中化新网讯 编者按 去年年底以来，业界就盛传商务部拟将多晶硅纳入高能耗、高排放的“两高”名单，此说法有俞演俞烈之势。但记者在采访中了解到，业内对此另有看法。
多位专家表示，应当从我国多晶硅行业的实际出发，从国家能源战略的角度出发，在光伏产品的整个产业链中，多晶硅生产过程可以做到绿色环保，完全可以实现达标排放甚至通过循环利用达到零排放。前不久，中国光伏产业联盟已经联合国内主要多晶硅生产企业向国家发改委、工信部、商务部、环保部、安监总局等有关部门递交了一份报告，指出多晶硅生产不存在“高能耗、高排放”。那么，多晶硅行业到底是不是“两高”行业呢？记者就此进行了一番深入调查。
多晶硅是信息产业和太阳能光伏发电产业的基础原材料，世界多个国家将其列为战略性材料，对我国实施技术封锁和市场垄断，国内需求长期依赖进口。我国多晶硅经过洛阳中硅科技、江西赛维LDK、江苏中能硅业、四川永祥股份等骨干企业多年的努力，打破了发达国家多年的技术封锁和市场垄断，实现规模化生产和供应，解决了光伏产业“两头在外”的“一头”问题，初步形成一个具有战略意义的新型产业。
但是，最近多晶硅行业一直受“高能耗、高排放”争议的困扰，各项优惠政策和科研受阻，这对一个刚刚兴起的产业形成致命打击。洛阳中硅高科技有限公司副总经理严大洲、江西赛维LDK太阳能高科技有限公司总裁兼首席运营官佟兴雪等业内专家详细向记者分析了多晶硅乃至整个光伏行业生产过程中的能源消耗、能源贡献以及对降低GDP能耗的贡献，分析了多晶硅清洁生产过程，以利于行业的长久健康发展。
全产品链的多晶硅能耗不高
如果仅从单一的多晶硅生产来看，耗能确实不低。但在我国，几乎所有的大型企业都不只生产多晶硅，而将产业链一直延伸到太阳能电池组件。2009年，全世界光伏发电组件产量为10.5 GW，其中晶体硅太阳能电池产量为8.5GW，薄膜太阳能电池1.6GW，晶体硅太阳能电池占总产量的84.16%；2010年全球光伏电池产量达到21GW，与2009年的10.5GW相比，翻了一番。晶体硅太阳电池仍然是当今市场主流。
光伏发电系统的能量回收期TP（年）＝制造光伏系统的全部能耗/光伏发电系统年发电量，即光伏发电的增值效应。根据示意图上面的测算，可以得到光伏发电从硅石到系统的总能耗为2.597kWh/Wp。中国西部的太阳能资源丰富，光伏发电系统的年平均利用小时数为3000小时（已经考虑了系统效率），东部差一些，约为1000小时，平均1500小时，即每峰瓦太阳电池一年可以发出1.5kWh的电。由此，可以计算出光伏发电的能量回收期为1.73年。随着太阳级硅材料能耗下降（200kWh/kg-160kWh/kg），光伏电池效率继续提高（17%-22%），基片继续减薄，晶体硅光伏发电系统的能量回收期有可能降到1年。若按其工作寿命为30年计算，则光伏发电系统的能量增值效应可以达到20倍以上。薄膜太阳电池的能量回收期大约只有1年。按照测算结果，完全可以利用光伏发电来生产光伏电池，实现良性的、可永续的太阳能产业。
目前，国内生产的太阳能组件的使用寿命25年，以此推算，生产出的太阳能组件在实现生产能耗回收后，几乎不用再消耗电量，即可发电约22年，并且没有任何污染物排放。事实上，即使25年之后，太阳能组件的发电效率大约相当于25年之前的80%，仍可使用很长一段时间。
2009年，中硅高科代表团在访问德国康次坦茨国际太阳能研究中心时，看到该中心收集的一组1983年产的太阳能单晶硅电池，目前转化效率仍可稳定在17%，计算其寿命已达到27年。据国内专业人士介绍，国内还有1977年生产的单晶硅太阳能电池组件，用于气象观测站，目前仍可发电，计算寿命已达到33年。随着国内多晶硅质量提高、稳定，多晶硅供应逐步富裕，太阳能光伏发电高转化率、长寿命、低成本的效益会更显著。
光伏发电前景毋庸置疑
我国已经向国际社会承诺到2020年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降40%-45%，非化石能源占一次能源消费的比重达到15%左右。这其中，继风电、核电大发展之后，太阳能光伏发电是最具潜力的。
晶硅光伏发电与传统煤电比较有极大优势。据统计：2009年全国发电煤耗平均为342克标准煤/kWh。光伏发电从硅石到系统的总能耗为2.597kWh/Wp，折标煤为888.2克标准煤/Wp。2010年平均为335克标准煤/kWh。
“晶硅太阳能电池寿命30年，基本免维护，寿命期内平均发电量1.5×30=45kWh，折标煤为19.73克标准煤/kWh，仅煤电的1/17，多好的能源！”洛阳中硅高科技有限公司副总经理严大洲向记者分析说。
严大洲介绍说，近年来，我国多晶硅产量扩大，质量提高，为晶硅太阳能光伏发电提升转化率、降低成本、延长寿命创造了良好条件。国内已有光伏企业将晶硅太阳能电池寿命目标调整为40年，同时发电效率有所提高，多晶硅光伏发电效率为18%～20%，单晶硅光伏发电效率为20%～22%，发电成本介于1.3～1.5元/kWh，并有望进一步降低。
2008年4月28日，国内光伏行业上下游联合，在洛阳宣言，要在2012年使中国光伏发电成本降低到1元/kWh，按此要求多晶硅2008价格降低到700元/kg，2009年价格降低到600元/kg，2010价格降低到500元/kg，多晶硅生产企业想方设法降低成本、提高质量，已全部按要求提前达到。光伏组建的价格也由3.5～5美元/Wp降低到目前的1.5～2美元/Wp，效果显著。另外：根据光伏产业的学习曲线，光伏发电装机容量每增长一倍，光伏发电成本降低20%，2009年全世界装机容量与比列见下表。
多晶硅生产可做到零排放
关于多晶硅污染高的说法，严大洲表示，这与其生产技术和工艺密切相关，改良的技术完全可以实现达标排放，甚至做到零排放。多晶硅可以实现充分的循环利用，其生产以金属硅为原料，与氯化氢反应合成三氯氢硅，三氯氢硅经过精馏提纯后，用高纯氢气还原得到多晶硅产品。还原过程中，产生大量尾气，采用干法回收系统将尾气中的成份分离，其中：SiCl4、SiHCl3混合液送精馏提纯，得到高纯SiHCl3还原生产多晶硅，SiCl4送氢化系统转化为三氯氢硅，提纯后再返回还原系统使用；HCl气体送三氯氢硅合成工序；氢气返回还原工序生产多晶硅。整个多晶硅生产系统是一个理想的物料循环、能量回收利用的闭路循环系统。
在多晶硅生产过程中，四氯化硅是多晶硅生产的副产物，每生产1吨多晶硅产生10～20吨四氯化硅，如不妥善处理，将直接影响生产并导致环境污染。主流处理工艺是氢化转变为三氯氢硅，成为多晶硅原料，返回系统使用。辅助工艺包括生产气相白碳黑、硅酸乙酯、高纯石英、光纤预制棒、有机硅等产业链其它产品。
多晶硅生产“三废”处理。多晶硅生产的“三废”：废气：主要成份N2，含少量H2、HCl、Si2HCl2、SiHCl3、SiCl4等；废水：废气淋洗水、纯水制备排水等, 呈酸性；废渣：硅粉、二氧化硅、石灰石渣等，无害、不溶，属一般固体废物。处理办法：将系统产生的废气通过管道汇集至三废处理站中的废气处理塔，利用氯硅烷极易水解和酸碱中和的原理，在废气处理塔内用碱性水对废气进行喷林洗涤，从废气处理塔顶排出中性气体，主要成分是氮气和少量的氢气；氯硅烷水解产生的盐酸和二氧化硅，盐酸与碱反应形成中性水，进一步处理后达标排放；二氧化硅通过压滤固化后运至政府指定垃圾场。
以江西赛维ＬＤＫ公司为例，该公司２００９年９月投产的１．５万吨高纯硅料一期项目，通过不断对最新一代的改良西门子工艺进行优化和创新，从精馏、氢化、还原、尾气回收，形成了一个全闭环的、全回收的系统，每生产一千克多晶硅的电耗不超过６０kWh，物耗水平也控制在行业标准的５０％以下，产品纯度远高于目前国内精炼纯化度行业标准，达到国际先进技术水平。“目前这一项目在运行时，对所有废弃物进行回收，真正做到了对环境无污染无危害。”赛维公司董事长兼首席执行官彭小峰表示。
可以说，目前我国的多晶硅生产，在“三废”处理方面基本没有技术难题，国内千吨级规模的工厂都有“尾气干法回收”系统，环保评估和检测体系完善，需达标才能获得生产许可，工厂洁净，环境优美，不存在“高排放”。
多晶硅耗能不应单纯比较
严大洲告诉记者，国内有些专家和政府官员，将多晶硅生产与钢铁和电解铝比较，认为多晶硅耗电200kWh/kg（折标煤68.4kgce/kg）；电解铝耗电14kWh/kg（折标煤4.788kgce/kg）；理所当然是高能耗！“但是，两者的用途不同、两者的价值不同、技术附加值和总能源消耗规模不同，对国家的贡献和战略意义不同，不宜简单处置。”严大洲分析说。
对电解铝来说，目前售价1.46万元/吨，其万元GDP产值耗能指标：4.788/1.46=3.279 tce/万元。2009年全国电解铝消费量1439万吨，耗电1.4万kWh/t×1439万吨=2014.6亿kWh，2009年全国电力消费量36973亿kWh，占总用电量的5.45%。
对多晶硅来说，根据业内测算，即使多晶硅的价格从高峰时的每千克400美元掉到目前约65美元的水平，每吨多晶硅电耗折算68.4吨标煤，GDP产值65×6.83×1000 =44.395万元/吨，其万元GDP产值值耗指标：68.4/44.395=1.54tce/万元，不到铝电解万元GDP产值能耗一半，低于全国2008年万元GDP工业产值耗能指标2.189，同时可以减少二氧化碳排放量30%。
国外积极扩产多晶硅
尽管国内对多晶硅“两高”的质疑声不断，但资料显示，国外大型企业仍在积极新建、扩建多晶硅项目。
美国是多晶硅产量最大的国家，2009年，美、日、德、韩四国多晶硅总产量84500吨，较2008年57400吨增长47.2%。其中美国4家公司5家多晶硅厂的总产48000吨，占世界总产量的45.8%。其中，黑姆洛克公司2009年多晶硅产量27500吨/年，位列世界首位；先进硅（REC）材料公司的产量11000吨/年，列世界第三；MEMC的多晶硅产量9000吨/年，列世界第五。美国的多晶硅企业中，国外股份占多数，黑姆洛克的股份分布：道康宁63.25%、日本信越24.5%、日本三菱占12.25%；先进硅（REC）材料公司2005年时是全日资企业，当年在多晶硅市场兴起之时，将全部股份售给挪威，并更名为REC公司；三菱（美国）也是全日资企业。世界多晶硅项目集聚美国，得益于美国给多晶硅厂优惠电价，长期以来，电价2～3美分/kWh，具备明显优势，还有税收的优惠。
2010年以来国外多晶硅企业扩产迅速。其中德国瓦克公司的产能将在今年底达到2.2万吨以上；美国的海姆洛克公司也宣布将产能扩大一倍；日本的德山曹达公司也忙着扩产。
据了解，时至今日，传统七大多晶硅公司依然没有一家在中国建厂，也没有一家对外转让技术，一直把多晶硅生产留在本国，产品高价出口。扩建仍在美国、德国、马来西亚等地。
多晶硅和石油、煤炭等产品的属性一样，是关系到未来一个大国竞争力的核心产业。值得注意的是，目前国外多晶硅产品在中国多晶硅发展的幼稚期间，低价进口到中国，与中国本土多晶硅企业争抢客户，竞争已异常激烈。
晶体硅太阳能电池产业链示意图
能耗计算边界条件。以原料硅砂为起点，到制成晶体硅光伏发电系统，全部能量消耗EP表达式：
EP = EP1 + EP2 + EP3 + EP4 + EP5 + EP6
其中：EP1为“硅砂--冶金硅”的能耗：13kwh/kg；
EP2 为“冶金硅--多晶硅”的能耗 200kwh/kg（改良西门子法国内平均水平）；
EP3为“多晶硅--多晶硅片”的能耗9 kwh/kg（目前国内主流，使用多线切割机切片能耗水平）；
EP4为“多晶硅片—多晶硅光伏电池”的能耗 0.2kwh/Wp；
EP5为“光伏电池—光伏组件”的能耗 0.15kwh/Wp，含封装材料的生产能耗；
EP6为“光伏组件—光伏系统”的能耗 0.31kwh/Wp，含并网控制逆变器、电缆等的生产能耗。
计算结果为：
多晶硅生产消耗工业硅原料：1.5kg，即每生产1kg高纯多晶硅需要1.5kg冶金硅；
拉制硅棒或浇铸硅锭消耗高纯多晶硅：1.2kg，即1kg硅锭/硅棒需要1.2kg高纯多晶硅；
1kg硅棒或硅锭可以切60片125×125mm的硅片（薄片可切70~90片），每片平均制造2.4Wp太阳电池，合计为：144Wp/kg；
制造每瓦太阳电池需要的高纯多晶硅：1200g/144Wp = 8.3g/Wp（国内先进水平：6g/Wp）；
制造每瓦太阳电池需要的工业硅：1.2×1.5×1000g/144Wp = 12.5g/Wp；
根据上述参数计算，得到各环节电力消耗情况如下：
EP1 =13kWh/kg×12.5g/Wp/1000 = 0.1625 kWh/Wp
EP2 = 200kWh/kg×8.3g/Wp/1000 =1.66 kWh/Wp
EP3 =9kWh/kg÷144Wp/kg = 0.0625 kWh/Wp
全部能量消耗：EP = EP1 + EP2 + EP3 + EP4 + EP5 + EP6=2.545kWh/Wp
太阳电池组件产率＝98％(即封装成品率)
全部能量消耗：2.545/0.98 = 2.597kWh/Wp
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