多晶硅生产能耗计算Word格式.docx

1、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：E P 1为“硅砂冶金硅”的能耗： 13kwh/kgEP2为 冶金硅一一多晶硅”的能耗200kwh/kg，（改良西门子法国内平均水 平,世界先进水平为 150-180 kwh/kg）EP3为 多晶硅一一多晶硅片”的能耗9kwh/kg，（多晶硅铸锭重量270kg, 目前主流应为450kg，另单晶硅片的电耗比多晶硅略高，如考虑未来技术发展 趋势，156X 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 6

2、0kWh/kg）EP4为 多晶硅片一一多晶硅光伏电池”的能耗0.2kwh/Wp ;EP5为 光伏电池一一光伏组件”的能耗0.15kwh/Wp，含封装材料（钢化玻 璃，EVA TPT等）的生产能耗；EP6为 光伏组件一一光伏系统”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 x 125mnS勺硅片（薄片可切7090片）， 每片平均

3、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 x 1.5 x 1000g/144Wp = 12.5g/W根据上述参数计算，得到各环节电力消耗情况如下：EP1 =13kWh/kg x 12.5g/Wp/1000 = 0.1625 kWh/WpEP2 = 200kWh/kg x 8.3g/Wp/1000 = 1.66 kWh/WpEP3 =9kWh/kg - 144Wp/kg = 0.0625 kWh/Wp全部能量消耗：=2.545kWh/Wp太阳电

4、池组件产率=98% （即封装成品率），全部能量消耗：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：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

5、%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

6、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、低成本效益会更显著。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，太阳能光伏发电将迎来发展的春天。 ”1.2

7、 晶硅光伏发电与传统煤电比较据统计：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。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 x 30=45kVyh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 底，全国历年光伏发电总装机容量为 320MW，国内应用刚刚开始。随着光伏发 电被社会认识,有识之士富有远见的投资,推广应用会更加普及,假设中国每 年安装10GWp，其总能耗折标煤为31.9万吨，对应的多

8、晶硅消耗量为 8.3万 吨， 2009年全国耗煤量为 31亿吨，仅占 0.02865%，能耗微不足道。 2009 年中 国的多晶硅产量约 2万吨，消耗电力 44.5亿千瓦时， 2009年全国电力消耗为 36973 亿千瓦时，占0.1203%；折标煤 152.19 万吨，占全国总煤耗的 0.04909%，能源消耗甚 微。 2009年多晶硅需求 4 万吨，仍有 50%需要进口，能源消耗有限，但产业对 国际社会影响和人类可再生能源领域的贡献巨大，实在不必大动干戈，打压这 个新兴战略产业。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、延长寿命创造良好条件。国内已有光

9、伏企业将晶硅太阳能电 池寿命目标调整为 40 年，发电效率：多晶硅光伏发电效率为 1820%，单晶硅光伏发电效率为 2022%，发电成 本介于 1.31.5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 有3.55USD/Wp降低到目前的1.52USD/Wp,效果显著。另外：根据光伏产业的学习曲线,

10、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：国家德国西班牙美国日本意大利法国中国韩国捷克比利时其他合计2008年1.53 2.28 0.35 0.23 0.34 0.1 0.04 0.28 0.03 0.048 0.29 5.52200年9 3.80.150.4750.4840.700.2850.140.170.4110.2920.37.3009占有率% 52.1 2.1 6.5 6.6 9.6 3.9 2.0 2.3 5.6 4.0 5.1 100由上表可看出,国际装机容量比较,数据说明,中 国光伏情况与世界第一生产大国极不相称。1.3多晶硅

11、生产与电解铝的耗能比较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。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：万元。2009年全国电解铝消费量1439万吨，耗电1.4万千瓦小时/t X 1439 万吨=2014.6亿千瓦小时， 2009年全国电力消费量 36973亿千瓦小时，占总用 电量的 5.

12、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公斤 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 65X 6.83 X 1000 =44.39元/吨，其万元GDP产值值耗指标：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%。通过限定多晶硅生产和 进出口对降低GDP能耗和氧化碳排放量毫无帮助。如果年产多晶硅 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/kgX5X100X1000 = 1亿00千瓦小时，占全国 2

13、009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，基本偿还电能消耗。此后，每年发电量93.75亿千瓦小时与煤电（按342gce/kWh、产生二氧化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 永逸的好事情。2 多晶硅生产污染物及处理2.1多晶硅生产工艺与副产物处理多晶硅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一一分离，其中：SiCl4、Si

14、HCI3混合液送精馏提纯，得到高纯 SiHCI3送还原生产多晶硅，SiCI4送 氢化系统转化为三氯氢硅，提纯后再返回还原系统使用； HCI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。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 1020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：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：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。2.2多晶硅生产 “三废”处理多晶硅生产的 “三废”：废

15、气：主要成份N2,含少量H2、 HCI、 Si2HCI2、 SiHCI3、 SiCI4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。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

16、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 ”。2008年 3月 9日，西方某媒体发表了一篇题为 “中国太阳能生产厂家将工业 垃圾倾倒在厂后 ”的报道，在国内外太阳能产业领域中引起了不少议论，有关领 导也给予关注。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、随机到现场调查，当地环保部门也进行为期 2 周现场突击检测，最终结论是中硅高科 “三废 ”全部达标排放。事后专家分析，当时在中国主办奥运会的背景下，西方媒体多条渠道寻找 中国负面新闻。而太阳能光伏产业 2007 年已超过美国、日本，成为世界第一大 生产国，其

17、主原料多晶硅 2007年产量 1130 吨，突破千吨大关，实现规模生 产，技术封锁和市场垄断被打破，中硅高科当年产量 506 吨，约占全国 50%， 列首位，理所当然成为关注焦点，但该媒体将生产和调试过程中的偶发事件进 行了报道和渲染，内容与实际情况相差甚远，是一次打压中国民族多晶硅产业 的政治事件。但此报道到目前仍成为证明多晶硅有污染的重要依据之一。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

18、，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材料公司的产量 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。如果是 高能耗、高污染”产业，美国怎么会让其长期生产？而且 “控制技术，垄断市场 ”如此之久？世界多晶硅重心集聚美国，得益于美国给多晶

19、硅厂优惠电价，长期以来，电价23美分/kWh，具备明显优势，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。时至今日，传统 7 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。扩建仍在美国、德国、马来西亚等地。如果多晶硅生产是 “高能 耗、高排放 ”，美、日、德为何一直把多晶硅生产留在本国，产品高价出口？为 何一直封锁技术、垄断市场？如果出口多晶硅是出口 “宝贵的能源 ”，为何美、 日、德仍然乐此不疲？4 网上关于 “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

20、禁止相关的加工贸易 ”的政策。前已叙及，多晶硅的能耗与 “三废”排放情况。如有疑问，可去现场调查。 2009年底，工信部分 3个小组全国调查，很有成效，现场没有发现 “高排放、高 污染”问题。多年来，中国多晶硅需求依赖进口，在艰苦、被动的环境下发展壮大光伏 产业，连续 3 年成为世界第一！国际前十位光伏企业中，可见到 4家中国企 业，多么自豪的事情！中国一大批光伏企业进军国际市场，解决国内就业、增 加税收的同时，培养了一大批国际型企业，按照 “出口多晶硅就是出口优质能 源”的逻辑，国际多晶硅公司为何还要低价出口中国？多晶硅和煤炭、石油等是具备同样属性的产品，是一种重要的、高效的能 源材料，如果

21、考虑到未来光伏产业的大趋势，多晶硅产业更是关系到未来一个 大国竞争力的核心产业，如果发展的比较弱，就会像今天的石油、铁矿石一样 受制于人。 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；本的 德山曹达公司也忙着扩产，国外多晶硅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。多晶硅行业发展仅 3 年时间，打破了国外的封锁与垄断，是典型的 “幼稚产 业”，需要呵护与支持，多晶硅产业在中国需要高水平发展。5 结论与建议综上所述，多晶硅是信息产业和太阳能光伏发电产业的基

22、础原材料，作为 多晶硅太阳能光伏发电的基础原材料，在其作为光伏发电材料寿命长达 25-40 年，工作 25 年效率下降 20%，发电零排放，无燃料消耗，无噪声，无污染；发 电不用水，可以在荒漠地区建设，改善沙漠环境；运行可靠，无机械转动部 件，使用安全，免维护，无人值守；生产原料丰富，硅储量为地壳上仅次于 氧，排列第二，达到 26%。太阳能光伏发电可以安装到建筑上（BIPV，规模大小皆宜，10W- 100GW,可以 搭积木”式建设和安装，安装容易，建设周期短，安装成本低； 太阳能发电规律性强，调峰效果明显，调度比风力发电容易。德国、日本、美 国等发达国家，依靠政府力量，推进产业发展，值得我们学

23、习和借鉴。多晶硅 作为高效能源材料，不能简单归为 “高能耗 ”。多晶硅生产 “三废”排放极为有限， 处理容易，各大公司都已做到达标排放，不存在 “高污染 ”。多晶硅是 “幼稚工业 ”，是战略性新型产业的基本原材料，需要政府客观对 待，提供产业政策支持：1 、受金融危机影响，多晶硅暴利时代一去不复返了，多数多晶硅企业处在 市场与技术困难重压下，在市场调节下，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，加快国内光伏发电项目实施，让中国制 造的清洁能源在中国发挥作用，造福子孙后代。3、支持科技研发：国家进一步支持、加大科技投入，提升技术水平，提高质量、稳定质量， 降低消耗，提高综合利用能力。4、鼓励多晶硅企业兼并、重组，利用具备良好基础的企业，帮助新上企业 或处于困境的企业，提升技术，尽快实现达产达标，减少行业损失。5、 电力直购，电价优惠。美国多晶硅电价 23美分/kWh，日本德山曹达、 德国瓦克拥有自备电站。为多晶硅企业参与国际竞争创造平等条件。6、 税收、融资政策支持。致谢：本文数据国家发改委能源研究所王斯成研究员、中国电子材料行业协会秘书长袁桐 教授、中国电子材料行业协会半导体分会朱黎辉教授，特此致谢！