多晶硅产业发展与技术创新2012

产业发展与技术创新 多晶硅产业技术创新战略联盟 鲁瑾 2012年9月 多晶硅材料 报告内容 引言多晶硅行业与市场概况多晶硅技术发展趋势技术创新的建议 2 3 多晶硅是集成电路以及太阳能光伏电池的原材料 处于半导体和可再生能源产业链的最前端应用 集成电路应用 年需求量约为3万吨太阳能电池应用 年需求量超过20万吨生产工艺 三氯氢硅氢还原法 占90 硅烷法 占10 其他工艺 如冶金法等 研究中 引言 光伏发电是最具可持续发展理想特征的可再生能源技术 具有新材料 新技术 新能源等特点 受到全世界普遍高度关注 也是我国未来重点发展的战略性新兴产业内容之一 在经历了 十一五 期间的高速发展之后 从2011年下半年开始 多晶硅及光伏产业发展进入了调整期 我国多晶硅产业面临着产能急剧膨胀 供需结构性失衡 下游市场萎缩 欧美国家 反倾销 反补贴 等不利因素 又面临国外产品的低价倾销冲击 自身竞争力不足的困局 行业调整的压力巨大 引言 报告内容 引言多晶硅行业与市场概况多晶硅技术发展趋势技术创新的建议 5 2020年4月5日星期日 6 国内外光伏市场近期概况 1 近期光伏政策调整与市场变化趋势 意大利 2012年上半年和下半年分两次进行8 12 的进一步下调 2013 2016年 每个季度下调4 2012年下半年将不设立大型光伏电站项目登记处 停止对农业用地的大型光伏系统发放补贴 意大利第五能源法案已于8月27日启动 预算总额不到5 30亿欧元 德国 自2012年3月9日起削减上网电价补贴 FIT 其中 10MW以上的光伏系统补贴将在今年7月1日后彻底取消 新建小型系统仅能获得所发电量85 的补贴 自5月起 所有新建光伏系统的补贴将每月削减0 15欧分 千瓦时 自2014年起光伏系统年装机量将持续下降至400MW左右 自2017年起装机量将介于900至1900MW 预计德国全年市场约为5GW 德国月度光伏安装量及预测 单位 MW 意大利月度光伏安装量及预测 单位 MW 2020年4月5日星期日 7 西班牙 西班牙政府于1月28日宣布 完全暂停新建可再生能源项目上网电价补贴 西班牙工业部长JoseManuelSoria称 这项法令将是暂时的 根据BOS2010年的文件 2013年后西班牙将划分五类资源区 只有有效日照小时达标的项目才能获得补贴 其他欧洲国家 以色列下调上网电价补贴23 希腊下调上网电价补贴12 4 英国太阳能系统安装的补贴从43便士 千瓦时降低到21便士 千瓦时 瑞士削减光伏补贴18 7月 保加利亚削减光伏补贴达50 国内外光伏市场近期概况 美国 奥巴马2013财政年度预算将延期 1603财政部计划 根据EuPD的预测 1603法案若延期1 5年 将使美国市场2012 2016的年增长率达到51 57 美国年度光伏安装量预测 单位 MW 1 近期光伏政策调整与市场变化趋势 2020年4月5日星期日 8 全球累计安装量 GW 国内外光伏市场近期概况 1 近期光伏政策调整与市场变化趋势 日本 颁布立法实行强制上网电价 要求其全国10家电力公司购买过剩的太阳能电力 新的上网电价于2012年7月1日正式开始实施 规模大于10kW的太阳能发电系统上网电价补贴税后40日元 kWh 约合3 3元人民币 补贴时间20年 10kW以下的项目 补贴为42日元 kWh 约合3 15元人民币 无税 补贴时间10年 中国 可再生能源电价附加补助资金管理暂行办法 光电建筑补贴 金太阳 等政策密集出台 9月12日 国家能源局正式印发 太阳能发电发展 十二五 规划 规定 到2015年底 太阳能发电装机容量目标为2100万千瓦 21吉瓦 以上 另一方面国家也积极发展分布式能源 虽然目前整个分布式发电仍然面临电网和政策方面得问题 但毫无疑问 国内光伏市场将面临快速增长 全球光伏市场向亚美转移 9 2011年全球部分多晶硅企业产能情况 全球多晶硅发展概况 2006 2011全球多晶硅产量增长情况 2011年全球主要国家多晶硅产能产量情况 产业规模 全球多晶硅产能产量不断增长 2011年 总产量达到24万吨 同比增长50 预计2012年仍将有20 30 的增长 市场总体供大于求 产业结构 产业逐趋集中 前四家多晶硅企业产能达到17万吨 2011年产量13万吨 超过全球总产量的一半 且仍在扩产中 中韩多晶硅企业快速崛起 打破了原美日欧企业垄断的产业结构 其中GCL和OCI公司产能将分别达到6 5万吨和6 2万吨 成为全球最大的两家多晶硅生产企业 超过德国瓦克公司和美国哈姆洛克公司扩产后5 2万吨和5 9万吨的产能 技术水平 依托化工联营或大化工集团背景 资金雄厚 经验丰富 且产能利用率高 如美国Hemlock 德国Wacker以及韩国OCI公司等 产业向电力资源丰富的地区扩散 或拥有自己的发电厂 用电成本低 生产成本低 技术积累 创新能力强 如流化床工艺 硅烷法等 已实现产业化 规模 结构 技术 全球多晶硅发展概况 产业特点与发展趋势 2020年4月5日星期日 11 2006 2011年我国多晶硅产量翻了数番 年均超过100 2011年产量超过8万吨 产能超过14万吨 2011年下半年开始 国内多晶硅企业在光伏价格快速下跌之后 陷入大规模停产的境地 目前仅剩几家企业尚在开工生产 停产企业数量上占到了80 左右 国内多晶硅企业的产能利用率大幅下降 已不足50 库存却不断攀升 今年上半年国内多晶硅产量达到3 6万吨 而2011年上半年同期产量为3 7万吨 上半年国内多晶硅销售总额约55亿元 同比2011年上半年158亿元下跌了65 行业缩水严重 全年国内多晶硅产量预计仍将达到8万吨左右 与2011年基本持平 国内太阳能硅发展概况 国内多晶硅产量增长情况 2020年4月5日星期日 12 2011年初以来 受欧债危机影响 光伏产品库存积压严重 价格一路下滑 直到目前为止 仍持续着继续下跌的走势 并刷新了历史新低 截止上半年底 国内多晶硅主流报价从2011年初的80万元 吨跌至16 17万元 吨 一年半的时间内跌幅达到80 国内太阳能多晶硅价格走势 2009 2012年上半年多晶硅价格走势 2020年4月5日星期日 国际倾销成为国内多晶硅价格持续下滑的主要因素 国内太阳能多晶硅进口情况 2012年1 6月中国多晶硅进口情况 单位 吨 美元 千克 2020年4月5日星期日 14 国内太阳能多晶硅产业面临的主要问题 外国政府对本国多晶硅在投资补贴 融资支持 税收优惠 土地优惠和电价补贴等方面多有支持 但我国多晶硅则被冠以 两高 的帽子 基本无优惠 尤其技改 扩建 环评等审批难 电价无优惠 企业融资难 几乎无任何税收优惠和出口退税政策 负面报道多等 产业发展受制约 国内总产能超多16万吨 但产能利用率低 2000吨 年以内的企业占总数的75 技改降成本的空间有限 目前大部分已停产 除成本居高不下的问题外 企业还面临着下游企业拖欠账款 企业负债率高 融资成本高 生产经验不足等经营压力 形势不容乐观 2020年4月5日星期日 15 国内太阳能多晶硅产业面临的主要问题 我国下游光伏企业面临严重的贸易壁垒 2011年10月 美国立案对我国晶硅电池进行 双反 调查 并与2012年5月裁定征收31 到250 的反倾销税 且正欲将原先征收的对象游电池片进一步扩展到硅片 2012年9月6日 欧盟也正式立案跟进美国 双反 同时 国外多晶硅企业向我国大量低价出口多晶硅产品 如美国2012年5 6月多晶硅进口价格在21 22美元 千克 国外多晶硅企业低价竞争存在较大的动机 一是通过前期所积攒的合约 大量低价销售多晶硅产品 二是利用行业不好时机 蚕食更多的市场份额 三是基于化工集团战略发展需要 四是所在国政府的巨额支助 在税收抵免 电价 研发等方面给予大量支持 国内多晶硅企业与国外相比还存在不少差距 一是高纯度多晶硅 电子级 有待突破 电子级产品接受度不高 二是关键设备 零部件及原材料有赖进口 三是多晶硅基础物性和前沿技术研究严重不足 企业在研发投入差距较大 四是多晶硅系统集成能力有待提高 能耗物耗仍有待优化 以上导致国内多晶硅成本高 企业竞争力不足 报告内容 引言多晶硅行业与市场概况多晶硅技术发展趋势技术创新的建议 16 2020年4月5日星期日 17 多晶硅生产技术路线概述 目前90 的多晶硅采用改良西门子法生产 是目前最为成熟的多晶硅生产方法 成功运行改良西门子多晶硅生产的关键之一是充分了解反应物和生成物的组成 充分了解每步反应的最佳条件 正确地设计工厂的工艺流程及装备 另一个关键是实现连续稳定运行 实现物料充分利用的同时 实现能耗资源的综合利用 务必做到物尽其用 能尽其用 最大限度的降低生产成本 1 改良西门子法发展趋势 多晶硅生产技术发展趋势 2020年4月5日星期日 硅烷制备方法有多种 目前目前大规模工业化生产的方法仍以UCC法 REC公司 和Ethyl法 SiF4法 MEMC公司国内六九硅业和中宁硅业采用这种技术 为主 根据硅烷制备多晶硅反应器的不同 硅烷法又包括了西门子反应炉法和流化床法两类 2 硅烷热分解法发展趋势 多晶硅生产技术发展趋势 2020年4月5日星期日 属于西门子法的派生方法 美国MEMCPasadena公司开发 流化床法生产多晶硅按照所用的原料可分为三氯氢硅和硅烷两种方法 优点包括 细硅晶种量多 表面积大 气体和固体接着好 热能传递效率高 炉内反应温度比较均匀 可以提高硅烷气的浓度和増大进气量 提高了生产效率 使能耗明显降低 设备结构紧凑可以连续生产 单位时间产量比较均恒 难点包括 晶种的制备 粒状硅是在0 2mm左右的晶种上沉积长大约2mm的粒状硅 要避免破碎 保存和运输过程中不被杂质沾污以保证产品纯度 需控制炉控内轴向和纵向的温度的均匀分布 气体流速和压力 防止在炉壁上沉积硅 降低沾污 使用专有的喷嘴控制和减少细硅粉的生成 避免堵塞 3 流化床 FBR 工艺发展趋势 多晶硅生产技术发展趋势 2020年4月5日星期日 从低成本太阳能级硅材料提纯的发展趋势以及国外大厂的扩产趋势来看 流化床法即是硅烷法也是西门子法发展的一个重要方向 MEMC 2700吨生产线 REC 10500吨生产线 Wacker等国外厂商在扩产中采用了流化床法 美国Hemlock公司将开设实验性FBR生产线 目前我国还未有流化床法技术研究应用的报道 从事该技术的研发需要深厚的技术积累和资金投入 与硅烷法一样也需要解决安全生产的问题 REC硅烷法年产150吨扩大试验和年产10500吨FBR厂 3 流化床 FBR 工艺发展趋势 多晶硅生产技术发展趋势 2020年4月5日星期日 冶金级硅精炼是利用Si与杂质元素物理与化学性质的差别 联合多种方法 如酸浸 真空精炼 等离子加热技术 定向凝固等制备太阳能级硅 以日本JFE 挪威Elkem等公司为代表 日本JFE公司工艺过程如图所示 真空电子束除P 定向凝固 等离子除B和C等 2012年2月JFE已宣布退出 国内从事研究的单位较多 有代表性的包括 宁夏发电 河南讯天宇 昆明理工大学等 国内外整体技术差距不大 重点关注 纯度 电池效率 暗电流等 成本 多晶硅生产技术发展趋势 4 冶金法 或物理法 工艺发展趋势 JFE冶金法工艺流程 2020年4月5日星期日 属于西门法的派生技术 日本Tokuyama公司2005年开发 将石墨管升温至1500 SiHCl3和H2气体从石墨管上部注入 并在管内壁1500 处反应生成液体硅和SiCl4 其中液体Si滴入反应器底部 固化生成多晶硅 优点 沉积速率约为经典西门子工艺的10倍 硅以液体形式出现 既避免了流化床技术中出现的粉尘问题 可实现连续操作 问题 碳和重金属的含量较高 工艺及设备仍未成熟 多晶硅生产技术发展趋势 5 其他新工艺 气液沉积 VLD 工艺发展趋势 2020年4月5日星期日 2020年4月5日星期日 24 国内多晶硅生产技术发展情况 1 总体发展趋势 1957 1997 1998 2005 2005 2009 2010年后 创业阶段 摸索阶段 提升阶段 成熟阶段 生产工艺技术较为落后积累了生产实践经验 百吨级生产工艺技术实现工业化水平有一定提升 千吨级生产技术取得进展产业化规模迅速扩大 企业达到万吨级产业逐步成熟国内国际竞争压力大 国内多晶硅产能增长情况单位 吨 2020年4月5日星期日 25 提升改良西门子工艺大规模低成本清洁生产技术 突破硅烷法工艺规模化生产 探索物理 化学冶金法等低成本新工艺技术 实现多晶硅材料生产成本降低30 国内多晶硅生产技术发展情况 2 国家 十二五 规划多晶硅产业目标 太阳能发电科技发展 十二五 专项规划 太阳能光伏产业 十二五 发展规划 支持骨干企业做优做强 到2015年形成 多晶硅领先企业达到5万吨级 骨干企业达到万吨级水平 多晶硅生产实现产业规模 产品质量和环保水平的同步提高 还原尾气中四氯化硅 氯化氢 氢气回收利用率不低于98 5 99 99 到2015年平均综合电耗低于120度 公斤 2020年4月5日星期日 26 国内多晶硅生产技术发展情况 国内多晶硅生产企业的能耗变化趋势 国内多晶硅生产成本下降趋势 3 能耗 生产成本下降趋势 2020年4月5日星期日 27 国内多晶硅生产技术发展情况 3 能耗 生产成本下降趋势 江苏中能公司多晶硅生产能耗下降趋势 洛阳中硅公司多晶硅生产能耗下降趋势 2020年4月5日星期日 28 国内多晶硅生产技术发展情况 4 环保与综合利用技术发展趋势 多晶硅生产副产物 四氯化硅 三氯氢硅 氯化氢 氢气等 二氯二氢硅 高低沸点物等 氢化 高温氢化 低温氢化 氯氢化等 外售 回收 分离提纯 再循环利用 淋洗 中和 歧化回收 气相白炭黑等 多晶硅副产物处理的几种途径 对于四氯化硅的循环再利用 从国内企业目前布局比较适用的是采取氢化 包括高温氢化 低温或氯氢化 处理方式 将其转化为三氯氢硅再利用 多晶硅生产中所产生的高低沸点物等较难回收的副产物 国内多晶硅企业主要采用的是淋洗 碱中和等方式 部分企业也已投入了歧化处理 白炭黑制备等设备进行处理 有利于提高企业综合经济效益 减少环保压力 总体来看我国多晶硅企业还需加快技术研发 多渠道开发多晶硅副产物制备高附加值产品 寻求实现资源相互利用 节能减排 相互促进的良性发展新模式 多晶硅副产物处理 国内多晶硅生产技术发展情况 4 环保与综合利用技术发展趋势 高温 低温氢化工艺比较 2020年4月5日星期日 报告内容 引言多晶硅行业与市场概况多晶硅技术发展趋势技术创新的建议 30 2020年4月5日星期日 31 多晶硅产业技术创新的建议 1 生产成本的构成 降低多晶硅综合成本的关键是控制能耗 电力 蒸汽等 成本 TCS成本和折旧成本 中能公司多晶硅生产综合成本来源 GCL2011季报 以外购三氯氢硅为主的企业 其原辅材料的成本比例一般较大 2020年4月5日星期日 32 多晶硅产业技术创新的建议 2 能耗成本控制 选在电力成本相对低廉的地区建设多晶硅厂 减少还原电耗 多对棒还原炉 加压还原炉 流化床还原 减少氢化电耗 低温氢化 高效热氢化 提高提纯效率 减少提纯能耗 高效筛板塔等提纯工艺 能耗的 综合利用 单位还原电耗与硅棒数量 反应压力的关系 来源 GTAT研究报告 近年来CVD还原炉产量和能耗的进步 来源 GTAT产品报告 REC硅烷流化床法多晶硅的生产成本 2020年4月5日星期日 33 多晶硅产业技术创新的建议 3 原材料成本控制 提高三氯氢硅 TCS 的自给率 提高单体反应装置能力 提高合成效率 降低能耗物耗 提高氢化率 提高一次转换率 提高氢化能力 提高设备运行周期和稳定性 尾气回收利用 通过尾气干法回收和深冷回收提高原料利用效率 通过凝水回收 热能回收 废水综合回收 高效精馏技术 优化物料输送提高能源利用效率 通过增加歧化装置将易燃易爆的将DCS 二氯二氢硅 转化为TCS 提高TCS的转化率 TCS自产率提高使多晶硅生产成本下降来源 GCL2010年报 通过氢化STC自产TCS的成本仅是外购TCS成本的1 3 2020年4月5日星期日 34 多晶硅产业技术创新的建议 4 生产折旧成本控制 规模效益与协同效益 年产量1万吨工厂的单位建设成本是年产量1500吨工厂的一半甚至更低 国产化率 提高设备国产化率也是国内厂商降低单位建设成本的途径 工艺和设备 选择合适的工艺方案和恰当的生产设备可以有效降低单位建设成本 产能利用率 高的开工率和设备的稳定运行是降低生产成本的必要条件 新旧产能的协同效益使OCI的扩建成本大幅降低 2020年4月5日星期日 35 多晶硅产业技术创新的建议 4 行业规范与行业自律 盲目建设 低水平重复 同质化竞争现象十分严重 2011年6月 工信部发布了 关于印发 多晶硅行业准入申请