[DBM評論]歷史復(fù)盤：多晶硅價格的沉浮演變

數(shù)字新能源鄭建輝 · 2023-11-14 09:47:04

2022年，我國多晶硅產(chǎn)量達83萬噸，預(yù)計2023年將突破140萬噸。復(fù)盤多晶硅價格歷史走勢，在產(chǎn)能持續(xù)擴張的背景下，新一輪硅料過剩已不可避免的來臨。......

一、多晶硅生產(chǎn)概況

硅元素自1823年瑞士化學(xué)家貝采利烏斯發(fā)現(xiàn)以來，一直到1947年晶體管發(fā)明后才得以被重視和賦予新的使命。1954年美國貝爾實驗室成功研制第一個硅晶體管和第一個單晶硅電池（效率約6%）。硅的半導(dǎo)體材料特性以及在地殼中豐富的含量奠定了其在半導(dǎo)體領(lǐng)域基石的地位。

自然界沒有游離態(tài)的硅，都是以氧化物形態(tài)存在。多晶硅的原材料為工業(yè)硅（Silicon metal），工業(yè)硅是從硅石礦制備而來，硅石礦包括石英砂巖、石英巖、石英砂、脈石英和交代硅質(zhì)角巖等。半導(dǎo)體材料對純度要求高，由于硅石礦中的硅含量較低，硅的提純是要先獲得普通純度的硅（工業(yè)硅），然后再進一步提純制備超高純度的單質(zhì)硅，提取制備高純度單質(zhì)硅對工藝有極高的要求。工業(yè)硅又名金屬硅、結(jié)晶硅，是由硅石（主要成分Si0₂≥99.2%，通常形態(tài)為石英石或鵝卵石）經(jīng)碳質(zhì)還原劑（洗精煤、石油焦、木炭等）在礦熱爐中通過還原反應(yīng)所得，其名義硅含量不小于98.7%。

單質(zhì)硅有晶體和無定形兩種類型，晶體硅包括單晶硅和多晶硅，結(jié)構(gòu)類似金剛石，是有金屬光澤的灰黑色固體。其中，多晶硅是硅原子以晶格形態(tài)排列成許多晶核，晶核長成晶面取向不同的晶粒，晶粒組合結(jié)晶成多晶硅。根據(jù)用途，多晶硅可以分為太陽能級多晶硅和半導(dǎo)體級多晶硅。多晶硅是拉制單晶硅的原材料，單晶硅具有更高的電子遷移率，同時具有良好的熱穩(wěn)定性，因而單晶硅電池較多晶硅電池擁有更高的轉(zhuǎn)換效率。

圖1：從硅石礦到多晶硅

資料來源：數(shù)字新能源DataBM.com

19世紀，硅的提取主要是以金屬熱還原法生產(chǎn)為主，生產(chǎn)成本高昂且產(chǎn)品價格昂貴。進入20世紀，硅的提純工藝得到了廣泛研究，尤其是硅石礦和木炭的熱還原反應(yīng)研究促進了工業(yè)硅行業(yè)的發(fā)展。1955年，德國西門子公司開發(fā)了在高溫的硅芯上用氫氣還原三氯氫硅的多晶硅沉積技術(shù)（第一代西門子法），但會產(chǎn)生SiHCl₃、SiCl₄、HCl和H₂這些副產(chǎn)品。此后該技術(shù)經(jīng)過多次改良，其中，第一代西門子法則對SiHCl3和H2進行了回收利用，第二代西門子法進一步將SiCl₄與硅、氫氣反應(yīng)生成SiHCl₃再循環(huán)利用，第三代西門子法（稱為“改良西門子法”）已實現(xiàn)SiHCl4閉路循環(huán)生產(chǎn)，較第二代進一步回收HCl，參與制備SiHCl₃。目前，國內(nèi)主流的多晶硅生產(chǎn)工藝為改良西門子法生產(chǎn)工藝（《多晶硅工廠設(shè)計規(guī)范GB 51034-2014》稱之為三氯氫硅氫還原法）。除了改良西門子法生產(chǎn)工藝以外，國內(nèi)外部分企業(yè)還采用了硅烷法、流化床法。硅烷法是以硅烷為原材料，通過熱分解法來制備多晶硅；流化床法主要生產(chǎn)粒狀多晶硅。

上世紀末，全球多晶硅的產(chǎn)量在1.6萬噸左右，主要產(chǎn)地集中在美國、德國和日本，德國瓦克公司年產(chǎn)能達到了3000噸，是當時全球最大的多晶硅生產(chǎn)企業(yè)。國內(nèi)早期以傳統(tǒng)的西門子法生產(chǎn)為主，能耗高、污染重和成本高，經(jīng)營難以為繼。1986年后自主研發(fā)多晶硅生產(chǎn)新技術(shù)，1999年底才建成峨眉半導(dǎo)體材料廠100噸/年多晶硅改良西門子法工業(yè)化實驗示范線，加上洛陽硅單晶廠，合計產(chǎn)量僅55噸，需求缺口大，進口依賴性強。2003年，國內(nèi)首條年產(chǎn)1000噸多晶硅生產(chǎn)線在四川樂山開工，此時國內(nèi)進口量已高達750噸， 07年1000噸級項目投產(chǎn)，多晶硅正式步入規(guī)?；a(chǎn)，國內(nèi)多晶硅產(chǎn)量首次突破1000噸，萬噸級投資項目出現(xiàn)，在建及擬建項目產(chǎn)能則超6萬噸/年，隨著產(chǎn)能的釋放，2011年我國多晶硅產(chǎn)量達到了8.4萬噸，超過美國成為世界第一。2022年，我國多晶硅產(chǎn)量達83萬噸，預(yù)計2023年將突破140萬噸。

圖2：1990-2022年我國多晶硅產(chǎn)量

數(shù)據(jù)來源：數(shù)字新能源DataBM.com

二、多晶硅價格的演變

2.1 2004-2008年：海外光伏裝機高速增長驅(qū)動硅料大漲行情

改革開放至2008年，國內(nèi)多晶硅產(chǎn)量低，存在較大的消費缺口，主要依賴于進口為主，因而多晶硅價格主要由國際市場（美國、德國）定價，進口價格對國內(nèi)廠家銷售價格影響巨大。上世紀70~90年代，國內(nèi)多晶硅企業(yè)因生產(chǎn)成本高昂，市場開放后無法與進口硅料競爭，企業(yè)相繼關(guān)停，數(shù)量由當時的20余家迅速降到了90年代末的兩家。1995年，進口多晶硅價格在60萬元/噸以上，隨著亞洲金融危機爆發(fā)，半導(dǎo)體芯片需求下滑，國際硅料市場產(chǎn)能過剩，進口硅料價格持續(xù)下挫，到2000年，國內(nèi)多晶硅價格已跌至25萬元/噸左右。

2001-2003年期間，全球每年光伏裝機量穩(wěn)定在300~500MW/年，半導(dǎo)體行業(yè)市場恢復(fù)，多晶硅價格相對平穩(wěn)，波動幅度在20-30萬元/噸。2004年，德國新修訂《可再生能源法》，上調(diào)上網(wǎng)電價補貼力度，西班牙、法國、意大利等歐洲國家也相繼出臺補貼政策，使得歐洲光伏裝機量呈現(xiàn)大幅增長，帶動了硅料需求，多晶硅價格也在04年上漲至45萬元/噸。2004年被稱為世界光伏元年，這一年全球光伏新增裝機量首次突破1GW，此后不斷創(chuàng)新高，05年光伏電池對多晶硅的需求缺口繼續(xù)不斷擴大，使得2004-2008年期間硅料價格出現(xiàn)了一輪大幅上漲，最高超過300萬元/噸。來自光伏領(lǐng)域需求的增長是重要的因素，而產(chǎn)能擴張不足也是造成這輪硅料價格暴漲的原因之一。

圖3：2001-2008年多晶硅價格走勢

數(shù)據(jù)來源：數(shù)字新能源DataBM.com

2.2 2009-2019年：內(nèi)外多重因素致硅料價格跌破10萬元/噸

2008年全球金融危機爆發(fā)加之歐洲光伏補貼退坡，全球光伏新增裝機量增速大幅放緩，同時國內(nèi)多晶硅產(chǎn)能在2008-2011年陸續(xù)投產(chǎn)，行業(yè)產(chǎn)能利用率大幅下行，硅料價格持續(xù)走跌，09年年均價由2008年的250元/噸跌至55萬元/噸，大幅下跌78%。2009-2019年期間，多晶硅價格雖在個別年份有所反彈，但總體呈現(xiàn)下行的走勢，2019年均價僅有7.6萬元/噸。

圖4：2009-2019年多晶硅價格走勢

數(shù)據(jù)來源：數(shù)字新能源DataBM.com

2009-2019年，全球光伏裝機量由22.8GW提升至584.7GW，增長2464%，國內(nèi)也增長了49129%。需求的增長背景下，硅料價格卻持續(xù)下行。我們分析認為主要原因是市場過剩、進口沖擊和后期技術(shù)進步，部分年份中間價格的反彈主要受光伏補貼政策驅(qū)動裝機需求提升的影響。

2008~2013年，我國多晶硅產(chǎn)能不斷釋放，產(chǎn)能利用率在多數(shù)年份在50%以下，產(chǎn)能過剩矛盾突出。在此期間，我國光伏市場對外依存度極高，2011年光伏組件90%以上出口海外。金融危機影響及2011年以來歐美國家針對中國光伏產(chǎn)品的“雙反”調(diào)查及征收高額“雙反”稅大大打擊了我國的光伏產(chǎn)品出口貿(mào)易。2012年，我國太陽能光伏產(chǎn)品進出口總額289.5億美元，同比下降32%，其中出口額233億美元,同比下降35%,出口數(shù)量同比下降8.1%,出口價格同比下降29.2%，出口市場量價齊跌。2013年出口繼續(xù)下滑，尤其對歐洲市場光伏電池及組件出口額大幅下滑62%。在此期間，韓國、美國出口至中國的多晶硅以極低的價格銷售，進一步加速國內(nèi)硅料價格下跌。

2014-2018年，多晶硅價格總體圍繞在10萬元/噸~15萬元/噸作區(qū)間震蕩，國內(nèi)光伏補貼政策驅(qū)動硅料價格階段性上漲，同時硅料生產(chǎn)成本的下降對價格反彈幅度有所制約。2013年，國務(wù)院發(fā)布《關(guān)于促進光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的若干意見國發(fā)〔2013〕24號》，國內(nèi)光伏應(yīng)用市場逐漸啟動，光伏凈增裝機量首次突破10GW，同時對美國韓國進口多晶硅征收反傾銷稅，多晶硅價格企穩(wěn)回升，從低位的多晶硅致密料從11萬元/噸回升至2014年的15-17萬元/噸。由于國內(nèi)硅料生產(chǎn)成本高，2013-2014年多數(shù)多晶硅企業(yè)依然存在虧損。2015年，進口低價壓制下，國內(nèi)多晶硅價格重回跌勢，年末跌至金融危機以來新低。

2015年底，國家發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于完善陸上風電光伏發(fā)電上網(wǎng)標桿電價政策的通知》,對光伏發(fā)電上網(wǎng)標桿電價進行下調(diào)，引發(fā)2016年上半年的光伏“搶裝潮”，推動了多晶硅的需求和價格，上半年累計上漲40%左右，隨著“搶裝潮”結(jié)束，硅料價格下半年重新下跌，9月跌破10萬元/噸，隨后又受硅料企業(yè)停產(chǎn)檢修、光伏補貼新政策等影響再度反彈至13萬元/噸以上。2017年金剛線切割技術(shù)全面取代砂漿切割技術(shù)，單晶硅片和多晶硅硅片成本差距縮小，同時硅片企業(yè)產(chǎn)能過剩問題加大，與硅料企業(yè)博弈增加，3-4月硅料價格下跌，硅料企業(yè)停產(chǎn)及單晶硅片組件產(chǎn)能擴張推動價格又重新上漲。

2018年，單晶硅片和多晶硅片市場之爭進一步升溫，硅片價格繼續(xù)下挫，企業(yè)利潤進一步下滑，5月31日《關(guān)于2018年光伏發(fā)電有關(guān)事項的通知》（“531新政”）明確暫不安排2018年普通光伏電站建設(shè)規(guī)模，補貼進一步退坡，導(dǎo)致硅料價格加速回落，重新跌破10萬元/噸關(guān)口。降本方面，2015年國內(nèi)陸續(xù)進行了冷氫化技術(shù)使用，電耗大幅下降。2018-2019年，國內(nèi)更低成本的多晶硅產(chǎn)能陸續(xù)釋放，多晶硅綜合電耗降至70kWh/kg以下，2019年新增裝機量下滑，產(chǎn)能利用率下降，硅料價格進一步走低。價格下跌，硅料產(chǎn)能擴張步伐放緩，同時部分舊的高成本產(chǎn)能被迫退出市場。

2.3 2020-2022年：供給不足需求旺盛推動硅料價格暴漲

2020年，全國多晶硅產(chǎn)能達45.72萬噸，較2019年略有下降，而2020年下半疫情有所控制經(jīng)濟恢復(fù)，光伏新增裝機量大幅增長，多晶硅價格全年呈現(xiàn)先低后高走勢，從谷底6萬元/噸回升至9月份的9.4萬元/噸。2021年中國從疫情中率先復(fù)蘇，海外光伏訂單增長強勁疊加國內(nèi)新增裝機量進一步增長，多晶硅供不應(yīng)求，價格大幅上漲，由年初的8萬元/噸左右漲至26萬元/噸以上。這一年，光伏產(chǎn)業(yè)鏈從工業(yè)硅到組件整個環(huán)節(jié)均出現(xiàn)了大幅上漲，主要由需求短期大幅提升推動。由于多晶硅供應(yīng)不足，進而影響下游組件裝機進度。隨著2022年硅料新增產(chǎn)能的釋放，產(chǎn)能同比倍增，四季度產(chǎn)量同比增長90%以上，供需關(guān)系趨緩，年底硅料價格快速從高位回落。

圖5：2020-2023年多晶硅價格走勢（元/噸）