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    光伏硅料加速擴產 供應格局或將生變

    嚴大洲 來源:中國經濟網 編輯:jianping 光伏硅料

    最近,工信部等三部門聯合印發的《關于促進光伏產業鏈供應鏈協同發展的通知》要求,積極穩妥有序推進全國光伏市場建設,統籌發展和安全,優化營商環境,規范市場秩序!锻ㄖ穼夥a業鏈各環節均有具體要求,對行業健康發展具有重要指導意義,恰逢其時。

    中國光伏產業鏈齊全 產能和成本優勢明顯

    多晶硅是一種超高純材料,純度為9N~11N,用于集成電路、電子器件和太陽能電池,是世界發達國家競相重點鼓勵發展的戰略性材料。全球多晶硅生產主要采用三氯氫硅氫還原法(也稱改良西門子法)和硅烷法生產,前者產量全球占比約95%,后者約占5%。

    2005年前,全球多晶硅生產由美、日、德三國掌控,對我國實施技術封鎖和市場壟斷,國內20余廠因能耗高、副產物難循環使用、成本高而停產,全國多晶硅年總產量從未超過100噸,99.5%的需求依賴進口。2005年,中國多晶硅依靠自主研發,在洛陽建成首條多晶硅產業化生產線,突破技術封鎖,實現了從無到有。隨后歐美技術和裝備高價進入中國,多晶硅價格一度上漲至每噸超過375萬元,各路資本涌入多晶硅產業,推動產業高速發展。2009年中國多晶硅企業達到58家,整個光伏產業也取得長足進展。隨后市場競爭加劇,價格戰頻發,疊加2011年歐美“雙反”打壓,整個光伏產業進入寒冬,多晶硅價格斷崖式下跌,大量企業減產、停產,有些新建多晶硅企業還未投產就面臨破產,全國僅剩12家企業艱難維持。直到2016年后,隨著全球光伏安裝量的增加,多晶硅市場得以緩解。

    回顧發展歷程,中國光伏全產業鏈在歐美的輪番打壓中,積極進取,堅持科技創新,多晶硅環節先后獲得國家“十一五”和“十二五”科技支撐計劃支持,研發大型裝備、優化工藝條件和運行方案,使項目投資成本、多晶硅生產能耗和綜合成本大幅降低,為中國晶硅光伏發電成本持續降低直至平價上網,奠定了良好的基礎。受國際國內政策波動影響,自2018年下半年至2020年上半年,多晶硅再次出現階段性過剩,價格一路下跌并持續徘徊在5~8萬元/噸,最低價還跌破了3萬元/噸。在這樣的背景下,新的投資者寥寥無幾,5年內,全行業只有1家新進入者,2017年該企業逆勢投資,中國恩菲設計,在新疆建成單線年產5萬噸多晶硅項目,期間還有多家企業退出或部分放棄多晶硅生產,中國多晶硅產業在嚴酷的環境中堅守,除2012年全國多晶硅產量同比略有減少外,其他年份一直穩步增加,到2021年全球占比已達到78.8%。

    2022年上半年,全球多晶硅在產企業19家,總產能116.7萬噸/年,上半年總產量約44.8萬噸。全球前10多晶硅企業產能之和為97.4萬噸/年,中國占7家,產能之和為 83.7萬噸/年,占比86%;其他三家分別是德國Wacker、美國Hemlock和韓國OCI,產能之和13.7萬噸/年,占比14%。截至2022年6月30日,中國在產多晶硅企業13家,上半年產量約36.4萬噸,同比增加53.4%,世界占比81.2%。

    在中國“2030碳達峰、2060碳中和”重大戰略的引導下,中國能源轉型和經濟高質量發展迎來重大機遇,新能源、新材料必將扮演極為重要角色,中國晶硅太陽能光伏經過多年的艱苦奮斗與積累,產業鏈齊全、產能和成本優勢明顯,已擺脫依賴政府補貼生存、具備主導行業發展的基本條件,成為中國實現碳達峰碳中和的重要支撐。受政策鼓舞,光伏各環節加速擴產,中國多晶硅也積極響應,加速擴產,但由于該環節受技術難度大、投資高、項目建設場地受限,條件嚴苛、建設周期長等因素影響,動作相對滯后。

    2021年,世界多晶硅產量約62.5萬噸,約4萬噸多晶硅用于集成電路芯片,其他全部用于太陽能光伏;中國產量約50.6萬噸,占比近八成,兩家停產企業重啟多晶硅生產,已有的多晶硅產能能開盡開,仍不能滿足下游快速擴產的需求,當年仍進口多晶硅約12萬噸。受供求關系影響,多晶硅價格從2020年年初的每噸8萬元上漲到現在的30萬元左右。

    多晶硅技術不斷取得進步 企業產能擴張步伐加快

    多晶硅生產按原料劃分為三氯氫硅法和硅烷法,兩種方法均可用化學氣相沉積(CVD)爐和流化床反應器(FBR)分別生產棒狀多晶硅和粒狀多晶硅。三氯氫硅法以生產棒狀多晶硅為主,而硅烷法以生產粒狀多晶硅為主。棒狀和粒狀多晶硅兩種料在硅片制造的鑄錠或拉晶過程中配合使用,可增加裝料量,有利于降低硅片制造成本。粒狀硅流動性好,有利于直拉單晶中重復加料或連續加料。

    三氯氫硅法主要是利用多晶硅還原爐生產棒狀多晶硅,技術進展包括還原爐的大型化和沉積工藝的精細設計,提升單爐產量和多晶硅質量,持續降低還原電耗和綜合能耗。國內新建多晶硅項目主流還原爐多采用40對棒、45對棒、48對棒及72對棒等爐型,單爐產量可達15~27噸,多晶硅產品以供應單晶硅生產為主,還原直接電耗在40 kWh/kg-Si至46kWh/kg-Si之間,還原爐采用高溫高壓水冷卻(爐筒進水溫度150℃,出水溫度170℃),并將還原爐電耗的75%~82%轉化為高溫熱水或閃蒸為低壓蒸汽,送提純或工廠其他環節使用。

    冷氫化技術已成為處理副產物四氯化硅的主流技術,單套冷氫化裝置年產能有12.5、20、25、26萬噸,已實現穩定運行;新建工廠也有選用單套年產能28、35萬噸冷氫化裝置,正在等待運行考核。

    多晶硅生產副產物回收與綜合利用進一步完善,副產物二氯二氫硅與四氯化硅在催化劑作用下,反歧化生成三氯氫硅,經提純后返回系統使用,該反應條件溫和,能耗低,成本低。也有企業將多晶硅副產物中其他高沸組份分離提純,用于生產集成電路用電子氣體或將高沸物催化裂解,制備成多晶硅原料,返回系統循環使用。以上技術的應用,大幅降低了多晶硅生產中的原料消耗。

    我國現階段新建的多晶硅工廠單線產能多集中在3~5萬噸/年,單線年產5萬噸多晶硅已成為新的經濟規模。新建設的多晶硅工廠多采用模擬仿真和數字化,包括多晶硅生產智能管控、智慧決策、三維孿生工廠和遠程管控等環節。三氯氫硅法生產的多晶硅質量可滿足高效太陽能電池發展需求,發展趨勢是在滿足安全、環保要求的條件下,技術發展主流是更大型設備、系統集成化、更小的占地面積、更低的能耗、更高質量、更高的產率和更低成本,綜合電耗介于57kWh/kg-Si到65kWh/kg-Si。

    硅烷法已有幾十年的歷史,現存留的硅烷工藝,都是以三氯氫硅為原料,采用岐化法得到硅烷,副產品四氯化硅通過冷氫化技術再轉變為三氯氫硅返回系統,硅烷制備工藝成熟、穩定,經過精餾提純,可以制得高純度的硅烷。2021年顆粒硅總產量約占世界多晶硅份額的3.5%,2022年上半年顆粒硅產量約2萬噸,占比約4.5%。業內廣泛關注硅烷法的安全、質量、硅耗、能耗和成本等要素。行業專家預計,未來硅烷流化床顆粒硅與三氯氫硅法棒狀硅仍將長期共存、互為補充。

    兩年來,國家“雙碳”戰略的深入人心,讓晶硅太陽能光伏產業迎來良好發展局面。中國光伏各環節大幅擴產,尤其以多晶硅下游的硅片環節擴產最快,預計到2022年年底硅片總產能有望達到580GW。多晶硅環節,境外韓國OCI馬來西亞工廠通過技改突破瓶頸,2022年第二季度增加產能0.5萬噸;REC顆粒硅工廠檢修,側重于流化床改造和增添分析檢測設備等,總投資1.5億美元,預計2023年第四季度形成產能。目前,境外多晶硅有效總產能17.2萬噸。

    新建多晶硅廠全部集中在中國,根據項目進度測算,預計2022年年底,中國多晶硅總產能112.1萬噸/年,占全球129.3萬噸/年的86.7%,從中看出,多晶硅生產及應用重心在中國。中國多晶硅生產重點區域在新疆、內蒙、青海、寧夏、甘肅和云南,各企業一期產能多在2023年投產,新增總產能約181萬噸/年,全部21家企業規劃新增多晶硅產能約412萬噸。

    初步預計,2023年硅料供應量合計將達到156萬噸,折合光伏產量超過500GW。在硅料供需平衡后,帶來的影響將是多晶硅價格的回落。

    光伏全產業鏈協同發展 持續保持全球競爭優勢


    中國光伏產業優勢明顯,全產業鏈多晶硅、硅片、電池片、組件等每個環節的產能全球占比超過75%,每個環節的技術與裝備能力配套完善,包括成套技術及產業化工藝包、裝備制造、原材料供應、工程建設與施工能力等。硅料環節,中國擁有良好產業技術基礎,技術已全覆蓋,包括三氯氫硅法(改良西門子法)和硅烷流化床法,都有規;a線;三氯氫硅法更為成熟穩定,已實現單線產能5萬噸/年多晶硅大規;a,為世界產能最大的產線,多晶硅單線產能、投資與生產成本和能耗水平具有明顯的競爭優勢。中國光伏產業鏈圍繞著高轉化率、長壽命、低成本等目標,奮力攻關,爭先恐后,有著持續提技術、降成本、求生存的強烈愿望。此外,中國光伏行業標準不斷完善,初步形成中國的標準體系兼顧國際SEMI標準,涵蓋全產業鏈、全生命周期,并且在不斷完善與更新,中國光伏行業在國際SEMI標準中也發揮著重要的主導作用。

    盡管如此,我們仍要清醒地認識到,國內光伏產業仍存在科技研發能力薄弱,基礎研究欠缺,人員流動頻繁,存在安全生產隱患等問題。為此,若保持國內光伏行業的競爭優勢,應做到如下幾點:

    首先,做好頂層設計與長期規劃。按中國“雙碳”戰略目標,設置到2060年中國多晶硅及光伏產業發展規劃,包括產能、技術、成本與實施路徑,避免“一哄而上,一哄而下”盲目發展,減少國家損失。

    其次,強化科技創新。營造尊重知識產權氛圍,利用硅基材料制備技術國家工程研究中心和光伏科技研發平臺,繼續實施技術與裝備能力提升,多路徑技術研發,為高質量發展提供保障。

    再次,強化多晶硅安全與環保措施。隨著多晶硅規模的擴大,多晶硅單線能力達到5萬噸/年、單個多晶硅工廠規劃生產能力達到30萬噸/年,甚至更大,多晶硅生產系統存儲輸送的易燃易爆物料量大幅提升,大量的易燃易爆危險品構成重大危險源,需要有嚴格管控措施,保障產業安全。

    最后,強化政策保障與規劃落實。有序推進光伏全產業鏈市場建設,杜絕市場繁榮時,出現太多的重復建設。

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