鑽石舞台

本文作者：何鋼，石溪大學（本文版權歸作者所有，如需轉載請聯繫作者）

實現碳中和需要以前所未有的速度和規模推廣可再生能源，但各國卻採取一些限制資本、人才和創新自由流動政策來支持本地的經濟增長、就業和貿易盈餘。紐約州立大學石溪分校（石溪大學）何鋼老師與喬治華盛頓大學章樂漢老師、加州大學聖地亞哥分校戴維森老師合作在《自然》雜誌發文第一次定量評估了全球化的太陽能光伏供應鏈所帶來的成本節約。文章利用美國、德國和中國的太陽能光伏的歷史裝機、組件和硅料的價格數據搭建了一個雙要素學習曲線模型。文章估計，從2008年到2020年，全球化的光伏組件市場，相對於各國在10年內全部轉為國內生產的情景，為美國的光伏安裝節省了240億美元（190-310億美元），給德國節省了70億美元（50-90億美元），給中國節省了360億美元（260-450億美元）。如果從2020年開始，各國10年內全部轉為國內生產，估計各國2030年太陽能組件的價格將比依靠全球化供應鏈高出約20%-25%。國際氣候政策從全球化的低碳技術產業鏈中獲益，這些結果表明，需要補充政策來緩解福利分配效應和對排擠潛在競爭技術的影響。

光伏成本速降中國貢獻巨大：從2008到2020年，如果沒有以中國為主的全球光伏產業鏈，各國10年期逐步轉為全部自己國內生產的話，美國將為同樣的裝機容量多付約240億美元，德國將為同樣的裝機容量多付約70億美元。

主導全球生產中國受益頗豐：中國也是全球產業鏈條的受益者，除了生產企業出口創匯，如果沒有全球市場，中國將為同樣的裝機多支出約360億美元。

應對氣候變化有賴全球合作：如果從2020年開始各國開始以10年為期全部轉向國內生產，到2030年光伏組件的價格將比依賴全球產業鏈條的條件下高出20-25%。實現全球應對氣候變化的目標需要大規模快速推廣安裝可再生能源，各國依賴自己生產將推高可再生能源成本推遲這一進程，進而影響應對氣候變化碳中和目標的實現。

太陽能將在實現可持續低碳能源未來和避免氣候變化的最壞影響方面發揮關鍵作用[1-4]。在過去的40年裡，太陽能光伏的價格已經下降了兩個數量級。在2010年至2021年期間，全球新投產的公用事業級太陽能光伏的加權平均平準化能源成本（LCOE）下降了88%[5]，光伏發電在世界一些地區比化石燃料電力更便宜。在此期間，安裝成本（不包括資本成本）下降了81%[5]。雖然這些價格的大幅下降對加速低碳能源的推廣是一個福音[6-7]，但要以實現氣候目標所需的速度和規模安裝可再生能源，特別是在化石燃料電力仍然更便宜的地區，可再生能源的成本就必須進一步下降。最近的研究表明，即使在安裝速度最快的國家，太陽能和風能的安裝速度仍不足以達到避免氣候變化最嚴重後果所需的目標[8]。

太陽能光伏發電價格的快速下降並非沒有爭議。例如，中國在太陽能光伏電池板和組件的大規模生產方面發揮了巨大作用， 2021年占全球產量的78%[9-10]。Greg Nemet教授稱讚這是中國"送給世界的禮物"[11]，歸功於中國企業在過去十年中實現了製造成本的大幅降低[5]。然而，其他國家把光伏製造業集中在中國視為一種競爭威脅，一些人將這一結果歸因於中國政府實施的不公平貿易行為和產業政策[12]。希望快速發展清潔能源行業的國家正在尋求保護和鼓勵國內生產企業[3]。

為了回應這些擔憂，美國和歐盟對來自中國和其他國家的進口太陽能產品徵收嚴厲的關稅。2022年6月，拜登政府援引《國防生產法》，加速太陽能光伏製造的國內生產[13]。這些政策可能導致以效率較低的國家學習進程取代導致價格急劇下降的全球供應鏈相關的學習進程[4]。資本（如外國金融支持的初創企業）、人才（如與中國研究人員的國際合作）和創新（如海外實驗室發明的技術，在中國獲得許可並進行大規模生產）的自由流動對於中國的太陽能光伏產業的競爭力和崛起至關重要[14]。這些因素中的每一項都日益受到美國和其他國家政府的關切[15]。如果實行嚴格的國產化政策（包括最終或中間太陽能產品的貿易壁壘，對跨國研發的限制，以及跨國投資的障礙），隨後的成本和性能改進只能主要來自國內的研發、知識和資本，可能會減緩太陽能光伏組件的價格下降速度，從而減緩太陽能光伏的安裝速度。

國際氣候政策和可再生能源推廣政策現在到了一個十字路口：繼續依賴全球供應鏈，還是轉向技術開發和生產的國產化。本研究試圖從推廣太陽能光伏以實現碳中和目標的成本方面來量化這兩條道路的差異。我們收集了美國、德國和中國的太陽能光伏安裝的歷史容量、組件和材料的成本數據，並開發了一個雙因素學習模型，以估計與歷史（全球化）太陽能光伏供應鏈相關的學習曲線。學習曲線模型是描述單位成本和累計生產量之間關係的經驗模型。我們使用這些學習曲線模型來比較"全球"與"國家"市場條件下太陽能光伏組件的反事實歷史價格和未來潛在價格。全球市場情景反映了歷史條件下的學習曲線，而國家市場情景則反映了每個國家在10年內逐步過渡到完全由國內供應的市場條件。在全球市場情景中，各國可以從全球累計生產量當中學習，而國內市場情景各國過渡到主要從國內累計生產量當中學習，全球累計生產量遠遠大於各國國內累計生產量，因此，依靠全球市場，大大加速了各國的學習曲線。

我們將研究範圍聚焦在光伏組件上主要是兩個方面的原因。首先，組件是全球交易的光伏部件，占大多數光伏安裝系統成本的20%至40%[16]；加上逆變器，組件在2010年至2020年期間占全球加權平均總安裝價格下降的61%[5]（預計未來占比會降低）。第二，其他"軟成本"（如許可、安裝和營銷）因國家而異，並且在地理上的學習和溢出效應有限[17]；因此，無論組件在哪裡生產，我們預計這些成本構成將保持相對穩定。我們的分析僅限於安裝價格，而不是反映在太陽能售電價格中的LCOE，後者也因國家和項目而異，取決於資本成本和其他因素。

利用特定國家的歷史組件價格數據和全球光伏累計安裝和硅料的價格數據，我們採用雙因素學習曲線模型估計了2006年至2020年期間三個最大的太陽能安裝國（中國、德國和美國）的太陽能光伏組件學習速率。這三個國家合計占同一時期全球全部光伏裝機容量的54%[18]。在此期間，德國的學習速率為20%（意為累計安裝容量每翻一番，單位組件的成本下降20%），美國為26%，中國為33%。然後我們計算反事實的"國家市場"情景，假設從2006年開始，各國開始實施民族主義政策，在十年內逐漸將生產限制在本國境內（中國由於數據限制，起始年為2007年）。在反事實的"國家市場"情況下，假定年裝機容量不變，以提供與政策最相關的結果。圖1顯示了每個國家在"全球市場"和"國家市場"情景下的價格曲線，以及黑點所代表的真實的歷史價格。

比較這兩種情景，如果每個國家在十年內逐步過渡到全部國內生產，同時與歷史數據相同的安裝容量，我們的結果表明，2020年的太陽能光伏組件價格將大大高於其實際歷史價格。中國會高出54%（每千瓦387美元對250美元），德國會高出83%（每千瓦652美元對357美元），而美國會高出107%（每千瓦877美元對424美元）。從2008到2020年，這三個國家從全球市場相對國家市場中節省的成本累計總額估計為670億美元（2020年美元價格），95%的置信區間為500-840億美元（見圖2）。

隨着越來越多的國家推出旨在保護本地生產的政策，如對進口光伏組件徵收關稅等，基於全球學習的組件價格持續下降的趨勢可能被推遲。為了評估這種影響，我們以2020年的歷史光伏價格為基準，預測太陽能光伏組件價格到2030年的差異。這些預測假設安裝速度以恆定的年增長率（CAGR）增長，從2020年的歷史裝機容量增長到2030年每個國家的目標水平。我們考慮兩種不同的未來情景：國家趨勢（NT）和可持續發展（SD），前者為繼續歷史安裝速度趨勢，後者反映了滿足基於國際能源署《世界能源展望2020》報告中可持續發展情景的氣候目標所需的安裝速度。表1總結了每個國家在兩種情景下2030年的具體安裝目標，圖3顯示了這些預測的結果。

太陽能光伏組件的製造，一種對解決氣候變化問題至關重要的全球貿易商品，正日益受到各國政府的爭奪，試圖將該行業當前和未來的規模收益本地化。然而，要實現應對氣候變化所需的太陽能光伏發電的快速推廣，必然要求價格以與過去十年相似或更高的速度持續下降。全球人才、資本和創新的自由流動有助於降低成本。我們通過收集主要安裝國的太陽能光伏組件價格、安裝容量和硅料價格數據，估計了各國的學習速率，並量化了各國如果轉為國內生產對太陽能光伏安裝的歷史和未來價格和成本節約的潛在影響，從而評估了民族主義的政策可能的影響。這些結果可以應用到其他低碳技術領域，如風力發電和電動汽車，但需要注意的是結果與供應鏈整合和技術成分的複雜性有關。例如，風力發電系統有一個非常全球化和專業化的中間部件貿易；因此，實現整個風力發電供應鏈的"國家市場"可能導致更大的成本。

我們考慮政策制定者在維護既定的全球化供應鏈方面面臨的三個困境：貿易爭端和國內就業，"排擠"替代技術，以及國內生產的其他益處。政策制定者需要通過補充政策來解決這些問題，從而減輕對全球學習速率的影響，而不是採取民族主義的措施。

貿易爭端和國內就業。進口國潛在的製造業工作崗位的流失，加上貿易爭端，是這些國家採取民族主義政策的原因。但根據NREL的估計，與供應鏈中的製造業工作相比，系統安裝的工作每年要多出10倍（儘管在製造業中，單位太陽能組件生產是就業較高的）[21]。因此，如果採取民族主義政策推高價格導致安裝減緩，總體就業反而可能下降。當然，有工作機會的再分配問題和政治現實影響着對某些類型工作的偏好[22]。

我們的「國家市場」反事實情景是一個完全脫鈎的例子。這些國家可能選擇轉移到一部分國家生產，或者只在國內生產供應鏈的特定部件。即使是我們所研究的三個國家也不可能不計成本地將整個供應鏈轉移到國內，因此我們的估計結果只提供了一個範圍參考。貿易政策的互惠性是限制各國實現國內生產政策目標的另一個障礙：例如，美國的多晶硅行業曾經是太陽能光伏製造企業的全球主要供應商，但當中國對美國針對從中國進口的組件徵收關稅進行報復時，美國多晶硅行業成為中美太陽能貿易戰的第一個犧牲品。

技術「排擠」。一些人認為，單晶硅（c-Si）光伏電池價格的快速下降，部分是由中國的產業政策推動的，可能已經"排擠"了其他新興的太陽能技術，如美國占相當大全球市場份額的"薄膜"太陽能電池。如果沒有來自單晶硅的激烈競爭，這些技術可以更大規模應用從而實現更低的價格[23-24]。這種說法並非沒有先例。例如，Fuchs和Kirchain（2010年）發現，光電子行業的生產轉移到發展中的東亞，導致已有技術的價格大幅下降，新興的和潛在的突破性技術變得無法競爭，基本上被廢棄了[25]。

雖然這些擔憂並非沒有道理，但它們不是全球光伏產業競爭中唯一起作用的因素。事實上，光伏電池和組件的製造遵循了許多行業共同的發展道路，即在最初的試驗之後，出現了"主導設計"[26]，生產活動從產品創新轉向生產改進，以擴大規模和降低成本[27-30]。這種生產重心的轉移往往會催生兩個相關的現象：1）某些企業成功地實現生產過程創新，單位成本急劇下降；2）許多競爭企業失敗，因為生產往往集中在少數能夠以低成本競爭的企業。在一些行業中，這剛好和為尋求低成本生產而進行的產業轉移進程同時發生[3]。因此，目前還不清楚中國光伏電池和組件生產的集中是否純粹是政府干預的結果，或者是各種因素的結合，就像是一個成熟行業的自然轉移[31]。中國政府的產業政策可能加速了單晶硅電池和組件的成本下降，但是否僅僅是這些政策導致了對其他潛在技術的排擠，仍然值得商榷。

額外國內收益和供應鏈多元化。除了直接就業之外，太陽能光伏的國內製造還可能提供其他好處，這一點值得進一步的研究。我們的模型沒有考慮對相關產業的溢出效應，如半導體和電子產業。例如，硅料生產是先進芯片和太陽能供應鏈的一部分，儘管太陽能用硅的純度要比芯片用硅低幾個數量級[32]。在投入研發的公共部門和私營部門之間建立更強有力的聯繫，被認為是實現氣候技術創新目標的重要途徑，既可以減少規模擴大的風險，又可以提供市場准入[33]。外國製造商可能是不受歡迎或不可行的公共資金的合作夥伴。另一方面，私營部門主導的合作可能很高效。中國的太陽能公司在很大程度上通過改進制造工藝和建立國際戰略夥伴關係進行創新，包括與無法在國內擴大規模的美國初創公司合作[34]。

在關鍵的供應鏈上依賴單一或少數國家，即使能降低成本和加強學習，也可能產生因為自然災害或地緣政治衝突而中斷的風險。但是，有管理的多元化，而不是完全國產化，可以提供一個減輕供應鏈風險的成本影響。

雖然我們考慮了不同學習機制，比方說「做中學」和「研中學」，但我們並沒有分解不同機制對學習速率的貢獻，也沒有考慮到各國給廠商的補貼或進口商面臨的關稅變化。學習曲線是一個綜合指標，它反映了各種影響因素對一項技術的成本演變的累積效應。政府補貼、產業政策、關稅和公司轉移的歷史變化和數據限制，使我們無法一一分解這些因素對價格的精確影響，這也超出了本研究的範圍。我們也沒有考慮安裝的價格彈性，而是用歷史安裝容量和目標容量來計算，以使得我們的結果更加具有政策含義。如果考慮價格彈性，價格升高後安裝減少，成本節省數額也會減少。

本文首次定量估計了全球化太陽能光伏供應鏈給各國光伏安裝的歷史和未來成本節約。研究結果表明了全球學習過程在實現較低價格以加速低碳技術推廣方面的好處。這一過程有可能被新出現的民族主義政策所延遲。當談判者討論加速實現《巴黎協定》目標的行動時，當政策制定者規劃實現本世紀中葉碳中和的路徑時，他們應該認識到，如果沒有全球化的低碳供應鏈，這些願望和目標可能很難或不可能實現。補充政策是必要的，以解決有關製造業本地化的困境和爭論，並確保低碳技術價格持續下降。

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