0 引言

《巴黎协定》生效之后，中国亦明确提出碳达峰、碳中和目标，重点排放工业单位需按计划有序参与可再生能源配额制和碳排放权交易。为助力实现“双碳”目标，厂区级分布式光伏发电项目呈现大范围建设趋势，使得工业重点排放企业从电能消费者向产消者转型，利于重工业生产用能低碳化。《“十四五”现代能源体系规划》指出，应该实现太阳能发电与生态修复协同发展，在分析重工业产消者用能低碳化效果的同时，需关注重工业产消者光伏系统造成的生态系统服务功能（包括固碳释氧、涵养水源、保育土壤、生物多样性保护等）变化[1-2]。

光伏发电利于用电低碳化[3-4]，分布式光伏系统的建设是未来智能微电网通过信息传递实现能源共享和低碳化的物理基础[5-6]。但是能源消费者向产消者转型依赖于场地空间的裕度，屋顶型和地面型分布式光伏系统建设占用不同高度的平面空间，对气候生态环境会产生不同程度的影响[1,7]。陈会娟等[8]的研究表明，光伏发电项目施工期涉及对地表扰动、占用土地类型、地表植被、野生动物和水土流失的影响，运营期涉及对废水、噪声、固体废物、光污染、景观和环境风险评估的影响。常兆丰等[9-11]验证了甘肃河西走廊的光伏占地范围内平均土壤侵蚀强度达到极强烈，极大破坏了原有地表形态和植被，引起水土流失和沙尘暴。李国庆等[12]测得甘肃省金昌市的西坡光伏电场约100 m范围内的地表温度呈现昼“冷岛”和夜“热岛”，以及夏天夜间增温和冬天白天降温的现象。为推进光伏电站的合理建设，王思成[13]提出了包含光伏发电系统部件测试和运行测试的综合量化评价指标，王征等[14]构建了基于土地利用系数的光伏容量预测模型。但是上述文献并没有采用合适的方法对光伏电站组件设备、土地和劳力投入等进行统一评价。

Michel等[15]分析得到，瑞士水泥重工业在面临高昂的碳税时表现出建设高成本二氧化碳 （CO2） 捕集器的积极性，但是水泥生产过程中原料热解和燃料燃烧二者产生的CO2总排放量不会显著减少。目前，中国自备电厂的重点排放工业企业需同时满足可再生能源配额制和碳交易机制的要求。其中，绿证是市场化消纳可再生能源的凭证，企业依据可再生能源配额制购买绿证有助于可再生能源项目发展，以实现间接碳减排；碳交易机制以碳排放权交易为主、自愿减排量交易为辅，企业在碳交易市场中能够获利，促进实现直接碳减排[16]。所以，中国水泥企业在低碳生产转型中需承担绿证和碳交易双重环境成本带来的压力。绿证和碳交易市场存在推动碳减排的等效性，但是它们的真正价值目前没有统一的考核标准，仍需探索建立不同类型环境权益产品的互认联通机制[17]。

能值 （emergy） 被视为能量记忆 （energy memory），单位为太阳能焦耳 （solar emjoulers， sej），任何类型的能量、货币、劳动力和物质都可以统一用太阳能焦耳（sej）来反映自然与人类经济活动的本质和规律。能值分析（emergy analysis，EMA）以同一太阳能值为基准衡量不同类型、不同能质和不可比对的能量的真实自然价值和数量关系，具有生命周期评价的特点。能值转换率（transformity，Tr）是度量能质的尺度，是单位某种能量（或物质、金钱）形成所包含的太阳能当量，如sej/J（sej/g、sej/元）[18-20]。据此，能值分析方法是一种以统一语言评价工业系统中资源利用和环境绩效的重要方法，能够表征生态系统对工业活动的贡献，进而引导工业系统可持续发展[21-22]。

根据政策和市场指引，水泥厂区的分布式光伏建设容量将逐年递增，应用能值理论分析可以综合水泥厂区光伏发电系统的能流、物流、货币流和信息流进行相互换算，在一定程度上能以相同的标准将环境和人类活动对工业活动的影响进行统一评估。王永真等[23-24]基于能值分析理论得到风、光、水、气、煤5种发电模式中风电的能值可持续指数最优，并利用灰色关联度构建计及能值的可持续性综合评价方法量化分析了中国电力能源转型的可持续性；随后，他们亦提出应结合能值可持续性指数评价综合智慧能源的生产效率和环境压力。Paoli等[25]对光伏电站进行能值评估，得出光伏电站的主要能值投入来自于设备加工和安装的电能和维护成本。Brown等[26]采用能值分析方法对比火电厂与光伏电站，表明可再生太阳能资源的流量和功率可用性限制较化石燃料严苛。Ren等[27-28]对10种发电系统进行能值分析，通过路径追踪方法分别计算不同区域水电、风电和光伏发电等的能值转换率，并指出光伏发电系统的能值可持续性指标相对较低。但是，实际运行阶段光伏发电效率与组件表面洁净程度有关[29-31]。上述与能值相关的文献在光伏系统运行阶段均忽略可再生水的能值投入计算，并且在光伏系统全生命周期能值评价中缺少对废物能值和生态系统服务的能值损失的分析。此外，以上光伏系统的能值分析一般终止于电能能值转换率的计算，因此需进一步分析自建分布式光伏系统的水泥产消者用电模式变化对用电能值的差异影响，应用能值分析评估绿证和碳交易在实现减排方面的自然贡献价值。

水泥产消者既能满足一定可再生能源配额，又能实现用电碳减排，在发用电运行中亦可减少绿证和碳交易成本。针对现阶段水泥产消者发用电不同阶段的能值评价缺失问题，本文以实际建设分布式光伏发电系统的水泥厂为例，对其分布式光伏系统开展考虑废物回收和生态系统固碳释氧损失的能值指标改进和计算分析。在此基础上，基于能值对水泥产消者“自发自用，余电上网”模式和全额上网模式对比分析能碳减排，并考核水泥产消者减少绿证和碳交易成本后的真正自然价值。结果证明，分布式光伏系统单位电功率输出的能值需求低，使得水泥产消者在“自发自用”模式下低成本实现用能低碳化。但是，生态服务损失降低了该光伏系统的能值可持续性，从而减小了其在电-证-碳市场上的环境效益。应用能值分析方法可为水泥产消者的光伏项目规划提供科学与环境友好的决策支持，并且能为政策机制中的可持续性指标制定提供有效的理论指导。

1 水泥产消者光伏发电系统能值分析方法

1.1 水泥产消者光伏发电系统能值分析步骤

太阳能值具有全生命周期性，水泥产消者光伏发电系统的整个生命周期可以分5个部分：前期勘测设计过程、设备材料采购过程、运输与安装过程、运行维护过程和后期处理过程。

水泥产消者光伏发电系统的能值分析步骤[32]如下：

1） 原始数据收集。传统光伏系统输入：可再生资源（R）、不可再生资源（N）、经济反馈输入（F）等。光伏系统输出：电能（E）、废物（W）。

2） 能量系统图的绘制。形成水泥产消者光伏发电系统外边界与系统内组分的系统能量图解，如图1所示。

图1 水泥产消者光伏系统能量系统图
Fig. 1 Emergy system diagram of photovoltaic system in power prosumers of cement plants

3） 编制能值分析表。①列出光伏发电系统的主要能源项目。②统计系统中能量流、物质流和货币流等。③各类别能量、物质通过能值转换率转换为统一度量的能值单位。

4）能值指标计算。根据能值分析表建立并计算出反映包含光伏发电系统的水泥产消者生态服务效率的能值指标体系。

5）分析与评价。通过能值指标分析和系统结构功能的能值定量分析，研讨可再生能源配额下水泥企业自建光伏电站政策的科学性。

1.2 水泥产消者光伏发电系统改进能值评价指标

通过对图1中水泥产消者光伏发电系统的能物流、资金流归纳，可将系统能值投入分为：当地无偿的可再生资源R（即太阳能、雨水）；不可再生资源N（土地占用等）；从外界购买资源Ftotal包含可再生材料FR、不可再生材料FN、人力服务FL、可回收设备FER、不可回收设备FEN、其他资源Fd（电、其他付费）、废物处理Fw（令Fw=0.5×（FN+FEN））、林地重建[31]Fre。系统输出分为：电能E、可回收废物输出WT（令WT=0.2×（FR+FER））。根据分类，考虑废物处理和可回收设备，相关改进的能值评价指标见式（1）—（4）[28,33-34]。

1） 电力能值产出率（electricity emergy yield ratio，EEYR）。

EEYR是光伏发电系统的总输出能值量与经济反馈输入能值之比，表现购买资源的有效性，比值越高表示每单位能值的投资对经济的帮助越大。

式中：EEYR为电力能值产出率；Y为光伏发电系统总输出能值。

2）环境负载率 （environmental loading ratio，ELR）。

ELR表示光伏发电系统的不可再生资源太阳能值与可再生资源太阳能值的比值。这一指标能够反映因转换过程而造成的潜在环境影响和生态压力，该值越大表示可持续性越差。

式中：ELR为环境负载率。

3）能值投资率 （emergy investment ratio，EIR）。

EIR反映的是外部投资系统与本地资源的比值，评估一个系统与其他替代品相比是否是一个经济用户。一个系统拥有较低的能值投资率则其在市场上更有可能成功。

式中：EIR为能值投资率。

4）有效能值可持续发展指数（effective emergy sustainability index，EESI）。

EESI是光伏系统环境的潜在过程装载的贡献率，反映整体发展生产过程的可持续性，包括经济和生态的逻辑兼容性。

式中：EESI为有效能值可持续发展指数。

2 水泥产消者光伏发电系统能值分析评价

重工业领域建材、钢铁和化工行业具有相似特点，均是重点排放单位的重要对象，厂区占地大，生产时段用能均匀但需求高。水泥或将是建材行业纳入全国碳市场的首个领域，本文以水泥产消者为例，分析结果可供重工业领域各行业参考。

2.1 水泥产消者光伏发电系统基本参数

金塔水泥有限公司位于东经116.155°，北纬24.598°。为满足可再生能源配额并实现低碳转型，金塔水泥有限公司拟建总容量10 MWp并网型分布式光伏发电系统，该光伏系统可建设区域如图2所示。

图2 水泥厂光伏发电系统可建区域卫星图
Fig. 2 Built-up area for photovoltaic power generation system in cement plant

2.2 水泥产消者光伏发电系统能值计算

蕉岭县属于广东地区太阳能资源相对较为丰富的三类区。计平均年满发小时数1300 h，计光伏系统正常发电寿命为25 a，计前10 a的年衰减率为1.00%，后15 a的年衰减率为0.67%，预计此坡地光伏电站寿命期间年均发电量为11 727.30 MWh。

聚合驱动地球生物圈的可得太阳辐射能，以及潮汐动力和地热能换算的等量太阳能值，选定能值基准线[35]为12.0×1024 sej/a。基于生命周期的水泥产消者光伏系统能值分析结果如表1和图3所示。由表1能值计算结果的数量级可知该系统主要能值投入为光伏组件等各类设备和人力劳务。计算年总能值投入占比，得到数量级最小的年太阳能值投入占0.002 0%，此外，生态系统服务能值年投入也仅占0.009 6%。由图3可以看到，外部不可再生资源FN能值投入最多，其次为可再生资源R，劳务FL、电费Fd和废物处理Fw投入能值相似，表明该光伏系统构建以不可再生资源为主，正常运行需要维护并且会遗留较多废物，提高光伏系统发电效率需进一步提高运行管理水平和促进材料循环使用。

表1 水泥产消者10 MW分布式光伏发电系统的能值分析表
Table 1 Emergy analysis table of 10 MW distributed photovoltaic power generation system of cement plant

能值/（sej·a-1）勘测设计服务60%R，40%FL[25]2.75×104元/a2.50×1013[18]6.88×1017阶段项目输入类型原始数据单位能值转换率sej/（单位）[35]9.57×105元/a2.81×1011 [28]2.69×1017逆变器（CPS SCH250KTL-DO/800）90%FER，10%FEN[36]1.06×105元/a2.81×10112.99×1016支架70%FR，30%FN[36]1.59×105元/a2.81×10114.47×1016 PLC模块90%FER，10%FEN1.29×103元/a2.81×10113.61×1014升压箱变90%FER，10%FEN6.17×104元/a2.81×10111.73×1016 10 kV汇集站90%FER，10%FEN4.96×104元/a2.81×10111.39×1016光伏接入柜90%FER，10%FEN5.66×103元/a2.81×10111.59×1015户外无功补偿装置 90%FER，10%FEN2.88×104元/a2.81×10118.09×1015二次系统90%FER，10%FEN3.09×104元/a2.81×10118.67×1015调度无线上传装置90%FER，10%FEN5.14×103元/a2.81×10111.44×1015电缆FR5.59×104元/a2.81×10111.57×1016视频监控系统90%FER，10%FEN3.59×103元/a2.81×10111.01×1015环境监测仪90%FER，10%FEN1.80×103元/a2.81×10115.04×1014备品备件70%FR，30%FN7.70×102元/a2.81×10112.16×1014光伏组件（CHSM72M-HC 540W）60%FER，40%FEN设备材料采购[27]3.40×106kg/a4.61×108[27]1.57×1015市电Fd4.32×109J/a1.12×105[18]4.84×1014水泥FN4.54×102m3/a1.40×1015[18]6.36×1017运输人力劳务60%R，40%FL3.30×102h/a5.72×1013[18]1.89×1016安装人力劳务60%R，40%FL3.60×103h/a3.82×1013[18]1.38×1017建筑与安装20%N，80%Fd2.36×105元/a2.81×10116.64×1016并网费用Fd5.00×104元/a2.81×10111.40×1016自来水26%FR，74%FN运输安装运行维护太阳R5.77×1013J/a1.00[18]5.77×1013雨水R1.81×108kg/a3.31×107[18]5.99×1015自来水26%FR和74%FN2.80×106kg/a4.61×1081.29×1015市电Fd2.63×1012J/a1.12×1052.95×1017人力管理60%R和40%FL4.38×103h/a2.50×1013[18]1.10×1017设备维护60%R和40%FL2.11×105元/a2.81×10115.91×1016专用工器具70%FR和30%FN1.16×103元/a2.81×10113.26×1014土地占用N1.10×105m2/a2.02×1010[18]2.22×1015水土侵蚀及流失N6.55×108g/a1.42×107[18]9.30×1015固碳释氧损失N1.18×108g/a1.35×108[25]1.59×1016处理林地重建Fre2.48×104元/a2.81×10116.95×1015不可回收废物处理与填埋Fw3.84×1017输出可回收废物WT5.68×1016电E 4.22×1013J/a6.65×1042.81×1018

图3 水泥厂分布式光伏发电系统能值投入比例
Fig. 3 Emergy input ratio of distributed photovoltaic power generation system in cement plant

2.3 水泥产消者光伏发电系统能值分析与讨论

为进一步探究分布式光伏发电系统的能值可持续性，根据1.1节所述能值归类方法将表1的计算数据代入式（1）—（4）得到分布式光伏发电系统能值指标计算结果。如表2所示，能值转换率Tr的结果差异说明光伏发电输出一大部分依赖于劳力服务的能值投入。对比该光伏发电能值转换率与全国平均电能能值转换率[26]，6.65×104 sej·J-1＜1.12×105 sej·J-1，说明光伏发电可以节省综合资源能值投入。EEYR表明分布式光伏发电系统需要人力劳动维持正常运行，但是生态服务对EEYR的影响不大。ELR＞1表明需要投入较多不可再生资源实现分布式光伏发电系统输出发电功率，基于生命周期，可以认为可再生太阳能不是光伏发电的主要驱动力。不管是否考虑劳力服务，EIR比值大表明外部购买资源的投入在系统运行中占主要地位；有无生态服务损失的EIR比值变化表明不能忽略水土保持和固碳释氧的生态服务自然能值投入，以免高估可再生能源项目的投资价值。EESI＜1说明光伏发电仍属于消费性产品，且生态服务损失会进一步降低光伏发电能值可持续性。

表2 水泥产消者光伏发电系统能值指标对比表
Table 2 Emergy index comparison table of distributed photovoltaic power generation system in cement plant

有无劳动服务；有无生态服务损失Tr×104 sej·J-1EEYRELREIREESI有；无6.591.261.293.510.977有；有6.651.271.323.360.964无；无4.190.983.9383.720.250无；有4.250.994.0138.540.248

为确保分布式光伏发电系统的真实可持续性，政府与第三方监管机构可以结合能值指标在光伏项目建设前进行充分有效的可行性分析，防止水泥企业建设以牺牲绿植率为代价的伪环保型分布式光伏系统。

3 基于能值的水泥产消者用电模式对比分析

3.1 光伏发电消纳情况

水泥产消者分布式光伏发电项目装机容量10 MWp，正常平均年满发小时数1300 h，预计年均发电量为11 727.30 MWh。2021年和2022年受相关因素和建筑行业市场低迷影响，该水泥厂基本处于停工状态，因此以2020年为例，水泥厂外购总电量约57 290.00 MWh，为分布式光伏发电系统年均发电量的4.89倍，可充分消纳光伏发电量。此外，光伏系统年均绿电发电量达到2020年外购总电量的20.5%，满足目前15%的强制可再生能源配额要求。

3.2 光伏发电系统碳排放计算

基于光伏系统全生命周期，如表1所示，该光伏发电系统运行过程中每年直接损失植被固碳量为118 t。忽略人力碳排放，考虑资源或产品购置及处理成本[37]中的碳排放，依据2021年全国碳排放强度（115.2 g/ 元）并结合表1中各项成本综合计算得到该光伏发电系统组件在生产、运输和安装过程中造成的每年间接碳排放量为160 t。综上，本文光伏系统年碳排放约为278 t，生命周期碳排放量为6960 t。因年均发电量为11 727.30 MWh，该光伏发电系统单位产电量的CO2排放量为0.023 7 t/MWh，与中国产品全生命周期温室气体排放系数库里多类光伏系统碳足迹值相似。

3.3 水泥产消者用能碳减排和能值分析

水泥产消者有2种用电模式，其一，自发自用，余电上网；其二，全额上网。考虑到原料磨和水泥磨等系统与窑系统不同步以及检修等因素，该水泥产消者制定消纳计划为90%消纳自用，10%上网计算效益。

根据最新广东电力排放因子0.637 9 t/MWh，得到水泥产消者用能碳减排情况如表3所示。在年均发电量为11 727.30 MWh的基础上，若这部分电量全部来自外购电，该产消者用电每年将产生7 480.84 t排放量，而产消者“90%自发自用”用电模式的年碳减排量可达到87.03%，1.07 a即可回收光伏建设产生的碳排放。如果该水泥产消者选择“全额上网”用电模式，年碳减排量仅为传统外购电CO2排放量的3.72%，并导致在光伏系统25 a的寿命周期内无法实现CO2回收。表3基于能值进一步分析水泥产消者用能碳减排效果，由用能能值投入可以得到该产消者“90%自发自用”用电模式的当量太阳能值投入为“全额上网”用电模式的1.41倍。但是，根据该产消者的CO2减排能值转换率，相比于“全额上网”用电模式，水泥产消者“90%自发自用”用电模式使用6.03%的能值投入即可实现等量CO2减排。

表3 基于能值的水泥产消者用能碳减排分析
Table 3 Analysis of energy consumption carbon emission reduction of cement prosumer based on emergy

产消者用能项目90%自发自用全额上网传统外购电CO2排放量/（t·a-1）7 480.84 CO2碳排放量/（t·a-1）970.437 202.91 CO2碳排放减排量/（t·a-1）6 510.41277.94 CO2回收期/a1.0725.03用能能值投入/（sej·a-1）2.72×10181.93×1018 CO2减排能值转换率/（sej·g-1）4.17×1086.93×109

4 水泥产消者的能值应用

4.1 水泥产消者用电经济性分析

水泥厂正常开工情况下2019年和2020年月度历史用电量和投运后光伏预计发电量如图4所示，该水泥厂生产用电量呈现季节性规律，春季生产力减弱，而其余季节生产用电量保持相对平均。按95%消纳率计算，2019年和2020年月均外购用电量分别为3 022.67 MWh和3 467.40 MWh，建设投运后光伏月度平均预计发电量为1 119.77 MWh。

图4 水泥厂每月历史用电量和光伏预计均值发电量
Fig. 4 Monthly historical electricity consumption and expected average photovoltaic power generation of the cement plant

实现可再生能源消纳责任权重的主要履行方式包括3种：①购买或自发自用可再生能源电力；②购买其他市场主体超额完成的消纳量；③绿色电力证书为补充履行方式。假定按企业月用电量15%的比例对企业进行强制绿证配额。水泥厂2019年和2020年月度用电分别需消纳520.11 MWh和453.40 MWh绿色电力（如风电、光伏等），自建光伏后月均预计发电量为1 119.77 MWh，可覆盖全部绿证配额并出售多余绿证配额。

设定用电、绿证和碳排放权单价如表4所示。分布式光伏发电系统建设前后，水泥产消者纯外购电和“90%自发自用，10%余电上网”2种模式的用能经济性对比如表5所示。自建光伏后，每月可以节约58.81万元的大额电费。此外不需要购买绿证即可满足15%的再生能源配额，多余的绿证可以获得额外约2万元收益。忽略光伏系统的CO2排放，对应光伏发用电实现的碳减排可以节省0.26万元碳排放权交易成本。以光伏绿证为例，自建光伏每月的用能成本节约62.99万元，使得用能总成本下降33%。

表4 电-碳-证单价
Table 4 Electricity consumption-carbon emissions-green certificate unit price

项目单位价格购电平均单价元/kWh0.583自用电节约购电测算单价元/kWh0.533光伏上网电价元/kWh0.453碳排放权单价元/t37风电绿证单价元/MWh45光伏绿证单价元/MWh35

表5 水泥产消者用能经济性对比
Table 5 Economic comparison of energy consumption before and after the cement plant became a prosumer

注：“+”表示收入，“-”表示支出。

项目单位2020年2019年月平均用电量MWh3 022.673 467.40预计光伏月平均发电量MWh1 119.77外购电能成本万元-176.28-202.22外购电碳成本万元-0.71-0.82陆上风电绿证配额购买成本万元-2.04-2.34光伏绿证配额购买成本万元-1.59-1.82电-碳-证 （陆风） 总成本万元-179.04-205.38电-碳-证 （光伏） 总成本万元-178.58-204.86自用电节约购电测算收益万元+53.74上网电收益万元+5.07自建光伏多余绿证出售收益万元+2.33+2.10自建光伏减碳收益万元+0.26自建光伏后电-碳-证总成本万元-115.59-141.87

4.2 水泥产消者绿证与碳交易的能值货币比分析

该水泥产消者自建光伏能值转换率为6.65×104 sej/J，全国光伏发电平均能值转换率[28]为1.61×104 sej/J，全国陆上风电平均能值转换率[28]为1.17×104 sej/J。在相同发电量的情况下，该水泥产消者自建光伏需要投入全国可再生能源项目基准值4.91倍的太阳能值。

此外，参考表4碳排放权与绿证单价，得到水泥产消者绿证和碳市场交易的能值货币比如图5所示。计算说明本水泥厂自建光伏在绿证和碳排放权市场所获得每一份收益需要投入全国可再生能源项目基准值5.72倍和5.10倍的太阳能值，同时说明绿证与碳市场目前的成交价不能贴切表明自然投入的差异。

图5 水泥产消者的绿证与碳市场能值货币比
Fig. 5 Emergy currency ratio for green certificate and carbon market of cement prosumer

由此，考虑生态系统与能源系统的协调发展，水泥产消者试图通过更少自然资源投入获得更高收益，需要提高光伏生产和建设的工艺节能水平并提高运行管理效率，同时绿证和碳排放权交易市场机制还有待个性化设计以体现每个项目的真正自然价值。

4.3 水泥产消者的绿证和碳排放权能值评估

由4.2节可知，自建光伏能值转换率为全国光伏发电平均能值转换率[26]的4.14倍。制定合理有效的政策指标体系是能源系统可持续发展的关键。应用能值理论制定绿证和碳排放权交易机制的相关指标，可以为光伏系统的可持续运行提供科学有效的决策支持，实现光伏项目个性化管理和核查，有助于新能源系统真正可持续发展。

可再生能源发电达到1 MWh可核发1个绿证，但是实际上每个绿证对应的环境效益是不等的。为避免可再生能源项目恶意的“漂绿”行为，自建光伏项目的工业产消者需满足的可再生能源配额应体现环境效应。提出水泥产消者自建可再生能源项目可出售绿证量折算方法：

式中：Ngr为可再生能源项目可出售绿证量；Pnet为可再生能源项目实发电量；Puse为水泥产消者总用电量；fRef为可再生能源配额基准。

水泥产消者建设光伏项目实现了用能碳减排，从而使得碳交易成本减小。但是，碳减排只是环境保护中应对气候变化的一个环节，碳交易机制的制定除了有利于碳减排，更应促进环境全面可持续发展。有效能值可持续发展指数（EESI）反映了光伏整体生产与运行过程的可持续性，也体现经济和生态的逻辑兼容性。提出水泥产消者用电中的自建可再生能源项目抵扣碳配额的发电量折算方法：

式中：Pde为水泥产消者自建可再生能源项目可抵扣碳配额的发电量；σp为可再生能源项目的生命周期碳排放因子；σ0为区域碳排放因子基准；EESI为有效能值可持续发展指数。

本文水泥企业2020年月度可出售绿证量为666.37个，碳配额可抵扣电量为1 119.77 MWh。考虑劳动服务和存在生态服务损失的情况下，水泥产消者的分布式光伏系统对应的能值指标为ELR=1.32和EESI=0.964。如图6所示，考虑能值指标，结合上述ELR和EESI得到水泥产消者月度折算可出售绿证量和可抵扣碳配额电量为504.82个和1 039.35 MWh，相较于传统方法分别减小161.54个和80.42 MWh。该结果表明，传统方法下绿证和自愿碳减排交易给予了水泥产消者过高的激励，应用能值指标约束可交易量反映了水泥产消者的真实环境效益，促进水泥产消者进一步提升可持续性，实现更高收益。

图6 水泥产消者的绿证量和碳配额抵扣电量
Fig. 6 Green certificate quantity and electricity quantity deducted from carbon quota of cement prosume

市场机制利用能值指标ELR和EESI对可再生能源项目参与绿证和碳交易经济市场进行合理奖惩约束，能够让可交易单元在市场机制中更有效地体现自然环境价值。在能值指标的约束下，一旦可交易量减小，水泥产消者对应可获得的收益将减小，为获得更大收益，他们会选择扩大光伏和风电等可再生能源项目的建设规模或者提升已有项目的可持续性。此外，能值分析在一定程度上可以防止投资企业和监管部门过高评估可再生能源项目的自然-经济价值兼容性。如果水泥企业在建设可再生能源系统之前，可行性分析结果表明系统的能值可持续性评估不佳，测算可交易绿证量和碳配额抵扣电量过低，可以及时暂停项目，阻止建设以损失大量生态服务为代价的新能源系统。

5 结论

为客观衡量水泥产消者建设光伏发电对自然生态和经济社会的影响，本文应用能值理论将水泥产消者分布式光伏发电系统的能流、物流、货币流和信息流进行相互换算，并进行了能值指标改进。随后，本文以含10 MWp并网型分布式光伏系统的水泥产消者为例，其中物质流换算过程注意到保障光伏发电效率有赖于水对组件表面的清洁，并充分考虑废物回收和生态系统服务的损失。接着，本文基于能值对水泥产消者进行碳减排分析和自然价值分析。

本文10 MWp分布式光伏发电系统寿命周期内年均发电量为11 727.30 MWh，由能值计算可以看到，在该光伏发电系统的电能产品形成过程中太阳能值投入仅占0.002 0%，相比之下，外部经济资源能值投入占主导地位。经过改进能值指标计算，忽略劳力服务影响，EESI＜1说明该分布式光伏发电系统目前的可持续性较差，有效输出能值小于投入能值，属于消费性产品；考虑生态服务损失，光伏发电能值可持续性指标EESI比值更小，说明未来该光伏系统的可持续运行和回收有很大提升空间。进一步基于能值的水泥产消者用电模式对比分析可知，光伏系统碳排放来自于占用土地固碳释氧损失的直接碳排放和投入资源的间接碳排放，本文水泥产消者“自发自用”用电模式可以在1 a左右时间内实现自建光伏系统碳排放回收，即使该用电模式下实际能值投入增大，较少的能值投入即可实现有效的碳减排。水泥产消者“自发自用”模式每月可以节约62.99万元用能成本，但是其绿证-碳交易的能值货币比大于全国水平的5倍，说明两者市场价格不能贴切表明自然投入的差异。据此，结合能值指标ELR=1.32和EESI=0.964对水泥产消者月度可出售绿证量和可抵扣碳配额电量进行约束，相较于传统方法，个性化折算结果分别减小161.54个和80.42 MWh，使得这些可交易单元在市场中获得真正环境效益。

为实现碳达峰、碳中和战略目标，水泥企业亦需明确加快调整优化产业结构和能源结构。水泥企业建设分布式光伏发电系统成为产消者，并采用“自发自用”模式是兼顾经济性加快实现双碳目标的用能转型方式。继续打好污染防治攻坚战，在加快分布式光伏发电系统建设的同时，政府和企业可以采用能值分析方法进行项目可行性分析。在能值评价指标的指引下，有效防止光伏项目的选址与自然生态保护产生冲突，促进循环利用光伏组件，实现降碳与碳汇共同发展。此外，可以利用能值指标对绿证和碳交易市场机制中可交易量的计算方法进行合理奖惩约束，让不同光伏项目体现真正自然价值，引导水泥企业对光伏项目进行规范建设和有效个性化运营管理，从而进一步提高未来新型电力系统的真实可持续性。

致谢

感谢金塔水泥有限公司为本文研究提供光伏建设经济投资和运行发电相关数据。