各位股友们,大家都来讲事实讨论问题。
说光伏行业,生产单晶硅、多晶硅的过程是高耗能,高污染,全流程看,老眼光了,新生事物的生命力就在于不断发展进步。
通过对多晶硅主要生产工艺(TCS改良西门子法、硅烷流化床法和冶金法)的比较我们发现:
1.基于TCS的改良西门子法仍是多晶硅生产最主要的方法,改良西门子法目前为全世界提供了85%以上的太阳能级多晶硅;截至2011年底,全球前4多晶硅供应商(保利协鑫、德国Wacker、美国Hemlock、韩国OCI)的18.165万吨产能中有18.1万吨是TCS改良西门子法,占99.6%。
2.TCS改良西门子法仍是综合成本最低的多晶硅生产方法,硅烷流化床法尽管能耗更低,但在考虑折旧后的综合成本上并无优势,而且这个局面似乎在未来一段时间仍将保持。
从西门子法到改良西门子法的演进是一个从开环到闭环的过程。
1955年,德国西门子开发出以氢气(H2)还原高纯度三氯氢硅(SiHCl3),在加热到1100℃左右的硅芯(也称“硅棒”)上沉积多晶硅的生产工艺;1957年,这种多晶硅生产工艺开始应用于工业化生产,称为“西门子法”。
西门子法生产多晶硅存在转化率低,副产品排放污染严重(例如四氯化硅SiCl4)的主要问题;于是有了升级版的改良西门子法。改良西门子法增加了尾气回收和四氯化硅氢化工艺,实现了生产过程的闭路循环,既可以避免剧毒副产品直接排放污染环境,又实现了原料的循环利用、降低了生产成本(针对单次转化率低)。因此,改良西门子法又被称为“闭环西门子法”。
改良西门子法一直是多晶硅生产最主要的工艺方法,过去很长一段时间改良西门子法主要用来生产半导体行业电子级多晶硅(纯度在99.9999999%~99.999999999%,即9N~11N的多晶硅);光伏市场兴起之后,太阳能级多晶硅(对纯度的要求低于电子级)的产量迅速上升并超过了电子级多晶硅,改良西门法也成为太阳能级多晶硅最主要的生产方法。
改良西门子法首先利用冶金硅(纯度要求在99.5%以上)与氯化氢合成产生便于提纯的三氯氢硅气体(简称TCS),然后将TCS精馏提纯,最后通过还原反应和化学气相沉积(CVD)将高纯度的TCS转化为高纯度的多晶硅。
在TCS还原为多晶硅的过程中,会有大量的剧毒副产品四氯化硅(简称STC)生成。改良西门子法通过尾气回收系统将还原反应的尾气回收、分离后,把回收的STC送到氢化反应环节将其转化为TCS,并与尾气中分离出来的TCS一起送入精馏提纯系统循环利用,尾气中分离出来的氢气被送回还原炉,氯化氢被送回TCS合成装置,
均实现了闭路循环。所以,认为生产多晶硅的过程存在高污染,是错误的。
CVD还原反应(将高纯度TCS还原为高纯度多晶硅)是改良西门子法多晶硅生产工艺中能耗最高和最关键的一个环节,CVD工艺的改良是多晶硅生产成本下降的一项重要驱动力。
接下来,以改良西门子法为对象,研究太阳能级多晶硅生产成本的构成和控制。
电力成本、TCS(三氯氢硅)成本和折旧是多晶硅生产中最大的三项独立成本,分别占到总成本的32%、21%、16%;排在其后的是蒸汽成本和人力成本,占比降低到7%和6%;其他成本主要包括气体成本(如氢气、氯气)、用水成本、设备维护和保养成本等,占比达到18%。
不难看出,在产业层面上,降低多晶硅综合成本的关键是控制电力成本、TCS成本和折旧成本。
电力成本、TCS(三氯氢硅)成本和折旧是多晶硅生产中最大的三项独立成本,分别占到总成本的32%、21%、16%;排在其后的是蒸汽成本和人力成本,占比降低到7%和6%;其他成本主要包括气体成本(如氢气、氯气)、用水成本、设备维护和保养成本等,占比达到18%。
1. 电力成本的控制
多晶硅生产最主要的成本是电力成本。要降低电力成本,办法无外乎两个:
减少综合电耗和
寻找便宜的电。
(1) 寻找便宜的电,所以,许多企业把多晶硅产能建在了电力成本相对低廉的地区——水电丰富的西南地区和电力富余、电价很低的新疆地区;
(2) 减少综合电耗,关键是要减少还原电耗,因为将高纯TCS还原为太阳能级多晶硅是整个生产过程中电耗最高的环节,还原电耗一般会占到总电耗的50%-60%。
降低TCS成本,目前最直接、最有效的方式是实施冷氢化改造,因为较之热氢化工艺,冷氢化不仅可以降低TCS的生产成本,还能提高TCS的自产率。
之前,受制于专利保护和技术门槛,国内多晶硅企业全部采用的是热氢化工艺。近年,随着专利失效,国内工艺及设备配套的逐步完善,保利协鑫(江苏中能)、洛阳中硅、宜昌南玻、昱辉阳光(四川瑞能)、大全新能源、赛维LDK(、
特变电工、乐电天威、天威硅业、
航天机电(神舟硅业)、四川永祥、东汽峨半等国内主要多晶硅厂商都相继推出了冷氢化技改计划或在新建产能中采用冷氢化工艺。其中,保利协鑫(江苏中能)是实施最早,也最成功的一家,使多晶硅生产成本显著降低(从公开数据来看,保利协鑫太阳能级多晶硅的生产成本目前已经是全球领先)。
冷氢化工艺需要的反应温度在550℃左右,远低于热氢化需要的反应温度1000~1250℃,而且硅粉被氯化氢气体氯化的次要反应是放热反应,可以被主反应(氢化反应)吸收利用,所以冷氢化工艺的单位电耗在0.7-1.2度/公斤,热氢化工艺则要达到2.5-4.0度/公斤;冷氢化工艺的TCS转化率更高,可以达到25%-28%,热氢化的TCS转化率只有16%-20%;