江西星火有機硅廠是中國藍星（集團）股份有限公司下屬的國家重點國防化工和化工新材料生產(chǎn)大型企業(yè)，有機硅單體產(chǎn)量為亞洲最大、世界第三。圖為江西星火有機硅廠廠區(qū)全景。 （杜燕青 供圖）
硅產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟中占有重要位置，特別是近年來快速發(fā)展的戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)對硅材料的需求越來越大。與此同時，高端硅材料對高科技產(chǎn)業(yè)發(fā)展的支撐作用日益明顯。由此業(yè)內(nèi)專家斷言：中國硅產(chǎn)業(yè)將迎來一個大有作為的發(fā)展黃金期。目前我國硅材料在產(chǎn)業(yè)規(guī)模、產(chǎn)品種類等方面，已經(jīng)取得突出成果，不過，大而不強的問題依然困擾產(chǎn)業(yè)發(fā)展，亟待通過技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)升級，在高端硅材料、光伏材料等行業(yè)有所突破，真正實現(xiàn)中國硅產(chǎn)業(yè)的崛起。
發(fā)展成果與問題并存
本世紀以來，我國硅產(chǎn)業(yè)異軍突起，除單晶硅、多晶硅、有機硅、光伏電池、石英玻璃等已確立了大國地位之外，在高科技屬性的光纖、光學(xué)、光電子、微電子、集成電路、半導(dǎo)體等領(lǐng)域的生產(chǎn)與應(yīng)用也取得重大突破。目前高純石英加工已具有4N中端產(chǎn)品生產(chǎn)能力，特別在石英坩堝、石英大管制造，石英光電LCD/LED制造，石英器皿器件制造等，都取得了長足進步。其中，石英玻璃體量較大，目前市場規(guī)模已達30億元。
特別值得一提的是，經(jīng)過近幾年的建設(shè)，我國光伏業(yè)已躍居世界首位，在全球具有無可匹敵的實力。整體表現(xiàn)為：光伏產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)價廉，在光伏電站設(shè)計、按照和運用等方面積累了豐富經(jīng)驗，光伏元件包括光伏組件和逆變器都通過多項國際認證，且產(chǎn)品保質(zhì)期長、材料性能好。
從具體數(shù)字上可以直觀地看出我國光伏業(yè)的實力和地位：2012年全球多晶硅產(chǎn)能42.9萬噸/年，其中我國為20.1萬噸/年，2013年還將有5.7萬噸/年產(chǎn)能建成投產(chǎn)。我國硅產(chǎn)業(yè)在全球的占比（國內(nèi)企業(yè)數(shù)/全球總企業(yè)數(shù)）：硅材料生產(chǎn)企業(yè)59/105家、晶硅硅片生產(chǎn)企業(yè)226/256家、太陽電池生產(chǎn)企業(yè)157/275家、太陽能光伏組件企業(yè)497/1353家。其中太陽能電池產(chǎn)量連續(xù)6年保持第一。
專家指出，這些年我國硅產(chǎn)業(yè)的發(fā)展成果值得肯定，但毋庸諱言的是，我國硅產(chǎn)業(yè)與國外發(fā)達國家相比，仍處于較落后的地位。行業(yè)落后特征主要表現(xiàn)為：產(chǎn)業(yè)對外依賴度過高、裝置開車率過低、資源與能源消耗偏高、產(chǎn)品檔次低等。特別是產(chǎn)品加工裝置單套能力過小，如目前全國單晶爐約有1.7~2萬臺，除相對落伍的62爐和70爐基本被淘汰之外，其他多被收購，致使產(chǎn)能過剩依然嚴重，單晶爐開工率不足1/4，僅有少數(shù)大企業(yè)維持較高負荷率，小規(guī)模企業(yè)絕大多數(shù)停產(chǎn)。
另外，受制于硅產(chǎn)業(yè)明顯的上下游聯(lián)動作用，下游低迷可通過逆向傳導(dǎo)給上游，由此引發(fā)整個產(chǎn)業(yè)鏈陷入低迷狀態(tài)。例如，在早幾年多晶硅瘋狂顛覆期，用于拉晶的石英坩堝一只難求，巨大的市場誘惑力和賺錢效應(yīng)引發(fā)一輪大規(guī)模擴能潮，而隨著多晶硅步入低迷，石英坩堝風光不再，目前陷入泥潭不能自拔。而石英坩堝是拉動晶體硅的主要耗材，占單晶消耗的12%。
逆勢崛起重在技術(shù)創(chuàng)新
業(yè)內(nèi)專家認為，我國硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展不能停滯不前，要爭取國際領(lǐng)先，根本出路在于科學(xué)選擇突破方向，應(yīng)重點主攻原料加工、生產(chǎn)工藝和裝備制造三大領(lǐng)域，從而提升產(chǎn)品檔級。
國化低碳工程技術(shù)中心總工程師仲偉科經(jīng)研究認為，石英玻璃未來發(fā)展方向主要為：一是精細熔融石英陶瓷坩堝，多晶鑄錠用石英陶瓷坩堝，大尺寸高純石英管、棒。它們將大規(guī)模應(yīng)用于光伏產(chǎn)業(yè)和電子半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域。
二是照明光源市場。隨著國家限制普通白熾燈的生產(chǎn)和銷售，石英鹵素燈需求量或?qū)l(fā)生井噴，而基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對石英高強度氣體放電燈(HID)或有較大拉動，預(yù)計今后有20%的年均增速，而汽車金鹵燈用的石英管，國內(nèi)產(chǎn)品將有較大替代空間。另外，石英紫外線殺菌燈系列被廣泛用于醫(yī)院、學(xué)校等公共場所。
三是信息產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。石英材料是信息產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)材料，可用于制作大口徑石英爐管，立式系統(tǒng)(VTR)可用于擴散、氧化、CVD、LPCVD等，用于晶片承載器的各種石英舟，以及各種高純石英運載系統(tǒng)石英棒、石英架、石英懸臂等。
四是石英光纖。這是一種以高折射率的純石英玻璃材料為芯，以低折射率的有機或無機材料為包皮的光學(xué)纖維，趨勢是替代塑料光纖。
五是球形硅微粉。球形硅微粉具有絕緣性能、化學(xué)穩(wěn)定性良好，對模具的磨損小、易分散等優(yōu)點，主要用于大規(guī)模集成電路封裝、航空航天、精細化工等。
然而，業(yè)內(nèi)對我國硅資源利用狀況也存有擔憂。有關(guān)資料顯示，脈石英(水晶)在我國大陸資源儲量很少, 僅占硅質(zhì)原料保有資源儲量的0.93%，且主要分布在江蘇、湖北、安徽、陜西、新疆等少數(shù)地區(qū)。因此，研發(fā)加工中低品位硅礦石相關(guān)技術(shù)更具緊迫性。
成都理工大學(xué)教授汪靈表示，我國對高純石英原料的需求逐年擴大，但高品位硅石原礦逐漸減少，這就要求科研部門及行業(yè)必須抓緊研發(fā)相應(yīng)先進技術(shù)，使用中低品位原礦制備高純石英，當務(wù)之急是重點攻克高純石英加工的原料選擇技術(shù)、工藝技術(shù)、裝備技術(shù)和質(zhì)量檢測技術(shù)。“當然，這需要從國家層面調(diào)動和組織力量，進行集中攻關(guān)。”汪靈說。
作為硅產(chǎn)業(yè)重要組成部分，當前光伏產(chǎn)業(yè)正遭遇寒霜期，是棄是保，這令行業(yè)非常糾結(jié)。但總體上看，堅持產(chǎn)業(yè)發(fā)展、力求逆勢做強應(yīng)當是主流觀點。對此，多位專家認為，應(yīng)當在光伏低迷中看到其中蘊含的潛力和增長性；業(yè)內(nèi)當痛定思痛，尋求突圍之路。
有專家給記者算了一筆賬：硅礦石到冶金級硅的能耗為7~8千瓦時/千克，冶金級硅到高純硅的能耗為100千瓦時/千克，到硅片過程的能耗為20千瓦時/千克（按每千克硅材料生產(chǎn)150瓦太陽電池）以上部分0.85千瓦時/瓦，硅片到太陽電池的過程約為0.3千瓦時/瓦，太陽電池到光伏組件則為0.2千瓦時/瓦，合計起來約為每瓦光伏系統(tǒng)耗電少于兩度，即使在太陽輻照介于兩類和三類之間的北京，1千瓦光伏發(fā)電系統(tǒng)年發(fā)電1100千瓦時，兩年內(nèi)就能夠回收生產(chǎn)光伏組件的能量，而光伏組件的壽命至少也是25年。光伏能源的投入產(chǎn)出比數(shù)據(jù)足以佐證其有著巨大生命力。
國家發(fā)改委能源研究所研究員耿志成對光伏產(chǎn)業(yè)進行了戰(zhàn)略解讀。他說：“進入2013年以來，國家有關(guān)部門先后發(fā)布12個光伏產(chǎn)業(yè)政策，其中包括3月1日國家電網(wǎng)出臺的《關(guān)于做好分布式電源并網(wǎng)服務(wù)工作的意見》、7月15日國務(wù)院出臺的《關(guān)于促進光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見》等，其密集程度是空前的，這說明國家對于光伏產(chǎn)業(yè)的重視程度，產(chǎn)業(yè)發(fā)展一定是前途光明。”他認為，世界能源結(jié)構(gòu)正由高碳向低碳和無碳轉(zhuǎn)變，能源供應(yīng)將發(fā)生重大調(diào)整，包括光伏在內(nèi)的新能源發(fā)展空間很大。
國家新能源工程技術(shù)研究中心副主任李仲明分析判斷，至2020年，我國能源消耗總量增速將可能大于GDP增速，故改變能源結(jié)構(gòu)迫在眉睫。光伏應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⑾蛏鐣黝I(lǐng)域過渡。為此，大規(guī)模提高太陽能電池性能是當務(wù)之急。行業(yè)要盡快開發(fā)新的電池工藝和結(jié)構(gòu)，提效硅基薄膜、銅銦鎵硒（CIGS）、碲化鎘（CdTe）、聚光電池效能。鑒于硅材料在太陽能電池成本比重為50%，改善供應(yīng)和改進電池工藝，促進光伏組件和系統(tǒng)成本大幅度下降是主攻方向。因此，產(chǎn)業(yè)鏈每個環(huán)節(jié)對提高效率、降低成本都很重要，其產(chǎn)品要加速向高效、向薄片、向大規(guī)模轉(zhuǎn)換。“光伏發(fā)電不能靠補貼過日子，盈利的產(chǎn)業(yè)才能持久。” 李仲明的話值得深思。
而上述專家的觀點也為一些生產(chǎn)企業(yè)所認可。北京雅博石光照明器材有限公司總經(jīng)理楊軍認為，中國已為最大多晶硅生產(chǎn)與使用國，今后的增長點在于光伏、光纖，其中光纖預(yù)計每年保持增速20%~30%。“鑒于光纖加工難度大，只有高技術(shù)含量、高純度產(chǎn)品才有前途。”楊軍告訴記者。
打造產(chǎn)業(yè)基地恰逢其時
我國硅產(chǎn)業(yè)特別是高端硅材料面臨巨大的市場機遇。比如高純石英管、棒等產(chǎn)品，2009年市場需求量約為5萬噸，產(chǎn)量僅為2.5萬噸，而2012年同類產(chǎn)品市場消費量已經(jīng)超過15萬噸；球形硅微粉需求增長也很快，目前年消費量達6萬噸左右。可見，我國硅產(chǎn)業(yè)過剩的是中低端產(chǎn)品，高端產(chǎn)品將長期處于供不應(yīng)求狀況。
針對當前存在的產(chǎn)能過剩、低端產(chǎn)品同質(zhì)化競爭嚴重等普遍性問題，我國硅產(chǎn)業(yè)亟待由生產(chǎn)大國向制造強國轉(zhuǎn)變。目前行業(yè)已初步達成了共識，今后要避免盲目擴能，摒棄分散布局，整合各路資源，將資金與技術(shù)優(yōu)先向資源豐富地區(qū)聚集，打造若干個硅產(chǎn)業(yè)高地，加速培養(yǎng)我國造現(xiàn)代化硅產(chǎn)業(yè)基地。
近期我國的一些硅產(chǎn)業(yè)基地建設(shè)已有實際性進展。日前，河北四方通信設(shè)備有限公司與上海交通大學(xué)簽署協(xié)議，擬聯(lián)手打造現(xiàn)代光纖產(chǎn)業(yè)集群工程。該工程以石英光纖和塑料光纖為主導(dǎo)，以光纜、光纖傳感器、桌面云系統(tǒng)終端等為鏈條，產(chǎn)品將應(yīng)用于武器裝備、航空航天、石化、智慧城市及光纖通信網(wǎng)絡(luò)需求等諸多領(lǐng)域。建設(shè)周期自2013年10月至2018年9月。
球形硅微粉生產(chǎn)基地也初具規(guī)模。目前安徽蚌埠中凱電子材料有限公司建有一套1200噸/年的工業(yè)生產(chǎn)裝置，采用中國建材國際工程有限公司與蚌埠玻璃工業(yè)設(shè)計研究院合作研發(fā)出火焰法技術(shù)。
尤其值得一提的是，江蘇東海硅產(chǎn)業(yè)基地初具規(guī)模。在“中國水晶之都”的東海境內(nèi)，石英儲量3億噸，純度達99.99％，水晶儲量超過30萬噸，儲存量占全國70%以上。目前全縣擁有硅工業(yè)企業(yè)近千家，形成了石英玻璃制品、高純硅微粉、高純壓電晶體、新型電光源、高純晶體硅等幾大完整的產(chǎn)業(yè)鏈體系，產(chǎn)品種類達上千種。
據(jù)記者了解，東海硅產(chǎn)業(yè)目標定位是打造“國際知名的水晶之都、國家重要的硅材料產(chǎn)業(yè)基地、世界級石英加工中心”，把硅工業(yè)打造成為千億規(guī)模產(chǎn)業(yè)，把光伏產(chǎn)業(yè)打造成為百億特色產(chǎn)業(yè)，以高標準、新定位搶占硅產(chǎn)業(yè)發(fā)展高地。力爭到2015年，硅材料產(chǎn)值達到800億元，產(chǎn)值超億元的企業(yè)達到30家；力爭到2020年，硅材料產(chǎn)值達到1500億元，培育3~5家百億規(guī)模企業(yè)。
近年來，東海憑借豐富的硅資源和漸成氣候的硅產(chǎn)業(yè)巨大吸引力，除外來投資陡增之外，還不斷引入了新工藝、新技術(shù)和新裝備，提升了硅產(chǎn)業(yè)的科技含量和規(guī)模水平。如國務(wù)院國資委管理的中材集團江蘇硅材料、美國納斯達克上市公司晶澳太陽能、北京雅博集團組建的江蘇石光光伏、臺玻集團投資興建的臺玻東海玻璃等，都以數(shù)億或數(shù)十億資金的投入，在東海共同打造我國硅重要的產(chǎn)業(yè)基地。
2013年9月27日，河北廊坊霸州市康仙莊鄉(xiāng)小辛莊村，安裝在居民曹卿田自家小院中的“屋頂光伏電站”開始并網(wǎng)運行。這是目前河北地區(qū)并網(wǎng)容量最大的居民分布式光伏項目，占地約300平方米，共安裝峰值250瓦的光伏組件200塊，總裝機容量為50千瓦。 （CFP 供圖）
