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滿(mǎn)足“碳達(dá)峰、碳中和”要求光伏材料顆粒硅新工藝來(lái)了

光伏們發(fā)布時(shí)間:2021-04-08 10:50:35

來(lái)源:科技日?qǐng)?bào)

作者:張曄  季天宇


光伏產(chǎn)業(yè)需要的多晶硅純度達(dá)99.9999%以上。目前,世界上絕大部分廠(chǎng)家生產(chǎn)的硅料,均采用傳統(tǒng)的改良西門(mén)子法,這是最為成熟、應(yīng)用最廣泛的工藝技術(shù)。而與改良西門(mén)子法生產(chǎn)的多晶硅相比,硅烷流化床法(FBR)生產(chǎn)的顆粒硅體積更小,能耗和成本大大降低。


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(xiàng)目投產(chǎn)后,經(jīng)過(guò)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)及下游客戶(hù)使用實(shí)證,顆粒硅各項(xiàng)指標(biāo)再獲新突破——頭尾壽命、尾碳、成晶率、單產(chǎn)、轉(zhuǎn)換效率均領(lǐng)先行業(yè)水準(zhǔn)。


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,F(xiàn)BR顆粒硅問(wèn)世后,有業(yè)內(nèi)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(tǒng)多晶硅有什么不同又為何能異軍突起?科技日?qǐng)?bào)記者4月2日就這些問(wèn)題對(duì)業(yè)內(nèi)專(zhuān)家進(jìn)行了專(zhuān)訪(fǎng)。


硅料的價(jià)格和質(zhì)量對(duì)光伏發(fā)電至關(guān)重要


眾所周知,光伏產(chǎn)業(yè)有著一條明確而清晰的產(chǎn)業(yè)鏈,硅料、硅片、電池片、組件、應(yīng)用系統(tǒng)是產(chǎn)業(yè)鏈上的5大環(huán)節(jié)。其中,硅料和硅片處于光伏產(chǎn)業(yè)鏈上游。


硅料環(huán)節(jié)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(duì)光伏發(fā)電的成本和效率也起著至關(guān)重要的作用。


近年來(lái),光伏行業(yè)發(fā)展勢(shì)頭越來(lái)越猛,2020年我國(guó)光伏新增裝機(jī)規(guī)模48.2GW,同比增長(zhǎng)60%。在終端市場(chǎng)帶動(dòng)和國(guó)家法規(guī)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(dá)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(tǒng)的改良西門(mén)子法,這是最為成熟、應(yīng)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(yīng)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(zhǎng)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(gòu)海外資產(chǎn),最終實(shí)現(xiàn)顆粒硅量產(chǎn)。


“保利協(xié)鑫顆粒硅采用獨(dú)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(yīng)制得顆粒狀多晶硅,單程轉(zhuǎn)化率可達(dá)99%,減少了尾氣回收和精餾環(huán)節(jié),反應(yīng)溫度也只有改良西門(mén)子法的60%,可以連續(xù)化生產(chǎn),能耗和成本都大大降低?!笔Y立民告訴記者。


據(jù)介紹,下游硅片廠(chǎng)家拿到傳統(tǒng)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(tǒng)多晶硅更適合新一代連續(xù)投料直拉工藝。


碳中和對(duì)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(guó)內(nèi)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。


隨著自主技術(shù)進(jìn)步和實(shí)踐檢驗(yàn),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(jié)的較高能耗,不僅制約光伏發(fā)電的成本降低,也影響我國(guó)“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。


據(jù)業(yè)內(nèi)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(jié),能耗占比達(dá)45%。2020年5月,工信部發(fā)布《光伏制造行業(yè)規(guī)范條件(2020年本》(征求意見(jiàn)稿),該規(guī)范規(guī)定,新/擴(kuò)建多晶硅綜合電耗不大于70千瓦時(shí)/千克。


“根據(jù)我們實(shí)測(cè),F(xiàn)BR顆粒硅綜合電耗僅為18千瓦時(shí)/千克,遠(yuǎn)低于行業(yè)規(guī)范?!笔Y立民說(shuō)。


我國(guó)已承諾,到2030年風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電總裝機(jī)容量將達(dá)到12億千瓦以上,這將帶動(dòng)大批光伏發(fā)電項(xiàng)目投建運(yùn)營(yíng)。根據(jù)工信部規(guī)范要求,記者沿著FBR顆粒硅和改良西門(mén)子法多晶硅的生產(chǎn)流程,分別對(duì)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(jié)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%。


憑借著產(chǎn)能、成本控制和技術(shù)等諸方面的優(yōu)勢(shì),世界光伏產(chǎn)業(yè)重心逐步向中國(guó)轉(zhuǎn)移。截至2019年,中國(guó)在多晶硅、硅片、電池片和組件環(huán)節(jié)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(guó)內(nèi)硅料產(chǎn)能約43萬(wàn)噸測(cè)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(jù)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(dāng)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(guī)范已明確提出“光伏制造企業(yè)應(yīng)采用工藝先進(jìn)、節(jié)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(shè)備”。


蔣立民向科技日?qǐng)?bào)記者介紹,經(jīng)過(guò)10年研究改進(jìn),F(xiàn)BR顆粒硅已經(jīng)較好地解決產(chǎn)品質(zhì)量、長(zhǎng)周期連續(xù)運(yùn)行、低成本等大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化問(wèn)題。2019年,實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵設(shè)備國(guó)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。未來(lái),F(xiàn)BR顆粒硅將對(duì)我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)鏈碳減排起到至關(guān)重要的作用。

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