多晶硅技術(shù)創(chuàng)新突破是中國化學(xué)工程集團有限公司（下稱中國化學(xué)）踐行“碳達(dá)峰十大行動”的生動實踐。

當(dāng)前，全球正處在能源轉(zhuǎn)型期，新能源被明確列為國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，以光伏為代表的新能源正成為能源行業(yè)向清潔低碳轉(zhuǎn)型的主力軍。然而，光伏產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)材料多晶硅技術(shù)曾一直被西方發(fā)達(dá)國家壟斷，為改變技術(shù)受制于人的被動局面，中國化學(xué)始終以“國之所需”為導(dǎo)向，思考自身對國家戰(zhàn)略以及光伏行業(yè)的貢獻(xiàn)。秉承“科技引領(lǐng)”的理念，中國化學(xué)“勇闖無人區(qū)”，在多晶硅等新材料領(lǐng)域持續(xù)創(chuàng)新，開發(fā)出多項國際先進技術(shù)，打破了西方發(fā)達(dá)國家的壟斷，填補了中國多項技術(shù)空白，為推進中國新一輪能源革命和助力建設(shè)美麗中國探索出了一條以技術(shù)創(chuàng)新踐行ESG理念，推動可持續(xù)發(fā)展的新路徑。

攻克“卡脖子”技術(shù)

黨的十八大以來，中國化學(xué)深刻把握“雙碳”承諾和自主行動關(guān)系，高度重視ESG績效，聚焦主責(zé)主業(yè)，積極打造綠色低碳產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，切實將社會責(zé)任與可持續(xù)發(fā)展的ESG理念融入戰(zhàn)略發(fā)展全過程。

伴隨“雙碳”行動提速邁進，更多產(chǎn)業(yè)迎來更大機遇，新能源、風(fēng)光儲等賽道熱度可期。要實現(xiàn)2060年前碳中和，清潔能源的消費比重預(yù)計要達(dá)到80%，其中光伏發(fā)電將成為新能源主力。多晶硅是太陽能光伏電池產(chǎn)業(yè)、半導(dǎo)體工業(yè)和電子信息產(chǎn)業(yè)中重要的功能性材料，也是硅材料產(chǎn)業(yè)鏈中十分重要的中間產(chǎn)品，被稱為“產(chǎn)業(yè)發(fā)展基石”。

而早在2006年以前，中國光伏產(chǎn)業(yè)“三頭在外”：關(guān)鍵原料在外，關(guān)鍵設(shè)備在外，市場在外。在國家明確大力發(fā)展光伏產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略與政策指引下，中國光伏產(chǎn)業(yè)迎來了發(fā)展機遇，但是多晶硅生產(chǎn)技術(shù)成為制約中國光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“卡脖子”問題。核心技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)，化緣是化不來的，實現(xiàn)多晶硅生產(chǎn)技術(shù)自主化，在那個年代已經(jīng)成為行業(yè)共識。

面對制約多晶硅量產(chǎn)的“卡脖子”難題，2005年，中國化學(xué)所屬企業(yè)組建多晶硅團隊開始攻關(guān)多晶硅的技術(shù)開發(fā)和工程設(shè)計。團隊先后設(shè)計完成了以“江蘇中能一期1500噸/年多晶硅項目”為代表的多個項目。公司團隊實現(xiàn)了從無到有的快速發(fā)展，開發(fā)并掌握了第一代冷氫化技術(shù)，在市場上嶄露頭角，有了一席之地。

2006—2010年，由于全球太陽能裝機量迅速提升，多晶硅產(chǎn)能不足，價格迅速提升。隨后全球產(chǎn)能釋放，供給恢復(fù)，疊加金融危機影響，多晶硅價格急速下滑。2010—2012年，歐債危機導(dǎo)致全球光伏裝機量大幅下滑，多晶硅供給過剩。同時，國外產(chǎn)能向中國低價傾銷，國內(nèi)企業(yè)抗風(fēng)險能力不足，大多數(shù)企業(yè)倒閉。面對幾乎席卷全行業(yè)的大敗局，中國化學(xué)最終在“舍棄”和“堅守”之間，選擇了后者。

減少電耗、降低成本才是唯一的出路，而實現(xiàn)這一切的基礎(chǔ)在于技術(shù)。從2009年起，多晶硅團隊開始進入多家生產(chǎn)企業(yè)，以“節(jié)能降耗、挖潛消瓶、提高效率”為目標(biāo)，詳細(xì)了解各裝置的工藝技術(shù)路線、裝置規(guī)模和裝備水平，結(jié)合各裝置實際的運行參數(shù)和現(xiàn)場條件，系統(tǒng)性地進行研究、分析和評估，對系統(tǒng)的物料、能量以及生產(chǎn)管理的安全性和便捷性進行分析，尋求物料和能量的充分利用，保證裝置的穩(wěn)定性，并結(jié)合當(dāng)?shù)氐膬?yōu)勢資源，揚長避短，提出合理可行的改造方案，保證裝置運行的經(jīng)濟性和可靠性。

經(jīng)過十余年的持續(xù)研究和攻關(guān)，多晶硅技術(shù)團隊成功開發(fā)和優(yōu)化了以四氯化硅冷氫化技術(shù)為首的多項工藝技術(shù)，包括冷氫化技術(shù)、熱量耦合技術(shù)、還原熱能綜合利用技術(shù)、尾氣回收技術(shù)、渣漿回收和高沸處理技術(shù)等，成功解決了多晶硅生產(chǎn)技術(shù)中遇到的一系列難題。經(jīng)過不斷的技術(shù)迭代創(chuàng)新，中國化學(xué)旗下華陸公司多晶硅技術(shù)主要消耗指標(biāo)已優(yōu)于國際先進水平，推動國內(nèi)多晶硅生產(chǎn)水平大幅度提高，促進了多晶硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

十多年來，中國化學(xué)多晶硅技術(shù)團隊持續(xù)推動冷氫化技術(shù)迭代升級，該技術(shù)從第一代升級到第五代，能耗進一步降低，僅為熱氫化技術(shù)的1/10，四氯化硅轉(zhuǎn)化率從第一代24%左右提升至32%以上。與第一代相比，第五代三氯氫硅電耗從350千瓦時/噸降至150千瓦時/噸，為目前國外冷氫化技術(shù)的三分之一左右，不到傳統(tǒng)熱氫化工藝的6%，極大程度上降低了多晶硅生產(chǎn)能耗，為全球領(lǐng)先水平。

技術(shù)難點

多晶硅還原裝置作為多晶硅最終產(chǎn)品的“生產(chǎn)車間”，同時也是多晶硅生產(chǎn)過程中的主要耗能單元，其能否高效、高質(zhì)量生產(chǎn)運行，將對最終的產(chǎn)品質(zhì)量、能源消耗起到?jīng)Q定性作用。目前，多晶硅主流生產(chǎn)工藝是改良西門子法，即采用高純氯硅烷在還原爐內(nèi)進行氣相沉積反應(yīng)生產(chǎn)高純多晶硅。但氣相沉積反應(yīng)為多變量復(fù)雜生產(chǎn)過程，受多種因素影響，難以控制。

基于機理突破、模擬驗證、創(chuàng)新實踐和多年經(jīng)驗的積累沉淀，中國化學(xué)多晶硅技術(shù)團隊首次提出分別采用獨立的汽化器和過熱器，將三氯氫硅和二氯二氫硅液體進行汽化和過熱，使得三氯氫硅氣體、二氯二氫硅氣體及高純氫氣通過各自獨立的流量控制單元，以合適的時間控制、合適的配比和流量，進入還原爐進行反應(yīng)。通過一系列變量控制操作辦法，該團隊在提高多晶硅產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率的同時，還避免了產(chǎn)生無定型硅粉以及造成后續(xù)系統(tǒng)堵塞。

高效冷氫化流化床反應(yīng)器的開發(fā)之路也并非坦途，從一代到五代，不計其數(shù)的嘗試、失敗、再創(chuàng)新，背后是巨大的努力和付出。以第五代冷氫化裝置為例，單位處理能力的提升并不是簡單的裝置尺寸放大。技術(shù)團隊也是根據(jù)一次偶然的嘗試，以反應(yīng)器入口分布為突破口，創(chuàng)新通過設(shè)置新型入口結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了整體流場的均勻、穩(wěn)定，成功解決了尺寸放大后出現(xiàn)的新問題，使得中國自主的冷氫化技術(shù)再次超越國際水平。

十余年來，中國化學(xué)多晶硅團隊持續(xù)改進優(yōu)化工藝技術(shù)，成功完成五代冷氫化技術(shù)開發(fā)，攻克了多晶硅生產(chǎn)中副產(chǎn)物四氯化硅有效轉(zhuǎn)化為三氯氫硅的世界性難題，獨創(chuàng)的大型高效冷氫化流化床反應(yīng)器，其單程轉(zhuǎn)化率高達(dá)28%，超出國外技術(shù)20%以上，單臺年處理能力達(dá)35萬噸/年，超出國外技術(shù)50%以上。開發(fā)了還原及尾氣回收熱能利用、四氯化硅與氫氣混合汽化、多級耦合精餾等節(jié)能降耗技術(shù)，技術(shù)水平國際領(lǐng)先?！耙环N用于多晶硅生產(chǎn)提高還原沉積反應(yīng)效率的方法”榮獲中國專利銀獎。同時，還實現(xiàn)了渣漿回收和高沸處理技術(shù)從無到有的跨越，開發(fā)的熱量耦合技術(shù)，使多晶硅設(shè)備投資降低60%以上，同時產(chǎn)品品質(zhì)不斷提高，從十年前的太陽能級一級、二級品，提升至電子級一級、二級品。

技術(shù)實踐

作為綠色發(fā)展的積極推動者和堅定踐行者，中國化學(xué)積極發(fā)揮產(chǎn)業(yè)鏈上游引領(lǐng)力，以技術(shù)為切口，倡導(dǎo)并推動價值鏈中的利益相關(guān)方零碳轉(zhuǎn)型，通過關(guān)注終端產(chǎn)品全生命周期碳排放，以降低產(chǎn)品碳足跡為抓手，在技術(shù)研發(fā)與咨詢服務(wù)初始環(huán)節(jié)植入綠色方案、綠色設(shè)計，推動全價值鏈減排。

在與通威集團合作的技術(shù)與工程服務(wù)過程中，中國化學(xué)技術(shù)與項目團隊通過對裝置規(guī)模的合理放大以及系統(tǒng)充分的整合優(yōu)化，最大程度降低多晶硅生產(chǎn)能耗與排放。

多晶硅產(chǎn)業(yè)一度被冠以“雙高”即高耗能、高污染的產(chǎn)業(yè)定性。在與通威集團合作過程中完成了尾氣回收技術(shù)升級、開發(fā)了還原熱能綜合利用技術(shù)，使同規(guī)模電耗下降60%，通過工廠含氫廢氣回收，大幅度降低多晶硅生產(chǎn)氫氣消耗。通過還原爐內(nèi)水資源進行階梯式能量回收，使目前國內(nèi)多晶硅工藝裝置的蒸汽接近“零消耗”，大大降低了循環(huán)水消耗，實現(xiàn)了能量充分利用，可充分結(jié)合當(dāng)?shù)氐膬?yōu)劣勢資源，保證裝置運行的經(jīng)濟性和可靠性。

目前，每噸多晶硅的硅耗由之前的2.4噸降至1.05噸、氯耗由3.5噸降至0.1噸、電耗由12萬度降至5.5萬度、水消耗140噸降至30噸，助力通威光伏終端產(chǎn)品實現(xiàn)“漁光互補”“牧光互補”等多場景應(yīng)用，為多晶硅企業(yè)綠色可持續(xù)發(fā)展提供了技術(shù)源動力。

技術(shù)收益

中國化學(xué)自2013年起，承攬了通威集團所有多晶硅項目，助力通威集團打造四川樂山、內(nèi)蒙古包頭、云南保山三大高純晶硅生產(chǎn)基地以及全球單體規(guī)模大、綜合能耗低、技術(shù)集成新、產(chǎn)品品質(zhì)優(yōu)的智能制造生產(chǎn)線，實現(xiàn)高純晶硅“中國智造”。其多晶硅產(chǎn)能從最初3000噸已增長至百萬噸級，產(chǎn)能規(guī)模全球第一，近半年全球的市占率超過25%，成為全球光伏行業(yè)首家世界500強企業(yè)，書寫了中國及全球光伏行業(yè)發(fā)展史上的重要里程碑時刻。

2021年，在中國化學(xué)的技術(shù)與項目服務(wù)支持下，通威集團旗下四川永祥2.5萬噸多晶硅項目榮獲國家優(yōu)質(zhì)工程獎，該項目單體裝置為國內(nèi)首套噸成本4萬元以下的萬噸級生產(chǎn)裝置，標(biāo)志著多晶硅低成本產(chǎn)品由千噸級到萬噸級的規(guī)模跨越。2022年中國化學(xué)多晶硅技術(shù)助力通威集團云南、內(nèi)蒙兩地實現(xiàn)全球首套20萬噸/年多晶硅裝置落地。建成投產(chǎn)以來，各項技術(shù)指標(biāo)優(yōu)于國內(nèi)先進水平。近三年來，中國化學(xué)以技術(shù)創(chuàng)新和服務(wù)提升，有效解決多晶硅產(chǎn)品純度和節(jié)能降耗難題，技術(shù)的開發(fā)不僅使中國高純晶硅產(chǎn)量從最初不到百噸發(fā)展到今天的百萬噸，也打破了國外封鎖。2022年，中國光伏產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)值已達(dá)1.4萬億，實現(xiàn)出口約3000多億。

實踐經(jīng)驗

在通威集團和中國化學(xué)持續(xù)推進技術(shù)創(chuàng)新的過程中，雙方始終保持緊密合作、同甘共苦、聚力攻關(guān)，取得了一系列豐碩的驕人成果。自2013年起，通威集團和中國化學(xué)華陸公司正式開始業(yè)務(wù)合作。2016年，四川永祥多晶硅有限公司產(chǎn)能由3000噸/年提升至20000噸/年；2017年—2019年在內(nèi)蒙古包頭及四川樂山成功打造國內(nèi)首套萬噸級多晶硅項目，為通威集團成為多晶硅領(lǐng)域“龍頭”企業(yè)打下了堅實基礎(chǔ)；2021年12月，由中國化學(xué)負(fù)責(zé)設(shè)計的四川永祥新能源有限公司2.5萬噸高純晶硅項目榮獲國家優(yōu)質(zhì)工程獎。這是自2005年多晶硅被列為國家重點鼓勵發(fā)展產(chǎn)業(yè)項目以來，多晶硅建設(shè)工程首次獲得國家最高等級的工程質(zhì)量獎。2020—2021年雙方簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議和深化合作備忘錄，開啟了雙方深化戰(zhàn)略合作新篇章?；仡櫚l(fā)展歷程，中國化學(xué)華陸公司深度參與和融入通威/永祥發(fā)展，作出了積極貢獻(xiàn)。在總結(jié)5萬噸級多晶硅項目、10萬噸級多晶硅項目等超大規(guī)模多晶硅項目設(shè)計經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，雙方取長補短、精益求精，目前正在共同打造全球首個20萬噸級的多晶項目，進一步鞏固通威多晶硅產(chǎn)能全球領(lǐng)先，確保在多晶硅產(chǎn)業(yè)的前沿技術(shù)和規(guī)模成本等方面實現(xiàn)全方位綜合領(lǐng)先，切實打造成為高純晶硅行業(yè)世界級龍頭企業(yè)。

作為長期在多晶硅領(lǐng)域深耕的中央企業(yè)，中國化學(xué)始終把鞏固光伏產(chǎn)業(yè)來之不易的成果作為己任，多晶硅團隊堅持“面向市場、面向客戶、面向項目”，把市場需求、客戶痛點、項目難點作為技術(shù)創(chuàng)新的最大關(guān)切，將提高品質(zhì)、降低成本、創(chuàng)造價值貫穿技術(shù)創(chuàng)新始終。當(dāng)前，全球正處在能源轉(zhuǎn)型期，新能源被明確列為國家戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)，以光伏為代表的新能源正成為能源行業(yè)向清潔低碳轉(zhuǎn)型的主力軍。全球光伏產(chǎn)業(yè)85%以上的產(chǎn)品均由中國出口，無論是產(chǎn)業(yè)鏈塑造，還是技術(shù)創(chuàng)新，中國已經(jīng)實現(xiàn)了由“跟跑”到“領(lǐng)跑”的跨越。這背后，有中國化學(xué)深耕多晶硅領(lǐng)域，數(shù)十年如一日科研創(chuàng)新解決光伏產(chǎn)業(yè)難題所作出的突出貢獻(xiàn)，也有通威集團這樣的光伏巨頭在產(chǎn)業(yè)鏈融通發(fā)展等方面作出的生動實踐，雙方共同開創(chuàng)出一條“融通共鏈、互利共贏、綠色發(fā)展”的光伏產(chǎn)業(yè)突圍之路。