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

1.基于TCS的改良西門子法仍是多晶硅生產最主要的方法
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（保利協鑫、德國Wacker、美國Hemlock、韓國OCI）的18.165萬噸產能中有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，這個數值仍高于保利協鑫去年底實現的$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成本的構成和控制。

一、多晶硅生產成本的構成

以成本領先的$保利協鑫能源(03800)$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、設備維護和保養成本等，占比達到18%。

不難看出，在產業層面上，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、多晶硅生產的成本控制和新工藝

1. 電力成本的控制

多晶硅生產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，我們看到許多企業把多晶硅產能建在了電力成本相對低廉的地區——水電豐富的西南地區和電力富余、電價很低的新疆地區，如下游產能位于浙江嘉善的$昱輝陽光(SOL)$選擇了在四川眉山建設多晶硅產能，一期工程位于重慶萬州（利用當地水電資源）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，而產能位于江蘇徐州的保利協鑫電價成本在0.65元/度之上）；而A股$特變電工(SH600089)$旗下的新疆硅業和$航天機電(SH600151)$旗下的神舟硅業則分別選址新疆烏魯木齊和內蒙古呼和浩特。另外，也有一些產能位于中部地區的多晶硅企業是通過尋求當地政府支持的辦法，來獲得優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過程中電耗最高的環節，還原電耗一般會占到總電耗的50%-60%。保利協鑫在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），為防止還原爐內表面發生氣相沉積，也為維持爐體的機械強度，整個爐體的內表面需要用冷卻液進行冷卻。而電加熱高溫硅棒與爐體內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加熱，這正是還原電耗很高的主要原因。

CVD還原爐生產是一個非連續過程，要降低多晶硅的單位電耗就要提高還原爐的單爐產能和縮短單爐生產周期。現實情況中，提高單爐產能比縮短生產周期更為可行，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，增加預制硅棒數量和提高還原爐運行壓力是提高單爐產能的有效辦法。

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

（CVD還原爐單爐產能與硅棒數量、反應壓力的關系，來源：GTAT研究報告）

正是如此，我們看到CVD還原爐的硅棒數量在持續增加，從之前的10對棒、12對棒、18對棒、24對棒發展到目前的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，也不是硅棒數量越多越牛B。當硅棒數量（包括還原爐尺寸）大到一定程度后，繼續增加帶來的節能效益變得微乎其微（如下圖所示）。

（單位還原電耗與硅棒數量、反應壓力的關系，來源：GTAT研究報告）

由上圖可以發現，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了還原電耗83度/公斤，單爐產量5噸，而現在36對棒的加壓還原爐就能實現還原電耗低于50度/公斤，且單爐產量超過5噸。目前，6bar的加壓還原爐已經普及。

近年來，通過工藝優化CVD還原爐的單爐年產能和單位電耗都取得明顯的進步。GTAT提供產品參數顯示，從2006年4月推出的第一代產品——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，將要推出產能更大、能耗更優的第五代產品——SDR600型還原爐，按計劃2011年夏天會在客戶現場進行樣機測試。

（近年來CVD還原爐產量和能耗的進步，來源：GTAT產品宣傳冊）

值得投資者注意的是，在實際生產過程中，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”還是我們的目標——“單位電耗”。基于既有條件，在高單爐產能、低單位電耗和恰當的投資成本、運維成本之間尋求平衡才是生存之道。

2. 折舊成本的控制

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

(1) 產能的單位建設成本

關于產能的單位建設成本有一個經驗法則是，年產量1萬噸工廠的單位建設成本是年產量1500噸工廠的一半。這跟傳統化工廠的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“規模效益”。

與之類似的情形是，多晶硅廠在原有產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)和保利協鑫。周旭輝1007 先生撰寫的深度研究報告《OCI 與保利協鑫成本下降之路》顯示，韓國OCI P3期多晶硅產能的初始規模是1萬噸，對應的單位建設成本是88美元/公斤（2010年12月建成）；之后在原有產能基礎上進行擴建，首次新增的8000噸產能，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）。保利協鑫IR負責人汪滿健 先生在雪球i訪談中表示保利協鑫2011年新增產能的單位建設成本低于30美元/公斤。當然，除新舊產能間裝置共享產生的“協同效益”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。

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

除了規模效益和協同效益之外，提高設備國產化率也是國內廠商降低單位建設成本的途徑。保利協鑫（江蘇中能）一期產能完全采用進口設備，到四期、五期產能時設備的國產化率已經超過了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，其二期產能（今年Q3投產）采用的CVD還原爐和冷氫化裝置就是自行提供設計方案、托國內廠商生產的。

最后，選擇合適的工藝方案和恰當的生產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）還原爐節省數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、控制系統，30臺還原爐還需要更大的廠房面積（當然，后續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，保利協鑫2011年9月投入運行的單體冷氫化裝置已經達到10萬噸（MTA），而目前市場上最大的熱氫化轉化爐產能也不會超過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能規模對氫化裝置單位建設成本的影響，盡管有點過時（冷氫化工藝現在的優勢應該更為明顯），但仍具有指導意義。

（工藝方案和產能規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量的折舊成本。國內新建的多晶硅項目從正式投產到實現設計產能至少需要一年的時間（通常是18個月，甚至更久），在此期間，單位生產成本隨著產能利用率的上升持續下降。

（昱輝陽光的產能利用率和多晶硅生產成本，來源：據公司財報整理）

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

(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，多晶硅企業生產設施的折舊年限是10年。少數企業，如保利協鑫，把生產設施折舊年限定在了15年，有業內資深人士認為這個差別使其“虛減多晶硅生產成本$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的生產成本，還能提高TCS的自產率。

之前，受制于專利保護和技術門檻，國內多晶硅企業全部采用的是熱氫化工藝。近年，隨著專利失效，國內工藝及設備配套的逐步完善，保利協鑫（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）、$南玻A(SZ000012)$（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、航天機電（神舟硅業）、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）、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能中采用冷氫化工藝。其中，保利協鑫（江蘇中能）是實施最早，也最成功的一家，使多晶硅生產成本顯著降低（從公開數據來看，保利協鑫太陽能級多晶硅的生產成本目前已經是全球領先）。

a. 降低TCS生產成本

——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轉化率更高，可以達到25%-28%，熱氫化的TCS轉化率只有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變成了揮發性物質隨反應氣體一起離開了流化床，不在床內累積，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。從國內的情況來看，目前使用熱氫化工藝生產的多晶硅最優成本也要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），這基本上已經是熱氫化工藝的成本底限了，而同期冷氫化工藝的最優成本已降至19.3美元/公斤（保利協鑫4Q11）。

不過，周旭輝1007 先生2011年3月撰寫的研究報告指出，國內的冷氫化裝置還不能很好地處理冶金級硅粉連續加料和固體粉塵回收問題，影響了連續生產，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線冷氫化改造市場。$東方電熱(SZ300217)$是國內電加熱器的主要供應商，通過與保利協鑫、洛陽中硅的合作，成為國內冷氫化裝置耐腐蝕、耐高壓電加熱器的主要供應商。

b. 提高TCS自產率

由于TCS轉化率更高、單體反應裝置產能更大（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自產率。

資料顯示，通過氫化STC自產TCS的成本僅是外購TCS成本的三分之一，這使得多晶硅生產成本隨TCS自產率的提升而降低。典型案例是保利協鑫，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）投產后，總的氫化產能已達到50萬噸/年。公司2010年度業績報告會提供的數據顯示，氫化產能加大后帶來TCS自產率上升，多晶硅生產成本隨之下降。

 
（TCS自產率提高使多晶硅生產成本下降，來源：保利協鑫2010年度業績報告）

（2）其他方法

降低TCS生產成本的其他辦法有，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）轉化為TCS，提高TCS的轉化率。

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

4. 運營團隊的多晶硅生產經驗

與下游的硅片切割、電池制造和組件封裝環節不同，多晶硅生產是一個非常復雜的化工生產過程，對運營團隊的生產經驗要求很高。國內多晶硅生產企業產能利用率偏低的一個重要原因就是，缺乏運營經驗，項目達產周期過長：很多新產能從建成到量產都需要一年左右的時間，至于滿產并獲得持續的運行和穩定的產品質量，更是需要數年時間。而有的多晶硅項目干脆一直都沒能實現滿產或穩定的產品質量。

（2010年國內多晶硅企業的產能利用率，來源：長江證券《OCI 與保利協鑫成本下降之路》）

 來自GTAT的資料顯示，國外一流多晶硅企業憑借其豐富的運營經驗，新建項目通常在半年之內就可以達到設計產能并穩定運行。

 當然，國內有幾家多晶硅企業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等傳統大廠任職經驗的專業人員，以及在生產實踐中認真摸索，它們開始積累和應用自己的生產經驗，不僅生產本逐步減低，有的項目實際產量也已經超過了設計產能，在多晶硅生產上表現得越來越嫻熟。