在第一篇文章中，通過對多晶硅主要生產(chǎn)工藝（TCS改良西門子法、硅烷流化床法和冶金法）的比較我們發(fā)現(xiàn)：

1.基于TCS的改良西門子法仍是多晶硅生產(chǎn)最主要的方法
改良西門子法目前為全世界提供了85%以上的太陽能級多晶硅；截至2011年底，全球TOP4多晶硅供應商（保利協(xié)鑫、德國Wacker、美國Hemlock、韓國OCI）的18.165萬噸產(chǎn)能中有18.1萬噸是TCS改良西門子法，占比超過99.6%。

2.TCS改良西門子法仍是綜合成本最低的多晶硅生產(chǎn)方法
由挪威REC(REC.OL)主導的硅烷流化床法盡管能耗更低，但在考慮折舊后的綜合成本上并無優(yōu)勢（4Q11，REC硅烷流化床法多晶硅的綜合成本是$26/kg，同期，保利協(xié)鑫的綜合成本是$19.3/kg），而且這個局面似乎在未來一段時間仍將保持（REC預計今年Q4將降至$23/kg，這個數(shù)值仍高于保利協(xié)鑫去年底實現(xiàn)的$18.6/kg）。

接下來，我們以改良西門子法為對象，研究太陽能級多晶硅生產(chǎn)成本的構成和控制。

一、多晶硅生產(chǎn)成本的構成

以成本領先的$保利協(xié)鑫能源(03800)$為例 ，我們考察一下太陽能級多晶硅綜合成本的構成情況。

（3Q11保利協(xié)鑫多晶硅綜合成本的構成情況，來源：國泰君安國際評級報告）

如上圖所示，電力成本、TCS（三氯氫硅）成本和折舊是多晶硅生產(chǎn)中最大的三項獨立成本，分別占到總成本的32%、21%、16%；排在其后的是蒸汽成本和人力成本，占比降低到7%和6%；其他成本主要包括氣體成本（如氫氣、氯氣）、用水成本、設備維護和保養(yǎng)成本等，占比達到18%。

不難看出，在產(chǎn)業(yè)層面上，降低多晶硅綜合成本的關鍵是控制電力成本、TCS成本和折舊成本。

二、多晶硅生產(chǎn)的成本控制和新工藝

1. 電力成本的控制

多晶硅生產(chǎn)最主要的成本是電力成本。要降低電力成本，辦法無外乎兩個：減少綜合電耗和尋找便宜的電。

(1) 尋找便宜的電

所以，我們看到許多企業(yè)把多晶硅產(chǎn)能建在了電力成本相對低廉的地區(qū)——水電豐富的西南地區(qū)和電力富余、電價很低的新疆地區(qū)，如下游產(chǎn)能位于浙江嘉善的$昱輝陽光(SOL)$選擇了在四川眉山建設多晶硅產(chǎn)能，一期工程位于重慶萬州（利用當?shù)厮娰Y源）的$大全新能源(DQ)$把二期工程放在了電力成本更低的新疆石河子（用電成本約為0.3元/度，而產(chǎn)能位于江蘇徐州的保利協(xié)鑫電價成本在0.65元/度之上）；而A股$特變電工(SH600089)$旗下的新疆硅業(yè)和$航天機電(SH600151)$旗下的神舟硅業(yè)則分別選址新疆烏魯木齊和內(nèi)蒙古呼和浩特。另外，也有一些產(chǎn)能位于中部地區(qū)的多晶硅企業(yè)是通過尋求當?shù)卣С值霓k法，來獲得優(yōu)惠電價以降低電力成本。

(2) 減少綜合電耗

關鍵是要減少還原電耗，因為將高純TCS在CVD爐中還原為太陽能級多晶硅是整個生產(chǎn)過程中電耗最高的環(huán)節(jié)，還原電耗一般會占到總電耗的50%-60%。保利協(xié)鑫在4Q11財報會議上表示，“最新還原爐電耗可低至每公斤40千瓦時，綜合電耗可低至每公斤65千瓦時”，還原電耗占總電耗的62%；國內(nèi)另一家多晶硅主要供應商目前的綜合電耗為100度，還原電耗占到55%-58%。

 
（CVD還原爐示意圖，來源：瓦克化學《FIFTY YEARS OF WACKER POLYSILICON》）

如上圖所示，高純TCS氣體被氫氣還原成高純多晶硅的反應是發(fā)生在電加熱至1000～1100℃的預制硅棒表面（氣相沉積），為防止還原爐內(nèi)表面發(fā)生氣相沉積，也為維持爐體的機械強度，整個爐體的內(nèi)表面需要用冷卻液進行冷卻。而電加熱高溫硅棒與爐體內(nèi)表面之間的巨大溫差使得大量的熱能通過冷卻表面損失掉，還原過程中需要對硅棒進行持續(xù)加熱，這正是還原電耗很高的主要原因。

CVD還原爐生產(chǎn)是一個非連續(xù)過程，要降低多晶硅的單位電耗就要提高還原爐的單爐產(chǎn)能和縮短單爐生產(chǎn)周期?，F(xiàn)實情況中，提高單爐產(chǎn)能比縮短生產(chǎn)周期更為可行，目前的收效也更為明顯。

全球CVD還原爐主要供應商$GT Advanced(GTAT)$（原GT Solar）的研究表明，增加預制硅棒數(shù)量和提高還原爐運行壓力是提高單爐產(chǎn)能的有效辦法。

如下圖所示，單臺還原爐的產(chǎn)能隨著硅棒數(shù)量的增加而增加；相同條件下，常壓還原爐（1bar，1個大氣壓）的產(chǎn)能只有加壓還原爐（6bar）的三分之一。

（CVD還原爐單爐產(chǎn)能與硅棒數(shù)量、反應壓力的關系，來源：GTAT研究報告）

正是如此，我們看到CVD還原爐的硅棒數(shù)量在持續(xù)增加，從之前的10對棒、12對棒、18對棒、24對棒發(fā)展到目前的36對棒、48對棒，PolyPlantProject公司(PPP)去年還推出了54對棒的還原爐。

當然，需要明確的是，也不是硅棒數(shù)量越多越牛B。當硅棒數(shù)量（包括還原爐尺寸）大到一定程度后，繼續(xù)增加帶來的節(jié)能效益變得微乎其微（如下圖所示）。

（單位還原電耗與硅棒數(shù)量、反應壓力的關系，來源：GTAT研究報告）

由上圖可以發(fā)現(xiàn)，其他條件相同的情況下，加壓還原爐（6bar）的單位電耗不到常壓還原爐的一半。典型例子是，大約10年前，常壓還原爐為主的時代，日本三菱通過48對棒的常壓還原爐才實現(xiàn)了還原電耗83度/公斤，單爐產(chǎn)量5噸，而現(xiàn)在36對棒的加壓還原爐就能實現(xiàn)還原電耗低于50度/公斤，且單爐產(chǎn)量超過5噸。目前，6bar的加壓還原爐已經(jīng)普及。

近年來，通過工藝優(yōu)化CVD還原爐的單爐年產(chǎn)能和單位電耗都取得明顯的進步。GTAT提供產(chǎn)品參數(shù)顯示，從2006年4月推出的第一代產(chǎn)品——SDR100型還原爐到2010年9月推出的第四代SDR400型還原爐，單爐年產(chǎn)能從150噸提高到400噸以上，單位電耗從90度/公斤降至45度/公斤。GTAT 2011財年年報披露，將要推出產(chǎn)能更大、能耗更優(yōu)的第五代產(chǎn)品——SDR600型還原爐，按計劃2011年夏天會在客戶現(xiàn)場進行樣機測試。

（近年來CVD還原爐產(chǎn)量和能耗的進步，來源：GTAT產(chǎn)品宣傳冊）

值得投資者注意的是，在實際生產(chǎn)過程中，我們和廠商都不應該只追求某一兩項指標的超越，無論這個指標是“硅棒對數(shù)”還是我們的目標——“單位電耗”?；诩扔袟l件，在高單爐產(chǎn)能、低單位電耗和恰當?shù)耐顿Y成本、運維成本之間尋求平衡才是生存之道。

2. 折舊成本的控制

影響多晶硅生產(chǎn)單位折舊成本的因素主要是產(chǎn)能的單位建設成本、開工率和折舊年限的選擇。

(1) 產(chǎn)能的單位建設成本

關于產(chǎn)能的單位建設成本有一個經(jīng)驗法則是，年產(chǎn)量1萬噸工廠的單位建設成本是年產(chǎn)量1500噸工廠的一半。這跟傳統(tǒng)化工廠的CAPEX情況類似，因為多晶硅廠的蒸汽、冷卻水、氫氣等的供給及循環(huán)利用裝置、精餾提純裝置、尾氣回收裝置、熱能回收裝置、凝水回收裝置、控制系統(tǒng)的建設成本，乃至整個工廠的設計成本、工藝成本都有很強的“規(guī)模效益”。

與之類似的情形是，多晶硅廠在原有產(chǎn)能基礎上進行擴張時也會受益于過程裝置的共享，從而使單位建設成本較前期有顯著下降。典型案例是韓國OCI(036490.KQ)和保利協(xié)鑫。周旭輝1007 先生撰寫的深度研究報告《OCI 與保利協(xié)鑫成本下降之路》顯示，韓國OCI P3期多晶硅產(chǎn)能的初始規(guī)模是1萬噸，對應的單位建設成本是88美元/公斤（2010年12月建成）；之后在原有產(chǎn)能基礎上進行擴建，首次新增的8000噸產(chǎn)能，單位建設成本陡降至40美元/公斤（2011年10月建成）；再次擴建的7000噸產(chǎn)能，單位建設成本進一步降至35美元/公斤（原計劃2011年12月建成，后延至今年Q2）。保利協(xié)鑫IR負責人汪滿健 先生在雪球i訪談中表示保利協(xié)鑫2011年新增產(chǎn)能的單位建設成本低于30美元/公斤。當然，除新舊產(chǎn)能間裝置共享產(chǎn)生的“協(xié)同效益”之外，單位建設成本的大幅下降也得益于近期設備價格的明顯降低。

（新舊產(chǎn)能的協(xié)同效益使OCI的單位建設成本大幅降低，來源：長江證券《OCI 與保利協(xié)鑫成本下降之路》）

除了規(guī)模效益和協(xié)同效益之外，提高設備國產(chǎn)化率也是國內(nèi)廠商降低單位建設成本的途徑。保利協(xié)鑫（江蘇中能）一期產(chǎn)能完全采用進口設備，到四期、五期產(chǎn)能時設備的國產(chǎn)化率已經(jīng)超過了80%，還自主設計了關鍵設備——還原爐和單體10萬噸、目前世界上最大的冷氫化裝置。類似的情況還有昱輝陽光，其二期產(chǎn)能（今年Q3投產(chǎn)）采用的CVD還原爐和冷氫化裝置就是自行提供設計方案、托國內(nèi)廠商生產(chǎn)的。

最后，選擇合適的工藝方案和恰當?shù)纳a(chǎn)設備也可以降低單位建設成本。GTAT提供的資料顯示，一個年產(chǎn)6000噸的多晶硅項目，配備20臺300噸（MTA）還原爐將比配備30臺200噸（MTA）還原爐節(jié)省數(shù)千萬美元的資本支出（CAPEX），因為每臺還原爐都需要配備氣體供給、冷卻水供給、尾氣回收、冷卻水回收、電源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)，30臺還原爐還需要更大的廠房面積（當然，后續(xù)運營時需要更多的操作人員，運營、維護成本也更高）。氫化工藝及裝置（將STC氫化為TCS）的選擇也是如此，保利協(xié)鑫2011年9月投入運行的單體冷氫化裝置已經(jīng)達到10萬噸（MTA），而目前市場上最大的熱氫化轉(zhuǎn)化爐產(chǎn)能也不會超過500噸（MTA），這使得冷氫化裝置的單位建設成本更低。下圖是2009年GTAT測算的不同工藝方案和產(chǎn)能規(guī)模對氫化裝置單位建設成本的影響，盡管有點過時（冷氫化工藝現(xiàn)在的優(yōu)勢應該更為明顯），但仍具有指導意義。

（工藝方案和產(chǎn)能規(guī)模對單位建設成本的影響，來源：GTAT研究報告）

(2) 開工率

高的開工率能有效地攤薄單位產(chǎn)量的折舊成本。國內(nèi)新建的多晶硅項目從正式投產(chǎn)到實現(xiàn)設計產(chǎn)能至少需要一年的時間（通常是18個月，甚至更久），在此期間，單位生產(chǎn)成本隨著產(chǎn)能利用率的上升持續(xù)下降。

（昱輝陽光的產(chǎn)能利用率和多晶硅生產(chǎn)成本，來源：據(jù)公司財報整理）

注：按擴產(chǎn)后3500噸的年產(chǎn)能計算，昱輝陽光4Q11的產(chǎn)能利用率是124%（擴產(chǎn)前產(chǎn)能為3000噸/年），不過考慮到昱輝陽光在4Q10財報會議中指出，擴產(chǎn)過程并無資本性支出（CAPEX），計算產(chǎn)能利用率對單位折舊成本影響時，4Q11的產(chǎn)能利用率可以算作145%（上圖中紅色數(shù)字）。

(3) c折舊年限

折舊年限對單位折舊成本的影響更像是個“財務技巧”。通常情況下，多晶硅企業(yè)生產(chǎn)設施的折舊年限是10年。少數(shù)企業(yè)，如保利協(xié)鑫，把生產(chǎn)設施折舊年限定在了15年，有業(yè)內(nèi)資深人士認為這個差別使其“虛減多晶硅生產(chǎn)成本$2/kg”。

3. TCS成本的控制

（1）冷氫化工藝

降低TCS成本，目前最直接、最有效的方式是實施冷氫化改造，因為較之“古老”的熱氫化工藝，冷氫化不僅可以降低TCS的生產(chǎn)成本，還能提高TCS的自產(chǎn)率。

之前，受制于專利保護和技術門檻，國內(nèi)多晶硅企業(yè)全部采用的是熱氫化工藝。近年，隨著專利失效，國內(nèi)工藝及設備配套的逐步完善，保利協(xié)鑫（江蘇中能）、洛陽中硅（前身是我國多晶硅“老四廠”之一的洛陽硅業(yè)）、$南玻A(SZ000012)$（宜昌南玻）、昱輝陽光（四川瑞能）、大全新能源、$賽維LDK(LDK)$、特變電工、樂電天威、天威硅業(yè)、航天機電（神舟硅業(yè)）、四川永祥（上市公司$通威股份(SH600438)$于2010年2月將持有的四川永祥股份全部回售給母公司通威集團，退出多晶硅生產(chǎn)）、東汽峨半（前身是我國多晶硅“老四廠”之一的峨嵋半導體）等國內(nèi)主要多晶硅廠商都相繼推出了冷氫化技改計劃或在新建產(chǎn)能中采用冷氫化工藝。其中，保利協(xié)鑫（江蘇中能）是實施最早，也最成功的一家，使多晶硅生產(chǎn)成本顯著降低（從公開數(shù)據(jù)來看，保利協(xié)鑫太陽能級多晶硅的生產(chǎn)成本目前已經(jīng)是全球領先）。

a. 降低TCS生產(chǎn)成本

——冷氫化工藝需要的反應溫度在550℃左右，遠低于熱氫化需要的反應溫度1000～1250℃，而且硅粉被氯化氫氣體氯化的次要反應是放熱反應，可以被主反應（氫化反應）吸收利用，所以冷氫化工藝的單位電耗在0.7-1.2度/公斤，熱氫化工藝則要達到2.5-4.0度/公斤；

——熱氫化工藝需要使用碳加熱元件加熱，這不僅會引入碳污染，而且碳加熱元件屬于“耗材”（一般壽命在3000小時左右），增加了運行成本；

——冷氫化工藝的TCS轉(zhuǎn)化率更高，可以達到25%-28%，熱氫化的TCS轉(zhuǎn)化率只有16%-20%；

——采用冷氫化工藝后氫化尾氣中的氯化氫氣體不需要回收，在STC（四氯化硅，還原反應最大的副產(chǎn)品）氫化為TCS的同時，冶金級硅粉也被氯化氫氣體氯化為TCS；

——冷氫化工藝的反應裝置是流化床，理論上可以連續(xù)運行一年甚至更長的時間（與TCS合成反應的流化床不同，冷氫化反應中金屬硅粉的雜質(zhì)變成了揮發(fā)性物質(zhì)隨反應氣體一起離開了流化床，不在床內(nèi)累積，流化床不需要每隔6-10周停機清理一次）。

國際多晶硅巨頭美國Hemlock、德國Wacker(WCH.DE)、韓國OCI都采用了冷氫化工藝。從國內(nèi)的情況來看，目前使用熱氫化工藝生產(chǎn)的多晶硅最優(yōu)成本也要30美元/公斤（如昱輝陽光4Q11，主流熱氫化廠商在35-40美元/公斤），這基本上已經(jīng)是熱氫化工藝的成本底限了，而同期冷氫化工藝的最優(yōu)成本已降至19.3美元/公斤（保利協(xié)鑫4Q11）。

不過，周旭輝1007 先生2011年3月撰寫的研究報告指出，國內(nèi)的冷氫化裝置還不能很好地處理冶金級硅粉連續(xù)加料和固體粉塵回收問題，影響了連續(xù)生產(chǎn)，使“設備實際運行率在60%以下，與國際平均 90% 的水平相差甚遠”。

國內(nèi)參與冷氫化設備供應的上市公司主要有精功科技和東方電熱。$精功科技(SZ002006)$是國內(nèi)多晶硅鑄錠爐的主要供應商，2011年9月它與朝陽科技成立合資公司開始進入多晶硅生產(chǎn)線冷氫化改造市場。$東方電熱(SZ300217)$是國內(nèi)電加熱器的主要供應商，通過與保利協(xié)鑫、洛陽中硅的合作，成為國內(nèi)冷氫化裝置耐腐蝕、耐高壓電加熱器的主要供應商。

b. 提高TCS自產(chǎn)率

由于TCS轉(zhuǎn)化率更高、單體反應裝置產(chǎn)能更大（10萬噸 VS. 500噸）、伴隨有氯化反應等，采用冷氫化工藝后可以顯著提高多晶硅項目的TCS自產(chǎn)率。

資料顯示，通過氫化STC自產(chǎn)TCS的成本僅是外購TCS成本的三分之一，這使得多晶硅生產(chǎn)成本隨TCS自產(chǎn)率的提升而降低。典型案例是保利協(xié)鑫，該公司從2009年開始實施冷氫化技改，2010年7月首期20萬噸冷氫化裝置（4×5萬噸）投產(chǎn)后，總的氫化產(chǎn)能已達到50萬噸/年。公司2010年度業(yè)績報告會提供的數(shù)據(jù)顯示，氫化產(chǎn)能加大后帶來TCS自產(chǎn)率上升，多晶硅生產(chǎn)成本隨之下降。

 
（TCS自產(chǎn)率提高使多晶硅生產(chǎn)成本下降，來源：保利協(xié)鑫2010年度業(yè)績報告）

（2）其他方法

降低TCS生產(chǎn)成本的其他辦法有，通過尾氣干法回收和深冷回收提高原料利用效率；通過凝水回收、熱能回收、廢水綜合回收、高效精餾技術、優(yōu)化物料輸送提高能源利用效率；通過增加反歧化裝置將易燃易爆的將DCS（二氯二氫硅）轉(zhuǎn)化為TCS，提高TCS的轉(zhuǎn)化率。

冶金級硅粉是生產(chǎn)多晶硅的重要原料，為降低冶金級硅粉的獲取成本，保利協(xié)鑫（江蘇中能）今年收購了工業(yè)硅供應商四川協(xié)鑫硅業(yè)的全部股權。四川協(xié)鑫硅業(yè)建在四川省阿壩州理縣，利用當?shù)刎S富和廉價的水電資源生產(chǎn)工業(yè)硅，目前已經(jīng)投資建設了2臺16500千伏安（KVA）和4臺33000千伏安（KVA）的工業(yè)硅爐，設計年產(chǎn)能8萬噸，可以滿足下游江蘇中能目前6.5萬噸多晶硅年產(chǎn)能對冶金級硅粉的全部需求。

4. 運營團隊的多晶硅生產(chǎn)經(jīng)驗

與下游的硅片切割、電池制造和組件封裝環(huán)節(jié)不同，多晶硅生產(chǎn)是一個非常復雜的化工生產(chǎn)過程，對運營團隊的生產(chǎn)經(jīng)驗要求很高。國內(nèi)多晶硅生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)能利用率偏低的一個重要原因就是，缺乏運營經(jīng)驗，項目達產(chǎn)周期過長：很多新產(chǎn)能從建成到量產(chǎn)都需要一年左右的時間，至于滿產(chǎn)并獲得持續(xù)的運行和穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量，更是需要數(shù)年時間。而有的多晶硅項目干脆一直都沒能實現(xiàn)滿產(chǎn)或穩(wěn)定的產(chǎn)品質(zhì)量。

（2010年國內(nèi)多晶硅企業(yè)的產(chǎn)能利用率，來源：長江證券《OCI 與保利協(xié)鑫成本下降之路》）

 來自GTAT的資料顯示，國外一流多晶硅企業(yè)憑借其豐富的運營經(jīng)驗，新建項目通常在半年之內(nèi)就可以達到設計產(chǎn)能并穩(wěn)定運行。

 當然，國內(nèi)有幾家多晶硅企業(yè)最近兩年也進步很快。通過招募有美國MEMC（$休斯電子材料(WFR)$）、挪威REC等傳統(tǒng)大廠任職經(jīng)驗的專業(yè)人員，以及在生產(chǎn)實踐中認真摸索，它們開始積累和應用自己的生產(chǎn)經(jīng)驗，不僅生產(chǎn)本逐步減低，有的項目實際產(chǎn)量也已經(jīng)超過了設計產(chǎn)能，在多晶硅生產(chǎn)上表現(xiàn)得越來越嫻熟。