您現在所在位置:
我國多晶硅產業定位的思考
發布日期:2013/6/21 16:41:24  來源:科技日報  

    光伏產業,是具國際競爭優勢的戰略性新興產業。發展光伏產業對調整能源結構、推進能源生產和消費方式變革、促進生態文明建設具有重要作用。2012年12月19日,國務院常務會議,研究產業現狀,提出了支持產業健康發展的五項措施,對行業生存與發展具有重要戰略意義。

    多晶硅產業背景

    光伏發電的地位穩步提高  2012年全球新增光伏裝機容量32吉瓦,全球累計安裝量達到100吉瓦,德國安裝總量32吉瓦,居首位。2011年上半年,德國的可再生能源發電總量實現歷史突破,達到其電力需求的28%,光伏發電首次超越水電,占總電力需求的3.5%。伴隨日本福島核電事故的發生和我國今春大范圍霧霾加劇,人們尋找清潔高效的新能源的步伐日益加快。此間,太陽能光伏發電成為最受關注的重點之一。2013年,全球安裝有望達到35吉瓦。光伏裝機容量在全球范圍的持續增長,標志著光伏發電的地位將穩步提高。

    多晶硅產業集中度提高  多晶硅是信息產業和太陽能光伏發電產業的基礎原材料,多國都已將其列為戰略性材料,實施政策鼓勵與財政支持,而我國由于多晶硅產業化生產技術的缺乏,國內需求長期依賴進口。直到2005年,洛陽中硅高科技有限公司依托中國恩菲工程技術有限公司,建成我國第一條產業化示范線,徹底打破了國外多年技術封鎖和市場壟斷。

    近幾年來,我國多晶硅產業高速發展,實現了規模化供應。2011年,我國多晶硅產量達到8.2萬噸,居世界首位,初步解決了國內多晶硅供應瓶頸問題,奠定了光伏產業發展的基礎。截至2012年底,我國多晶硅名義產能約18萬噸/年,2012年國內消費14.3萬噸,如果下游企業產能全部釋放,將消耗多晶硅20余萬噸。

    光伏發電商業化應用對多晶硅生產成本的持續降低將形成持久性壓力,在當前階段、在多晶硅技術還沒有取得革命性突破時,多晶硅企業能否生存下來的簡單而明確的判斷標準之一,便是生產成本與國際一流企業的差距。國際先進企業多晶硅成本分析見表1。

    在國外,多晶硅屬于產業集中度非常高的行業。30年來,國際上具一定規模的多晶硅生產企業僅7家,旗下共10家工廠,集中在美日德。而在國內,多晶硅行業曾經出現的“天價行情”,使在資本逐利性驅動下的許多企業,紛紛鋌而走險涉足多晶硅行業。但是由于缺乏核心技術和管理提升能力,難以形成持續降本能力。2010年,部分企業曾經間歇式生產;2011年以來,大部分企業已處停產狀態。

    嚴酷的市場洗禮已經淘汰、也必將淘汰大部分無規模效應的企業和有規模效應企業的部分落后產能,必將使產業集中度大幅度提高。有效的多晶硅產能,是能夠真正形成持續的市場供應能力、并且生產成本具國際競爭力的產量,目前我國該部分產能不足10萬噸/年,能夠提供有效產能的企業數量約3—8家。

    多晶硅產業安全度降低  多年來,我國光伏用多晶硅50%以上依賴進口,電子級多晶硅100%依賴進口。目前,我國多晶硅行業深陷經濟危機、貿易戰、貨幣戰的三重重壓,再加上國外媒體的誤導,中國多晶硅一直在“高能耗、高排放”的困擾下艱難前行:各項優惠政策取消、電價優惠難以獲得、融資渠道阻塞。而美歐多晶硅企業,在政府政策扶持、財政補貼和高價長單捆綁中國下游客戶的背景下,大幅低價傾銷中國市場,給剛剛興起的中國多晶硅產業形成致命打擊。

    目前,我國80%多晶硅企業停產超過一年,2012年中國產能利用率僅三分之一;2013年一季度全國產量不足1萬噸,產能利用率不足25%。隨光伏行業鋼性需求的增加,我國多晶硅產品的供應能力并未顯著增強,內憂外患導致我國多晶硅行業的產業安全度降低。我國光伏行業產銷狀況見表2。

    2009年以來,我國多晶硅產品的對外依存度一直維持在50%左右且居高不下。依靠大量多晶硅進口支撐了中國光伏和信息產業的發展。

    2012年,中國多晶硅產量占全世界四分之一。國內多晶硅企業全線停產,將導致全球多晶硅供需失衡,中國光伏企業也必然面對原料供應價格上漲,生產成本大幅提高的局面。可以說,正是有了多晶硅這塊“擋箭牌”,既平抑了國外多晶硅產品的進口價格,又為中國光伏行業提供了喘息和發展的“保護傘”。所以,中國多晶硅與中國光伏行業榮辱與共,產業鏈任何不同環節之間發生的兄弟鬩墻行為,都不利于中國光伏產業的發展。

    多晶硅能耗解析

    光伏發電能量回收期  和火電廠用煤發電不同,光伏發電利用半導體界面的光生伏特效應,將太陽能直接轉變為電能。雖然多晶硅在生產過程中需要耗能,但作為太陽能光伏發電的核心材料,卻能產生更多能源,所以以能量回報率或能源再生比來看,多晶硅和一般工業品有很大差異。

    據計算,光伏發電從硅石冶煉開始,經過工業硅、多晶硅、鑄錠(拉晶)切片、電池片制造、光伏組件生產到光伏系統安裝完畢,全產業鏈的總能耗為1.60千瓦時/瓦。

    各環節具體用電量為:(1)“硅砂——冶金硅”的能耗:13千瓦時/千克;(2)“冶金硅——多晶硅”的能耗:120千瓦時/千克,蒸汽消耗50千克/千克—硅;每生產1千克高純多晶硅消耗1.35千克冶金硅;(3)“多晶硅——多晶硅片”的能耗30千瓦時/千克;1千克硅錠/硅棒需要1.1千克高純多晶硅,1千克硅棒或硅錠可以切46片156×156毫米硅片,每片平均制造4.2瓦太陽電池;(4)“多晶硅片——多晶硅光伏電池”的能耗 0.2千瓦時/瓦,制造每瓦太陽電池需要的高純多晶硅5.7克/瓦;(5)“光伏電池——光伏組件”的能耗0.15千瓦時/瓦,(6)“光伏組件——光伏系統”的能耗 0.25千瓦時/瓦。

    以上系數計算,全部能量消耗結果為:1.55千瓦時/瓦,太陽電池組件產率=97%(即封裝成品率),全部能量消耗:1.55 /0.97 = 1.60千瓦時/瓦。

    依據國家發改委2013年2月《關于完善光伏發電價格政策通知》征求意見稿的地區分類,計算有代表意義地區的發電量和能量回收期:

    二類地區:1瓦電池安裝在西北部地區,年均有效發電小時數1400-2100小時,按年當量小時數1500小時計算,年均發電量1.5千瓦時;按照壽命25年計算,總發電量37.5千瓦時,能源再生比37.5/1.6=23.4,即耗1度電可再生23.4度電;能量回收期為1.07年(=耗電/年產電)。

    經計算,各類不同地區光伏發電的能量回收期,見表3:由表3可以看出,晶硅太陽能電池的能量回收期介于1.07—1.6年之間,平均能量回收期為1.3年。可以預見,隨行業技術進步,各個環節能耗仍將下降,光伏發電能量回收期將縮短至1年以內。

    目前,國內生產的晶硅太陽能組件的使用壽命為25年,在生產太陽能組件能耗回收后,幾乎不用再消耗能源即可發電,整個壽命期內沒有任何污染物排放。事實上,即使25年之后,太陽能組件的發電效率大約相當于25年之前的80%,仍可使用很長一段時間,已有晶硅太陽能使用超過30年的案例。

    標煤消耗比較  據《中國電力減排研究》發布數據:2012年全國6000千萬以上火電機組平均供電標準煤耗平均為324克標準煤/千瓦時。光伏發電從硅石到系統的總能耗為1.60千瓦時/瓦,全部能耗折標煤為518.4克標準煤/Wp。晶硅太陽能電池壽命25年,基本免維護,壽命期內(按年有效發電時間1500小時計算)平均發電量=37.5千瓦時,折標煤為13.82克標準煤/千瓦時,僅為煤電消耗的4%,盡管發電密度低,但確屬優質能源。

    全行業能量平衡分析  據統計,按2012年國內產多晶硅6.4萬噸、每千克多晶硅耗電120千瓦時計算,多晶硅生產總電耗為76.8億千瓦時,僅占全國2012年總用電量49591億千瓦時的0.1548%,微不足道,“高能耗”名不副實。

    6.4萬噸多晶硅可制造10.83吉瓦太陽能電池,二類地區每年發電量162.5億千瓦小時,一年發電量的48%足以償還多晶硅電能消耗。隨著多晶硅技術提升導致能耗下降(由120千瓦時/千克降低到100千瓦時/千克以下)、光伏電池效率繼續提高(17.5—22%)、基片繼續減薄等技術發展,晶體硅光伏發電系統的能量再生比有可能更高。按測算結果,完全可以利用光伏發電來生產多晶硅等光伏產品,實現良性的、可永續發展的太陽能產業。

    多晶硅清潔生產路線圖

    多晶硅工藝提高后,完全能夠實現清潔生產。產業發展初期,生產規模小,副產物處理技術不完善,部分副產四氯化硅通過水解及貯存等簡單的處理方式,給行業帶來負面影響。

    伴隨產業規模擴大,簡單的副產物處理方式已不能適應大規模生產需要,為降低生產成本,實現安全環保生產,以中硅高科為代表的企業深入研究四氯化硅氫化技術,將其轉化為原料三氯氫硅,實現了多晶硅生產系統的閉路循環,以此降低多晶硅生產成本。

    輿論誤導  2007年,中國首次成為世界第一光伏產品生產大國,當年多晶硅產量1130噸,突破千噸大關,中硅高科當年產量506噸,約占全國50%,列首位,成為業內外關注焦點。

    2007年8月,國內某期刊發表《太陽能產業真相》,2008年3月9日,美國某知名媒體援引該文的主要觀點,發表題為《中國太陽能生產廠家將工業垃圾傾倒在廠后》的報道,大肆渲染中硅高科300噸生產線調試過程中的一次偶發閥門泄漏事件,引發不了解多晶硅行業內情的相關人士的誤解,“聲討多晶硅”之聲不絕于耳。此報道到目前仍成為證明多晶硅污染的“依據”之一。

    針對此報道,國家環保部曾多次、隨機地到現場調查,當地環保部門也進行了長達2周的現場突擊檢測,最終得出“中硅高科‘三廢’全部達標排放”的重要結論。2009年,中硅高科獲得國家“環境保護突出貢獻獎”,2010年獲“全國環保優秀品牌企業”。

    嚴格的核查及客觀的結論,已經為中國多晶硅企業正名,正是在此基礎上,2012年“多晶硅節能環保新技術、裝備及產業化”榮獲國家科技進步二等獎,這一目前行業最高獎項,成為行業發展的標志性事件。

    多晶硅副產物的處理措施  有關多晶硅污染的報道,主要集中在四氯化硅的處理上。美國媒體發出“四氯化硅倒在地里會寸草不生”的言論。可實際上,四氯化硅既是多晶硅生產的主要副產物,也是多晶硅生產原料的主要來源之一。近幾年,隨著四氯化硅冷氫化等技術研發與推廣,實現了將多晶硅生產過程中產生的95%的副產物四氯化硅氫化轉化為三氯氫硅原料,剩余約5%含雜質四氯化硅經提純后用于生產氣相白炭黑或其他有機硅產品,真正做到物料閉式循環利用,既有效解決了副產物處理難題,也降低了生產成本,消除了四氯化硅的污染隱患。

    多晶硅“三廢”處理措施  事實上,多晶硅生產的“三廢”成分簡單,處理容易。多晶硅還原尾氣主要含有氫氣、氯化氫、三氯氫硅、四氯化硅等成分;廢水為廢氣淋洗水、純水制備排水等, 含鹽酸,呈酸性;廢渣為硅粉、二氧化硅、石灰石渣等,無害、不溶,屬一般固體廢物。

    通過用水或堿性水對廢氣進行淋洗,利用氯硅烷極易水解和酸堿中和的原理,將廢氣中的主要成分水解成二氧化硅和鹽酸,鹽酸與堿反應形成中性水,進一步處理后達標排放;二氧化硅通過壓濾固化后運至政府指定垃圾場或填坑鋪路。

    氫化技術取得突破是形成多晶硅生產過程物料封閉循環的基礎,現在國內大部分千噸級規模的工廠都有“尾氣干法回收”系統,環境影響評價和監測系統完善,不存在“高排放”。

    多晶硅生產工藝比較分析

    目前,國際流行且可量產的多晶硅生產工藝主要分為兩類,即改良西門子法和硅烷法,改良西門子法因其應用基礎廣泛,在本輪多晶硅產能擴張中占據了主要地位。近年來,全行業遇到困境之時,國內部分企業紛紛將目光轉向更加陌生的硅烷法多晶硅生產工藝,西門子法或硅烷法究竟孰優孰劣?

    歷史起源  1955年,德國西門子開發出以氫氣還原高純度三氯氫硅,在加熱到1100℃左右的硅芯上沉積多晶硅的生產工藝;1957年,這種多晶硅生產工藝開始應用于工業化生產,被稱為“西門子法”。此后,各企業根據自己的特點,對西門子法進行改良,形成了各自的改良西門子工藝。

    硅烷法制造多晶硅也是一種化學方法,核心工藝是利用高純度硅烷在反應器中熱分解為高純度硅,可生產棒狀和粒狀兩種形態產品。目前,美國MEMC公司和挪威REC公司采用硅烷法生產多晶硅。

    歷史表現  近年來多晶硅不同方法生產的產量與份額見表4:由表4可看出,硅烷法多晶硅產量份額在11%左右。自2007年開始,中國共4家企業開展硅烷法多晶硅技術引進、研發和產業化,投資最多的是23億元,年產3000噸多晶硅,至今沒有產品上市。

    國外多晶硅產業政策

    美國多晶硅政策  多年來,美國美國的多晶硅產量一直位居世界前列,政府將多晶硅產業納入清潔能源和制造業回歸范疇,通過投資補貼、財稅支持、基礎措施建設補貼、電價補貼、土地優惠等多項政策,支持并補貼多晶硅企業,僅2010年美國政府提供給多晶硅企業的“投資補貼”一項政策支持就高達4.62億美元;Hemlock公司2008—2011年獲得美國政府補貼總金額高達7.46億美元,約占Hemlock公司2008—2011年總收入的5%。

    德國多晶硅政策  德國政府為多晶硅企業提供各種形式的資金支持,截至2011年底,德國政府機構提供的各項投資補貼為瓦克公司節省了4.47億歐元的成本。

    在新能源產業興起,從而導致多晶硅需求劇增的情況下,國外多晶硅企業在2005—2007年罕見擴產的舉動。2008年以后,國外多晶硅企業的產能擴張與取得政府巨額補貼幾乎同步進行,可以說正是由于政府的扶持,才導致了國外多晶硅企業的競爭優勢,在一定程度上,該種優勢形成了對我國多晶硅企業的現實壓力。

    多晶硅行業的政策建言

    根據國家能源局規劃,到2050年,中國總用電量113000億千瓦時,可再生能源比例達到62%,太陽能光伏所占比例為12.4%,光伏安裝總量將達到1000GW。面對如此廣闊的內需市場,從政策層面保護多晶硅行業的穩定和發展,有利于推進中國光伏行業的健康發展。

    扶優扶強,支持先進多晶硅企業研發新產品  多晶硅政策要適應客觀變化,鼓勵優勢企業節能技改,進一步提升競爭力。國家科技部在“十五”期間支持了24對棒節能還原爐研究,“十一五、十二五”支持了冷氫化、熱氫化、節能高效提純技術和副產物綜合利用技術,這些技術對多晶硅行業起到巨大的推動作用,但與德國瓦克所擁有的5000多種多晶硅產業鏈技術和產品相比,中國多晶硅企業產品單一、抗風險能力差,需要國家進一步支持、加大科技投入,提升技術水平,提高質量、穩定質量,降低消耗,提高綜合利用能力,實施產品多元發展(如有機硅、光纖四氯化硅、硅烷等),以確保產業安全。

    開放光伏發電市場,實現光伏發電的直接交易試點  光伏發電屬黃金電力,其發電季節和發電時段與用電高峰基本吻合。目前,我國光伏發電的成本已經具備一定的商業化應用基礎,成本在1元/千瓦時左右,全國不同地區,高峰電價不同,見表5。

    光伏發電在與高峰用電基本匹配的條件下,將有利于電網調峰,如果在這些地區開放光伏發電市場,允許一般工商企業與光伏發電的直接交易,將有效促進光伏發電應用。

    營造公平的競爭環境  在當前全球經濟低迷、貿易保護盛行時期,多晶硅及光伏已經成為全球關注的焦點,各國政府均伸出“有形之手”,采取多種措施對本土企業進行保護:美國多晶硅企業用電價格2—3美分/千瓦時,日本德山曹達、德國瓦克擁有自備電站,韓國多晶硅企業電價折合人民幣0.41元/千瓦時。

    而中國多晶硅企業基本使用全球同行最高電價,為避免中國多晶硅企業“餓死在開飯前”,并鑒于全行業總用量占全社會總用電量微小,應給予多晶硅企業直購電、自備電站等政策,為多晶硅企業參與國際競爭創造平等條件。

    目前,中國光伏行業因“雙反”而引人注目,多晶硅是光伏行業的基礎。通過近十年的努力,多晶硅產學研用等各個方面均取得歷史性突破,同時也帶動了光伏行業的迅猛發展。在產業低谷時期,我們應以堅韌不撥的實干精神,克服暫時的困難,用更好的業績迎接光伏的美好明天。

    (嚴大洲系多晶硅材料制備技術國家工程實驗室主任,宗紹興系多晶硅產業技術創新戰略聯盟理事長)

    《科技日報》(2013-06-21 七版)


本篇文章來源于 科技網|www.stdaily.com
原文鏈接:http://www.stdaily.com/stdaily/content/2013-06/21/content_616111.htm


31选7中奖新规则及奖金