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下一篇歷經10多年的高速發展，光伏組件已成為我國出口的“新三樣”之一，令世界矚目。作為光伏電子的核心材料，目前我國高純晶硅的產量在全球占比超九成。從被國外技術封鎖到自主創新再到如今技術和規模領先全球，這一跨越與高純晶硅生產核心關鍵技術國產化息息相關。成就這一強國夢想的，就是近日獲得“中央企業先進集體”榮譽稱號的中國化學華陸工程科技有限責任公司材料能源事業部。
艱辛探索 打破國外技術封鎖 2005年，全球太陽能電池產業迅猛增長，與之相伴的是高純晶硅井噴式發展。彼時，高純晶硅生產技術高度集中于少數發達國家，中國95%以上的高純晶硅材料嚴重依賴進口。工藝技術不完整、環境污染重、消耗成本高等問題成為制約我國高純晶硅規模化生產的“絆腳石”。 面對國外重重技術封鎖，華陸公司毅然組建高純晶硅技術團隊（材料能源事業部的前身），矢志扭轉我國高純晶硅行業長期受制于人的被動局面。憑借著華陸公司自身在有機硅、三氯氫硅合成方面積累的深厚經驗和技術優勢，團隊在光伏領域不斷攻關探索，成功掌握了以冷氫化技術為核心的光伏材料高純晶硅工藝技術體系，打破了國外技術壟斷。自此，中國一舉成為全球第四個擁有此項核心技術的國家，為我國光伏產業植入了強勁的“中國芯”。 2007年，我國第一套使用冷氫化技術的高純晶硅生產裝置在江蘇中能建成投產。此后，華陸公司高純晶硅團隊通過持續不斷的改良優化，二代、三代、四代和五代技術相繼誕生，2021年10月，第五代冷氫化技術在新特能源股份有限公司高純晶硅項目首次應用建成投產，不僅將單套冷氫化裝置的四氯化硅處理能力提高到全球最大的35萬噸/年，還在四氯化硅轉化率、能耗等關鍵指標上超越了國內外所有同類裝置，樹立了行業新標桿。采用該技術的高純晶硅產品質量穩定，生產成本降低了94.8%。 經過近20年不間斷的技術迭代創新和工程實踐，華陸公司成功打造一套涵蓋3000噸級到10萬噸級的系列高純晶硅技術工藝包，實現了高純晶硅產品規模由千噸級到20萬噸級的歷史性跨越。目前，華陸公司采用的專有專利高純晶硅制備技術在國內市場累計推廣43項，承擔設計的國內外高純晶硅總產能累計超300萬噸。這些項目全部達產后年可新增光伏裝機容量1800吉瓦，年發電量約2.37萬億千瓦時，相當于21個三峽電站的發電量，為保障國家能源安全、實現“雙碳”目標提供了技術支撐。 精益求“晶” 節能降耗領先全球 高純晶硅制備核心技術主要包括冷氫化、精餾、還原和尾氣回收四大核心單元。其中，冷氫化是高純晶硅生產的核心裝置，能將高純晶硅生產中副產的四氯化硅轉化為生產高純晶硅的原料——三氯氫硅。與傳統熱氫化工藝相比，冷氫化技術具有轉化率高、能耗低、投資小等特點，大大降低了裝置的初始投資和運行成本。 華陸公司材料能源事業部總經理姚又省告訴記者，采用第五代技術的冷氫化裝置，實現了反應器直徑從0.9米到4.5米的飛躍，四氯化硅轉化率提升至28%~30%。同時，三氯氫硅電耗從1000千瓦時/噸降至150千瓦時/噸，為目前國外冷氫化技術的1/3左右，不到傳統熱氫化工藝的6%。 精餾是高純晶硅制備的關鍵環節。華陸公司高純晶硅團隊開發的熱量耦合技術，成功將精餾裝置從原有的11塔精餾改進為7塔精餾流程，設備投資成本降低60％以上。 這一技術革新，在實現了精餾裝置從零耦合到兩塔、三塔和四塔等多塔耦合升級換代的同時，還將蒸汽單耗從1.60噸/噸三氯氫硅降低至0.51噸/噸三氯氫硅（TCS），精餾技術取得重大突破。 作為當前高純晶硅主流生產工藝，改良西門子法通過采用高純氯硅烷在還原爐內進行氣相沉積反應的方式生產高純晶硅，其中還原裝置是高純晶硅生產過程中的主要耗能單元。該技術團隊基于機理突破、模擬驗證和創新實踐，首次提出了分別采用獨立的汽化器和過熱器對三氯氫硅和二氯二氫硅液體進行汽化和過熱的創新方案，大幅提高了三氯氫硅的沉積效率，高純晶硅生產反應周期有效縮短，三氯氫硅有效轉化率顯著提高，生產運行成本和投資進一步降低。 2022年12月，“光伏電子材料高純晶硅新工藝技術及產業化應用”通過中國石油和化學工業聯合會科技成果鑒定，總體處于國際領先水平。1年后，該技術獲中國石油和化學工業聯合會科技進步一等獎。 創新永無止境。華陸公司材料能源事業部經過不斷攻堅克難，冷氫化技術再次取得里程碑式的突破。2024年10月，第五代pro版冷氫化技術在徐州中能實現工業化并順利投產，四氯化硅處理能力、轉化率、電耗及蒸汽消耗相較于第五代冷氫化技術，又有了一次質的飛躍，中國光伏這張“名片”越擦越亮。 改革創新 探索提質增效“最優解” 2020年下半年以來，面對高純晶硅項目設計任務激增與質量提升并存的雙重考驗，華陸公司高層迅速行動、協調力量，各管理部門、生產部門集中優勢資源全力以赴、高效運行，以“燈火通明搞科研”的精神，投入到項目攻堅戰中。 此外，華陸公司還成立了高純晶硅項目群技術委員會，全面負責項目總體方案把控，確保每個項目方案都能達到最優。作為高純晶硅項目群總技術負責人，今年已67歲高齡的石油和化工行業勘察設計大師、華陸公司高純晶硅技術創始人、材料能源事業部原總工程師陳維平，依然保持著對工作的極高熱情和對技術的無限執著，為華陸公司發展貢獻力量。 急難險重關頭，華陸公司還創新推行主項負責人制，確保項目的執行質量與技術的接續傳承。根據高純晶硅產品的主項特征，從工藝、管道、結構、電氣、自控等主要設計專業選配經驗豐富、責任心強、能打硬仗的骨干人員擔任主項負責人，提高了項目設計的效率和質量。 高純晶硅還原裝置、整理裝置為潔凈廠房，需要多專業配合，設計難度極大。華陸公司大膽優化傳統設計流程，根據專業特點調整專業分工，設計團隊打破常規，將建筑專業提到了前端，結果僅用了不到1個半月就完成了建筑圖設計，為業主土建施工創造了有利條件。同時，針對高純晶硅項目所需冷量大、規格多的特點，以往冷凍站由工藝專業主導，管道專業完成設備布置和配管，團隊還將冷凍站設計調整由既熟悉工藝系統、又熟悉管道設計的熱工專業完成，縮短了設計周期。 面對新一輪科技革命與產業變革，中國化學華陸公司材料能源事業部團隊始終堅持創新驅動發展，以“燈火通明搞科研”的精神，大踏步向“新”而行，持續強化高純晶硅拳頭產品技術創新引領，加快培育新質生產力，矢志為助力全球綠色低碳轉型與可持續發展不斷作出國資央企新貢獻。
