能源转型 | 当光伏供应链转移到____, 全球碳中和目标能否如期达成？
2022年以来，国际能源市场持续动荡。俄乌冲突导致天然气供给不足、欧洲天然气需求高涨、极端天气多发影响可再生能源稳定供应、新冠疫情干扰供应链……多种因素作用下，国际能源价格飙升。部分行业减产甚至关闭，以节省能源成本。
与此同时，2022年全球二氧化碳排放量创下新高，使得气候变化形势愈发严峻。根据国际能源署（IEA）数据，2022年与能源有关的二氧化碳排放量上升了0.9%，超过了368亿吨。亚洲新兴市场和发展中国家二氧化碳排放量增长更为显著 [1]。
可见，各国需要在积极应对气候变化的同时，满足全球能源系统低碳化转型和经济发展带来的不断上升的能源需求。随着规模化发展的不断深化和技术上的持续突破，光伏产品成本的持续下降为全球能源系统转型提供了重要助力。
图源：Pixabay
目前，中国光伏产业已形成全球最完整的产业配套环境和供应链体系，各生产环节产量在全球市场份额均超过80%，光伏产品出口总量持续走高，主导着全球产业供应格局。回顾2022年，中国光伏产业规模持续增长，多晶硅、硅片、电池片、组件产量分别同比增长均在55%以上。出口方面，全年光伏产品（硅片、电池片、组件）出口总额超过512亿美元，同比增长80.3%，光伏组件出口超过153吉瓦，同比增长55.8%，为全球能源转型提速提供了“绿色动能”[2]。
考虑到能源安全和供应链安全，全球光伏产品主要进口国开始积极推动新能源产业链本土化，陆续出台相应的激励措施推动本土新能源制造业发展，以保障自身的能源安全，增强能源独立性，这也意味着中国的光伏设备制造企业将面临更大的竞争压力（图1）。2022年8月，美国通过了《通胀削减法案》，其中提到未来10年计划将3690亿美元用于能源生产、制造业项目的税收减免和投资，包括加大低收入社区光伏税收优惠规模，以及在光伏制造端增加税收抵免，对光伏全产业链的本土化建设予以支持。2022年12月，欧盟委员会正式启动欧洲太阳能产业联盟（ESIA），在可再生能源的许可和融资上予以支持，以在欧盟建立完整的太阳能光伏产业链和价值链，减少对外依赖。
图1：光伏产业链本土化发展政策梳理 图源：WRI
考虑到应对气候变化的紧迫性，加速绿色低碳转型已经成为全球共识。如果光伏产业链分布重构，这将对实现气候目标有何影响？在考虑成本效益的情况下，怎样在增强全球可再生能源供应链韧性的同时保障气候目标的实现？光伏供应链的去全球化是否有利于提升全球能源转型速度？
实现2050年碳中和目标？需要多少太阳能光伏装机？
我们梳理了IEA 2021年的《Net Zero by 2050: A Road for the Global Energy Sector》、全球能源互联网发展合作组织（GEIDCO）的《中国2030年前碳达峰研究报告》和《中国2060年前碳中和研究报告》三份报告中对全球和中国的光伏装机量的预测，计算出2050年前，每5年中国和全球的光伏装机量[8][9]。
图 2：碳中和路径下，中国和全球的未来光伏装机量 | 图源：WRI
IEA数据显示，在实现碳中和的路径下，到2030年全球光伏装机量需要增至2020年的近7倍，到2050年则将进一步扩大到近20倍。根据GEIDCO数据预测，在中国实现碳中和的路径下，到2030年，光伏装机量需要达到2020年水平的4倍，到2050年则需要达到近13倍（图2）。
那么，如果光伏产业链全链条真的发生转移，全球碳中和目标的实现是否会受到影响？什么样的影响？
生产太阳能光伏装机？成本几何？耗时多久？
为了理清不同地区（中国、东南亚、美国和欧洲）光伏供应链满足全球2050碳中和目标下所需的光伏产品的成本变化趋势，以及对实现碳中和目标完成时间的影响，文章参考 IEA 2022年《Special Report on Solar PV Global Supply Chains》对中国、美国和欧洲单位生产成本的定价（图3），并对光伏产业链转移进行3种假设 [10][11][12]：
假设一：全球所有太阳能光伏产品在中国生产（基准假设，成本最低）；
假设二：全球（除了中国）未来所需太阳能光伏产品在美国生产；
假设三：全球（除了中国）未来所需太阳能光伏产品在欧洲生产；
图3：光伏产业链在不同地区的单位生产成本对比 | 图源：IEA
为了实现碳中和目标，投资成本的增加将会增加目标实现的难度，延缓实现进度。估算结果显示，在以上三种假设中，假设一的成本最低，假设三的成本最高。具体来看，如果世界其他地区都依赖美国或者欧洲生产光伏以实现碳中和，到2050年，光伏产品生产成本将分别比基准假设（假设一）增加5362亿和9652亿美元，平均每年需要额外增加179亿和322亿美元的成本（图4）。需要注意的是，这部分增加的成本将是在完成碳中和目标的基础上，光伏装机投资成本的最低增量。
图4：三种假设下光伏生产成本对比 | 图源：WRI
如果到2050年，全球光伏装机的总投资额度有限，鉴于由美国或欧洲生产光伏以满足中国以外全球的光伏装机需求需要投入更高的成本，会导致碳中和路径下光伏装机量目标滞后达成，进而影响碳中和目标的如期实现。当全球光伏总投资额度以基准假设为准，光伏供应链完全聚集于美国和欧洲将分别导致碳中和目标延后6.3年和11.3年实现（图4）。
图5：三种假设下碳中和达成时间对比 （碳中和路径下，预期光伏装机量在三种假设下达成时间不同，导致碳中和实现的年限不同）| 图源：WRI
需要说明的是，鉴于目前数据可得性有限，本文的假设暂时只能在现有研究未来光伏装机量数据和市场价格基础上进行估算。在我们的分析中，未来的光伏产品的价格都是基于2021年的价格，没有对价格随着技术进步和市场进一步扩大带来的价格下跌做预测分析，即本文中各地区未来的光伏产品的价格差别没有随时间变化。另外我们也暂未将未来可能的新技术突破和已有其他可再生能源技术发电成本的降低可能带来的碳中和路径下的光伏装机量变化纳入考量。
虽然整体情景假设的设置较为简单，但所得趋势结论与当前国际上技术和投资成本相关的研究分析不谋而合。
J. Helveston等美国高校学者在其去年发布于《自然》期刊的的一篇文章中利用美国、德国和中国太阳能光伏的历史装机量、组件和材料价格的数据发展了一个双因素学习模型。估算结果显示，从2008年到2020年，与假设情境下过去十年各国通过本国供应链来满足装机量相比，（实际情境下）全球化的光伏组件市场（主要供应链在中国）为美国光伏发电开发商节省了24亿美元，为德国节省了7亿美元。如果从2020年开始按照发展本国光伏供应链情景预测，会导致太阳能组件价格在2030年比全球化供应链的未来高出约20-25% [13]。
BloombergNEF估算也显示，如果在欧洲和美国建立各自的光伏供应链，因为更高的设备成本和基础设施建设成本，年产能每GW需要投资5亿美元，这将是在中国投资所需资金的三倍不止[14]。分析同时指出，如果中国禁止光伏技术出口，那么想在中国以外地区建立光伏晶圆工厂的公司、在中国以外地区已有产能但是想要升级的公司，以及中国的光伏制造设备公司都会受到影响 [15]。
全球光伏产业链发展何去何从？
能源行业的绿色低碳转型对于实现全球气候目标至关重要，而稳定、高质量且低成本的光伏供应链将从根本上推动能源行业的绿色转型，为碳中和目标的实现提供坚实的基础。为此，中国高集中度的光伏产业链，为全球的光伏装机带来了稳定且低价的光伏产品。如果通过强制措施使光伏供应链转移，长期来看会造成全球光伏装机的成本增加，并拖延转型的时间，大幅放缓碳中目标的达成，不利于全球气候目标实现。
从光伏生产成本的角度，高集中度的产业链从上游的技术改进和降本增效到下游的配件、控制器和智能化能源管理系统开发上更好地发挥优势，但从供应链安全的角度看，高集中度会导致地域自然的和人为的风险，适当的供应链分散可以降低地域风险。如何兼顾光伏供应链的成本和韧性是全球能源绿色低碳转型新的挑战之一。随着光伏产品需求进一步增加，未来光伏产品的回收和资源再利用也同样需要更多的关注和尽早制定相应政策，使光伏产业可持续的发展。
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参考文献： [1]. CO2 Emissions in 2022, March 2023,IEA report [2]. 中国政府网，2023-02-17, ” 2022年光伏产业规模持续增长 产品出口总额超512亿美元”，http://www.gov.cn/xinwen/2023-02/17/content_5741877.htm [3]. 北极星网，2023-02-13,“欧盟碳关税最新进展：欧洲议会正式通过 10月试运行” https://news.bjx.com.cn/html/20230213/1287984.shtml [4]. The White House, 2022, FACT SHEET: President Biden Takes Bold Executive Action to Spur Domestic Clean Energy Manufacturing, https://www.whitehouse.gov/ [5]. Presidential Documents, Proclamation 10414, 2022-6-6, Declaration of Emergency and Authorization for Temporary Extensions of Time and Duty-Free Importation of Solar Cells and Modules From Southeast Asia, https://www.govinfo.gov/content/pkg/FR-2022-06-09/pdf/2022-12578.pdf [6]. The Economic Times, 2022-11-22, India wants solar manufacturers to bid for $2.4 billion in aid. [7]. 中华人民共和国商务部，2022-12-30, 关于《中国禁止出口限制出口技术目录》修订 公开征求意见的通知 [8]. IEA (2021), Net Zero by 2050: A Roadmap for the Global Energy Sector, OECD Publishing, Paris, https://doi.org/10.1787/c8328405-en. [9]. 全球能源互联网发展合作组织，2020，《中国2030年前碳达峰研究报告》《中国2060年前碳中和研究报告》 [10]. 装机量*单位生产成本=总成本 [11]. 东南亚的产能大部分都是中国投资，成本与中国国内生产较为接近，因此没有单独假设进行比较。 [12]. IEA (2022), Special Report on Solar PV Global Supply Chains, OECD Publishing, Paris, https://doi.org/10.1787/9e8b0121-en. [13]. Helveston, J.P., He, G. & Davidson, M.R. Quantifying the cost savings of global solar photovoltaic supply chains. Nature612, 83–87 (2022). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05316-6 [14]. Youru Tan, BloombergNEF, Dec.21,2022, Building Solar Factories to Rival China Won’t Be Cheap [15]. Youru Tan, and Jenny Chase, BloombergNEF, Feb.8,2023, Who wins and Who Loses if China Bans Solar Technology Exports? |