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兰天石:创新者的中局复盘:颗粒硅研发始末与未来

来源:索比光伏网发布时间:2023-02-17 16:27:23

2月16日,由索比光伏网主办的2023“光能杯跨年分享会暨2022第十届光伏行业颁奖盛典,在苏州市苏州园区香格里拉大酒店(苏州工业园区协鑫广场)隆重举办。

协鑫科技联席首席执行官兰天石出席了本届“光能杯”跨年分享会,并作主题为《创新者的中局复盘:颗粒硅研发始末与未来》的分享。

兰天石谈到,协鑫科技目前以颗粒硅为核心,同时分别在徐州、宁夏分别建立了两个5GW的标准工厂,建设N型和P型的拉晶,为客户提供颗粒硅的拉晶解决方案,单采电化学性能已经和一流的棒状硅持平,希望未来在电化学性能方面能够有更优异的表现。

未来的发展,我们更希望用绿色低碳的能源制造出更加低碳的硅基材料,同时我们在品质管控、能耗降低方面,为整个行业提供更多的工业4.0的标准。在2万吨模块生产以后,我们有信心在全球任何一个基地实现快速的迭代、规模化的生产,同时用更少的人工、更加自动化的生产过程提供颗粒硅的生产。

下文为现场演讲实录整理:

尊敬的吴老师、谢老师、尊敬的行业里面的老师,首先非常感谢曹老师,索比光伏为我颁这个奖,我很激动,过去三年是光伏飞速成长的三年,我们只是在这个行业里面游泳的弄潮儿,零碳、低碳、3060给我们一个广阔的空间我们也没有想到光伏有这么大的发展,我们也非常感谢我们的客户,包括不仅限于中环、隆基、阿特斯,包括晶科、晶澳下游客户为我们提供实验的舞台,雕琢我们的产品,能够持续地让我们进步,其实在这个过程中,不光是协鑫科技的进步,也是整个行业的进步,硅基材料的到来是我们光伏人的福音,我希望我们能够为光伏零碳产业做出更多的贡献,谢谢。

下面我想做一个关于解码协鑫FBR颗粒硅创新之路,这个报告更想用一个简短的时间向各位领导、各位老师,行业的各位专家汇报一下,在这13年的经历过程中,协鑫科技的颗粒硅到底怎么完成了突破和创新。

在2006年协鑫科技进入到光伏这个行业,在这个行业进入的时候,其实1500吨已经是不可能完成的目标,整个行业里面还在300吨级,协鑫科技通过从2006年入场,2011年完成了年产量8万吨的目标,占到全球硅基材料的27%的产能,但是那个时候我们的老板朱共山先生问我们下一代硅基材料产品是什么?会通过什么样的途径到来?我们花了接近两年的时间深度思考得到未来需要的产品一定是为发电效率更高,产品更加绿色,发电产品能耗更低的产品,在电耗方面在第一性原理上就有非常大的区别。

我们通过自己的分析、选择,我们依然成立了专门的秘密工厂,也就是中试颗粒硅工厂,从采购、设计、运行,包括建设完全独立于当时的棒状硅,接近300人的小组,全面秘密地孵化在棒状硅体系之外,单核做这个事情,11年过去了,非常感谢我的老板董事长朱共山先生有耐心扶持一个新产品的孵化、研发、中试,包括后来的工业化,以及最后两万吨模块的导出,11年,作为一个民营企业的董事长,他用一个科学家的心态看待我们一个产品的整个研发过程,这个战略耐性在行业里面一定是独一无二的。

硅片流化床法和传统的西门子法需要克服的是已经突破的点,首先是颗粒硅的硫化钛技术,比如说精细化工、石油化工技术,颗粒硅里面颗粒在持续的长大,并且还有细的颗粒导入进去,这个动态的流化过程很难控制。二是硅烷气的工业化生产,十万吨级的颗粒硅流化床的硅烷气生产,是世界上目前还没有的,千吨级的比较多,我们大家都知道硅烷是在-170度常压下才能够进行液化的气体,它的危险程度在大自然中是不存在的,也就是说硅烷一旦在空气中就会分解成水和二氧化硅,必须在高压和低温状态下能够储存。但是它又有非常大的好处就是所有的硅和氢之间发生的反应,在其他元素之间很难形成,硅的半导体属性,可以使氢+变成-1+,所以在这个点上,硅烷有天然的优越性,使颗粒硅的纯度远远高于目前的氯硅烷法,分离的难度是几何倍数。

第三是流化床核心装备材料攻关,如何不产生杂志,这个点上我们做了很多实验可能从2011年到2016年所有的工作都是第三个工作,因为最开始的时候没有污染经过运行周期的调整,包括运行时间的增长、杂质就出现了,要达到10的负9次方的才可以进入。得益于朱董事长在2016年收购了MMC的某些技术以后,完成了这个点上面盲点的突破,所以在这个点突破以后,我们实现了工业化、产品化的推出颗粒硅产品到下游实验。

2019年开始就开始做2万吨级颗粒硅的模块化,所有包含乐山、包头、徐州还有正在建设的呼市的基地都是2万吨模块生产,这个方法有非常大的好处,就像小朋友搭乐高一样,把里面金子雕刻以后,所有的设计全部是固化的,技术的合成全部通过技术流程进行固化以后,知识产权已经固化,在这个过程中,技术泄密的可能性比较少,一个点的技术突破可以同时导致所有基地的技术进步,而这个点才是我们真正颗粒硅快速一年内进行快速迭代的核心。

通过十年,我们拥有了很多的专利技术,我们只是罗列了一些关于整个颗粒硅材料,流化床材料最重要核心的136项技术,国家3项标准和4项国际标准。

在颗粒硅的新业态上我们真正做到了装备的国产化,包括下游目前单晶90%的客户都使用了颗粒硅产品,也得到了实际的验证和客户的体验,目前我们的市占率,达到了全球10%。

简单说一下颗粒硅和改良西门子法的区别,改良西门子法是六步,颗粒硅只有三步,这个就可以看到核心的土地、人力、电耗巨大的差异,我们看到核心的反应温度硅烷是700度,而西门子是1000多度,未来的西门子法很难突破13%以上的转化率,这是包含西门子法有氢,尾气回收工段。

我们可以看到目前运营的结果来看FBR颗粒硅通过三段工艺对比六段,土地可以节约60%只用40%我们在呼市的项目,728亩的地方,建成了10万的颗粒硅,包括硅烷的封装,不到60亩就做到1万吨,和最开始改良西门子一万吨相比是非常大的改善。

二是综合电耗方面,去年的年初的电耗是21度,今年已经下降到13.7度,随着规模化以后,电耗持续降低。

三是工厂投资方面下降了34%,在水耗、氢耗方面没有大量热量的转换,热量大部分都用于了压缩机氢气的推动力,没有那么多电和热之间的做工,整个水耗和氢耗损失很少,在人力方面我们目前十万吨级的颗粒硅,员工数量大概在700人左右,这是目前行业里面的标杆。

在2021年的时候,我们通过终端的产品那个时候电耗是23度左右的情况下,我们获得了法国能源署最低的碳排放37%,第二低是瓦克的57%左右,今年会继续评第二轮碳排放,目前我们相信这个排放会低于30%。很多时候大家都在质疑电耗很低,你还用蒸汽?西门子法已经不用蒸汽了,我想讲一讲西门子不用蒸汽的原因是因为把电还原电耗里面大量的电力通过炉通水散蒸回收回来,这部分牺牲的电,变成蒸汽回来的部分,颗粒硅是没有的,因为电耗足够低,所以还有一点蒸汽,但是把蒸汽加在一起也远远低于目前第一代改良西门子法。

协鑫科技目前建立的是颗粒硅为核心,同时分别在徐州、宁夏分别建立了两个5GW的标准工厂,建设N型和P型的拉晶,为客户提供颗粒硅的拉晶解决方案,单采电化学性能已经和一流的棒状硅持平,希望未来在电化学性能方面能够有更优异的表现。

2022年我们的市占率是10%,但是2025年我们有做100万吨颗粒硅的方案,前50吨在国内,后50吨根据客户的需求发往国外,2025年达到30%的市占率。

现在有400万吨的硅基材料在进行建设和设计,我们看到赛道里面明显的产能过剩,我们希望在产能过剩的区间,我们通过成本的优势、品质的优势穿越时代的周期、行业的周期,完成颗粒硅对整个行业的贡献。

从效率成本方面我们目前也在加速迭代,我们的数据在下一页里面,目前我们整个产品体系已经从五元素开始往十元素、十八元素迭代,我们希望用更低的杂质浓度、更稳的技术稳定优异的表现,汇报一下我们目前相对于改良西门子法而言,在破碎端有一个很大的优势,就是全程不需要人任何的接触,甚至不需要进行空气的接触就完成了产品的包装,其实在棒状硅体系里面这是比较难突破的一点,尤其是新加入的友商们,主要在后处理过程中需要进行破碎,这种破碎无可避免的带来钨、钴带来的污染,这是资深的多晶硅企业和目前新入局企业的差别。所以我们如何提供更稳定的产品恰恰是我们颗粒硅的优点,优点就是均匀的滤进和平稳的流动,平稳的输出。

2万吨模块以后,颗粒硅真正的成长,2022年Q1的时候,小于3的只占了18%,但是2022年的Q4,我们达到了80.23%,金属杂质浓度大幅度降低,也得到了优异表现,这一点是客户精心的雕琢,截止到今年2月份,小于3%的比例上升到93%我们预期今年粘膜会达到99%以上。

未来的发展,我们更希望用绿色低碳的能源制造出更加低碳的硅基材料,同时我们在品质管控、能耗降低方面,为整个行业提供更多的工业4.0的标准,尤其是2万吨模块生产以后,我们有信心在全球任何一个基地实现快速的迭代、规模化的生产,同时用更少的人工,更加自动化的生产过程提供颗粒硅的生产,我们实现包含不限于红外、智能机器人巡检模式,取代化工行业里面用人抄表的方式,黑灯操作系统也让我们一线的操作人员在屏幕黑的时候不要动,屏幕亮起来你需要趋势、报警需要操作什么,这些点是我们颗粒硅为整个化工领域提供示范工程优异的点。

未来的客户方面,还有20%的成本空间继续降低,这些点是颗粒硅刚刚2万吨模块化,40万吨产能释放的开始,这个赛道不会只有协鑫科技一个玩家,未来三到五家可能还有更多的玩家进入这个行业,我们坚信持续的技术迭代,在这个过程当中引领硅基材料的进步和对下一步联动式的创新。

我们也相信通过N型时代的到来,以及未来可能在CCZ方面做的颗粒硅+CCZ的迭代和化学的组合、反应,我们能够为整个光伏行业还能够提供更好的拉晶的经援产品。

我的汇报结束,谢谢大家!

责任编辑:周末

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