【科技日报】光伏材料技术革命不期而至 颗粒硅有多牛

时间:2021-03-19 10:11来源:科技日报 作者:张晔 点击:

投资减少30%,生产电耗降低65%,人员降低30%……

  3月8日,保利九游会登录发布公告称,该公司硅烷流化床法(FBR)颗粒硅1万吨项目投产后,经过生产运营及下游客户使用实证,颗粒硅各项指标再获新突破。头尾寿命、尾碳、成晶率、单产、转换效率均领先行业水准。

 

  该公告发布后,引起资本市场和光伏产业界高度关注。

  目前,光伏发电的上游原材料主要是改良西门子法制备多晶硅,FBR法颗粒硅问世后,有业内专家判断,颗粒硅有望引来多晶硅制造的一场颠覆性的技术革命。那么FBR法颗粒硅究竟是一个什么样的工艺和产品?它与传统多晶硅有什么不同?它又为何能异军突起?

  光伏产业链“拥硅为王”

  众所周知,光伏产业链有着一条明确而清晰的产业链,分别是硅料、硅片、电池片、组件、应用系统五大环节。其中,硅料和硅片处于光伏产业链上游。

  硅料环节不仅制造及研发门槛高,而且资金投入极大。同时,硅料的价格和质量对光伏发电的成本和效率也起着至关重要的作用。

  近年来,光伏行业发展势头越来越猛,2020年我国光伏新增装机规模48.2GW,同比增长60%。在终端市场带动和国家法规的倒逼下,一方面上游的硅料供不应求,另一方面各家原料企业都在研发硅料新工艺。在这一背景下,颗粒硅逐渐走入人们视线。

  硅料即多晶硅,光伏产业需要的多晶硅纯度达99.9999%以上。目前,世界上绝大部分厂家生产的硅料,均采用传统的改良西门子法,这是最为成熟、应用最广泛的工艺技术。

  “改良西门子法主要原理是,把石英砂放在电炉中冶炼还原得到99%并制成工业硅粉,再与四氯化硅和氢气反应得到三氯氢硅,经过精馏、提纯、高温还原、尾气回收等一系列工艺流程,最终产出棒状多晶硅。” 保利九游会登录研究院副院长、江苏中能硅业副总裁蒋立民介绍说。

  FBR法颗粒硅也是多晶硅,但与西门子法多晶硅相比,颗粒硅看起来仅有绿豆般大小。自2010年开始,中能硅业便开始自主研发颗粒硅技术,并通过收购海外资产助力,最终实现颗粒硅量产。

  “保利九游会登录颗粒硅采用独创的硅烷流化床法制造,将原料三氯氢硅歧化制得硅烷,硅烷在流化床中进行分解反应制得颗粒状多晶硅,单程转化率可达99%,减少了尾气回收和精馏环节,反应温度也只有西门子的60%,可以连续化生产,能耗和成本都大大降低。”蒋立民告诉记者。

  据介绍,下游硅片厂家拿到传统多晶硅后,还需要破碎、清洗然后用于拉单晶,而颗粒硅不需要破碎和清洗,可以直接投料拉单晶,而且流动性好,相比于传统多晶硅更适合新一代连续投料直拉工艺。

  碳中和对光伏产业链提出更高要求

  早在多年前,光伏产业链登陆国内之时,就有声音质疑光伏产业链能耗高,造成的污染和温室气体排放高于发电收益。

  随着完全的自主技术进步和实践检验,这种质疑声音已经逐渐消失。但是,硅料和硅片制造环节的能耗依然较高,这不仅制约光伏发电成本降低,也对我国“碳达峰、碳中和”目标的实现带来影响。

  据业内人士介绍,目前光伏产业链中能耗最高的是多晶硅环节,占比达45%。2020年5月,国家工信部发布《光伏制造行业规范条件(2020年本》(征求意见稿),该规范规定,新/扩建多晶硅综合电耗不大于70 千瓦时/千克。

  “根据我们实测,FBR法颗粒硅综合电耗仅为18千瓦时/千克,远低于行业规范。”蒋立民说。

  我国已承诺,到2030年风电、太阳能发电总装机容量将达到12亿千瓦以上,这将带动大批光伏发电项目投建运营。根据工信部规范要求,记者沿着FBR法颗粒硅和改良西门子法多晶硅的生产流程,分别对二者生产的晶硅组件,在整个光伏产业链的路径进行碳足迹溯源,可以看出,仅硅料环节1吉瓦FBR法颗粒硅可减排13万吨CO2,较西门子法降低74%,从整个产业链来看,1吉瓦组件至少可降低CO2排放量47.7%。

  凭借着产能、成本控制和技术等诸方面的优势,世界光伏产业重心逐步向中国转移。截至2019年,中国在多晶硅、硅片、电池片和组件环节产量占全球比例均已超过60%,分别为67%、97%、79%和71%。

  按照2020年国内硅料产能约43万吨测算,由FBR法替代西门子法每年将减少碳排放1927万吨。根据瑞士苏黎世联邦理工学院研究推论,一公顷树冠面积每年可消耗205吨CO2,则1927万吨CO2需要9.4万公顷树冠面积,相当于每年要多种约9400万颗树。

  为淘汰限制落后光伏产能,工信部规范已明确提出:光伏制造企业应采用工艺先进、节能环保、产品质量好、生产成本低的生产技术和设备。

  蒋立民向科技日报记者介绍,经过10年研究改进,FBR法颗粒硅已经较好地解决产品质量、长周期连续运行、低成本等大规模产业化问题。2019年,实现了关键设备国产化及关键材料替代,公司还领衔主编了颗粒硅国家标准。

  目前,保利九游会登录是全球唯一具备颗粒硅技术研发与批量制造能力的厂家。早在去年9月8日,江苏中能规划产能10万吨、首期5.4万吨颗粒硅项目正式开工扩建,目前年有效产能达到1万吨。未来,FBR法颗粒硅将对我国光伏产业链碳减排起到至关重要的作用。

 

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