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乐山:“千亿Silicon Valley(硅谷)”是如何炼成的?

发布日期:2022-12-11 网站维护

上世纪50年代,杰拉尔德·皮尔逊、卡尔文·富勒和达里尔(Lille)·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(solar energy)电池,把转换效率提升(Boosting)至6%。当时《纽约时报》(The New York Times,The Times)评论道,硅太阳能(solar energy)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(solar energy)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%。

网站(网站维护)说另外一个方面,通威在乐山新建产能超过20万吨。保利(POLY)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(YTEXPRESS)、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Silicon Valley(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,中国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中国(China)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,中国(China)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“冶金工业部中国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。乐山也因此成为中国(China)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(România)等国提供援助性的晶硅产品,还承担起为罗马尼亚(România)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(Siemens)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(Boosting)多晶硅品质和产量。

另一方面,光伏太阳能(solar energy)正在加速从实验室走向产业界。1977年,美国(United States)总统吉米·卡特发布了针对太阳能(solar energy)光伏的激励政策。美国美国石油公司(AMOCO)企业纷纷响应,美国大西洋(The Atlantic)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(solar energy)工厂。

这些现象表明,晶硅产业正在发生深刻变革——太阳能(solar energy)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(United States)政府出台了《清洁空气法案》。1993年,德国(Deutschland)推出“10万屋顶光伏计划”。同年,日本(Japan)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(solar energy)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(Deutschland)Wacker,美国(United States)Hemlock,日本(Japan)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(Siemens)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。这是当时中国(China)第一条以改良西门子(Siemens)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。

但是,据网站(网站维护)观察,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,中国(China)也诞生了第一批光伏太阳能(solar energy)企业。

2001年,光伏太阳能(solar energy)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(Europe)各国纷纷效仿德国(Deutschland),砸下真金白银补贴光伏发电。以西班牙(España)为例,度电补贴高达58美分,2007-2008年其太阳能(solar energy)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(solar energy)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(United States)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(United States)和欧盟(欧洲联盟EU)先后对中国(China)光伏企业征收高昂的反倾销税。其中美国(United States)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“Silicon Valley(硅谷)梦”砸得粉碎。

创新(Creative)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(Siemens)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(Boosting)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(缩写:OS 即Operating System,)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Silicon Valley(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Silicon Valley(硅谷)”称号,是全国唯一拥有这个头衔的城市(City)。

而在同一年,中国(China)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2022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(Tsinghua University)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,中国(China)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,中国(China)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(POLY)协鑫、大全新能源、东方希望、新特能源、内蒙古(Монгол Улс)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(Prediction)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(City)亦然。从地域上看,除四川外,云南、内蒙古(Монгол Улс)、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(YTEXPRESS)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(City)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(Creative)和落地才能真正掌握主动权。

参考资料:

《未来:碳中和与人类能源第一主角》,通威传媒、考拉看看,人民大学出版社。

《创变者逻辑》,白勇,北京大学(Beijing University)出版社。

《重构大格局·能源革命:中国引领世界》,刘汉元、刘建生,中国言实出版社。

《光伏的世界:全球行业领袖为您讲述光伏的故事》,帕尔茨、秦美国海岩公司(COASTAL)译,湖南科技出版社。

《多晶硅料:“碳中和”下的乌亮黄金》,国信证券。

《多晶硅重镇的救赎》,第一财经日报。

《乐山千亿光伏产业规划“残局”》,第一财经日报。

《多晶硅调研报告--中国多晶硅及东气峨半的发展史》,世纪新能源。

《乐山:旅游的面子,工业的里子》,和一研究。

《乐山“绿色Silicon Valley(硅谷)”:光伏产业突围的小城样本》,中国证券报。

《清华大学(Tsinghua University)何继江:实现“碳中和”人均光伏装机需5千瓦以上》,中国经营报。

《乐山:千亿“中国绿色Silicon Valley(硅谷)”的崛起与腾飞》,四川经济网。