硅是地球上储量排在第二位的富集元素,我国具有丰富的硅资源。多晶硅是一种超高纯材料,来源于工业硅,即冶炼后的天然硅石或二氧化硅。用于集成电路多晶硅的纯度含硅99.999999999%以上,即11N以上,而用于太阳能光伏电池的硅纯度要求达到7N以上。10年来,我国多晶硅产业在研发、生产、应用方面都取得了辉煌的成就。
产业规模迅速扩大
我国多晶硅产量全球占比十年提升143倍。
10年前,先进技术主要集中在美、日、德3个国家7个公司的10家工厂中,一直对中国实行技术封锁和市场垄断。2002年,世界多晶硅产量20350吨,我国多晶硅产量50吨,占世界总产量的0.25%,且技术水平低、生产规模小、产品单耗高、生产成本高。多晶硅市场需求全部依赖进口,我国信息产业和新能源的产业发展严重受制于人。
为此,国家出台一系列政策鼓励发展多晶硅产业。洛阳中硅高科技有限公司成立,以中国恩菲工程公司为技术依托,“研、产、电、硅”强强联合,2003年开始自主研发12对棒节能型多晶硅还原炉,并于2004年2月通过了鉴定。以此为基础,在国家发改委重点行业结构调整专项资金的支持下,依靠自主研发技术和全套国产化设备,建成了我国首条300吨多晶硅产业化示范线,并于2005年10月顺利投产。多晶硅规模化生产技术体系的形成,打破了国外多年的技术封锁和市场垄断。2006年中国多晶硅产量达到286吨,同比增加257%,国外的单项技术和设备开始进入中国。伴随着海外太阳能光伏产业市场扩大,多晶硅产业开始了爆炸式发展。
2007年是我国多晶硅规模化生产元年。以自主研发技术为基础,中硅高科千吨级扩建项目投产,四川新光年产千吨级项目建成投产。当年全国多晶硅总产量1130吨,增幅295%,我国规模化生产多晶硅的序幕就此打开。
2008年,在太阳能行业快速发展和高额利润的驱动下,国内掀起了一波建设多晶硅项目的高潮,在建项目达20多个,总投资额约200亿元。一大批新建和扩产项目相继投产,包括徐州中能、洛阳中硅三期、东汽峨嵋、重庆大全、江苏顺大、亚洲硅业、宜昌南玻、通威股份、特变电工、宁夏阳光、江西赛维LDK、无锡中彩等,投产规模累计达到2万吨。当年中国多晶硅总产量4500吨,增幅298%,但中国多晶硅需求70%以上依然依赖进口。多晶硅价格创历史新高,达到500美元/公斤,加速了各类资本进入。
2009年,在全球金融危机的影响下,多晶硅价格暴跌,而中国多晶硅投产规模继续增长至8万吨,产量2.023万吨;2010年投产规模12万吨,产量4万吨;2011年投产规模16.5万吨,产量8.267万吨,占全球多晶硅产量23万吨的35.9%,首次超过美国,成为世界多晶硅生产大国。我国蓬勃发展的多晶硅企业初分为如下四类:
第一类是规模超万吨企业,中硅高科、保利协鑫和塞维LDK的产能和产量已进入世界前10位;第二类是产能规模在3000吨及以上的6家企业,包括重庆大全、亚洲硅业、宜昌南玻、陕西天宏、四川永祥、乐电天威;第三类是产能规模在1000~3000吨和规模小于1000吨的企业各16家;第四类是从事新硅烷法或物理法多晶硅生产技术研究与产业化的企业约30家,但这些企业短期内形成规模生产的技术尚不过关。
先进工艺成世界主流
三氯氢硅氢还原法成为世界主流工艺,我国新增产能多采用此法。
全球多晶硅产业化生产工艺有三氯氢硅氢还原法(或称改良西门子工艺)和硅烷法两种工艺,前者占世界总产能的90%。经过安全、环保、质量、能耗、成本和规模化生产等多因素综合比较,经市场淘汰,三氯氢硅氢还原法成为世界主流工艺。该工艺技术在近几年获得大幅提升,我国99%的多晶硅产量来源于此,其各项技术成就如下:
1.多晶硅还原炉。还原炉的大小、多少和能耗决定了多晶硅生产企业的生产规模和生产成本,目前国内有9对棒、12对棒、18对棒、24对棒、30对棒、36对棒等各种大小的还原炉。产业化主流设备为24对棒节能还原炉,单炉产量最高可达7吨以上,是10年前单炉产量300公斤的23倍;还原直接电耗也由300kwh/公斤降低到50~60kwh/公斤;综合能耗也由400kwh/公斤降低到90~120kwh/公斤。目前正在研究和试用的还原炉有36对棒、48对棒、60对棒等更大型的还原炉,节能效果会更显著。
2.副产物四氯化硅利用氢化技术。自主开发了冷氢化技术,消化吸收再创新地实现了高温氢化技术产业化,以及氯氢化技术产业化,转化率显著提高,能耗降低50%。将多晶硅副产物四氯化硅转化为三氯氢硅原料,返回系统使用;少量不能氢化返回的低品质四氯化硅经提纯后用于气相白炭黑生产,副产物循环利用率99%以上,实现了闭路循环,有效地解决了副产物污染问题,显著降低了生产成本。
3.还原尾气干法回收技术。成功研发了具有自主知识产权的多晶硅尾气回收系统,单条线处理能力达到30000Nm3/h,能够满足年产5000吨及以上规模多晶硅项目建设需求,系统能耗低于引进技术20%,回收利用率99%以上,实现清洁生产。
4.高效提纯技术。开发了高效筛板塔、高效填料塔、热偶合技术,实现了高效、节能提纯产业化,电子级产品可达总产能的20%。已有用户试用,初步奠定产业化基础。
5.软实力显著提升。建立了多晶硅产业国家核心标准体系,建成了多晶硅制备技术国家工程实验室公共研发平台,拥有一大批技术、管理人才,为产业发展奠定坚实基础。
产业形势依然严峻
美、韩企业低价倾销,导致我国多晶硅行业全面亏损。
我国已形成三氯氢硅氢还原生产多晶硅的主流工艺,产能位居前6名的企业生产的多晶硅占全国产量的80%。经过近年来的努力,企业综合耗能和生产成本降低了60%以上,副产物的回收利用率在98.5%以上,实现了清洁生产,大型企业的能耗和成本已达到国际先进水平。我国多晶硅生产已能满足国内下游企业需求的50%,为我国光伏产业参与国际竞争打下了良好基础。
2011年以来,一方面在欧债危机的影响下,欧洲各国调整光伏补贴政策;另一方面,美国、欧盟对中国光伏实施“双反”贸易调查,限制打压中国光伏产品出口。中国光伏企业面临着减产、停产、破产的严峻局面。多晶硅市场上,美、韩企业在国家政治、经济政策的支持下,乘机向我国市场低价倾销,导致我国多晶硅行业全面亏损,43家多晶硅工厂已停产37家,仅6家企业维持生产,产业形势严峻。
扭转这种局面最好的办法是加快国内光伏发电市场开发,使中国制造的清洁能源在国内发挥作用,让中国由最大光伏制造国变为最大应用国,造福子孙后代。