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乐山:“千亿硅谷”是如何炼成的?
  • 2022-12-07 15:00:13
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  • 来自:投中网

  上世纪50年代,杰拉尔德·皮尔逊、卡尔文·富勒和达里尔·查宾,三名科学家合作开发出世界上第一块以硅为原材料的太阳能电池,把转换效率提升至6%。当时《纽约时报》评论道,硅太阳能电池“可能标志着新时代的开始,最终会实现人类最渴望的梦想之一,即几乎无限量的太阳能应用于人类文明。”

  10余年后,硅材料在四川乐山生根发芽。此后半个多世纪,多晶硅产业几经沉浮,峨半厂、新光硅业、永祥股份等企业相继登台,乐山不断“跌倒”又“爬起来”,逐渐成长为中国晶硅的生产中心。

  2021年,乐山多晶硅产量6.7万吨,约占全国产量的13%。2022年1-3月,乐山硅料产量3.16万吨,占全国产量的19%。

  此外,通威在乐山新建产能超过20万吨。保利协鑫在乐山的颗粒硅项目整体规划达到50万吨。而在下游产业上,协鑫集成、京运通、晶科能源、高测股份,先后在单晶拉棒、切片、硅片、组件等环节加大投资。2022年,其产值规模将突破千亿元,是全球单一区域最大产能。

  本文着重讨论如下几个问题:

  乐山是如何崛起的?千亿硅谷是如何形成的?

  从技术的维度,乐山成为晶硅中心的过程中,付出了哪些学费?

  从周期的维度,如何判断产业周期?如何成为长期的“剩者”?

  峨半厂,晶硅技术先驱

  1958年,北京有色金属研究院338研究室的科研工作者正在发愁。他们已经通过锌还原法研制出我国第一批多晶硅。但是如何提高多晶硅纯度,并将其从实验室带到产业界,还是一个难题。

  当时,我国已经提出“向科学进军”的口号,在矿冶、通信、国防等13个方面提出57项重大科学攻坚任务。硅材料作为国防军工、通讯技术等领域重要的原材料,一直受到科学界和产业界的关注。

  1964年,冶金工业部根据国家三线建设战略,将338室内迁到四川乐山峨眉县,定名为“冶金工业部北京有色金属研究院第一研究所”,代号739。一年时间,739厂建成多晶硅和单晶硅车间,并且全面投产。真正开启了晶硅材料产业化的序幕。乐山也因此成为我国历史最悠久的晶硅材料生产基地。

  到了七十年代,739厂更名为“峨眉半导体厂”(以下简称“峨半厂”),其多晶硅等产品主要供给国防部门,为导弹、通信卫星的研发提供材料。1980年和1984年,峨半厂还先后两次收到中央和国防科工委的感谢信,表彰其在洲际导弹和通信卫星发射上的贡献。

  而且作为当时国内在晶硅领域技术最先进的企业,峨半厂不仅向罗马尼亚等国提供援助性的晶硅产品,还承担起为罗马尼亚等国培养相关领域科研人员的重任。足见其在当时产业界的地位。

  但就在国内企业平稳发展的同时,国际市场却风云变幻。

  一方面,国外企业正在积极开展改良西门子法的技术攻坚,试图大幅度降低多晶硅生产过程中的能耗和污染物,提升多晶硅品质和产量。

  另一方面,光伏太阳能正在加速从实验室走向产业界。1977年,美国总统吉米·卡特发布了针对太阳能光伏的激励政策。美国石油企业纷纷响应,大西洋里奇菲尔德公司投资2亿美元,于1980年建起了全球第一家年产超过1MW的太阳能工厂。

  这些现象表明,晶硅产业正在发生深刻变革——太阳能级多晶硅产品即将迎来大爆发。

  到了90年代,变化更为剧烈。1990年,美国政府出台了《清洁空气法案》。1993年,德国推出“10万屋顶光伏计划”。同年,日本推出“新阳光工程”。美、德、日等国都积极通过财政补贴等手段来推进光伏应用,直接带动了全球光伏产业的发展,推高了太阳能级多晶硅的产量。

  国内企业大受触动。1995年,在一次职工大会上,峨半厂厂长张惠国激动地说,“眼下市场变化带来的发展机遇稍纵即逝,我们必须加快技改,主动参与市场竞争,进行二次创业,再等下去只有死路一条!”

  此言不虚。国际市场变化给企业带来机遇,但同时也带来了强悍的竞争对手。90年代,全球1000吨以上产能的企业全部集中在美德日三国,而国内企业的总产量还不足百吨。当时,德国Wacker,美国Hemlock,日本德山集团等,依靠优质的产品和低廉的价格,将国内企业打的溃不成军。

  技改势在必行。峨半厂自1995年开始了改良西门子法的技术探索,经过不懈努力,先后掌握了4大关键技术,突破了外国企业的技术封锁。并且在1997年计划建设年产100吨多晶硅国家重点工业性试验项目。这是当时我国第一条以改良西门子法为主要技术路线的多晶硅生产线。

  但留给中国队的时间不多了。

  国外巨头长驱直入,让国内多晶硅价格一路走低。2000年,峨半厂新的生产线刚刚试产。多晶硅价格就跌到9美元/公斤(后稳定在20-25美元/公斤)。原本就苦苦支撑的中国企业纷纷倒闭。在80年代,全国有14家多晶硅生产企业,而到了20世纪末只剩下了峨半厂和洛阳单晶硅厂在风雨中飘摇。

  可以毫不夸张地说,中国企业在第一轮产业周期中全线溃败。

  不过,当时的乐山依靠悠久的产业历史和较为先进的技术水平,保留了复兴的火种。为中国多晶硅产业复兴和光伏产业崛起埋下了伏笔。

  镀金时代,剑指千亿

  21世纪初,硅料价格的暴跌,给下游组件企业带来了更高的利润空间。同时受国际市场的影响,我国也诞生了第一批光伏太阳能企业。

  2001年,光伏太阳能专家施正荣博士回国创办了无锡尚德。2005年,彭小峰创办了江西赛维LDK。随后,隆基、汉能、晶科、英利等企业相继进入光伏产业。

  与此同时,欧洲各国纷纷效仿德国,砸下真金白银补贴光伏发电。以西班牙为例,度电补贴高达58美分,2007-2008年其太阳能新装机量占到全球近一半份额。

  需求端的刺激,又带动了上游多晶硅价格回暖。2005年多晶硅价格上涨到100万元/吨,一年之后飙升到300元/吨。乐山的硅产业迎来复兴。

  2000年,继承峨半厂的技术与设备的新光硅业注册成立,年产1260吨多晶硅项目于2007年2月投产。2005年,乐山电力与天威保变合资成立乐电天威,投资22亿在乐山建设3000吨/年的多晶硅项目。2006年,东方电气入主峨半厂,成立东气峨半,进军多晶硅市场。同年,通威集团与乐山市人民政府签订1万吨多晶硅项目投资协议……

  乐山市政府更是积极谋划。2009年,乐山在《川南经济区(乐山)发展规划思路(2009年-2020年)》中规划:到2020年,累计投资650亿(自2009年起),年产35000吨多晶硅,硅材料及太阳能光伏产业实现销售收入超过1100亿元,硅材料及综合利用相关产业实现销售收入2300亿元。

  乐山的硅材料产业高歌猛进、剑指千亿,一跃跨进镀金时代。

  但镀金并非真金。当时的光伏产业“命不由己”:核心技术在外,主要市场在外,核心材料在外(包括多晶硅在内的主要原材料依然靠进口),时称“三头在外”。

  大厦建于流沙之上,崩溃就比想象中来得更快。

  2008年美国金融危机席卷全球,欧美各国经济受到重创。财政无力继续补贴消费者安装光伏组件,终端市场迅速萎缩。

  而上游硅料在全球市场已经过剩。其实早在2008年时,硅料价格就开始下行,但多晶硅的投入周期长达18-24个月。2008年大举扩张要等到2010年之后产能才会爆发,这种滞后性在一定程度上干扰了企业对于未来的判断。

  需求端和供给短的利空叠加,直接反应在多晶硅的价格走势上。在金融危机之前,多晶硅价格最高突破500美元/千克。但是到了2011年,多晶硅价格暴跌至30美元/千克。

  国内多晶硅企业瞬间傻眼。

  然而,一波未平一波又起。2011年、2012年,美国和欧盟先后对我国光伏企业征收高昂的反倾销税。其中美国征收的税率高达249.96%。整个光伏产业链雪上加霜。据统计,到了2013年,中国光伏产业链上的企业破产了350多家,市值缩水了99%。

  在上游硅料环节,乐山的东气峨半、新光硅业、乐电天威等企业相继停产。据此前的媒体报道,新光硅业2011年亏损3752.73万元,2013年前三季度亏损1.85亿元。乐电天威从2011年开始亏损,到2013年债务总额高达21亿。东方电气在2012年关闭了投资18.33亿元的多晶硅项目,并随后宣布退出多晶硅产业。

  曾经“歌舞升平”的乐山硅产业,在短短三年后,就只剩下通威旗下的永祥股份苦苦支撑。其原计划2012年9月底建成的6000吨/年的多晶硅项目也不得不宣告暂停。

  “第一财经”在相关报道中描述了当时产业的萧条景象:“(乐电天威)警务室里无人值守,工厂大门紧闭,铁栅栏的另一侧间隔数米就有一条狗,似是防盗,对着路过的行人狂吠。”而在新光硅业的厂区内“已经长起齐人高的草”。

  产业周期的重锤,再次把乐山的“硅谷梦”砸得粉碎。

  创新与救赎

  如果说10年前的行业低谷只是击碎了峨半厂的光荣与梦想。那么这一次却在整个乐山的产业上撕开了一条血口。不仅是天量的投资打了水漂,更严重的是数千名工人失去了工作岗位。

  当时的乐山部分媒体被称为“光伏业悲催样本”。其雄心勃勃的千亿规划也沦为笑柄。

  那么为什么乐山的硅料企业如此不禁打?这不仅是乐山的疑问,更是全国的疑问。

  在反思产业困境时,乐山政府人士就坦言,“企业成本太高,高于市场价格3万元—5万元/吨。”归根到底,在一个比拼成本的行业里,只有足够的低价才能赢得市场。

  那又是什么决定了成本?答案是:技术。

  多晶硅的生产能耗非常高,其能源成本占到了总成本30%以上。如果按照传统西门子法生产1千克多晶硅,耗电量高达200-400kw·h。这相当于一盏10W的LED灯泡持续照明2-4年。

  所以对于企业而言,降成本的核心就是降能耗。而降能耗的核心就是技术改革。

  通威旗下的永祥股份是当时乐山仍然在维持生产企业,也是较早进行技术改革的企业。从2009年开始,永祥股份先后进行了4次技术改革:第一次是提升热氢化技术、第二次是四氯化硅自循环技术、第三次是小型冷氢化技术、第四次是冷氢化大型化技术。

  其中,冷氢化大型化技术最为关键。

  氢化,是多晶硅生产环节中至关重要的一步。这一环节可以将多晶硅的副产物四氯化硅氢化生成原料三氯氢硅。按照传统热氢化的技术工艺,需要将四氯化硅汽化气体与氢气按照一定比例混合,在1250℃以上的高温下发生反应。要维持这么高的温度,能耗巨大。

  而冷氢化技术就是在550℃的反应条件下实现三氯氢硅的制取,其能耗大大降低。

  但难点也十分明显:冷氢化需要在反应过程中持续输送干燥的硅粉,其操作系统更为复杂;硅粉的加入让冷氢化过程变为固气流化反应,需要构建一个高压环境,对设备的要求更高;硅粉的加入也会带入少量杂质,对后期提纯要求更高。

  据《创变者的逻辑》一书披露,当时永祥冷氢化技改,需要一次投入6亿元。负责技术的甘居富在和通威管理层交底时,也不得不坦诚成功概率只有“70%-80%”。

  逆境投资需要勇气,但“再不动工永祥没有未来”。

  2013年,乐山明确要求在电价优惠、银行融资和专项政策上大力支持永祥技改。企业和当地政府都希望这颗独苗能够尽快走出困境。

  2014年,永祥股份冷氢化技术取得阶段性成功。其还原电耗降到了45kw·h/千克以下(技改前55kw·h/千克),动力电耗降到了20kw·h/千克(原35kw·h/千克),蒸汽消耗降到了35千克/千克(原63千克/千克)。原本永祥股份的多晶硅生产成本在20多万元/吨,通过技术改革逐渐降为11万元/吨(2020年下降为3.65万元/吨)。

  永祥股份的技改成功,不仅让其跻身全球多晶硅企业第一梯队,更带领了乐山地区多晶硅企业的复苏。

  与此同时,国家也出台《国务院关于促进光伏产业健康发展的若干意见》等政策,积极鼓励开拓国内市场,推动企业兼并重组,同时开启度电补贴时代。终端市场的需求也逐渐被激活。

  2015年后,乐山的硅料企业不仅走出了低谷,而且与全国光伏产业的上下游公司一起吹响了反攻的号角。在随后数年与国际巨头的残酷竞争中,逐渐占据上风。

  2011年,全球前十大多晶硅企业,美德日韩占据6席。而到2020年,十大多晶硅企业中国占据七席,其产量也占到全球76%的份额。

  2021年,乐山多晶硅产量6.7万吨,约占全国产量的13%。2022乐山全年多晶硅产量预计达到12万吨,硅材料及下游产业产值规模突破1000亿元,将成为全球单一区域最大产能。

  2009年的千亿规划,虽有延宕,但终成现实。

  穿越绿色周期

  刘汉元在《重构大格局·能源革命:中国引领世界》一书中总结了四川(乐山)能够成为绿色硅谷的原因:

  四川是中国多晶硅的发源地,国内改良西门法技术的生产线都是峨半厂、新光硅业技术的“繁殖”。该产业从业人员很多都是从峨半厂、新光硅业出去的。

  四川是水电大省。不仅能够供给低价电能,而且多晶硅生产所消费的电力碳排放相对少。具备绿色能源生产绿色能源的优势。

  四川矿产丰富,凉山州和乐山拥有丰富硅资源,阿坝州、甘孜州拥有丰富锂矿资源,乐山拥有丰富磷矿资源,这些都是光伏产业链及延生的储能产业链必不可少的矿产。同时,四川丰富的天然气资源又给多晶硅提纯工艺提供了保障。

  历史、技术和资源,三大因素的叠加奠定了乐山多晶硅发展的基础。2020年,乐山被中国有色金属工业协会授予“绿色硅谷”称号,是全国唯一拥有这个头衔的城市。

  而在同一年,我国提出“30·60”双碳目标。此后,光伏产业开启了新一轮增长周期。多晶硅价格更是一骑绝尘,持续上涨两年时间。终于在今年11月底出现下跌。国内硅料最新报价为300元/千克,进口硅料最新报价为297元/千克。而据《光伏资讯》披露,“市场上250元/千克的多晶硅致密料已经无人问津”。

  于是,摆在乐山面前的又是那个熟悉的问题:新一轮产能过剩是否已经形成?

  2021年,清华大学能源转型与社会发展研究中心的何继江教授曾做过计算,若要在2060年之前实现碳中和,我国人均光伏装机量约在6.6kW。那么装机总量约为9240GW(截至8月底国内光伏累计装机349.9 GW)。

  1GW光伏装机量大约需要3000吨多晶硅,这也意味着在未来38年时间内,我国至少需要约2667万吨多晶硅。

  而在2021-2030这十年间,光伏装机速度一定会大大超过后30年。从中长期看,碳中和目标扩大了多晶硅需求量,拉长了增长期。

  所以,通威永祥、保利协鑫、大全新能源、东方希望、新特能源、内蒙古东立、亚洲硅业、东方日升、合盛硅业等企业无一不在加紧扩产,甚至连宝丰集团(煤化工)、其亚集团(铝业)等跨界玩家都开始入局多晶硅。产业界对未来十分笃定。

  但短期内供需不匹配的矛盾无法避免。据中国有色金属工业协会硅业分会预测2023年全国多晶硅产量约130万吨,需求量121万吨,硅料价格或将大幅下跌。对于企业而言,竞争必然加剧。

  城市亦然。从地域上看,除四川外,云南、内蒙古、新疆都依靠当地资源优势和低廉电价,大力发展多晶硅产业,硅都之间的竞争也必然加剧。

  那么乐山如何穿越周期?

  2021年至今,乐山市先后引进了协鑫集成10GW光伏电池生产基地项目;京运通24GW单晶拉晶、切片项目;晶科能源建设25GW单晶拉棒和切方项目;高测股份20GW光伏大硅片及配套项目。打通上下游,让“百花齐放”推动城市繁荣,才是真正的王道。

  同时,追求规模十分重要,但技术才是核心。从上世纪90年代到2015年,乐山穿越两大周期,皆因技术落后而受到重创,又因技术突破而复兴超越。以光伏为代表的新能源产业日新月异,或许只有关注技术的创新和落地才能真正掌握主动权。

【责任编辑:sunnyz】
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关键字阅读: 硅谷 多晶硅
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