出现较大波动，保利协鑫、英利集团、中利集团等业内知名企业甚至出现了亏损情况。「531 新政」开始倒逼光伏产业加速去补贴、平价上网的征程。

3.1.1 去补贴、平价上网促使企业必须降低成本 

随着技术进步，光伏发电成本得到大幅降低，截至 2017 年底，光伏发电系统投资成本降至 5 元/瓦左右，度电成本降至 0.5-0.7 元/千瓦时。

虽然从产业和技术的角度来看，成本的下降是一种必然的趋势，但随着规模化的影响，非产业因素的成本将会逐渐增加。（图中的灰色区域代表现阶段传统化石能源发电成本，而从图中可以看到，IRENA 预测到 2025 年光伏的发电成本——第三列，是能够降低到与化石燃料发电相媲美的）

*图片来源：IRENA 发布的 2014 和 2025 年各种可再生能源技术的 LCOE 对比

非光伏成本的上升是目前阻碍光伏平价上网的重要因素，国家能源局新能源和可再生能源司副司长梁志鹏表示，如果把这些非光伏技术成本去除，光伏发电成本至少有 0.1 元/千瓦时的下降空间。

a. 有限的土地面积导致土地成本增加

目前国内光伏电站平均土地成本已超 0.1 元/W，且正在呈现上涨趋势。以中东部某省份的 100MW 农光互补项目为例，占地近 6000 亩，土地租金为 800 元/年/亩，估算 25 年土地租金高达约 1.2 亿元。

除土地租金，土地税费和征地工作也是导致土地费用上升的重要原因。比如在内蒙地区，一个 10 万千瓦的地面光伏电站占用耕地，一般需要一次性缴纳 4000 万元耕地占用税，每年缴纳 800 万元土地使用税，算下来 20 年有累计 2 亿元的税费。

b. 光伏发电的特点导致其并网成本较高

许多光伏企业在建设光伏项目时，需要同时建设光伏发电并网的输电设施，还要承担运营维护费用。

在青海建成的 100 万千瓦光伏电站，该电站同期投资上亿元配套建设了一座 330 千伏升压站，投资 5000 多万元建了一回 45 公里和一回 12 公里的 330 千伏输电线路，并将自行负责这些输电设施的运营维护。

——工程项目建设负责人

而这些成本对光伏企业来说是永久性的。据统计，近几年来国内光伏电站自建的输电设施资产被电网企业回购比率不超 5%。

3.1.2 无害化回收处理将是行业下一个门槛 

随着光伏产业的大规模发展，未来必将面临报废光伏材料的回收利用问题。2014 年初，报废电子电气设备指令(WEEE)修订版在欧盟全面正式生效，第一次将光伏组件纳入指令范围，规定报废的光伏组件和家用电器作为一类产品需要进行强制回收处理。

我国在光伏组件回收利用方面和无害化处理方面政策法规却仍是一片空白。

而在光伏组件回收处理环节当中最难的就是材料的再利用和无废处理。虽然全球范围内针对光伏组件已有「无机酸溶解法」、「热处理法」等处理办法，但技术工艺仍需要进一步提升，且回收处理的收益较低，投入较大，现阶段没有一条可行性较高的规模化回收路径。

3.2 SFS（Solar For Solar）模式是应对产业挑战的最好选择吗？

提到光伏发电，无论是中国还是全球都避不开一家企业，那就是隆基。

「用清洁能源制造清洁能源」、「做清洁能源的搬运工和放大器」是隆基的生产理念，从 2015 年开始，在水电丰富的云南省布局，用当地丰富的水电生产太阳能光伏产品，不仅消纳了当地富裕水电，相较火电更加廉价的水电还助力光伏制造成本大幅降低，从而带动光伏发电成本下降。

* 隆基的光伏扶贫电站

在云南借用水电实现国内的清洁制造后，隆基还将绿色生产理念推广到位于马来西亚古晋的工厂，利用当地充裕且成本较低的水电来制造单晶硅棒、硅片、电池组件，将完全绿色制造的光伏产品输送至全球市场。

而这就是在光伏发电产业中新的产业形态，利用清洁能源制造清洁能源，即通过选址、建设、规划等来改变产业能源获取方式，同时利用光伏与其他清洁能源合作搭配的方式来实现能源储存满足生产需要，最终实现以「太阳能制造太阳能」（Solar For Solar）的产业链布局。

3.3 SFS模式究竟在回应什么问题？

在对整个产业链及行业现状进行分析后，都可以看到光伏产业虽然已经在生产、使用方面有了较大的技术突破，降低了能耗，减少了环境影响，但从长效发展来看，仍需要加大力度通过技术和科研产生更少的环境影响。

此外，在整个产业发展的未来挑战中，如何以真实的产业状况面向社会和公众，也是不得不重视的环节。

而 SFS 的模式在上述的问题中，是不是最好的解决办法呢？

3.3.1 认知突破：SFS 的全新概念能够在一定程度突破社会对光伏产业的旧认知 

公众和社会对光伏发电仍然保有相当大的误解，将产业理解为「补贴下的产物」、「高污染高能耗」等，但是随着今年技术上的突破和科研上的投入，整个产业链都已经不符合这样的认知。光伏发电产业由于其缺乏社会沟通话语体系，较难突破公众认知。

SFS 模式相比于传统的光伏发电模式，其对不同土地形态的利用是能够突破公众对传统光伏发电模式的认识，且在 SFS 模式中不断拓展应用场景，而这些场景一旦与社会公众的生活场景相结合，则能快速获得社会认知。

*宁夏自治区灵武市由煤炭开采带来的环境污染（左）对比当地光伏发电的环保方式（右）

此外，SFS 模式的「负碳」理念也是全新的理念，能够让关注环境的群体对 SFS 模式产生兴趣、进行研究，进而扩大受众范围。

3.3.2 经济价值：技术和研发之外，SFS模式是经济价值提升的创新性形态

a. SFS 背后的土地利用、储能方式提升能够降低产业成本

光伏发电在技术成本上将通过科研水平和技术突破来实现，而在非技术方面的成本，例如土地成本、并网成本等 SFS 模式能够很好的回应。例如 SFS 模式在选址上选择临海同时又地势落差的地方，这样的地方一般情况下其开发价值不大，不同于耕地、草地等具有较高价值的地貌形态，所以能够降低土地使用费用。

同时，这些较低价值土地的使用能够帮助本地提高全范围的土地价值，也就能获得政府在土地税收等方面的支持，这在非技术层面能够有效降低成本。

b. SFS 模式是最有效的多种能源形态优良配置的选择

无论是光伏发电本身的资源能效，还是 SFS 模式对多种清洁能源的综合利用，从能源角度来讲，都是现阶段对资源最优化的配置方式，具有高于其他能源特别是化石能源的能效比。

在利用海水地势落差、电动车等诸多形态作为储能方式的过程中极大减少了对能源的浪费，进而提升了能源的整体经济价值。同时，利用地势落差将光伏电能转化为势能，能够提升并网电力的稳定性，满足并网要求，进而降低并网成本。

c. 光伏发电未来在材料回收利用方面具有巨大回报收益

同时，由于光伏组件的构造简单，回收利用价值高，所以在生产制造和报废回收过程中都能够对各种材料进行有效回收利用，包括生产过程中的化学气体、回收过程中的玻璃板、硅材料、金属元素等，从而提升其对资源的利用效率。

3.3.3 环境价值：SFS 是从「低能耗低污染」 走向「零污染负碳发展」的进阶方案

a. 减少乃至杜绝化石能源的使用是 SFS 模式在环境方面的最大贡献

SFS 模式的最终形态是完全达到「清洁能源制造清洁能源」，这不同于现阶段光伏产业的生产模式，完全避免了对化石能源的消耗，从而不存在现在所面临的能耗问题。同时，由于隔绝了化石能源的使用，也就避免了签署因化石能源开采、生产及使用所带来的环境问题。

光伏发电本身对化石能源的消耗量就少，且 SFS 模式能够完全隔绝化石能源的使用，这极大避免了因化石能源使用所带来的环节问题。同时，在生产工艺方面我国各大光伏企业都具备了较高的环保标准，其产业对环境所带来影响都得到有效改善。且随着技术突破和更迭，在生产工艺方面将更进一步减少对环境的影响。

b. SFS 模式有效利用了周边环境，更是解决重大环境议题的选择之一

在利用太阳能进行生产的过程中，能源也能用于对产地海水进行净化，净化后的淡水一方面用于企业生产，另一方面能够扩大全球范围内的淡水资源规模。

此处甚至可以忽略因离水源近所带来的运输成本和二氧化碳排放等优势。甚者，在 SFS 模式的发展过程中隆基也在以沙漠灌溉、荒漠绿化、修复生态为目标拓展光伏发电的应用场景。

* 采用隆基单晶硅组件的光伏电站

3.3.4 社会价值：光伏发电的普适性特点 是社会扶贫、土地复用的有效选择之一

a. 提升社会福祉 

由于光伏发电具有多重优势，能够为小型用发电个体提供规模化可能性。实践证明，中西部大部分地区合理建设光伏电站后，除了水土保持能力会得到提升，土表植物覆盖会更好，当地百姓一定比例分享发电收入，可使他们的收入水平达到或超过东部地区，部分扶贫资金定向投入到中西部光伏发电项目，并确定受益扶贫对象，可一劳永逸确保他们 20 年以上不再返贫。甚至，在扩大光伏用电的应用场景以土地复用的方式提升地区经济水平也效果显著，例如在国内鱼塘等养殖业土地上建立分布式光伏发电站，打造渔光共生模式。

所以从社会视角来说，光伏发电在全球可持续发展进程中未来将扮演不可替代的角色，这不仅仅是从环境的角度来考虑，更是从能源可持续、社会可持续的角度来思考——「如何在泛社会领域内帮助人类及所处环境更好的生存下去」。

但我们也应该对行业的发展保持警醒，需要不断以科技的手段提升光伏发电在环境上如何降低能耗、减少污染；以更好的产业视角和商业洞察力降低产业成本，实现最终的能源结构改革，进而提升社会福祉。

 

* 参考文献： 

[1]雷琪.中欧专家探讨建筑节能:中国的能源效率仅为33％[N].中国青年报，2007-04-12.

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[3]国家能源局.太阳能发电发展“十二五”规划[EB/OL].http://suo.im/56aCPD，2012-07-07.

[4]集邦新能源网.中国光伏产业的成功能否复制？[EB/OL].http://suo.im/4KhXq8，2017-06-27.

[5]国家能源局.2018年可再生能源并网运行情况介绍[EB/OL].http://suo.im/4CLKmT，2019-01-28.

[6]国家能源局.能源局新闻发布会介绍2017年新能源并网运行情况等[EB/OL].http://suo.im/4nJMTz，2018-01-24.

[7]吕成之.光伏耗能又耗水？抱歉，这锅不背[EB/OL].http://suo.im/5lTtxS，2019-04-08.

[8]索比光伏网.如何看待有报道说：“生产光伏电池组件会产生大量污染物”的消息？[EB/OL].http://suo.im/5dGQ90，2014-01-28.

[9]谢希德.江苏光伏产业走向质变关键技术研发提高降耗控污能力,建立全产业链实现集群式发展[N].中国环境报，2011-10-27.

[10]发展改革委等.关于抑制部分行业产能过剩和重复建设引导产业健康发展的若干意见[EB/OL].http://suo.im/4vfxbg，2009-09-26.

[11]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[EB/OL].http://suo.im/56aD8l，2018-05-31.

[12]集邦新能源网.直面2018！49家光伏企业财报数据分析[EB/OL].http://suo.im/5lTtGU，2019-05-15.

[13]光伏头条.是谁推高了光伏发电的非技术成本？ [EB/OL].http://suo.im/4ROaLh，2018-08-03.

[14]阳光工匠光伏网.光伏组件的回收方法、回收流程、回收中的难点及前景[EB/OL].http://suo.im/5l8Reb，2014-12-28.

* 内容撰写：MSC咨询业务负责人 杨名；MSC咨询高级咨询师 高望

* 内容编辑：MSC咨询品牌负责人 高燕妮