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光伏裝備
自主創新讓我國多晶硅產業熠熠生輝
2017-05-23 10:04:25 來源:中國知識產權報 作者: 【 】 瀏覽:1217次 評論:0

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       多晶硅,在日常生活中很多人對它并不陌生,太陽能電池板、集成電路芯片等都是由其生產制作而成。然而,對于多晶硅的生產過程,很多人還停留在“高能耗、高污染”的印象。“沒技術,只按傳統工藝,污染能耗問題難以避免。但通過自主技術研發,我們在多年前已經實現了清潔生產,多晶硅綜合能耗降低超過80%,并有效解決了污染問題。”中國恩菲工程技術有限公司(下稱中國恩菲)副總工程師、多晶硅材料制備技術國家工程實驗室主任嚴大洲說。

       我國多晶硅產業鏈的發展并不是一帆風順的。據介紹,在我國自主研發的多晶硅生產技術誕生之前,美、日、德等國對中國實施技術封鎖,只能從國外進口多晶硅原料。2007年堪稱中國“多晶硅元年”,當年中國多晶硅產量首超千噸,洛陽中硅高科技有限公司(下稱中硅高科)產量占一半以上。2008年,國外媒體針對我國多晶硅生產造成污染進行了不實報道,輿論打壓剛剛興起的中國多晶硅產業。2010年,我國光伏產業遭遇美、韓多晶硅低價傾銷。2012年又遭到了歐美對光伏終端產品的“雙反”制裁。經過多年努力,如今,單就光伏產業而言,我國目前市場規模已達到3600億元,很多中國企業的光伏發電產品遠銷海外。

       逆境崛起

       在行業內,多晶硅有著“上帝賜給人類的寶石”的美稱。硅礦資源無毒無害,中國硅資源尤其豐富,金屬硅產量占世界2/3,自用僅1/4,其余全部出口。如今,多晶硅已成為信息產業和新能源產業重要的原材料。

       雖然我國擁有豐富的礦產資源,但在2005年以前,美、日、德等國家都將多晶硅作為戰略材料,對我國實施技術封鎖和市場壟斷,多晶硅需求幾乎全部依賴進口。在技術受制于人的情況下,國內多晶硅行業的生產水平、規模、成本、能耗、污染等問題備受詬病。

       帶著對光伏行業巨大發展潛力的預期,中國恩菲的科研人員經過多年的技術攻關,終于打破了國外壟斷,形成了中國特色的技術路線。據嚴大洲介紹,2005年,中國恩菲利用自主研發的技術在子公司中硅高科建成了國內第一條年產300噸的多晶硅產業化示范線。2007年,國內多晶硅產量超過1000噸,盡管當時相關技術和原材料還需進口,但中國光伏發電板的產量已居世界第一位。2011年,國產多晶硅產量進一步提升,促使太陽能電池板產業鏈下游的硅成本大幅下降,促進了全產業鏈的發展。

       就在我國多晶硅產業快速發展時,2012年,歐美國家對我國光伏產業進行了“雙反”調查,使我國的光伏產品被攔在了歐美國家的國門之外。據嚴大洲介紹,歐美國家的多晶硅企業通過簽訂長單合同鎖定大量客戶,保障利潤長期化,再通過簽訂短單合同低價打壓中國新興產業。幾番措施下來,2012年,我國多晶硅行業全產業虧損,40多家企業停產,大批從國外進口的數十億元設備打了水漂。

       海外市場受阻刺激了光伏內需市場的快速發展,進而促進了我國能源結構的調整。隨著光伏內需市場的快速啟動,我國多晶硅產業肩負起了發展新能源的重任。

       技術突圍

       為了解決多晶硅生產的高耗能問題,中國恩菲的科研人員在大型節能還原爐系統研發上下了很大功夫。“節能還原爐系統是實現大規模生產多晶硅產品的關鍵技術之一,是解決多晶硅大規模生產、降低成本、提高產品質量的根本途徑。”嚴大洲介紹,節能還原爐系統設計優化,大幅提高了多晶硅節能還原爐單爐年產量,為萬噸級多晶硅生產線和節能技術提供技術支撐。他表示,目前,還原反應過程氣體單套裝置處理能力達到45000Nm3/h,多晶硅生產綜合電耗小于每公斤75千瓦時,生產每公斤多晶硅的蒸汽消耗低于30千克。這些綜合能源消耗數據代表著我國多晶硅生產技術已達到世界先進水平。

       在多晶硅生產過程中,會產生四氯化硅等副產物,以往的回收技術難以對副產物進行有效處理,進而容易對環境造成污染。“事實上,如果技術得當、處理得好,將相關副產物繼續投入生產環節加以利用,通過物料內部循環,就可以進一步提高利用效率,解決污染問題。”嚴大洲介紹,“中國恩菲創造性地提出了反應過程氣體梯級分離提純技術,采用‘加壓分離-吸收-解析-吸附-再生’工藝,實現了物料循環凈化,顛覆了傳統多晶硅生產技術把反應過程氣體作為尾氣處理的技術路線,使多晶硅生產過程氣體的分離提純、再處理與循環利用率從25%提升到99.9%,單線尾氣處理能力達到每小時4.5萬立方米,能耗與國外進口技術相比進一步降低了30%,實現了清潔生產,大幅降低物料消耗和生產成本。”

       多晶硅純度是衡量產品品質的關鍵指標,為此,中國恩菲從提高原料三氯氫硅的純度入手,攻克了高品質多晶硅原料提純的難題,發明了三氯氫硅合成、高效篩板與填料組合的加壓精餾提純技術,將原料三氯氫硅的純度精餾至9N以上,研究了影響多晶硅品質的幾十種微量組份及處理措施。

       持續研發與提升多晶硅工藝技術及裝備水平,進一步節能、減耗、降本是多晶硅行業生存和發展的唯一選擇,是獨立自主發展我國光伏產業的必經之路。嚴大洲表示,經過8年的不懈努力和技術研發,如今我國多晶硅綜合能耗大大降低,市場價格由10年前的每噸325萬元降低到如今的每噸9萬元至12萬元,自主知識產權為我國光伏產業發展奠定了基礎。

       如今,以多晶硅為原料制造的光伏發電在農村電氣化、通信行業、大型地面電站、光伏精準扶貧等方面實現快速發展。嚴大洲舉例說,在眾多多晶硅應用中,令人印象深刻的是在我國騰格里沙漠的邊緣有一處60MW光伏電站。起初建站時,這些太陽能電池板下方還是一片沙漠。漸漸地,由于電池板遮擋日照,減少了地面水分蒸發,沙化嚴重的土地上慢慢長出了草。后來,電站管理部門養了二十幾只羊吃草,到如今羊群已繁殖到上百只。光伏電站的建設,除了進行發電外,還幫助當地實現了生態修復,綠色養殖。

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