光伏硅料加速扩产 供应格局或将生变
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最近，工信部等三部门联合印发的《关于促进光伏产业链供应链协同发展的通知》要求，积极稳妥有序推进全国光伏市场建设，统筹发展和安全，优化营商环境，规范市场秩序。《通知》对光伏产业链各环节均有具体要求，对行业健康发展具有重要指导意义，恰逢其时。
中国光伏产业链齐全 产能和成本优势明显多晶硅是一种超高纯材料，纯度为9N~11N，用于集成电路、电子器件和太阳能电池，是世界发达国家竞相重点鼓励发展的战略性材料。全球多晶硅生产主要采用三氯氢硅氢还原法(也称改良西门子法)和硅烷法生产，前者产量全球占比约95%，后者约占5%。
2005年前，全球多晶硅生产由美、日、德三国掌控，对我国实施技术封锁和市场垄断，国内20余厂因能耗高、副产物难循环使用、成本高而停产，全国多晶硅年总产量从未超过100吨，99.5%的需求依赖进口。2005年，中国多晶硅依靠自主研发，在洛阳建成首条多晶硅产业化生产线，突破技术封锁，实现了从无到有。随后欧美技术和装备高价进入中国，多晶硅价格一度上涨至每吨超过375万元，各路资本涌入多晶硅产业，推动产业高速发展。2009年中国多晶硅企业达到58家，整个光伏产业也取得长足进展。随后市场竞争加剧，价格战频发，叠加2011年欧美“双反”打压，整个光伏产业进入寒冬，多晶硅价格断崖式下跌，大量企业减产、停产，有些新建多晶硅企业还未投产就面临破产，全国仅剩12家企业艰难维持。直到2016年后，随着全球光伏安装量的增加，多晶硅市场得以缓解。
回顾发展历程，中国光伏全产业链在欧美的轮番打压中，积极进取，坚持科技创新，多晶硅环节先后获得国家“十一五”和“十二五”科技支撑计划支持，研发大型装备、优化工艺条件和运行方案，使项目投资成本、多晶硅生产能耗和综合成本大幅降低，为中国晶硅光伏发电成本持续降低直至平价上网，奠定了良好的基础。受国际国内政策波动影响，自2018年下半年至2020年上半年，多晶硅再次出现阶段性过剩，价格一路下跌并持续徘徊在5~8万元/吨，最低价还跌破了3万元/吨。在这样的背景下，新的投资者寥寥无几，5年内，全行业只有1家新进入者，2017年该企业逆势投资，中国恩菲设计，在新疆建成单线年产5万吨多晶硅项目，期间还有多家企业退出或部分放弃多晶硅生产，中国多晶硅产业在严酷的环境中坚守，除2012年全国多晶硅产量同比略有减少外，其他年份一直稳步增加，到2021年全球占比已达到78.8%。
2022年上半年，全球多晶硅在产企业19家，总产能116.7万吨/年，上半年总产量约44.8万吨。全球前10多晶硅企业产能之和为97.4万吨/年，中国占7家，产能之和为 83.7万吨/年，占比86%；其他三家分别是德国Wacker、美国Hemlock和韩国OCI，产能之和13.7万吨/年，占比14%。截至2022年6月30日，中国在产多晶硅企业13家，上半年产量约36.4万吨，同比增加53.4%，世界占比81.2%。
在中国“2030碳达峰、2060碳中和”重大战略的引导下，中国能源转型和经济高质量发展迎来重大机遇，新能源、新材料必将扮演极为重要角色，中国晶硅太阳能光伏经过多年的艰苦奋斗与积累，产业链齐全、产能和成本优势明显，已摆脱依赖政府补贴生存、具备主导行业发展的基本条件，成为中国实现碳达峰碳中和的重要支撑。受政策鼓舞，光伏各环节加速扩产，中国多晶硅也积极响应，加速扩产，但由于该环节受技术难度大、投资高、项目建设场地受限，条件严苛、建设周期长等因素影响，动作相对滞后。
2021年，世界多晶硅产量约62.5万吨，约4万吨多晶硅用于集成电路芯片，其他全部用于太阳能光伏；中国产量约50.6万吨，占比近八成，两家停产企业重启多晶硅生产，已有的多晶硅产能能开尽开，仍不能满足下游快速扩产的需求，当年仍进口多晶硅约12万吨。受供求关系影响，多晶硅价格从2020年年初的每吨8万元上涨到现在的30万元左右。
多晶硅生产按原料划分为三氯氢硅法和硅烷法，两种方法均可用化学气相沉积(CVD)炉和流化床反应器(FBR)分别生产棒状多晶硅和粒状多晶硅。三氯氢硅法以生产棒状多晶硅为主，而硅烷法以生产粒状多晶硅为主。棒状和粒状多晶硅两种料在硅片制造的铸锭或拉晶过程中配合使用，可增加装料量，有利于降低硅片制造成本。粒状硅流动性好，有利于直拉单晶中重复加料或连续加料。
三氯氢硅法主要是利用多晶硅还原炉生产棒状多晶硅，技术进展包括还原炉的大型化和沉积工艺的精细设计，提升单炉产量和多晶硅质量，持续降低还原电耗和综合能耗。国内新建多晶硅项目主流还原炉多采用40对棒、45对棒、48对棒及72对棒等炉型，单炉产量可达15~27吨，多晶硅产品以供应单晶硅生产为主，还原直接电耗在40 kWh/kg-Si至46kWh/kg-Si之间，还原炉采用高温高压水冷却(炉筒进水温度150℃，出水温度170℃)，并将还原炉电耗的75%~82%转化为高温热水或闪蒸为低压蒸汽，送提纯或工厂其他环节使用。
冷氢化技术已成为处理副产物四氯化硅的主流技术，单套冷氢化装置年产能有12.5、20、25、26万吨，已实现稳定运行；新建工厂也有选用单套年产能28、35万吨冷氢化装置，正在等待运行考核。
多晶硅生产副产物回收与综合利用进一步完善，副产物二氯二氢硅与四氯化硅在催化剂作用下，反歧化生成三氯氢硅，经提纯后返回系统使用，该反应条件温和，能耗低，成本低。也有企业将多晶硅副产物中其他高沸组份分离提纯，用于生产集成电路用电子气体或将高沸物催化裂解，制备成多晶硅原料，返回系统循环使用。以上技术的应用，大幅降低了多晶硅生产中的原料消耗。
我国现阶段新建的多晶硅工厂单线产能多集中在3~5万吨/年，单线年产5万吨多晶硅已成为新的经济规模。新建设的多晶硅工厂多采用模拟仿真和数字化，包括多晶硅生产智能管控、智慧决策、三维孪生工厂和远程管控等环节。三氯氢硅法生产的多晶硅质量可满足高效太阳能电池发展需求，发展趋势是在满足安全、环保要求的条件下，技术发展主流是更大型设备、系统集成化、更小的占地面积、更低的能耗、更高质量、更高的产率和更低成本，综合电耗介于57kWh/kg-Si到65kWh/kg-Si。
硅烷法已有几十年的历史，现存留的硅烷工艺，都是以三氯氢硅为原料，采用岐化法得到硅烷，副产品四氯化硅通过冷氢化技术再转变为三氯氢硅返回系统，硅烷制备工艺成熟、稳定，经过精馏提纯，可以制得高纯度的硅烷。2021年颗粒硅总产量约占世界多晶硅份额的3.5%，2022年上半年颗粒硅产量约2万吨，占比约4.5%。业内广泛关注硅烷法的安全、质量、硅耗、能耗和成本等要素。行业专家预计，未来硅烷流化床颗粒硅与三氯氢硅法棒状硅仍将长期共存、互为补充。
两年来，国家“双碳”战略的深入人心，让晶硅太阳能光伏产业迎来良好发展局面。中国光伏各环节大幅扩产，尤其以多晶硅下游的硅片环节扩产最快，预计到2022年年底硅片总产能有望达到580GW。多晶硅环节，境外韩国OCI马来西亚工厂通过技改突破瓶颈，2022年第二季度增加产能0.5万吨；REC颗粒硅工厂检修，侧重于流化床改造和增添分析检测设备等，总投资1.5亿美元，预计2023年第四季度形成产能。目前，境外多晶硅有效总产能17.2万吨。
新建多晶硅厂全部集中在中国，根据项目进度测算，预计2022年年底，中国多晶硅总产能112.1万吨/年，占全球129.3万吨/年的86.7%，从中看出，多晶硅生产及应用重心在中国。中国多晶硅生产重点区域在新疆、内蒙、青海、宁夏、甘肃和云南，各企业一期产能多在2023年投产，新增总产能约181万吨/年，全部21家企业规划新增多晶硅产能约412万吨。
初步预计，2023年硅料供应量合计将达到156万吨，折合光伏产量超过500GW。在硅料供需平衡后，带来的影响将是多晶硅价格的回落。
光伏全产业链协同发展 持续保持全球竞争优势中国光伏产业优势明显，全产业链多晶硅、硅片、电池片、组件等每个环节的产能全球占比超过75%，每个环节的技术与装备能力配套完善，包括成套技术及产业化工艺包、装备制造、原材料供应、工程建设与施工能力等。硅料环节，中国拥有良好产业技术基础，技术已全覆盖，包括三氯氢硅法(改良西门子法)和硅烷流化床法，都有规模化生产线；三氯氢硅法更为成熟稳定，已实现单线产能5万吨/年多晶硅大规模化生产，为世界产能最大的产线，多晶硅单线产能、投资与生产成本和能耗水平具有明显的竞争优势。中国光伏产业链围绕着高转化率、长寿命、低成本等目标，奋力攻关，争先恐后，有着持续提技术、降成本、求生存的强烈愿望。此外，中国光伏行业标准不断完善，初步形成中国的标准体系兼顾国际SEMI标准，涵盖全产业链、全生命周期，并且在不断完善与更新，中国光伏行业在国际SEMI标准中也发挥着重要的主导作用。
尽管如此，我们仍要清醒地认识到，国内光伏产业仍存在科技研发能力薄弱，基础研究欠缺，人员流动频繁，存在安全生产隐患等问题。为此，若保持国内光伏行业的竞争优势，应做到如下几点：
首先，做好顶层设计与长期规划。按中国“双碳”战略目标，设置到2060年中国多晶硅及光伏产业发展规划，包括产能、技术、成本与实施路径，避免“一哄而上，一哄而下”盲目发展，减少国家损失。
其次，强化科技创新。营造尊重知识产权氛围，利用硅基材料制备技术国家工程研究中心和光伏科技研发平台，继续实施技术与装备能力提升，多路径技术研发，为高质量发展提供保障。
再次，强化多晶硅安全与环保措施。随着多晶硅规模的扩大，多晶硅单线能力达到5万吨/年、单个多晶硅工厂规划生产能力达到30万吨/年，甚至更大，多晶硅生产系统存储输送的易燃易爆物料量大幅提升，大量的易燃易爆危险品构成重大危险源，需要有严格管控措施，保障产业安全。
最后，强化政策保障与规划落实。有序推进光伏全产业链市场建设，杜绝市场繁荣时，出现太多的重复建设。
来源：中国经济网 作者：严大洲
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