歷經(jīng)10多年的高速發(fā)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(chǎn)量在全球占比超九成。從被國外技術(shù)封鎖到自主創(chuàng)新再到如今技術(shù)和規(guī)模領(lǐng)先全球，這一跨越與高純晶硅生產(chǎn)核心關(guān)鍵技術(shù)國產(chǎn)化息息相關(guān)。成就這一強國夢想的，就是近日獲得“中央企業(yè)先進集體”榮譽稱號的中國化學(xué)華陸工程科技有限責(zé)任公司材料能源事業(yè)部。

2005年，全球太陽能電池產(chǎn)業(yè)迅猛增長，與之相伴的是高純晶硅井噴式發(fā)展。彼時，高純晶硅生產(chǎn)技術(shù)高度集中于少數(shù)發(fā)達國家，中國95%以上的高純晶硅材料嚴(yán)重依賴進口。工藝技術(shù)不完整、環(huán)境污染重、消耗成本高等問題成為制約我國高純晶硅規(guī)模化生產(chǎn)的“絆腳石”。

面對國外重重技術(shù)封鎖，華陸公司毅然組建高純晶硅技術(shù)團隊（材料能源事業(yè)部的前身），矢志扭轉(zhuǎn)我國高純晶硅行業(yè)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(jīng)驗和技術(shù)優(yōu)勢，團隊在光伏領(lǐng)域不斷攻關(guān)探索，成功掌握了以冷氫化技術(shù)為核心的光伏材料高純晶硅工藝技術(shù)體系，打破了國外技術(shù)壟斷。自此，中國一舉成為全球第四個擁有此項核心技術(shù)的國家，為我國光伏產(chǎn)業(yè)植入了強勁的“中國芯”。

2007年，我國第一套使用冷氫化技術(shù)的高純晶硅生產(chǎn)裝置在江蘇中能建成投產(chǎn)。此后，華陸公司高純晶硅團隊通過持續(xù)不斷的改良優(yōu)化，二代、三代、四代和五代技術(shù)相繼誕生，2021年10月，第五代冷氫化技術(shù)在新特能源股份有限公司高純晶硅項目首次應(yīng)用建成投產(chǎn)，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(zhuǎn)化率、能耗等關(guān)鍵指標(biāo)上超越了國內(nèi)外所有同類裝置，樹立了行業(yè)新標(biāo)桿。采用該技術(shù)的高純晶硅產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)成本降低了94.8%。

經(jīng)過近20年不間斷的技術(shù)迭代創(chuàng)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(shù)工藝包，實現(xiàn)了高純晶硅產(chǎn)品規(guī)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(shù)在國內(nèi)市場累計推廣43項，承擔(dān)設(shè)計的國內(nèi)外高純晶硅總產(chǎn)能累計超300萬噸。這些項目全部達產(chǎn)后年可新增光伏裝機容量1800吉瓦，年發(fā)電量約2.37萬億千瓦時，相當(dāng)于21個三峽電站的發(fā)電量，為保障國家能源安全、實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)提供了技術(shù)支撐。

高純晶硅制備核心技術(shù)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(chǎn)的核心裝置，能將高純晶硅生產(chǎn)中副產(chǎn)的四氯化硅轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)高純晶硅的原料——三氯氫硅。與傳統(tǒng)熱氫化工藝相比，冷氫化技術(shù)具有轉(zhuǎn)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(yè)部總經(jīng)理姚又省告訴記者，采用第五代技術(shù)的冷氫化裝置，實現(xiàn)了反應(yīng)器直徑從0.9米到4.5米的飛躍，四氯化硅轉(zhuǎn)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(shù)的1/3左右，不到傳統(tǒng)熱氫化工藝的6%。

精餾是高純晶硅制備的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。華陸公司高純晶硅團隊開發(fā)的熱量耦合技術(shù)，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(shè)備投資成本降低60％以上。

這一技術(shù)革新，在實現(xiàn)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(shù)取得重大突破。

2022年12月，“光伏電子材料高純晶硅新工藝技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用”通過中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會科技成果鑒定，總體處于國際領(lǐng)先水平。1年后，該技術(shù)獲中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會科技進步一等獎。

創(chuàng)新永無止境。華陸公司材料能源事業(yè)部經(jīng)過不斷攻堅克難，冷氫化技術(shù)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(shù)在徐州中能實現(xiàn)工業(yè)化并順利投產(chǎn)，四氯化硅處理能力、轉(zhuǎn)化率、電耗及蒸汽消耗相較于第五代冷氫化技術(shù)，又有了一次質(zhì)的飛躍，中國光伏這張“名片”越擦越亮。

此外，華陸公司還成立了高純晶硅項目群技術(shù)委員會，全面負責(zé)項目總體方案把控，確保每個項目方案都能達到最優(yōu)。作為高純晶硅項目群總技術(shù)負責(zé)人，今年已67歲高齡的石油和化工行業(yè)勘察設(shè)計大師、華陸公司高純晶硅技術(shù)創(chuàng)始人、材料能源事業(yè)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(shù)的無限執(zhí)著，為華陸公司發(fā)展貢獻力量。

急難險重關(guān)頭，華陸公司還創(chuàng)新推行主項負責(zé)人制，確保項目的執(zhí)行質(zhì)量與技術(shù)的接續(xù)傳承。根據(jù)高純晶硅產(chǎn)品的主項特征，從工藝、管道、結(jié)構(gòu)、電氣、自控等主要設(shè)計專業(yè)選配經(jīng)驗豐富、責(zé)任心強、能打硬仗的骨干人員擔(dān)任主項負責(zé)人，提高了項目設(shè)計的效率和質(zhì)量。

高純晶硅還原裝置、整理裝置為潔凈廠房，需要多專業(yè)配合，設(shè)計難度極大。華陸公司大膽優(yōu)化傳統(tǒng)設(shè)計流程，根據(jù)專業(yè)特點調(diào)整專業(yè)分工，設(shè)計團隊打破常規(guī)，將建筑專業(yè)提到了前端，結(jié)果僅用了不到1個半月就完成了建筑圖設(shè)計，為業(yè)主土建施工創(chuàng)造了有利條件。同時，針對高純晶硅項目所需冷量大、規(guī)格多的特點，以往冷凍站由工藝專業(yè)主導(dǎo)，管道專業(yè)完成設(shè)備布置和配管，團隊還將冷凍站設(shè)計調(diào)整由既熟悉工藝系統(tǒng)、又熟悉管道設(shè)計的熱工專業(yè)完成，縮短了設(shè)計周期。

面對新一輪科技革命與產(chǎn)業(yè)變革，中國化學(xué)華陸公司材料能源事業(yè)部團隊始終堅持創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，以“燈火通明搞科研”的精神，大踏步向“新”而行，持續(xù)強化高純晶硅拳頭產(chǎn)品技術(shù)創(chuàng)新引領(lǐng)，加快培育新質(zhì)生產(chǎn)力，矢志為助力全球綠色低碳轉(zhuǎn)型與可持續(xù)發(fā)展不斷作出國資央企新貢獻。