投資減少30%，生產(chǎn)電耗降低65%，人員降低30%……
保利協(xié)鑫近日發(fā)布公告稱(chēng)，該公司硅烷流化床法（FBR）顆粒硅1萬(wàn)噸項目投產(chǎn)后，經(jīng)過(guò)生產(chǎn)運營(yíng)及下游客戶(hù)使用實(shí)證，顆粒硅各項指標再獲新突破——頭尾壽命、尾碳、成晶率、單產(chǎn)、轉換效率均領(lǐng)先行業(yè)水準。
該公告發(fā)布后，引起資本市場(chǎng)和光伏產(chǎn)業(yè)界高度關(guān)注。
目前，光伏發(fā)電的上游原材料主要是改良西門(mén)子法制備多晶硅，FBR顆粒硅問(wèn)世后，有業(yè)內專(zhuān)家判斷，顆粒硅有望引發(fā)多晶硅制造的一場(chǎng)顛覆性技術(shù)革命。那么FBR顆粒硅究竟是一個(gè)什么樣的工藝產(chǎn)品？它與傳統多晶硅有什么不同又為何能異軍突起？科技日報記者4月2日就這些問(wèn)題對業(yè)內專(zhuān)家進(jìn)行了專(zhuān)訪(fǎng)。
硅料的價(jià)格和質(zhì)量對光伏發(fā)電至關(guān)重要
眾所周知，光伏產(chǎn)業(yè)有著(zhù)一條明確而清晰的產(chǎn)業(yè)鏈，硅料、硅片、電池片、組件、應用系統是產(chǎn)業(yè)鏈上的5大環(huán)節。其中，硅料和硅片處于光伏產(chǎn)業(yè)鏈上游。
硅料環(huán)節不僅制造及研發(fā)門(mén)檻高，而且資金投入極大。同時(shí)，硅料的價(jià)格和質(zhì)量對光伏發(fā)電的成本和效率也起著(zhù)至關(guān)重要的作用。
近年來(lái)，光伏行業(yè)發(fā)展勢頭越來(lái)越猛，2020年我國光伏新增裝機規模48.2GW，同比增長(cháng)60%。在終端市場(chǎng)帶動(dòng)和國家法規的倒逼下，各家原料企業(yè)都在研發(fā)硅料新工藝。在這一背景下，顆粒硅逐漸走入人們視線(xiàn)。
硅料即多晶硅，光伏產(chǎn)業(yè)需要的多晶硅純度達99.9999％以上。目前，世界絕大部分廠(chǎng)家生產(chǎn)的硅料，均采用傳統的改良西門(mén)子法，這是最為成熟、應用最廣泛的工藝技術(shù)。
“改良西門(mén)子法主要原理是，把石英砂放在電爐中冶煉還原制成99%的工業(yè)硅粉，再與四氯化硅和氫氣反應得到三氯氫硅，經(jīng)過(guò)精餾、提純、高溫還原、尾氣回收等一系列工藝流程，最終產(chǎn)出棒狀多晶硅。”保利協(xié)鑫研究院副院長(cháng)蔣立民介紹說(shuō)。
FBR顆粒硅也是多晶硅，但與改良西門(mén)子法多晶硅相比，顆粒硅更小，僅有綠豆般大。自2010年開(kāi)始，保利協(xié)鑫子公司中能硅業(yè)便開(kāi)始自主研發(fā)顆粒硅技術(shù)，并通過(guò)收購海外資產(chǎn)，最終實(shí)現顆粒硅量產(chǎn)。
“保利協(xié)鑫顆粒硅采用獨創(chuàng )的硅烷流化床法制造，將原料三氯氫硅歧化制得硅烷，硅烷在流化床中進(jìn)行分解反應制得顆粒狀多晶硅，單程轉化率可達99%，減少了尾氣回收和精餾環(huán)節，反應溫度也只有改良西門(mén)子法的60%，可以連續化生產(chǎn)，能耗和成本都大大降低。”蔣立民告訴記者。
據介紹，下游硅片廠(chǎng)家拿到傳統多晶硅后，還需要破碎、清洗然后用于拉單晶，而顆粒硅不需要破碎和清洗，可以直接投料拉單晶，而且流動(dòng)性好，相比于傳統多晶硅更適合新一代連續投料直拉工藝。
碳中和對光伏產(chǎn)業(yè)鏈提出更高要求
早在多年前，光伏產(chǎn)業(yè)鏈登陸國內之時(shí)，就有聲音質(zhì)疑光伏產(chǎn)業(yè)鏈能耗高，造成的污染和溫室氣體排放高于發(fā)電收益。
隨著(zhù)自主技術(shù)進(jìn)步和實(shí)踐檢驗，這種質(zhì)疑聲音已經(jīng)逐漸消失。但是，硅料和硅片制造環(huán)節的較高能耗，不僅制約光伏發(fā)電的成本降低，也影響我國“碳達峰、碳中和”目標的實(shí)現。
據業(yè)內人士介紹，目前光伏產(chǎn)業(yè)鏈中能耗最高的是硅料制造環(huán)節，能耗占比達45%。2020年5月，工信部發(fā)布《光伏制造行業(yè)規范條件（2020年本》（征求意見(jiàn)稿），該規范規定，新/擴建多晶硅綜合電耗不大于70千瓦時(shí)/千克。
“根據我們實(shí)測，FBR顆粒硅綜合電耗僅為18千瓦時(shí)/千克，遠低于行業(yè)規范。”蔣立民說(shuō)。
我國已承諾，到2030年風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機容量將達到12億千瓦以上，這將帶動(dòng)大批光伏發(fā)電項目投建運營(yíng)。根據工信部規范要求，記者沿著(zhù)FBR顆粒硅和改良西門(mén)子法多晶硅的生產(chǎn)流程，分別對二者生產(chǎn)的多晶硅組件，在整個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)鏈的路徑進(jìn)行碳足跡溯源，可以看出，僅硅料環(huán)節生產(chǎn)1吉瓦顆粒硅可減排13萬(wàn)噸二氧化碳，較改良西門(mén)子法降低74%，從整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，生產(chǎn)1吉瓦組件至少可降低二氧化碳排放量47.7%。
憑借著(zhù)產(chǎn)能、成本控制和技術(shù)等諸方面的優(yōu)勢，世界光伏產(chǎn)業(yè)重心逐步向中國轉移。截至2019年，中國在多晶硅、硅片、電池片和組件環(huán)節的產(chǎn)量占全球比例均已超過(guò)60%，分別為67%、97%、79%和71%。
按照2020年國內硅料產(chǎn)能約43萬(wàn)噸測算，由FBR替代西門(mén)子法每年將減少二氧化碳排放1927萬(wàn)噸。根據瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院研究推論，一公頃樹(shù)冠面積每年可消耗205噸二氧化碳，1927萬(wàn)噸二氧化碳需要9.4萬(wàn)公頃樹(shù)冠面積，相當于每年多種了約9400萬(wàn)棵樹(shù)。
為淘汰落后光伏產(chǎn)能，工信部規范已明確提出“光伏制造企業(yè)應采用工藝先進(jìn)、節能環(huán)保、產(chǎn)品質(zhì)量好、生產(chǎn)成本低的生產(chǎn)技術(shù)和設備”。
蔣立民向科技日報記者介紹，經(jīng)過(guò)10年研究改進(jìn)，FBR顆粒硅已經(jīng)較好地解決產(chǎn)品質(zhì)量、長(cháng)周期連續運行、低成本等大規模產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題。2019年，實(shí)現了關(guān)鍵設備國產(chǎn)化及關(guān)鍵材料替代，保利協(xié)鑫還領(lǐng)銜主編了顆粒硅國家標準。未來(lái)，FBR顆粒硅將對我國光伏產(chǎn)業(yè)鏈碳減排起到至關(guān)重要的作用。
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