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            關于顆粒硅的思考:既要樂觀,更要客觀

            發布時間:2022-08-05




            錦緞   |   林曉晨

             

             

            技術總是向前不斷迭代延展。

            過去兩年多來,光電風儲領銜的新能源宏大敘事,在資本市場高潮迭起。其中一個接一個的泡沫吹起與破裂,令廣大投資者時而亢奮時而扼腕。整個板塊中樞上揚過程里,最終大家發現,最具韌性與價值的公司,終究還是那些遵從產業第一性的產業龍頭們。

            歸根結底,敘事再努力,也要回歸到對產業的價值貢獻上。

            比如在鋰電板塊,各種前沿技術路線屢屢成為市場焦點話題,但迄今為止仍是磷酸鐵鋰與三元二分天下。還比如當前最受資金追捧的儲能領域,一家家電化學類型公司估值倒是打滿了,但重點重大工程仍是屬于數十年前即已成熟的抽水蓄能。

            再比如本文探討的光伏產業硅料這一分支,不少人都在預期基于硅烷流化床法的顆粒硅,將要顛覆掉既有的多晶硅供給格局,但我們目前看到的仍是下游企業不斷用巨額長單鎖定后者未來數年的產能。

            技術總是向前不斷迭代延展。但回溯人類工業史,常識在于,在規模性生態面前,一項后發技術對于產業的適配總是漫長的。長期看我們要樂觀,但這個過程里我們更須時刻對產業的第一性保持敬畏,不斷審視新技術的成熟度以及其之于產業生態的貢獻度。如是,作為投資者,我們方能與產業進度保持協同成長。

            1、優勢背后的現實悖論

            市場對于顆粒硅技術的熱忱期待,其來有自。

            一直以來,硅料都是耗電大戶。電費是多晶硅制備過程中的重要成本,占比約在31%-42%之間。此種背景下,降低電量消耗,就成為這一技術領域降本增效最為直接的方式。

             

            圖:TCS改良西門子法成本構成 資料來源:中國光伏行業協會,光大證券

            目前,改良西門子法經過持續技術迭代后,綜合耗電量已經由此前60kWh/kg.Si,下降至48kWh/kg.Si。雖然降幅明顯,但與顆粒硅的硅烷流化床法相比,差距顯著。

            據協鑫2021年報披露的數據,其某基地的顆粒硅綜合耗電成本已經控制在14.8kWh/kg.Si。以此數據計算,其耗電量僅為改良西門子法的30%,有著極大的降本空間。

            除耗電更少這個優勢外,顆粒硅還存在生產工序簡單這個優勢。

            目前行業主流的改良西門子法,主要利用氫氣還原三氯硅烷(SiHCl3)在硅芯發熱體上沉積硅,通過還原尾氣干法回收系統、SiCl4氫氣工藝,實現物料閉路循環。整體而言,改良西門子法主要分為合成、提純、還原、尾氣回收、冷氫化、后處理六大工序。

             

            圖:改良西門子法的六大工藝流程 資料來源:《多晶硅生產工藝分析》,光大證券

            與之相對,硅烷流化床法是將細小的硅顆粒種子鋪在有氣孔的床層上,然后從下面通入硅烷氣體和其它反應氣體,這時硅顆粒種子呈現出流體特征。在加熱等反應條件下,硅單質沉積在硅顆粒種子上,生成體積較大的硅粒,通過出料管送出流化床反應器。

            兩相對比,硅烷流化床法需氫化、精餾、歧化、流化床還原、尾氣回收等核心工序,由于硅烷裂解的化學原理決定其效率高于改良西門子工藝,整體設備體量更低。

            在多晶硅供需持續緊張的情況下,無疑成本投入更低、耗電量更少的硅烷流化床法顯得更具優勢。因此市場中出現了顆粒硅將會全面顛覆多晶硅市場的說法,硅料行業似乎要變天了。

            欲戴王冠,必承其重。顆粒硅想要取代改良西門子法傳統硅成為市場主宰,那么就必須展現出碾壓式參數表現,并接受市場的全面考驗。

            按理說,如果顆粒硅果真能耗成本比西門子法低60%以上,那么其完全可以通過價格優勢對傳統硅棒進行全面壓制,但事實卻并非如此:從現實層面看,在耗電量顯著低于西門子法的情況下,顆粒硅的市場價格卻幾乎與傳統硅棒價格相當,只是象征性的每噸便宜幾百元。

            由此,顆粒硅對外宣稱的低成本與居高不下的市場價格之間,便形成了一個令人迷惑的悖論。其實,只要通過系統化的復盤,我們便不難發現在顆粒硅技術隱秘的角落,有些重要事實被忽略了。

            2、顆粒硅的三重隱秘角落

            制約顆粒硅價格下降的因素主要有三個方面,分別是蒸汽能耗、硅量消耗、硅粉消耗。之所以市場認為顆粒硅有很大的成本優勢,其核心原因在于將電量消耗與綜合能耗畫上了等號。實際上,雖然顆粒硅電量消耗很低,但流化床法實則會用到一定量的蒸汽,這部分理應也算作能量消耗,但卻被很多投資者所忽視。

            以協鑫2021年財報中披露的數據為例:其徐州基地顆粒硅的綜合蒸汽消耗量在15.3kg/kg.Si,目前蒸汽的折標煤系數為0.1286,顆粒硅的蒸汽消耗折合標煤為1.97kgce/kg.Si。這一數據甚至比其電能消耗折合標煤1.82kgce/kg.Si更高。

             

            圖:協鑫科技徐州基地顆粒硅能耗 來源:協鑫科技2021年報

            綜合計算可得,顆粒硅電量和蒸汽的綜合折合標煤為3.79kgce/kg.Si。這些數據系完全以產業龍頭數據為基準,顆粒硅行業中的平均參數很可能遠高于此。

            反觀改良西門子法,現階段已經可以做到0蒸汽消耗,因此在蒸汽這一隱藏能耗上,顆粒硅是要遠高于傳統硅棒的。如果將改良西門子法48kWh/kg.Si換算成標煤消耗,則為5.90kgce/kg.Si。這意味著顆粒硅當前的綜合能耗約為改良西門子法的64%,遠比電量能耗差距要小得多。

            除蒸汽的隱藏消耗外,顆粒硅還需要比改良西門子法更高的硅量消耗。在最初的時候,顆粒硅與傳統硅棒的硅耗比在1.2左右,雖然如今這個比例有所下降,但顆粒硅依然需要消耗更多的硅量。

            更多硅量消耗有兩方面問題:其一硅料本身的價格問題,其二制造硅料也需要消耗一定的能耗。無論從硅料成本考量還是從能源消耗考量,顆粒硅的成本優勢與節能優勢都要打上一個折扣。

            同時,在顆粒硅從生產到運輸的過程中,還會產生15-20%的硅粉損耗。雖然硅粉能夠以低價出售,而且硅粉的損耗比例也呈現下降趨勢,但這實則也會進一步影響顆粒硅的制備,讓成本和能耗再次提升。

            綜合以上三方面因素,顆粒硅的綜合成本與能量消耗幾乎與傳統硅棒處于同一量級,即使存在成本優勢,其空間也很小,尚不足以產生顛覆性的降維沖擊。

            3、無法被忽視的質量比較

            目前行業中對于顆粒硅的判斷,實則是存在預期差的。如果顆粒硅并不能從本質上大幅降低成本和能耗,那么它與傳統硅棒的競爭將重新回到產品質量層面。而這卻正是當前顆粒硅技術的短板。

            制備顆粒硅的流化床法并非一門新技術,早在1952年,美國聯碳公司已經開始嘗試流化床技術,并在隨后被杜邦公司發揚光大。然而,在誕生60多年的時間中,這項技術卻始終不溫不火,究其原因就在于生產的硅片中雜質過多。

            由于硅烷流化床法底部進料存在氣流,因此工業硅顆粒會在反應器內處于懸浮狀態,但底部蒸汽氣流持續進入,會導致工業硅顆粒不斷沖擊反應器內部,在長期持續運作下,顆粒硅勢必會在不斷碰撞中遭到金屬材料的污染。

            同時,顆粒硅是在反復碰撞中制成的,長此以往會導致反應器內壁損壞,為了延長反應器的壽命,行業內普遍采用碳基材料的內襯作為耐磨結構。雖然這樣做延長了反應器壽命,但卻會造成顆粒硅中含碳量較高,從而影響顆粒硅的純度。除這些污染物外,多晶硅還會存在施主雜質和受主雜質兩項純度指標。

            在綜合行業內多方數據后,可以總結出傳統硅棒與顆粒硅雜質濃度情況:具體而言,施主雜質濃度和受主雜質濃度兩項指標中,顆粒硅分別是傳統硅棒的3.7倍和7倍;而在碳濃度、金屬雜質濃度數據上,兩者則存在數量級的差距。

             

            圖:傳統硅棒與顆粒硅雜質數據 資料來源:公開數據

            刨除雜質問題不談,顆粒硅實際制造過程當中,還受到氫跳問題困擾。顆粒硅的制備并非簡單的單次制備,而是一個連續的過程,在制造過程中,很容易因反應溫度不夠而出現內部氫鍵未斷裂的情況,會出現小泡。為了成功將氫氣排除,在拉晶環節必須增加反應時間,因此顆粒硅的能耗實際會比理想中更高。

            正是因為這些因素影響,所以顆粒硅始終沒有大規模全面進入市場。盡管市場中存在著顆粒硅單爐投料100%的說法,但下游第三方廠商依然將傳統硅棒作為主流材料,顆粒硅的投料比例一般在15%-30%之間。

            硅料供需如此緊張的情況下,下游廠家并沒有全方面布局顆粒硅,這足以說明目前行業中對于顆粒硅的質量依然存在擔憂。

            4、更遠的未來:既要樂觀,也要客觀

            回溯光伏產業鏈發展史,不難發現,這是一個持續迭代的行業。無論是單晶太陽能電池對多晶太陽能電池的取代,還是電池片的連續升級,都體現了光伏企業不斷學習的能力。

            聚焦當下,PERC電池逐漸逼近能效天花板,從P型電池向N型電池升級已經成為行業內的共識。雖然HJT電池和TOPCon電池誰能勝出尚無定論,但N型電池無疑都將是電池片企業下一個進化方向。

            P型電池向N型電池過渡的情況下,已然對上游多晶硅提出了更高的要求,而這些要求主要集中體現在硅的純度上。目前來看,顆粒硅距離全面達標還存在差距。

             

            雜質含量更少的傳統硅棒無疑是能夠達到N型電池需求的,有顆粒硅企業雖然也對外表示開始布局N型電池,但雜質依然是要高于N型電池用料的標準需求。

            當然,根據技術進步曲線我們可以預期,顆粒硅一定存在純度進一步提升的空間。如果顆粒硅能夠達到跟傳統硅棒相仿的純度,那么顆粒硅一定具備更大的發展潛力,不排除其在某天成為行業中流砥柱。但這終究需要一個過程,需要包括投資者與產業建設者們一道持有耐心。

            從整個產業鏈安全與升級發展角度出發,任何人都希望行業中多一些革命性的技術迭代方向。但對于新的技術方向,我們不僅需要包容,更應該客觀??v觀歷史發展,不乏傷仲永式捧殺案例。

            一語以蔽之,顆粒硅這項技術值得長期關注,但在展望這項技術前景時,投資者也必須清楚判斷這其中存在的曲折。最起碼從當下的數據看,顆粒硅還是硅料行業的技術路線補充,尚未具備顛覆多晶硅行業格局的能力。在多重隱秘角落未被有效治理之前,其與傳統硅棒間的輔主關系,或仍是未來一個周期行業的主旋律。

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