多晶硅生产能耗计算.docx

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多晶硅生产能耗计算

多晶硅生产不存在“高能耗、高排放”？

2010-10-908:

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纲要:

多晶硅是信息家产和太阳能光伏发电家产的基础原资料，世界多个国家将其列为战略性资料，对我国实行技术封闭和市场垄断，国内需求长远依靠入口。

多晶硅经过多年的努力，中硅高科依靠中国恩菲2005年建成第一条家产化

示...

多晶硅是信息家产和太阳能光伏发电家产的基础原资料，世界多个国家将其列为战略性资料，对我国实行技术封闭和市场垄断，国内需求长远依靠进

口。

多晶硅经过多年的努力，中硅高科依靠中国恩菲2005年建成第一条家产化示范线，打破了多年的技术封闭和市场垄断，实现规模化供给，解决光伏家产“两端在外”的“一头”问题，初步形成一个拥有战略意义的新式家产。

可是，近来多晶硅行业向来受“高能耗、高排放”的困扰，各项优惠政策和科研受阻，对一个刚才盛行的家产形成致命打击，本文剖析了多晶硅以致整个光伏行业生产过

程中的能源耗费、能源贡献以及对降低GDP能耗的贡献，剖析了多晶硅洁净生产过程，以利于行业的长远健康发展。

1、多晶硅生产能耗状况

1.1光伏发电的生产电耗与寿命周期发电量对照

1/11

2009年，全球光伏发电组件产量：

10.1GW，此中，晶体硅太阳电池产量

为8.5GW，薄膜太阳电池1.6GW，晶体硅太阳电池占总产量的84.16%，是现在市场主流，所以要点剖析晶体硅太阳电池的能耗。

1.1.1晶体硅光伏发电家产链

图1晶体硅太阳电池家产链

1.1.2能耗计算界限条件

以原料硅砂为起点，到制成晶体硅光伏发电系统，所有能量耗费EP表达

式：

EP=EP1+EP2+EP3+EP4+EP5+EP6

此中：

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，（改进西门子法国内均匀水平，世界先进水平为150-180kwh/kg）

EP3为“多晶硅——多晶硅片”的能耗9kwh/kg，（多晶硅铸锭重量270kg，[当前主流应为450kg，另单晶硅片的电耗比多晶硅略高，如考虑将来技术发展

趋向，156×156mm硅片尺寸将成为主流，电耗还有降低的空间]，使用多线切割机切片能耗水平。

单晶硅约为60kWh/kg）

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，含封装资料（钢化玻璃，EVA，TPT等）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、开关、支架、仪表等的生产能耗。

1.1.3计算结果

2/11

多晶硅生产耗费工业硅原料：

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耗费高纯多晶硅：

1.2kg，即1kg硅锭/硅棒需要1.2kg高纯多晶硅；

1kg硅棒或硅锭能够切60片125×125mm的硅片（薄片可切70~90片），每片均匀制造2.4Wp太阳电池，共计为：

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;依据上述参数计算，获取各环节电力耗费状况以下：

EP1=13kWh/kg×12.5g/Wp/1000=0.1625kWh/Wp

EP2=200kWh/kg×8.3g/Wp/1000=1.66kWh/Wp

EP3=9kWh/kg÷144Wp/kg=0.0625kWh/Wp

所有能量耗费：

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），所有能量耗费：

1.1.4能量回收期计算

光伏发电系统的能量回收期TP（年）＝制造光伏系统的所有能耗/光伏发电系统年发电量，即光伏发电的增值效应。

依据上边的测算，能够获取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，光伏发电系统的年均匀利用小时数

为3000小时（已经考虑了系统效率），东部差一些，约为1000小时，均匀1500小时，即每峰瓦太阳电池一年能够发出1.5kWh的电。

由此，能够计算出

3/11

光伏发电的能量回收期：

年跟着太阳级硅资料能耗降落（200kwh/kg—

160kwh/kg），光伏电池效率持续提高（17%—22%），基片持续减薄，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能够达到20倍以上。

薄膜太阳电池的能量回收期

大概只有1年。

依照测算结果，完整能够利用光伏发电来生产光伏电池，实现良性的，可永续的太阳能家产。

当前，国内生产的太阳能组件的使用寿命25年，以此计算，生产出的太阳

能组件在实现生产能耗回收后，几乎不用再耗费电量，即可发电约22年，并且没有任何污染物排放。

事实上，即便25年以后，太阳能组件的发电效率大概相当于25年以前的80%，仍可使用很长一段时间。

2009年，中硅高科代表团在接见德国康次坦茨国际太阳能研究中心时，看到该中心采集的一组1983年产的太阳能单晶硅电池，当前转变效率仍可稳固在

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，用于气象观察站，当前仍可发电，计算寿命已达到33年。

跟着国内多晶硅质量提高、稳固，多晶硅供给逐渐富饶，太阳能光伏发电

高转变率、长寿命、低成本效益会更明显。

我国已经向国际社会承诺到20年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年降落40%-45%，非化石能源占一次能源花费的比重达到15%左右。

这此中，

继风电、核电大发展以后，太阳能光伏发电将迎来发展的春季。

”

1.2晶硅光伏发电与传统煤电比较

据统计：

2009年全国发电煤耗均匀为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。

晶硅太阳能电池寿命30年，基本免保护，寿命期内均匀发电量

1.5×30=45kWh，折标煤为19.73克标准煤/kWh，仅煤电的，多好的能源！

2009年中国光伏发电装机容量140MW，占总产量的2%，截止到2009年末，全国历年光伏发电总装机容量为320MW，国内应用刚才开始。

跟着光伏发电被社会认识，有识之士富裕远见的投资，推行应用会更为普及，假定中国每

年安装10GWp，其总能耗折标煤为31.9万吨，对应的多晶硅耗费量为8.3万

4/11

吨，2009年全国耗煤量为31亿吨，仅占0.02865%，能耗不足挂齿。

2009年中国的多晶硅产量约2万吨，耗费电力44.5亿千瓦时，2009年全国电力耗费为36973亿千瓦时，占

0.1203%；折标煤152.19万吨，占全国总煤耗的0.04909%，能源耗费甚

微。

2009年多晶硅需求4万吨，仍有50%需要入口，能源耗费有限，但家产对国际社会影响和人类可重生能源领域的贡献巨大，实在不用大动兵戈，打压这个新兴战略家产。

近来几年来，我国多晶硅产量扩大，质量提高，为晶硅太阳能光伏发电提高转变率、降低成本、延伸寿命创建优秀条件。

国内已有光伏公司将晶硅太阳能电池寿命目标调整为40年，发电效率：

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，有望进一步降低。

2008年4月28日，国内光伏行业上下游结合，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价钱降低到700

元/kg，2009价钱降低到600元/kg，2010价钱降低到500元/kg，多晶硅生产公司想方想法降低成本、提高质量，已所有按要求提早达到。

光伏组建的价钱也

有

3.5~5USD/Wp降低到当前的1.5~2USD/Wp，成效明显。

此外：

依据光伏家产的学习曲线，光伏发电装机容量每增添一倍，光伏发电成本降低20%，2009年全球装机容量与比列见下表：

国家德国西班牙美国日本义大利法国中国韩国捷克比利时其余共计

2008年1.532.280.350.230.340.10.040.280.030.0480.295.522009年

据有率%52.12.16.56.6

9.63.92.02.35.64.05.1100由上表可看出，国际装机容量比较，数听说明，中

国光伏状况与世界第一世产大国极不相当。

1.3多晶硅生产与电解铝的耗能比较

5/11

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，以为：

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）；理所自然是高能耗！

可是，二者的用途不一样、二者的价值

不一样、技术附带值和总能源耗费规模不一样，对国家的贡献和战略意义不一样，不宜简单处理。

对电解铝来说，当前售价1.46万元/吨，其万元GDP产值耗能指标：

万元。

2009年全国电解铝花费量1439万吨，耗电1.4万千瓦小时/t×1439万吨=2014.6亿千瓦小时，2009年全国电力花费量36973亿千瓦小时，占总用电量的5.45%。

对多晶硅来说，依据业内测算，即便多晶硅的价钱从顶峰时的每公斤400美元掉到当前约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=44.万395元/吨，其万元GDP产值值耗指标：

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。

减少GDP二氧化碳排放量30%。

经过限制多晶硅生产和出入口对降低GDP能耗和氧化碳排放量毫无帮助。

假如年产多晶硅5万吨量，按多晶硅耗电200kWh/kg计算，满负荷生产

后，全国多晶硅耗电200kWh/kg×5×100×1000=100亿千瓦小时，占全国2009年总用电量的0.27%，不到全国电解铝耗电的。

5万吨多晶硅可制造6.25GW太阳能电池，每年发电量93.75亿千瓦小时，一年多的发电量，基本归还电能耗费。

今后，每年发电量93.75亿千瓦小时与煤电（按342gce/kWh、产生二氧化

碳量

0.85kg/kWh计算）比较，每年减少二氧化碳排放量7968.5万吨，真是一劳久逸的好事情。

2多晶硅生产污染物及办理

2.1多晶硅生产工艺与副产物办理

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多晶硅生产以金属硅为原料，与氯化氢反响合成三氯氢硅，三氯氢硅经过精馏提纯后，用高纯氢气复原获取多晶硅产品。

复原过程中，产生大量尾气，采纳干法回收系统将尾气中的成份一一分别，此中：

SiCl

4、SiHCl3混淆液送精馏提纯，获取高纯SiHCl3归复原生产多晶硅，SiCl4送

氢化系统转变成三氯氢硅，提纯后再返回复原系统使用；HCl气体送三氯氢硅合成工序；氢气返回复原工序生产多晶硅。

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。

副产物及治理：

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，如不当善办理，将直接影响生产并致使环境污染。

主流办理工艺：

氢化转变成三氯氢硅，成为多晶硅原料，返回系统使用。

协助工艺：

生产气相白碳黑、硅酸乙酯、高纯石英、光纤预制棒、有机硅等家产链其余产品。

2.2多晶硅生产“三废”办理

多晶硅生产的“三废”：

废气：

主要成份N2，含少许H

2、HCl、Si2HCl

2、SiHCl

3、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。

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办理方法：

将系统产生的废气经过管道聚集至三废办理站中的废气办理塔，利用氯硅烷极易水解和酸碱中和的原理，在废气办理塔内用碱性水对废气进行喷林清洗，从废气办理塔顶排出中性气体，主要成分是氮气和少许的氢气；氯硅烷水解产生的盐酸和二氧化硅，盐酸与碱反响形成中性水，进一步办理后达标排放；二氧化硅经过压滤固化后运至政府指定垃圾场。

多晶硅生产“三废”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，环保评估和检测系统完美，需达标才能获取生产允许，工厂干净，环境优美，不存在“高排放”。

2008年3月9日，西方某媒体发布了一篇题为“中国太阳能生产厂家将工业垃圾倾倒在厂后”的报导，在国内外太阳能家产领域中惹起了许多谈论，有关领导也赐予关注。

国家环保部、国家科技部、国家发改委、中央电视台等专家、

领导和媒体，多次、随机到现场检查，当地环保部门也进行为期2周现场突击检测，最后结论是中硅高科“三废”所有达标排放。

过后专家剖析，当时在中国主办奥运会的背景下，西方媒体多条渠道找寻

中国负面新闻。

而太阳能光伏家产2007年已超出美国、日本，成为世界第一大生产国，其主原料多晶硅2007年产量1130吨，打破千吨大关，实现规模生

产，技术封闭和市场垄断被打破，中硅高科当年产量506吨，约占全国50%，

列首位，理所自然成为关注焦点，但该媒体将生产和调试过程中的偶发事件进行了报导和衬着，内容与实质状况相差甚远，是一次打压中公民族多晶硅家产的政治事件。

但此报导到当前仍成为证明多晶硅有污染的重要依照之一。

3xx的多晶硅政策

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吨增添47.2%。

此中美国4家公司5家多晶硅厂的总产48000吨，占世界总产量的45.8%。

此中，黑姆洛克（Hemlock）公司

2009年多晶硅产量27500t/a，位列世界首位；先进硅（REC）资料公司的产量11000t/a，列世界第三；MEMC的多晶硅产量9000t/a，列世界第五。

美国的多

晶硅公司中，外国股份占多半，黑姆洛克的股份散布：

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道康宁：

63.25%、日本信越24.5%、日本三菱占12.25%；先进硅（REC）资料公司2005年时是整日资公司，当年在多晶硅市场盛行之时，将所有股份售给

挪威，并更名为REC公司；三菱（美国）也是整日资公司。

假如是“高能耗、高污染”家产，美国怎么会让其长远生产？

并且“控制技术，垄断市场”这样之久？

世界多晶硅重心集聚美国，受益于美国给多晶硅厂优惠电价，长远以来，电价2~3美分/kWh，具备显然优势，还有税收的优惠。

德国瓦克拥有自备水电站和火力电站，日本德山曹达拥有自备火力电站。

时到现在日，传统7大多晶硅公司依旧没有一家在中国建厂，也没有一家对

外转让技术。

扩建仍在美国、德国、马来西亚等地。

假如多晶硅生产是“高能耗、高排放”，美、日、德为什么向来把多晶硅生产留在本国，产品高价出口？

为什么向来封闭技术、垄断市场？

假如出口多晶硅是出口“可贵的能源”，为什么美、日、德仍旧乐此不疲？

4网上对于“高能耗、高污染”传说

网上传言，商务部拟将多晶硅列入六大“高能耗，高排放”的“两高”行业名单，拟出台“限制多晶硅产品出口，并严禁有关的加工贸易”的政策。

前已叙及，多晶硅的能耗与“三废”排放状况。

若有疑问，可去现场检查。

2009年末，工信部分3个小组全国检查，很有收效，现场没有发现“高排放、高污染”问题。

多年来，中国多晶硅需求依靠入口，在艰辛、被动的环境下发展壮大光伏家产，连续3年景为世界第一！

国际前十位光伏公司中，可见到4家中国公司，多么骄傲的事情！

中国一大量光伏公司进军国际市场，解决国内就业、增添税收的同时，培育了一大量国际型公司，依照“出口多晶硅就是出口优良能源”的逻辑，国际多晶硅公司为什么还要廉价出口中国？

多晶硅和煤炭、石油等是具备相同属性的产品，是一种重要的、高效的能源资料，假如考虑到将来光伏家产的大趋向，多晶硅家产更是关系到将来一个大国竞争力的中心家产，假如发展的比较弱，就会像今日的石油、铁矿石相同受制于人。

2010年以来外国多晶硅公司扩产快速。

此中德国瓦克公司的产能将

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在今年末达到2.2万吨以上；美国的海姆洛克公司也宣告将产能扩大一倍；本的德山曹达公司也忙着扩产，外国多晶硅在中国多晶硅发展的天真时期，廉价入口到中国，与中国本地多晶硅公司争抢客户，竞争已异样强烈。

多晶硅行业发展仅3年时间，打破了外国的封闭与垄断，是典型的“天真家产”，需要珍爱与支持，多晶硅家产在中国需要高水平发展。

5结论与建议

综上所述，多晶硅是信息家产和太阳能光伏发电家产的基础原资料，作为

多晶硅太阳能光伏发电的基础原资料，在其作为光伏发电资料寿命长达25-40年，工作25年效率降落20%，发电零排放，无燃料耗费，无噪声，无污染；发电不用水，能够在荒漠地域建设，改良荒漠环境；运转靠谱，无机械转动部

件，使用安全，免保护，无人值守；生产原料丰富，硅储量为地壳上仅次于氧，摆列第二，达到26%。

太阳能光伏发电能够安装到建筑上（BIPV），规模大小皆宜，10W-100GW，能够“搭积木”式建设和安装，安装简单，建设周期短，安装成本低；

太阳能发电规律性强，调峰成效显然，调动比风力发电简单。

德国、日本、美国等发达国家，依靠政府力量，推动家产发展，值得我们学习和借鉴。

多晶硅

作为高效能源资料，不可以简单归为“高能耗”。

多晶硅生产“三废”排放极为有限，办理简单，各大公司都已做抵达标排放，不存在“高污染”。

多晶硅是“天真工业”，是战略性新式家产的基来源资料，需要政府客观对待，供给家产政策支持：

1、受金融危机影响，多晶硅暴利时代一去不复返了，多半多晶硅公司处在

市场与技术困难重压下，在市场调理下，投资与建设已归为理智，政策宜适应变化的条件。

2、落实上网电价法：

参照德国、日本等国的成熟经验，加速国内光伏发电项目实行，让中国制造的洁净能源在中国发挥作用，造福后代后辈。

3、支持科技研发：

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国家进一步支持、加大科技投入，提高技术水平，提高质量、稳固质量，降低耗费，提高综合利用能力。

4、鼓舞多晶硅公司吞并、重组，利器具备优秀基础的公司，帮助新上公司或处于窘境的公司，提高技术，赶快实现达产达标，减少行业损失。

5、电力直购，电价优惠。

美国多晶硅电价2~3美分/kWh，日本德山曹达、德国瓦克拥有自备电站。

为多晶硅公司参加国际竞争创建同等条件。

6、税收、融资政策支持。

道谢：

本文数据

国家发改委能源研究所王斯成研究员、中国电子资料行业协会秘书长袁桐教授、中国电子资料行业协会半导体分会朱黎辉教授，特此道谢！

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