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被骗了?光伏制造:“清洁能源” or “高污染、高耗能”?
日期:2020-02-08   [复制链接]
责任编辑:chengling 打印收藏评论(0)[订阅到邮箱]
编者按:我国光伏企业发展可谓十分曲折,作为清洁能源的光伏产业,却因光伏生产耗能大,污染大,发出来的电还比不上耗这一说法而备受质疑,但是据了解,这些问题以基本被解决。

中国光伏企业经历了坎坷的大起大落的发展,对光伏产业的质疑也未间断,比如说“光伏生产耗能大,污染大,发出来的电还比不上耗电”。这种说法从十余年前起源,流传甚广,所以光伏是清洁能源还是高污染高耗能行业?

我们的结论是:中国光伏制造业发展之初由于受国外几十年的技术封锁或许存在过比较高的耗能和污染,但在规模发展后这些问题应该已经得到了基本解决。

光伏制造业产业链:“污染耗能”来源于硅料

光伏制造业主要包括晶硅提纯、硅锭硅片、光伏电池和光伏组件四个环节。晶硅提纯从工业硅粉中提取太阳能级晶硅,然后将硅晶体切割加工、刻蚀清洗、印刷电极制成光伏电池片,再由电池片封装制成最终的光伏组件。其中,晶硅提纯需要在高温条件下完成,需要消耗大量的电能,约占总耗能的56%-72%,是产业链中最主要的化工生产过程;而“高污染”来自高纯多晶硅生产中产生的副产物。

注:红色虚线框为所谓的“高污染、高耗能”的主要来源

光伏能耗问题:光伏发电已远大于生产耗电

晶硅提纯确实是大规模、高耗能产业。然而这不等于光伏产品就是高能耗,需要将单位光伏组件生产中所耗的总能量折算成耗电量,并与组件全寿命发电量进行比较。但随着产业的快速扩张规模化发展与技术进步,中国光伏能耗下降非常迅速,同时政府非常强调光伏生产节能发展。2006年以来随着技术进步和环保标准提高,中国光伏产业链平均综合电耗大幅度下降,2015年工信部发布的《光伏制造行业规范条件》,规定多晶硅生产过程的电耗须小于120千瓦时/千克;新建和改扩建项目须小于100千瓦时/千克,这一能耗水平应该比较接近目前世界先进水平。

以此折算,2015年符合国家规定的光伏电耗,生产一瓦光伏组件需要0.6-1.2度电,加上硅料环节的耗能,按中国中东部发电小时数1200-1400计,一瓦光伏组件年发电一年多可收回生产所耗电量;西部光照资源丰富地区如果不出现大规模弃光,回收期可能更短。因此,按光伏组件25年寿命计,光伏的发电无论如何远大于生产耗电。

多晶硅料生产环节:“高污染、高耗能”成为历史

目前制备多晶硅的工艺技术主要有改良西门子法和硅烷法。

改良西门子法:即在西门子法的基础上增加了尾气回收和四氯化硅氢化工艺,实现了生产过程的闭路循环,既可以避免剧毒副产品直接排放污染环境,又实现了原料的循环利用、大大降低了生产成本(针对单次转化率低)。

硅烷法:利用高纯度硅烷在反应器中热分解为高纯度硅。硅烷法可以分为两类,较早出现的是硅烷西门子法(Silane Siemens),即用硅烷(SiH4)而非TCS作为CVD还原炉的原料,通过硅烷的热分解和气相沉积来生产高纯度多晶硅棒料,REC旗下的REC Silicon公司采用过此方法生产电子级多晶硅;后来出现了另一类方法——硅烷流化床法(Silane FBR),以STC、H2、冶金硅和HCl为原料在流化床(FBR)高温(500℃以上,不算很高)高压(20bar以上)下氢化生成TCS,TCS通过一系列歧化反应后制得硅烷气,将硅烷气通入加有小颗粒硅粉的流化床(FBR)反应炉内进行连续热分解反应,生成粒状多晶硅。

目前国际上主流的工艺是改良西门子法,虽然硅烷流化床法在原理上具有很大的成本削减潜力,但目前,硅烷流化床法存在安全隐患大、技术不成熟、控制难度高、产出的颗粒硅过于致密反而容易挤碎坩埚等缺点,导致其实际现金成本较改良西门子法不具有优势。在现有的技术水平下,硅烷流化床法的成本优势无法得以体现,这也是其在业界市场份额很低的重要原因。目前在国内,改良西门子法生产工艺相对成熟,现在采用此方法生产的多晶硅约占据我国总产量的97.5%,未来仍将是主流生产工艺。

多晶硅原料的起点便是石英砂,从矿山中挖取石英砂,是对健康危害最深的职业之一,会让矿工染上矽肺病。下一阶段则是将冶金级的矽精炼,除去内部的杂质,让矽的纯度更高。精炼过程包括将氢氯酸加入冶金级的矽,进行氯化反应生成三氯氢矽,之后加入氢气进行一次性还原产生高纯度的多晶硅,在整个过程中最多有25%的三氯氢矽会转化为多晶硅,同时伴随非常毒的附产品四氯化矽(STC)产生,估计每生产一吨的多晶硅,会有3-4吨的四氯化矽。

如果STC直接排放,这种具强腐蚀性的有毒液体遇到潮湿空气,马上分解成矽酸和剧毒气体氯化氢,会刺激人体眼睛、皮肤与呼吸道刺激,遇上星火则会爆炸,用于倾倒或掩埋四氯化矽的土地将变成不毛之地,树木和草都无法生长。

但是目前我国多晶硅生产企业采用改良西门子法已可做到闭路循环生产,将副产物四氯化硅和尾气(氢气和氯气)回收利用,实现清洁高效。

“高污染”问题实际上停留在06年多晶硅的暴利时期:

(1)那时候硅料价格高,STC肆意排放不影响企业利润,可是现在厂商要想盈利,要想控制成本,都会对STC回收再利用。

(2)随着环保监管加强,技术的提升,生产技术已经可以满足环保要求。2010年工信部、发改委、环境保护部发布了《多晶硅行业准入条件》,规定还原尾气中四氯化硅、氯化氢、氢气回收利用率不低于98.5%、99%、99%;同时,对晶硅生产的选址、能耗、环保、规模做出了明确规定和限制。中国晶硅生产企业实现了改良西门子法的闭路循环生产,做到“可控可还”,从合成到蒸馏,从还原到尾气分离,实现循环利用。

其他污染

(1)施工及光伏发电的废弃物

在光伏发电站混凝土基础施工过程中,对生态环境的污染主要是破坏植被并造成水土流失。对于需大挖大填混凝土构筑物的基础形式,例如独立基础或是条形基础,土方开挖填筑势必造成严重的植被破坏及水土流失,对于生态脆弱地区,其后果将是致命的。土方施工过程中引起的扬尘是大气环境的主要污染源,钻孔灌注桩基础施工过程中,产生的大量废泥浆和废水往往随意堆放,干燥后形成粉尘,也会造成大气环境的污染。再者,目前,我国采用离网型光伏发电系统,这其中也有一定不绿色的因素,铅酸蓄电池是当前光伏发电系统蓄电池的主力军,该电池内含有大量有毒物质,会污染地下水。

(2)光污染

光污染会对人的眼睛造成不同程度的损害,带来视力急降,还会使人头昏心烦等神经衰弱。目前光伏发电在全国各地广泛应用,一些光伏发电系统安装在别墅等高档住宅区和城市标志性建筑上,光伏发电照明已经运用在住宅区内。但光伏电池表面玻璃和太阳能热水器集热器在阳光下反射强光,形成光污染,给生活在周围人群的生活带来上述影响。除此以外,人们的环保意识还有待加强,目前人们对光伏发电废弃物的理缺乏主动性。尤其是家庭建光伏电站,废弃物随意丢弃严重。严重污染了当地村庄、农田、河流和空气。

总而言之,光伏产业在近年以及未来对于我国产业结构的优化和经济的发展都起着十分重要的作用,现如今正是光伏产业的发展关键时期,其发展不仅需要我国政府做好相关管理和政策的安排,光伏企业本身也应加强自身技术水平的提高,配合政府解决光伏产业的技术问题和资金问题,使光伏产业完全符合国家能源产业的发展政策,为我国的经济发展带来新的商机。

原标题:被骗了?光伏制造:“清洁能源” or “高污染、高耗能”?
 
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来源:南开金融硕士宏观行研
 
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