光伏清潔生產(chǎn)技術(shù)與經(jīng)濟(jì)可行性的分析

在光伏行業(yè)中，采用清潔生產(chǎn)技術(shù)不但能使企業(yè)達(dá)到國家各項(xiàng)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，還有助于公司持續(xù)降低成本，在行業(yè)中取得更強(qiáng)的競爭力。例如，在多晶硅提純環(huán)節(jié)中用冷氫化替代熱氫化，可以降低反應(yīng)溫度需要，提高三氯氫硅轉(zhuǎn)化率；在硅錠/硅片原材料環(huán)節(jié)，自行回收切割液體和漿料，能夠降低成本；采用金剛線新技術(shù)替代鋼線切割，可以提高鋼線的使用效率，擺脫對切割液的依賴，具有環(huán)保和經(jīng)濟(jì)雙重效益。 　　1 清潔生產(chǎn)與多晶硅生產(chǎn)成本 　　1.1 多晶硅成本分析 　　經(jīng)過計(jì)算，多晶硅生產(chǎn)環(huán)節(jié)中電力成本占總成本的比例最高，為36% 左右，其電耗約為80‐150kWh/kg 左右，其次為折舊成本占30%，原材料成本占17%，主要原材料包括硅粉、氫氣、氯氣（TCS 合成）等，人工成本占 8%，其他占% （見圖1 ）。這幾部分成本中，電力成本下降空間最大。目前國內(nèi)多晶硅生產(chǎn)企業(yè)能耗多在150kWh/kg 左右的水平，而國內(nèi)的一些先進(jìn)企業(yè)的能耗已經(jīng)控制在80kWh/kg 以下。 　　電耗下降主要依賴于冷氫化技術(shù)的廣泛應(yīng)用。多晶硅提純產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物，如四氯化硅、酸、氫氣等，這些副產(chǎn)物的綜合利用水平，決定著高純硅材料生產(chǎn)的效率和成本。若要副產(chǎn)物得以全部回收利用，必須依靠四氯化硅氫化技術(shù)以及還原爐系統(tǒng)設(shè)備、氫化系統(tǒng)設(shè)備等滿足連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)的工藝要求。這就是國外普遍使用的“閉路循環(huán)”技術(shù)。從降低成本角度出發(fā)，燃?xì)夂推渌杀究梢酝ㄟ^擴(kuò)大規(guī)模來降低，產(chǎn)生規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益。水蒸氣可以在內(nèi)部通過熱電廠方式產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)也可以回收利用，降低相應(yīng)的成本。 圖1 晶硅成本分析（單位：美元/kg ） 　　1.2 熱氫化與冷氫化技術(shù)對比 　　根據(jù)以上的分析，冷氫化技術(shù)是有效降低多晶硅生產(chǎn)成本的技術(shù)。改良西門子法下多晶硅生產(chǎn)能耗80‐200kWh/Kg，生產(chǎn)成本18‐45 美元/Kg ，企業(yè)間差距很大，除生產(chǎn)規(guī)模之外，主要是各企業(yè)在改良西門子法的生產(chǎn)環(huán)節(jié)選擇使用傳統(tǒng)的熱氫法技術(shù)還是使用冷氫化技術(shù)，在多晶硅生產(chǎn)成本上就可以相差10美元/Kg。原因在于熱氫法的反應(yīng)溫度高，需要1000 度以上的高溫，而從硅到三氯氫硅一次轉(zhuǎn)換效率只有15%，企業(yè)通常需要從外采購三氯氫硅，致使多晶硅生產(chǎn)成本較高，冷氫法反應(yīng)溫度僅需要300‐500 度，一次三氯氫硅合成效率達(dá)到25%。 表 1 、熱氫化技術(shù)能耗以及轉(zhuǎn)化率對比 　　預(yù)計(jì)未來5 年多晶硅生產(chǎn)能耗將降至70kWh/kg，實(shí)現(xiàn)電耗成本進(jìn)一步下降。電耗下降主要依賴于冷氫化技術(shù)的廣泛應(yīng)用，目前國內(nèi)的冷氫化設(shè)備實(shí)際運(yùn)行率在60% 以下，與國際平均水平90% 還存在一定的差距。其原因主要是國內(nèi)大多數(shù)企業(yè)的生產(chǎn)工藝還比較落后，要想通過技術(shù)改造，實(shí)現(xiàn)冷氫化生產(chǎn)需要大筆資金投入，以產(chǎn)能在2 萬噸左右的樂山電力為例，冷氫化技改項(xiàng)目預(yù)計(jì)總投資7.59 億元，巨大的技改投入使眾多企業(yè)望塵莫及。  　　2 硅片與清潔生產(chǎn) 　　2.1 硅片的成本分析 　　硅片的成本中，多晶硅成本占比約為55%，切割線、切割液和刃料總占比為33%，電力、折舊及其他占12% （圖2 ）。其中，使用金剛石線可以提高效率，同時(shí)節(jié)約成本；漿料內(nèi)部回收再利用也能降低硅片的加工成本。鑄錠熱場改造，使用大尺寸坩堝，可以提高鑄錠合格率，降低能耗。此環(huán)節(jié)中，切割液的排放是液體廢棄物中化學(xué)需氧量的主要來源。通過對切割液的回收使用，能夠降低廢水排放，從而削減處理成本。而且，通過使用金鋼線切割，還能夠避免使用切割液，雖然金鋼線在成本上不具有太大優(yōu)勢，但因?yàn)槟懿皇褂们懈钜海坏軠p少切割液的使用成本，還節(jié)省了大部分的廢水處理成本，而且對環(huán)境有利，使它成為切割線的發(fā)展方向。 圖2 片加工的成本分析（單位：美元/ 瓦） 　　2.2 廢砂漿的回收利用 　　在鋼線切割的過程中，磨碎的晶硅顆粒與鋼線上的碎屑，碳化硅顆粒混雜在聚乙二醇切割液中，形成廢砂漿。通過對旋轉(zhuǎn)物理工藝實(shí)現(xiàn)對切片砂漿中硅粉的最大化去除，然后固液分離，對聚乙二醇、碳化硅微粉進(jìn)行再次回收。提高砂漿中舊砂的使用比例，回收切割液可以降低砂漿使用成本。 　　成本估算： 　　·  砂漿使用量為325kg/刀； 　　·  砂漿中砂液的比例為0.95  ∶1； 　　·  新砂價(jià)格為25 元/kg； 　　·  回收砂價(jià)格為11 元/kg； 　　· 每刀需要消耗砂158kg； 　　按照7  ∶3 比例計(jì)算，切一刀的成本為： 　　按照6  ∶4 計(jì)算，切一刀的成本為： 　　若新砂與回收砂比例由7:3 提高到6:4，則每刀可以節(jié)約成本221 元（見圖3 ） 圖3 同比例使用回收砂漿的成本對比（單位：元） 　　經(jīng)過走訪企業(yè)得知，每生產(chǎn)1MW 的硅片，約消耗30 噸的切割液，若新舊切割液比例由7:3 提高到6:4，則每生產(chǎn)1MW 的硅片可以節(jié)約30 萬元。割液中使用舊液的比例會越來越多，2010 年新舊液比例約為7:3，未來三年可達(dá)到比例依次為6:4，5:5，4:6。舊液使用的占比增加及回收效率的增大都有益于硅片成本進(jìn)一步降低，同時(shí)亦能夠降低“三廢”排放。