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当代多晶硅产业发展概论

2017-07-21 09:39:06 5e   作者: 王世江  

作者简介:

王世江博士,高级工程师

现为中国电子信息产业发展研究院电子信息产业所副所长

中国光伏行业协会副秘书长。

从事电子信息产业和新能源产业发展规划与技术研发等方面的工作,对光伏产业、集成电路产业有深入研究,在产业公共服务体系建设和决策支撑咨询服务、行业公共服务提供方面有丰富的工作经验。曾参与国务院关于促进光伏产业健康发展若个意见、国家太阳能“十二五”“十三五”发展规划、光伏制造行业规范条件、光伏行业兼并重组、领跑者计划、国家集成电路产业投资基金等政策和文件的起草。在专业刊物和会议上发表文章30余篇,其中SCI收录文章14篇,曾获中国科学院院长奖,中国电子信息产业发展研究院优秀中层干部、优秀党员等。

多晶硅是太阳能光伏和半导体制造业的核心原材料,也是中国实现制造业强国的重要支撑。《当代多晶硅产业发展概论》围绕多晶硅产业化技术、格局、政策和企业等各个层面,详细梳理当代多晶硅产业发展情况。当代多晶硅产业发展概论从多晶硅产品的简介出发,介绍了多晶硅产业的发展历程、西门子法和流化床法等关键工艺和技术、太阳能级和电子级多晶硅发展情况、国外主要多晶硅强国美国、日本、韩国和欧洲的发展经验、国内外重点光伏企业发展特点、多晶硅产业政策等等,全面描绘了当前国内外多晶硅产业的发展图景,既有成功经验的推介,又有对失败教训的总结。《当代多晶硅产业发展概论》可为行业管理部门、光伏企业、集成电路企业和研究机构提供参考,也可供高等院校相关专业师生及其他对太阳能光伏、半导体和原材料行业感兴趣的读者阅读,从中可对太阳能发展与多晶硅发展有较为全面的瞭解。

能源技术进步与革新是催生世界经济发展和社会变革的重要驱动力,也是当今人类生产生活的基础之一。伴随着科技进步的城镇化进程,能源问题与经济、环境、气候变化和政治等问题紧密交织,能源科技的每次突破与潜在的能源、环境危机无不牵动亿万人的神经并在全球范围内引起震动。这源自传统化石能源煤炭、石油的大规模使用造成了环境污染和温室气体排放造成全球气候变暖危机和生物多样性锐减,这直接威胁着地球生态环境与人类生存。当今石油、煤炭等等化石能源是人类用能的主要来源,约占一次能源的86%,减少化石能源比重和发展清洁可再生能源是人类面临的巨大挑战,需要当今各国政府与人民共同努力,才能应对这一生态环境和气候变化挑战。

中国政府在2015年11月在巴黎气候大会上庄严承诺,中国将在2030年左右二氧化碳排放达到峰值并争取早日实现,这无疑意味着中国化石能源的杆头贴近儿童市场彀峰值并逐步下降,中国经济发展与城镇化进程所需增加的能源用什么来弥补?这显然是更多地依靠可再生能源,特别是太阳能、风能、水能等等清洁可再生能源。而太阳能个为清洁可再生能源,或许是未来低碳社会最理想的能源之一。太阳能来自于太阳光,可谓取之不尽用之不竭,中国76%的国土光照充沛,是光能资源较为丰富的国家,而目前利用多晶硅光伏发电是太阳能资源最主要的利用方式。用于建设太阳能光伏电站的厂址丰富灵活,中国经过多年努力,从2006年到2016年,太阳能累计装机量从0.2GW快速增长到75GW,占全国发电总装机量的5%左右,成本从4元(KWH)下降至0.7元(KWH)左右,在最近一次招标报价已突破到了0.5元以下,已经初步具备了与传统化石能源竞争的能力。

多晶硅是集成电路和太阳能光伏产业最为关键的基础原材料,回顾历史,中国早在1958年就开始了多晶硅生产的研究及中试,但数十年产量始终维持在几十吨规模,直至2005年洛阳中硅年产300吨多晶奎生产线投资,才开启了中国多晶硅的产业化发展过程,中国当年多晶硅几乎全部依靠进口,而10年后的2-15年中国多晶硅产量已占全球份额的48%,目前太阳能级多晶硅在国际市场上已经具备较强竞争优势,而电子级多晶硅也已小批量供给。专家认为中国多晶硅这一发展来之不易,发展过程中曾被看作是高能耗、高污染、高耗资源型产业,但目前中国已掌握了改良型西门子法生产技术,各企业通过降能耗与循环利用副产品以降低生产成本与环境损害,目前多晶硅生产耗电已从10年前每千克近400KWH(千瓦时)下降到了80KWH,染色体全周期能耗仅需1.3年即可全部收回,生产中中副产品也以基本实现闭环生产,少量无法回收的氮硅烷也可中和后实现达标排放。

专家认定,多晶硅产业在中国发展前景美好,因为中国硅资源丰富,在已知宇宙中硅元素储量排列第8位,而在地球中则是储量第二丰富的元素,构成地壳总质量的26.4%,仅次于第一位的氧(49.4%)书中所指多晶硅指以纯度99%的工业硅为原料,经过物理、化学方法提纯后,使得硅纯度达到99.9999%以上的高纯硅材料,而依据产品纯度不同,从低到高歌分为工业硅、冶金级多晶硅、太阳能多晶硅和电子级多晶硅。全世界半导体器件中,有95%是硅材料制成,其中85%的集成电路由硅材料制成。太阳能光伏发电是新能源重要组成部分,%以是的太阳能电池使用多晶硅作为原料制成,随着太阳能光伏发展,2003年以前多晶硅市场需求主要以电子级多晶硅为主,太阳能级多晶硅市场需求于2006年超过电子级多晶硅,2015年光伏产业对多晶硅需求量超过30万吨,约为半导体工业耗硅量的10倍。2015年全球太阳能电池组件总产量达到63.5GW,其中晶体硅电池产量约为59GW,约占全球太阳能电池总产量的93%,薄膜电池和聚光分别为4.3GW和0.15GW总占比约为7%,预计未来5至10年内晶体硅电池仍将是太阳能染光伏行业主流产品。

中国多晶硅企业在2013年国务院出台《关于促进光伏产业健康发展的若干意见》后,国内光伏市场开始规模化扩大,多晶硅生产线投资也大幅下降,已从2005年至2010年的每千吨7亿元至10亿元下降到2013年的2亿至4亿元,多晶硅生产成本也逐步观念不同,部分企业生产成本已降至每千克13美元以下的全球领先水平,中国多晶硅企业历经50年发展,终于在质量完全能满足太阳能光伏产品需求的基础上,实现成本全面领先于国外企业,预计随着新多晶硅工厂的进一步投产,已经完全具备实现太阳能能多晶硅进口替代基础,并且有望在电子级多晶硅领域也实现进口替代。

作者还对部分不利于多晶硅产业的热点问题进行了理论上的探讨与正本清源,指出多晶硅产业不是高耗能产业。作者还分析了太阳能光伏系统能量回收期,指出光伏发电能量回收期平均为1.17年,而预期寿命为25年,全生命周期每度电耗费14.7克标煤,公为最先进煤电机组的5.4%,太阳能发电是名副其实清洁能源电力。作者还回答了关于多晶硅产业高污染问题,指出这是由于个别企业未回收产业副产品造成的,而这些副产品回收利用不仅可以消除污染还能获得极大收益,只要掌握相关工艺技术,多晶硅一样可以做到清洁生产。




责任编辑: 吴昊

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