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多晶硅环节关键指标

本章节若无特殊注明,均为三氯氢硅西门子法棒状硅的生产指标。多晶硅生产各环节工序划分、能源消耗种类、计量和计算方法按《多晶硅企业单位产品能源消耗限额》GB29447执行。

1、还原电耗

多晶硅还原是指三氯氢硅和氢气发生还原反应生成高纯硅料的过程,其电耗包括硅芯预热、沉积、保温、结束换气等工艺过程中的电力消耗。随着市场对单晶产品需求的增大,2020年单炉致密料占比进一步提升为70%-80%,多晶硅平均还原电耗较2019年有小幅下降,为49kWh/kg-Si。未来随着气体配比的不断优化、大炉型的投用和稳定生产、以及单晶厂家对于菜花料的试用,还原电耗仍将呈现持续下降趋势,到2030年还原电耗有望下降至44kWh/kg-Si。

2、冷氢化电耗

冷氢化技术是把多晶硅生产过程中的副产物四氯化硅(SiCl4)转化为三氯氢硅(SiHCl3)的技术,其电耗包括物料供应、氢化反应系统、冷凝分离系统和精馏系统的电力消耗。各企业在物料供应环节使用不同的加热方式,如电加热、热油加热、蒸汽加热、天然气加热等,因此各企业冷氢化电耗存在差异。2020年,冷氢化平均电耗在5.3kWh/kg-Si左右,同比下降3.6%,到2030年有望下降至4.7kWh/kg-Si以下。技术进步的手段包括反应催化剂的开发、提高工艺环节中热能回收利用率、提高反应效率等。预计未来冷氢化电耗仍将稳步下降。

3、综合电耗

综合电耗是指工厂生产单位多晶硅产品所耗用的全部电力,包括合成、电解制氢、精馏、还原、尾气回收和氢化等环节的电力消耗。2020年,多晶硅平均综合电耗已降至66.5kWh/kg-Si,同比下降5%。未来随着生产装备技术提升、系统优化能力提高、生产规模增大等,预计至2030年有望下降至60kWh/kg-Si。目前硅烷流化床法颗粒硅综合电耗较三氯氢硅西门子法棒状硅低40%-50%。

4、水耗

水耗是指生产单位多晶硅产品所需要补充的水量,水的消耗主要包括蒸发、清洗等。2020年,多晶硅平均水耗在0.12 t/kg-Si的水平,同比下降7.7%。新疆地区气候干燥,蒸发量大,水耗较行业平均值高。预计到2030年,通过余热利用降低蒸发量,精馏塔排出的物料再回收利用降低残液处理水耗等措施,可将耗水量控制在0.09t/kg-Si的水平。

5、蒸汽耗量

蒸汽耗量是指生产单位多晶硅产品外购蒸汽量,不考虑还原炉余热利用所产生的蒸汽(该能量已通过电力的形式计入)。蒸汽的补充主要用于精馏、冷氢化、过程气体回收等环节。2020年企业蒸汽耗量均值为23kg/kg-Si左右,同比下降17.9%,在新疆等寒冷地区蒸汽耗量较其他地区高。随着企业还原余热利用率提升、提纯、精馏系统优化等,2030年企业蒸汽耗量将降至18kg/kg-Si。

6、综合能耗

多晶硅综合能耗包括多晶硅生产过程中所消耗的天然气、煤炭、电力、蒸汽、水等。2020年多晶硅企业综合能耗平均值为11.5kgce/kg-Si。随着技术进步和能源的综合利用,到2030年预计可降到9.6kgce/kg-Si。

7、硅单耗

硅单耗指生产单位高纯硅产品所耗费的硅量,主要包括合成、氢化工序,外购硅粉、三氯氢硅、四氯化硅等含硅物料全部折成纯硅计算,外售氯硅烷等按含硅比折成纯硅计算,从总量中扣除。2020年,硅耗在1.1kg/kg-Si水平,基本与2019年持平,且近5年变化幅度不大。随着氢化水平的提升,副产物回收利用率的增强,预计到2030年将降低到1.07kg/kg-Si。

8、还原余热利用率

还原余热利用率是指回收利用还原工艺中热量占还原工艺能耗比。2020年,多晶硅还原余热利用率平均水平在80.5%。随着多晶硅工厂大炉型的使用以及节能技术的进步,余热利用率有望进一步提升,但考虑设备本身散热和尾气带走热等影响,预计2030年还原余热利用率为82.5%。

9、棒状硅和颗粒硅市场占比

当前主流的多晶硅生产技术主要有三氯氢硅西门子法和硅烷流化床法,产品形态分别为棒状硅和颗粒硅。三氯氢硅西门子法生产工艺相对成熟,2020年采用此方法生产出的棒状硅约占全国总产量的97.2%,未来仍将是主流生产工艺。如果颗粒硅已有的扩产计划如期达产达标,颗粒硅市场占比或将高于目前预期。

10、三氯氢硅西门子法多晶硅生产线设备投资成本

随着生产装备技术的进步、单体规模的提高和工艺水平的提升,三氯氢硅西门子法多晶硅生产线设备投资成本逐年下降。2020年投产的万吨级多晶硅生产线设备投资成本已降至1.02亿元/千吨的水平。预计到2030年,千吨投资可下降至0.89亿元。

11、多晶硅人均产出量

随着多晶硅工艺技术瓶颈不断突破,工厂智能化制造水平的不断提升,多晶硅工厂的人均产出也快速提升。2020年多晶硅生产线人均产出量为36吨/年/人,与去年基本持平。随着2022-2023年多晶硅新投产线单线规模增大,自动化程度提升,人均产出量将会有较大幅度的增长,提高到45吨/年/人,到2030年提高到47.5吨/年/人。

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