清華新聞網(wǎng)10月16日電 在全球凈零排放目標(biāo)驅(qū)動(dòng)下，光伏發(fā)電將成為未來(lái)全球溫室氣體減排的重要推動(dòng)力量，因此，明確其全產(chǎn)業(yè)鏈的排放和減排特征對(duì)于發(fā)揮其低碳效益至關(guān)重要。近年來(lái)，光伏產(chǎn)業(yè)鏈的全球分布格局呈現(xiàn)復(fù)雜多變、區(qū)域差異顯著等特點(diǎn)，生產(chǎn)側(cè)和應(yīng)用側(cè)均有向中國(guó)集群的趨勢(shì)。除產(chǎn)業(yè)鏈分布外，排放和減排特征也受到各國(guó)產(chǎn)業(yè)鏈排放和減排強(qiáng)度差異的影響。為厘清多因素影響下排放和減排時(shí)空特征，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院魯璽教授團(tuán)隊(duì)聯(lián)合國(guó)內(nèi)外學(xué)者，構(gòu)建了動(dòng)態(tài)化和空間化的生命周期評(píng)估方法，在剖析產(chǎn)業(yè)分布格局、排放和減排強(qiáng)度兩大類(lèi)影響因素的基礎(chǔ)上，對(duì)歷史和未來(lái)全球產(chǎn)業(yè)鏈的排放與減排特征進(jìn)行了核算。
研究定義凈減排量，即使用光伏發(fā)電技術(shù)實(shí)現(xiàn)的溫室氣體減排量減去光伏產(chǎn)業(yè)鏈的排放量，來(lái)刻畫(huà)各國(guó)使用光伏技術(shù)進(jìn)行低碳轉(zhuǎn)型的效果（圖1）。在2009-2019年期間，全球累積凈溫室氣體減排約為1288.5百萬(wàn)噸二氧化碳當(dāng)量（CO2e），相當(dāng)于同一時(shí)期全球CO2排放的0.36%。其中光伏裝機(jī)貢獻(xiàn)1968.8百萬(wàn)噸CO2e減排量，由光伏產(chǎn)業(yè)鏈排放產(chǎn)生的680.3百萬(wàn)噸排放部分抵消這一減排效果。凈減排貢獻(xiàn)最高的五個(gè)國(guó)家為中國(guó)、日本、美國(guó)、德國(guó)和印度，分別貢獻(xiàn)266.3百萬(wàn)噸、198.2百萬(wàn)噸、167.9百萬(wàn)噸、157.3百萬(wàn)噸和144.0百萬(wàn)噸凈減排量，合計(jì)占全球總量72.5%。中國(guó)貢獻(xiàn)了全球光伏減排量的35.8%，承擔(dān)了全球66.1%的產(chǎn)業(yè)鏈碳排放，且50%以上中國(guó)產(chǎn)生的排放服務(wù)于別國(guó)光伏裝機(jī)市場(chǎng)。
圖1.全球太陽(yáng)能光伏發(fā)電凈減排空間分布差異顯著。（a）2009-2019年凈減排效果的國(guó)別分布特征；（b）2009-2019年全球減排與排放的變化趨勢(shì)及主要貢獻(xiàn)國(guó)家
該全球分布格局除生產(chǎn)裝機(jī)格局外，受到各國(guó)排放和減排強(qiáng)度的時(shí)空變遷影響。從排放強(qiáng)度來(lái)看，得益于電網(wǎng)清潔程度提升、生產(chǎn)流程技術(shù)進(jìn)步與效率提升，各國(guó)生產(chǎn)排放強(qiáng)度有不同程度下降。作為最大生產(chǎn)國(guó)的中國(guó)，其生產(chǎn)每千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)的排放強(qiáng)度在2009-2019年期間下降79.2%。從減排強(qiáng)度，即單位裝機(jī)所能帶來(lái)的溫室氣體減排能力來(lái)看，2009-2019年期間全球減排強(qiáng)度下降11.1%。各區(qū)域下降速度差異明顯，得益于電力部門(mén)迅速的脫碳進(jìn)程，歐洲地區(qū)的減排強(qiáng)度下降最顯著，同期下降24.9%，而非洲和歐亞地區(qū)的溫室氣體減排強(qiáng)度下降幅度則分別僅為5.4%和-3.7%。
在各國(guó)紛紛出臺(tái)相關(guān)貿(mào)易保護(hù)和提升自主生產(chǎn)能力政策的背景下，全球光伏產(chǎn)業(yè)鏈未來(lái)格局存在較大的不確定性。研究通過(guò)組合三類(lèi)生產(chǎn)和三類(lèi)裝機(jī)情景，對(duì)未來(lái)光伏全球產(chǎn)業(yè)鏈的溫室氣體凈減排能力進(jìn)行了評(píng)估（圖2）。研究表明，對(duì)凈減排總量影響更為顯著的是裝機(jī)情景。至2060年，若基于現(xiàn)狀擴(kuò)大裝機(jī)（C1），溫室氣體的累積減排量在865-1458億噸之間；若全球?qū)崿F(xiàn)均衡裝機(jī)情景（C2），則減排量增加至1007-1566億噸；若進(jìn)一步優(yōu)化裝機(jī)開(kāi)發(fā)時(shí)序以充分利用各國(guó)在溫室氣體減排強(qiáng)度方面的比較優(yōu)勢(shì)（C3），全球溫室氣體減排將進(jìn)一步增加至1717-2447億噸。這一優(yōu)化情景下，非洲、亞歐大陸、中東、東南亞地區(qū)的裝機(jī)水平將顯著提升。
圖2.2020-2060年多情景全球太陽(yáng)能光伏發(fā)電排放與減排的時(shí)空變化。（a）累計(jì)減排量;（b）各裝機(jī)情景減排量差異及區(qū)域貢獻(xiàn)；（c）累計(jì)排放量；（d）各生產(chǎn)情景產(chǎn)業(yè)鏈排放的國(guó)別貢獻(xiàn)
最優(yōu)裝機(jī)和最優(yōu)生產(chǎn)情景組合將能夠?yàn)槿蛉a(chǎn)業(yè)鏈帶來(lái)975億噸凈減排的增量，約相當(dāng)于2020年全球溫室氣體排放的1.9倍，或1.5℃全球溫升目標(biāo)下剩余碳排放額度的23.2%。該研究工作通過(guò)對(duì)全球光伏產(chǎn)業(yè)鏈溫室氣體排放與減排的時(shí)空特征進(jìn)行回顧和預(yù)測(cè)，從環(huán)境維度揭示了我國(guó)對(duì)全球光伏產(chǎn)業(yè)減排進(jìn)程的歷史貢獻(xiàn)，研究展望的各情景下溫室氣體凈減排效益的差異對(duì)于推進(jìn)全球合作，以加速實(shí)現(xiàn)全球光伏發(fā)電的溫室氣體減排效益具有重要的啟示和借鑒意義，并提示在開(kāi)發(fā)和應(yīng)用低碳技術(shù)時(shí)，需要特別關(guān)注技術(shù)的環(huán)境和氣候效益在不同時(shí)空條件下的變化特征，從而協(xié)助制定更具效率的決策。
近日，該成果以“在高碳地區(qū)優(yōu)先部署光伏發(fā)電會(huì)帶來(lái)更多的碳減排效益”（Deploying solar photovoltaic energy first in carbon-intensive regions brings gigatons more carbon mitigations to 2060）為題在線(xiàn)發(fā)表于施普林格·自然（Springer Nature）出版社期刊《通訊·地球&環(huán)境》（Communications Earth & Environment）。
清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院博士后陳詩(shī)為論文第一作者，環(huán)境學(xué)院魯璽教授和哈佛大學(xué)邁克爾·麥克爾羅伊（Michael B. McElroy）教授為共同通訊作者，郝吉明院士，賀克斌院士，美國(guó)哈佛大學(xué)中國(guó)項(xiàng)目執(zhí)行主任克里斯·尼爾森（Chris P. Nielsen），紐約城市大學(xué)何鋼助理教授，國(guó)際應(yīng)用系統(tǒng)分析研究所張少輝研究員，清華大學(xué)氣候變化與可持續(xù)發(fā)展研究院院長(zhǎng)助理、研究部主任楊秀，清華大學(xué)公共管理學(xué)院張芳助理教授為共同作者。
該研究得到國(guó)家自然科學(xué)重點(diǎn)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目、青年項(xiàng)目，清華大學(xué)-INDITEX可持續(xù)發(fā)展基金資助項(xiàng)目、鄂爾多斯-清華大學(xué)碳中和協(xié)同創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)、清華-豐田聯(lián)合研究院跨學(xué)科專(zhuān)項(xiàng)、哈佛大學(xué)校長(zhǎng)辦公室及哈佛全球研究所資助項(xiàng)目、國(guó)家博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃和清華大學(xué)“水木學(xué)者”計(jì)劃等的資助。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s43247-023-01006-x
供稿：環(huán)境學(xué)院
編輯：李華山
審核：郭玲
