研究定义净减排量，即使用光伏发电技术实现的温室气体减排量减去光伏产业链的排放量，来刻画各国使用光伏技术进行低碳转型的效果（图1）。在2009-2019年期间，全球累积净温室气体减排约为1288.5百万吨二氧化碳当量（CO2e），相当于同一时期全球CO2排放的0.36%。其中光伏装机贡献1968.8百万吨CO2e减排量，由光伏产业链排放产生的680.3百万吨排放部分抵消这一减排效果。净减排贡献最高的五个国家为中国、日本、美国、德国和印度，分别贡献266.3百万吨、198.2百万吨、167.9百万吨、157.3百万吨和144.0百万吨净减排量，合计占全球总量72.5%。中国贡献了全球光伏减排量的35.8%，承担了全球66.1%的产业链碳排放，且50%以上中国产生的排放服务于别国光伏装机市场。
图1.全球太阳能光伏发电净减排空间分布差异显著。（a）2009-2019年净减排效果的国别分布特征；（b）2009-2019年全球减排与排放的变化趋势及主要贡献国家
该全球分布格局除生产装机格局外，受到各国排放和减排强度的时空变迁影响。从排放强度来看，得益于电网清洁程度提升、生产流程技术进步与效率提升，各国生产排放强度有不同程度下降。作为最大生产国的中国，其生产每千瓦光伏发电系统的排放强度在2009-2019年期间下降79.2%。从减排强度，即单位装机所能带来的温室气体减排能力来看，2009-2019年期间全球减排强度下降11.1%。各区域下降速度差异明显，得益于电力部门迅速的脱碳进程，欧洲地区的减排强度下降最显著，同期下降24.9%，而非洲和欧亚地区的温室气体减排强度下降幅度则分别仅为5.4%和-3.7%。
在各国纷纷出台相关贸易保护和提升自主生产能力政策的背景下，全球光伏产业链未来格局存在较大的不确定性。研究通过组合三类生产和三类装机情景，对未来光伏全球产业链的温室气体净减排能力进行了评估（图2）。研究表明，对净减排总量影响更为显著的是装机情景。至2060年，若基于现状扩大装机（C1），温室气体的累积减排量在865-1458亿吨之间；若全球实现均衡装机情景（C2），则减排量增加至1007-1566亿吨；若进一步优化装机开发时序以充分利用各国在温室气体减排强度方面的比较优势（C3），全球温室气体减排将进一步增加至1717-2447亿吨。这一优化情景下，非洲、亚欧大陆、中东、东南亚地区的装机水平将显著提升。
图2.2020-2060年多情景全球太阳能光伏发电排放与减排的时空变化。（a）累计减排量;（b）各装机情景减排量差异及区域贡献；（c）累计排放量；（d）各生产情景产业链排放的国别贡献
最优装机和最优生产情景组合将能够为全球全产业链带来975亿吨净减排的增量，约相当于2020年全球温室气体排放的1.9倍，或1.5℃全球温升目标下剩余碳排放额度的23.2%。该研究工作通过对全球光伏产业链温室气体排放与减排的时空特征进行回顾和预测，从环境维度揭示了我国对全球光伏产业减排进程的历史贡献，研究展望的各情景下温室气体净减排效益的差异对于推进全球合作，以加速实现全球光伏发电的温室气体减排效益具有重要的启示和借鉴意义，并提示在开发和应用低碳技术时，需要特别关注技术的环境和气候效益在不同时空条件下的变化特征，从而协助制定更具效率的决策。
近日，该成果以“在高碳地区优先部署光伏发电会带来更多的碳减排效益”（Deploying solar photovoltaic energy first in carbon-intensive regions brings gigatons more carbon mitigations to 2060）为题在线发表于施普林格·自然（Springer Nature）出版社期刊《通讯·地球&环境》（Communications Earth & Environment）。
清华大学环境学院博士后陈诗为论文第一作者，环境学院鲁玺教授和哈佛大学迈克尔·麦克尔罗伊（Michael B. McElroy）教授为共同通讯作者，郝吉明院士，贺克斌院士，美国哈佛大学中国项目执行主任克里斯·尼尔森（Chris P. Nielsen），纽约城市大学何钢助理教授，国际应用系统分析研究所张少辉研究员，清华大学气候变化与可持续发展研究院院长助理、研究部主任杨秀，清华大学公共管理学院张芳助理教授为共同作者。
该研究得到国家自然科学重点项目、面上项目、青年项目，清华大学-INDITEX可持续发展基金资助项目、鄂尔多斯-清华大学碳中和协同创新专项、清华-丰田联合研究院跨学科专项、哈佛大学校长办公室及哈佛全球研究所资助项目、国家博士后创新人才支持计划和清华大学“水木****”计划等的资助。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s43247-023-01006-x
供稿：环境学院
编辑：李华山
审核：郭玲
2023年10月16日 10:30:25
