1、2022 年深度行业分析研究报告 2 正文目录正文目录 核心推荐逻辑及投资概要核心推荐逻辑及投资概要 . 4 核心观点 . 4 区别于市场的观点 . 4 一、硅料：流程型精细化工业，技术壁垒较高一、硅料：流程型精细化工业，技术壁垒较高 . 5 1.1 硅料是流程型行业，品质是基础，成本是核心 . 5 1.2 资本和技术密集性行业，竞争格局好 . 5 二、改良西门子法：目前主流路径，降本空间有限二、改良西门子法：目前主流路径，降本空间有限 . 7 2.1 改良西门子法生产原理：高温低得率，能耗高，配套装置多 . 7 2.2 西门子法流程介绍：还原反应转化率低，精馏、中间产物处理配套多 . 8 2

2、.3 西门子法成本解析：折旧、电耗、硅粉占比高 . 10 2.4 小结：改良西门子法进步空间有限，技术降本边际效应减弱 . 15 三、颗粒硅：破茧成蝶，优势明显三、颗粒硅：破茧成蝶，优势明显 . 16 3.1 原理介绍：低反应温度，高转化效率，连续性生产 . 16 3.2 历史回顾：十年磨一剑，硅料技术革命厚积薄发 . 18 3.3 成本解析：系统性降低成本，能耗较传统工艺有显著优势 . 20 3.4 应用端表现：节约破碎成本，提高单产，为下游带来 5-7 元/kg 收益 . 23 四、中长期展望：壁垒利润或将助力颗粒硅穿越周期四、中长期展望：壁垒利润或将助力颗粒硅穿越周期 . 26 4.1

3、行业：供需格局一年内逆转，能源价格上涨推高价格中枢 . 26 4.2 壁垒利润高：成本应用两端均有优势，碳减排收益空间大 . 27 图表目录图表目录 图表 1： 改良西门子法棒状硅示意图 . 5 图表 2： 硅烷流化床法颗粒硅示意图 . 5 图表 3： 2019-2021 年全球多晶硅产能及集中度统计 . 6 图表 4： 2021 年硅料行业竞争格局（产能口径） . 6 图表 5： 改良西门子法工序流程图 . 8 图表 6： 精馏和反歧化涉及的主要物料物化性质表 . 9 图表 7： 还原尾气回收工段涉及的主要物料雾化性指标 . 10 图表 8： 国内一线改良西门子法企业大全能源 2020 年成

4、本结构 . 10 图表 9： 2021 年西门子法多晶硅产线各系统投资额比例统计 . 11 图表 10： 2021 年西门子法多晶硅产线各系统占地面积比例统计 . 11 图表 11： 江苏中能多晶硅生产成本随产线规模扩大而逐年下降 . 12 图表 12： 通威股份的还原炉购置价格逐年下降 . 12 图表 13： 2010-2020 年西门子工艺能耗统计 . 12 图表 14： 还原电耗随还原炉规格提高而下降 . 13 zWcZnVnWjWjZgWtUjZ6MdN9PmOmMnPtRfQqQtOfQpPyR6MnNwPMYnRtQvPrNqN 3 图表 15： 新特包头项目（西门子法）蒸汽平衡表

5、 . 13 图表 16： 2020 年 7 月以来工业硅价格大幅波动 . 14 图表 17： 工业硅粉成本结构变化统计 . 14 图表 18： 2017-2021 年西门子单位规模人员需求逐渐降低. 15 图表 19： 大全能源硅料人工成本逐年降低 . 15 图表 20： 西门子法成本结构测算 . 15 图表 21： 流化床结构示意图 . 16 图表 22： 硅烷流化床生产多晶硅工艺流程图 . 17 图表 23： 2013Q3-2016Q2 期间 REC 颗粒硅现金成本、折旧和产量统计 . 18 图表 24： 2013 年 REC 的颗粒硅成本在行业内领先优势明显 . 18 图表 25： 西门

6、子和颗粒硅产线 capex 拆分 . 20 图表 26： 颗粒硅与西门子硅料优劣势对比 . 22 图表 27： 颗粒硅与棒状硅成本比较 . 22 图表 28： 硅片质量的主要影响指标及影响机理 . 23 图表 29： 颗粒硅、棒状硅不同等级标准统计 . 23 图表 30： 单晶拉棒单炉产出影响因素 . 24 图表 31： 单晶拉棒单炉产出影响因素 . 24 图表 32： 颗粒硅在装料填充方面较棒状硅有明显优势. 25 图表 33： 颗粒硅使用比例的两大考量因素 . 25 图表 34： 全球新增装机量预测 . 26 图表 35： 2018-2025 硅料产能预测 . 26 图表 36： 2023

7、 年硅料厂商现金成本与产能情况 . 27 图表 37： 颗粒硅壁垒利润高达 17.5 元/kg-Si . 27 图表 38： 颗粒硅发展历史长，公司布局早 . 28 图表 39： 报告提及公司 . 28 4 核心推荐逻辑及投资概要核心推荐逻辑及投资概要 核心观点核心观点 我们认为随着国产化红利、规模效应和低电价红利被充分挖掘，头部硅料企业成本曲线趋同，新进入者在高价格的诱惑下进入，硅料新技术成为光伏成本下降的关键要素。 硅烷流化床技术突破，硅烷流化床技术突破， 竞争对手难模仿竞争对手难模仿。 颗粒硅技术比西门子路线降低 76.5%的电能消耗，叠加产线投资、人工等方面的节约，在当前要素价格下，至

8、少可获得 11.6 元/kg 以上的生产成本优势。 硅料企业的长期价值取决于硅料企业的长期价值取决于壁垒利润壁垒利润。颗粒硅技术一方面大幅降低了成本，另一方面能节约拉棒环节的非硅成本，在终端有望获得溢价，还有潜在的碳减排价值，其壁垒利润可达17.5 元/kg（生产成本优势 11.6 元/kg+应用价值 3.2 元/kg+国内碳减排价值 2.7 元/kg） 。在电价上涨和碳排放成本上升的大背景下，考虑欧洲地区的碳税价格（约 50 欧元/吨） ，未来颗粒硅的壁垒利润有望达到 30 元/kg。 区别于市场的观点区别于市场的观点 1）市场认为硅料是周期性行业，不能给高估值。我们认为在当前的周期高点给硅

9、料股高PE 确实不合适，但颗粒硅新技术的出现使得硅料企业的成本曲线比较陡峭，理想情况下颗粒硅生产成本相较棒状硅低 11.6 元/kg，降本幅度达 23.2%。因此我们认为具备生产成本优势的产能壁垒利润突出，长期可维持较强的盈利能力。 2）市场认为颗粒硅只是对西门子工艺的一种补充，长期份额不高，且在硅料供应释放之后需要折价出售。从下游应用角度，考虑到颗粒硅品质逐步提升，且金属杂质、氢跳、硅粉等工艺瓶颈已有解决方案，我们认为拉棒环节未来应用颗粒硅的比例没有限制。另外，颗粒硅可以节约破碎成本、增加拉棒单产、降低非硅成本，还有较大的二氧化碳减排价值，因此从中长期来看，颗粒硅较棒状硅单吨售价将更高，盈利

10、能力具有明显优势。 5 一一、硅料：硅料：流程型精细化工业，流程型精细化工业，技术壁垒较高技术壁垒较高 1.1 硅料是流程型行业，品质是基础，成本是核心硅料是流程型行业，品质是基础，成本是核心 多晶硅是光伏产业的基础，多晶硅生产是以纯度为 98%99.5%的工业硅为原料，经过一系列化学反应提纯至 99.9999%以上的高纯多晶硅，然后用于下游拉制单晶或者铸锭，最终加工成可以发电的电池组件。多晶硅是工业应用中纯度最高的物质之一，其纯度以主体物质的含量多少来表示，通常用几个 N(Nine)表示，太阳能级多晶硅纯度在 6N9N，即99.9999%99.9999999%。多晶硅纯度对太阳能电池的能量转

11、换效率有非常重要的影响，随着新一代 N 型电池的推广，对多晶硅纯度的要求也在持续提升。 根据硅业分会数据，2021 年全球多晶硅总产量约约 59 万吨，其中半导体级多晶硅需求约 3万吨，太阳能级多晶硅已占到硅料总需求的 95%以上。目前多晶硅主要的生产工艺是改良西门子法，西门子法自 1950 年代被开发以来，已经发展到第三代，始终是多晶硅最主流的生产工艺，份额占比达 95%以上，光伏硅料具备大宗商品属性，高品质是基本要求，成本是硅料企业竞争的关键。 1.2 资本和技术密集性行业，竞争格局好资本和技术密集性行业，竞争格局好 从投资回报角度看，硅料属于资本和技术密集性行业，资产周转率低，正常年份固

12、定资产周转率低于 1，项目投资回报主要取决于盈利能力和财务杠杆。 价格方面，硅料是同质化原材料，合格品不会有明显差价，但次品不得不折价出售，低质量产品甚至根本无法使用，此外，目前单晶料占比达到市场总需求的 90%以上，因此单晶料的比例也对产品综合售价有显著影响；成本方面，多晶硅的折旧成本较高，现金成本主要取决于物料单耗（硅粉、电耗、蒸汽、水等）以及要素价格。 因此，硅料企业的技术能力是最重要的竞争力，对硅料的相对售价和物料单耗都有决定性的影响，要素价格尤其是能源价格也是拉开成本差距的重要因素，过去 5 年里，产能新、规模大、电价低的成熟硅料产能牢牢占据着行业优势地位。 目前有两类主流的生产多晶

13、硅方式，分别是改良西门子法制取棒状硅和硅烷流化床法制取颗粒硅。根据 CPIA 数据，2021 年改良西门子法市占率约 95%。 图表图表1： 改良西门子法棒状硅示意图改良西门子法棒状硅示意图 图表图表2： 硅烷流化床法颗粒硅示意图硅烷流化床法颗粒硅示意图 资料来源：公司官网、华泰研究 资料来源：公司官网、华泰研究 多晶硅生产是精细重化工行业，产品品质受工艺、设备、环境控制等多个因素影响，工艺点繁多，新进入者很难快速掌握成熟工艺，事实上，多晶硅的供应历来呈现稳定的寡头垄断格局，2005 年以前海外的 7 大硅料企业把持行业近 30 年，2014 年以后，突破了冷氢化技术的四大国内龙头稳步提升份额

14、。只有在 2 次价格泡沫期间（2006-2010 年和 2021 年至今） ，出现了大量新进入者。我们根据公司公告汇总，2021 年国内前 5 大硅料企业产能的市占率达到 66%，远高于下游的市场集中度，且过去三年稳步提升。 6 图表图表3： 2019-2021 年全球多晶硅产能及集中度统计年全球多晶硅产能及集中度统计 资料来源：公司公告、华泰研究 2021 年，硅料行业形成了协鑫科技、通威股份、大全能源、新特能源四大龙头并驾齐驱的局面，市占率分别为 20%、14%、12%、11%，其中协鑫科技约 22%的产能为颗粒硅，其余为棒状硅。追赶者中东方希望、亚洲硅业还保持着一定竞争力，但在成本和品质

15、上与第一集团存在些许差距。 图表图表4： 2021 年硅料行业竞年硅料行业竞争格局争格局（产能口径）（产能口径） 资料来源：公司公告、华泰研究 54%62%66%0%10%20%30%40%50%60%70%0070201920202021万吨协鑫科技新特能源大全能源通威股份东方希望其它CR5(右)协鑫科技20%新特能源11%大全能源12%通威股份14%东方希望9%其它34% 7 二二、改良西门子法改良西门子法：目前主流路径目前主流路径，降本空间有限降本空间有限 2.1 改良改良西门子法生产原理西门子法生产原理：高温低得率，能耗高，配套装置多：高温低得率，能耗高，配套装置

16、多 目前第三代改良西门子法仍然是多晶硅生产的主流工艺，其原理是利用高温硅芯（硅棒）作为载体，气化的三氯氢硅（SiHCl3）和氢气（H2）在硅芯表面、10501100下发生还原反应（气相沉积反应） ，生成晶体硅沉积在硅芯表面，反应副产物或未发生反应的原料从底部排出，经回收、分离、提纯后，重新返回相应生产工序中，当发热体生长至一定尺寸时，停炉将多晶硅料取出。 还原炉里的基本反应如下： SiHCl3(气) + H2(气)9001100 Si(固)+ 3HCl(气) 4SiHCl3900 Si + 3SiCl4+ 2H2 原料在种种反应器中除了发生主反应外，还有很多副反应发生，由于这些反应都是可逆反应

17、，所以还原炉内的反应过程比较复杂。三氯氢硅还原反应后，含有氢气、未反应的三氯氢硅、四氯化硅、二氯二氢硅和氯化氢等混合气出还原炉，送往还原尾气回收。 SiCl4+ 2H2 Si+ 4HCl SiHCl3+ H2 HCl + SiH2Cl2 2SiHCl3 Si+ SiCl4+ 2HCl 针对西门子法，大体上，一次投入一次投入 45 吨三氯氢硅，可生成吨三氯氢硅，可生成 1 吨多晶硅、吨多晶硅、20 吨四氯化硅，吨四氯化硅，还有近还有近 25 吨未发生反应的三氯氢硅，还原吨未发生反应的三氯氢硅，还原 SiHCl3多晶硅转化率为多晶硅转化率为 12%左右左右，因此西门子，因此西门子工艺中需要配套大量

18、的尾气分离、处理和精馏装置。工艺中需要配套大量的尾气分离、处理和精馏装置。 西门子法问世至今已经经历的三代改良，主要是围绕尾气回收再利用。西门子法生产过程中会产生大量的 SiCl4，需要通过氢化工序，将大量副产物 SiCl4转化成作为多晶硅生产原料的 SiHCl3，从而实现闭环生产，以提高硅粉利用率，降低生产成本。 早期的氢化方法称为“热氢化法” ，其原理是将 SiCl4与 H2按照一定配比混合，混合气在反应炉中和高温条件下进行反应，H2将 SiCl4还原后得到三氯氢硅，同时生成 HCl。该反应的操作温度高达 1250，综合电耗达 23kWh/kg-TCS，约合 50kWh/kg-Si，而且一

19、次转化率仅有 18-24%，工艺成本高昂。 2004 年冷氢化法的专利保护限制失效之后，冷氢化工艺逐渐成为主流。冷氢化法利用硅粉和 SiCl4反应， 反应温度约 500600， 综合电耗约 0.61kWh/kg-TCS， 约合 11kWh/kg-Si，不到热氢化法的四分之一，电耗显著降低，近年来随着冷氢化装置规模快速增大，冷氢化环节的电耗已降至 5kWh/kg-Si 以内，多晶硅的生产成本也随之大幅下降。 我国的多晶硅产业在 2006 年起步，落后海外近 30 年，由于硅料价格偏高，到 2010 年国内一度有近百家企业进入硅料行业，但技术落后，多数企业只掌握热氢化工艺，电耗一度达到 200kW

20、h/kg-Si，成本远高于国外对手。2011 年，年，协鑫科技协鑫科技在国内率先突破冷氢化工在国内率先突破冷氢化工艺，一举将综合电耗降至艺，一举将综合电耗降至 70kWh/kg-Si 以下，成以下，成本降至本降至 20 美元美元/kg 以内，随后大规模扩产以内，随后大规模扩产成为全球龙头。成为全球龙头。 随着冷氢化技术逐渐扩散，2014 年以后，通威股份、大全能源、新特能源等国内企业相继掌握冷氢化工艺，并凭借低电价优势实现对协鑫科技的超越。 8 2.2 西门子法流程介绍：还原反应转化率低，精馏、中间产物处理配套多西门子法流程介绍：还原反应转化率低，精馏、中间产物处理配套多 西门子产线是一套流程

21、复杂的精细化工装置，粗略可分为五大系统，即氯氢化、精馏提纯、还原、尾气处理、产品整理，以及其他辅助装置。 图表图表5： 改良西门子法工序流程图改良西门子法工序流程图 资料来源：改良西门子法生产多晶硅工艺设计探讨杨涛(2009)、华泰研究 1）氯氢氯氢化化：氯氢化工段主要是合成三氯氢硅（TCS） 。西门子产线的三氯氢硅有西门子产线的三氯氢硅有 2 个来源，个来源，一是电解制氢和氯气合成氯化氢，然后与硅粉反应生成三氯氢硅；二是将四氯化硅中间产物一是电解制氢和氯气合成氯化氢，然后与硅粉反应生成三氯氢硅；二是将四氯化硅中间产物转化成三氯氢硅。转化成三氯氢硅。在一条完整的西门子产线里，合成的三氯氢硅占比

22、仅有 20%，因此也有厂家选择不配置三氯氢硅合成装置，初始投料选择外购，配备更多冷氢化装置生产三氯氢硅。 四氯化硅（STC）综合利用氯氢化转化为三氯氢硅（TCS） ，是由传统西门子法过渡到改良西门子法的重要标志之一，使高纯晶硅厂的大部分物料实现了封闭循环运转，并得到了最有价值的利用。根据最大四氯化硅生成量 18.3kg/kg-Si 计算，年产多晶硅 50000 吨，生成STC 约 91.5 万吨/年，需配套百万吨级别的氢化装置。 目前国内普遍选择冷氢化工艺处理四氯化硅，冷氢化是相对热氢化（1250）而言的，利用四氯化硅在高温（450500） 、催化剂（金属氯化物）作用下发生热分解、加氢反应得到

23、三氯氢硅。其产生的副产物氯化氢再与硅粉发生连锁反应，生成三氯氢硅和四氯化硅，同时还原尾气分离出的氯化氢也返回该系统，与硅粉进行反应，四氯化硅转化率约 25%。 2）精馏提纯精馏提纯：精馏系统包括合成精馏、回收精馏和反歧化三个系统。 来自冷氢化、反歧化的粗三氯氢硅和外购三氯氢硅（纯度99%）进入合成精馏装置进行精馏，提纯得到高纯三氯氢硅。 9 正常生产下还原炉出来的尾气温度约 600700，组成为：H2 60.81%、TCS 20%、SiCl4 15.19%、SiH2Cl2 3.8%、HCl 0.2%以及少量的硅粉，经尾气换热器同部分循环水换热至约150后排出还原装置，进入还原尾气回收工段，还原

24、工段尾气回收得到的氯硅烷进入回收精馏系统进行精馏、提纯得到三氯氢硅，回用于还原工段，分出的二氯二氢硅和四氯化硅去反歧化装置，剩余的四氯化硅去冷氢化装置。 反歧化装置利用精馏装置分离出的二氯二氢硅和四氯化硅进行反歧化反应，得到三氯氢硅，去合成精馏装置。精馏工段的三氯氢硅经树脂吸附除硼和金属杂质，然后进入还原工段。 回收精馏是精馏系统中最主要的部分。精馏系统要分离的氯硅烷主要是二氯氢硅、三氯氢精馏系统要分离的氯硅烷主要是二氯氢硅、三氯氢硅和四氯化硅，三者分子量、熔沸点、密度都比较接近，因此分离难度较大，需要配备多硅和四氯化硅，三者分子量、熔沸点、密度都比较接近，因此分离难度较大，需要配备多级精馏塔

25、，目前精馏系统的投入约级精馏塔，目前精馏系统的投入约 2 亿元亿元/万吨。万吨。 图表图表6： 精馏和反歧化涉及的主要物料物化性质表精馏和反歧化涉及的主要物料物化性质表 类别类别 分子量分子量 熔点熔点() 沸点沸点(101kpa) 相对密度相对密度 水溶性水溶性 三氯氢硅（SiHCl3） 原料 135 -126.5 33 1.34 不溶于水 四氯化硅（SiCl4） 中间品 170 -70 57.6 1.48 不溶于水 二氯氢硅（SiH2Cl2） 中间品 101 -122 8.2 1.22 不溶于水 资料来源：洛克化工网、华泰研究 三氯氢硅氢还原反应回收的还原氯硅烷、冷氢化系统副产四氯化硅反应

26、生成的氯硅烷、外购的粗三氯氢硅以及副产二氯二氢硅反歧化反应生成的粗三氯氢硅均需要设置精馏系统进行分离和精制。粗三氯氢硅中的硼、磷氯化物等杂质与三氯氢硅的沸点非常接近，因此外购粗三氯氢硅及冷氢化粗三氯氢硅精制的难度很大，需要的精馏塔较多，相应能耗也高。 3) 还原还原：单套还原炉是周期性间歇操作，整个还原系统为连续操作。来自精馏装置的高纯三氯氢硅，将其送入三氯氢硅汽化器，通过流量计控制调节三氯氢硅气体和氢气的进料摩尔比， 混合气经过进气加热器被蒸汽加热至 150后由喷嘴进入还原炉， 还原炉内安装有硅芯，在炉内通电的高温硅芯（硅棒）的表面，温度 10501100，三氯氢硅被氢气还原成晶体硅沉积于硅

27、芯（硅棒）表面，使硅棒直径不断长大，直至达到规定的尺寸。 当硅棒直径达标时需停炉，再经过冷却、气体置换、开炉取硅棒、炉体清洗、放置硅芯、重新关闭炉体、气体置换、高压启动等一系列过程，再进入反应过程，非反应的操作时间较长，影响产能及成本。炉内预装的硅芯需在高温下才能导电，目前主要采用高压击穿的方式启动。 因此需要额外配置相应的高压启动装置及控制电流的整流器等， 电气设备较多。 还原炉是还原工段最主要的装置，单台还原炉的功率高达几十 kW，还原炉在反应过程中需持续向硅芯通入电流，电耗较高(占装置耗电量 50%以上) 。还原炉的发展历程主要是实现国产化、规模化的探索，根据 CPIA 数据，目前国内硅

28、料企业基本实现设备国产化，普遍采用 40 对棒的还原炉，单炉年产量达到 650 吨，还原电耗降至 45kWh/kg-Si 以内，单价降至 300 万元/台左右。 4）尾气处理尾气处理：尾气回收装置主要是将还原装置送来的含有四氯化硅（STC） 、三氯氢硅、氯化氢、二氯氢硅、硅粉的还原尾气进行分离、净化、回收。三氯氢硅还原炉内反应过程较复杂，副反应及逆反应较多，转化率比较低，因此设置了还原尾气回收系统以分离氯硅烷、氯化氢及氢气，分离过程比较复杂。回收的氯硅烷要循环回精馏系统分离处理，回收回收的氯硅烷要循环回精馏系统分离处理，回收的氯化氢送冷氢化工序，回收的氢气循环回还原系统。的氯化氢送冷氢化工序，

29、回收的氢气循环回还原系统。 由于氯硅烷、氢气和氯化氢的物理性质差异较大，尾气分离相对简单。还原尾气依次经过硅粉过滤器、热量回收、循环水冷却、冷量回收换热器、7水冷却、-10采用 R404A 制冷剂，绝大部分氯硅烷冷凝后进入氯硅烷缓冲罐后送入氯化氢精馏塔，不凝气被还原尾气复热后送入氢气压缩机压缩。 10 图表图表7： 还原尾气回收工段涉及的主要物料雾化性指标还原尾气回收工段涉及的主要物料雾化性指标 类别类别 水溶性水溶性 分子量分子量 熔点熔点() 沸点沸点(101kpa) 相对密度相对密度 三氯氢硅（SiHCl3） 原料 不溶于水 135 -126.5 33 1.34 四氯化硅（SiCl4）

30、原料 不溶于水 170 -70 57.6 1.48 二氯氢硅（SiH2Cl2） 原料 不溶于水 101 -122 8.2 1.22 氢气 原料 不溶于水 2 -259.2 -252.8 -0.07 HCl 原料 易溶于水 36.5 -114.2 -85 1.447 资料来源：洛克化工网、华泰研究 5）产品整理产品整理：破碎工序作业人员将硅棒进行出库，设立独立洁净间预处理掉石墨尖上部50mm 或石墨底座上部 150mm 处含碳硅料后， 将硅料运输到千级自动硅料破碎间进行硅料破碎，按市场需求进行粒径破碎，最终包装满足 10kg/袋、600kg/箱、1200kg/托的终端客户需求产品。 目前主流的破

31、碎方式是人工用金属锤敲碎，棒状硅出炉时直径达到 200mm 左右，长度近 3米，下游填充料的尺寸约 50-70mm，复投料尺寸要求 30-50mm，人均破碎量从几百 kg 到3 吨不等，整理破碎过程容易引入杂质，并且会有 1%左右的粉尘损失掉。也有部分企业引进自动破碎设备，如颚式破碎机，但设备破碎引入的杂质更难控制。 值得一提的是，目前头部企业西门子工艺上差距不大，反而是在破碎环节各有特色，很大程度上决定了交付产品的品质，因此破碎整理反而成为棒状硅企业保密程度最高的一环。 2.3 西门西门子法成本子法成本解析解析：折旧、电耗、硅粉占比高折旧、电耗、硅粉占比高 西门子工艺有几个特点：一是主反应反

32、应温度高，但一次转化率低；二是副反应众多，尾气成分非常复杂；三是尾气成分的沸点比较接近，分离难度较大。这导致 2 个后果，一是还原电耗和综合电耗消耗较大，二是尾气回收和处理（精馏）成为重要的资本投入。体现在成本结构里，就是折旧和能耗成本占比高。 图表图表8： 国内一线改良西门子法企业大全能源国内一线改良西门子法企业大全能源 2020 年成本结构年成本结构 资料来源：大全能源公司招股说明书（2021）、华泰研究 根据大全能源的数据，2020 年大全的生产成本为 41.4 元/kg，在行业内处于领先水平。其中，直接材料（硅粉、硅芯及其他材料）占比 41.2%，制造费用（折旧、能耗、水耗、其他）占比

33、 51.7%，人工成本占比 7.1%。 硅粉31%其他材料10%人工7%电力28%水费1%蒸汽4%其他费用4%折旧15% 11 2.3.1 折旧：设备基本国产化，降低空间不大折旧：设备基本国产化，降低空间不大 目前西门子法产线的投资强度大约为 8-10 亿元/万吨，其中占比较高的部分主要是冷氢化、精馏、还原、尾气回收等，4 工段合计占比达到 84%，核心工段还原车间在 capex 的占比仅有 30%。 从产线占地面积来看，不考虑公辅设施，目前每万吨西门子产线的占地面积大约 3-5 万平米，其中冷氢化、精馏、还原、尾气回收、产品整理合计占到 87%以上。值得注意的是，随着连续加料技术的普及， 下

34、游对于硅料尺寸的要求日益严苛， 复投料要求破碎到 30-50mm的粒径，因此破碎整理环节成为西门子产线上比较大的投入。 图表图表9： 2021 年西门子法多晶硅产线各系统投资额比例统计年西门子法多晶硅产线各系统投资额比例统计 图表图表10： 2021 年西门子法多晶硅产线各系统占地面积比例统计年西门子法多晶硅产线各系统占地面积比例统计 资料来源：大全增发说明书(2022)、华泰研究 资料来源：大全增发说明书(2022)、华泰研究 降低系统投资的路线主要由两条：降低系统投资的路线主要由两条： 一是提高单线规模，摊薄各种配套设施的成本。一是提高单线规模，摊薄各种配套设施的成本。随着系统集成水平提高

35、，国内多晶硅企业通过多年的运营，已成功地将还原、回收、精馏、氢化等系统有效整合，充分发挥单体装置的能力，现已基本掌握单线万吨级多晶硅生产技术。特别是随着一线厂商陆续掌握冷氢化处理能力，产线的规模已达 3-5 万吨。由于产线规模的增大，公用工程、尾气残液处理系统等模块和工艺可以公用，也降低了企业的投资成本。 二是提高设备的国产化率。二是提高设备的国产化率。早期国内新上项目的还原炉部分基本上都是以引进为主，包括俄罗斯 9 对棒、德国 12 对棒、美国 18 对棒、24 对棒等加压还原炉， 2008 年一台 12 对棒的进口还原炉价格超过 1000 万元。目前还原炉基本上已经实现国产化，多晶硅生产线

36、设备基本上可实现 90%以上的国产化覆盖率，生产成本也在不断下降，以通威股份的产能为例，早期的 24 对棒还原炉，每台价格在 500 万元以上，而新型的 36 对棒还原炉，单台年产能提高 20%以上， 价格反而下降 20 万元。 最新的 40 对棒还原炉， 每台价格更是降至 400万元左右。 制氢1%冷氢化（含渣浆处理/高沸裂精馏（含吸附、反歧化）14%还原（含还原水系统）22%尾气回收10%整理4%其他工艺装置5%配套系统工程26%其他1%制氢1%冷氢化17%三氯氢硅合成2%精馏15%还原29%整理16%尾气回收11%废气处理2%硅芯2%空气制氮0%中心控制室2%技术监测中心3% 12 图表

37、图表11： 江苏中能多晶硅生产成本随产线规模扩大而逐年下降江苏中能多晶硅生产成本随产线规模扩大而逐年下降 图表图表12： 通通威股份的还原炉购置价格逐年下降威股份的还原炉购置价格逐年下降 资料来源：协鑫科技公告、华泰研究 资料来源：永祥公司公告、通威可转债募集报告（2022）、华泰研究 从历史来看，早期多晶硅产能的初始投资较大，2008 年千吨投资成本约为 710 亿元，到现在多晶硅生产线投资成本已大幅降低，2013 年大全新能源在新疆的 5000 吨投资综合约为 20 亿元，约合 4 亿元/千吨，2015 年在新疆建设的新工厂，投资额已下降至 1.5 亿元/千吨，2017 年通威股份、大全能

38、源、新特能源以及协鑫科技等国内一线大厂的扩产潮里，千吨投资额都位于 1.21.6 亿元/千吨之间。 2021 年以来新建产能的单线规模已经达到 5 万吨甚至 10 万吨，投资强度进一步下降至 1 亿元/千吨左右。随着规模红利和国产化红利挖掘殆尽，我们预计多晶硅产线的投资强度降至 8-10 亿元/万吨将遇到瓶颈。 2.3.2 电耗电耗/能耗：还原电耗到达瓶颈，综合电耗还有少量下降空间能耗：还原电耗到达瓶颈，综合电耗还有少量下降空间 多晶硅的能耗由电耗、蒸汽消耗、水耗三部分组成，其中电消耗占多晶硅总能耗的 95%左右，是多晶硅生产能耗的最主要构成部分。 多晶硅的电耗构成中三氯氢硅还原工序所消耗的电

39、能达到了总电耗的 75%80%， 尾气干法回收工序占比 5%7%，三氯氢硅合成工序占比 5%6%。根据 CPIA 发布的中国光伏产业发展路线图 （2021 年版） ，2021 年我国多晶硅行业的平均电耗为 63kWh/kg-Si，较上一年度下降 3.5kWh/kg-Si；其中还原电耗 46kWh/kg-Si，较上一年度下降 3kWh/kg-Si，冷氢化电耗 4.7kWh/kg-Si，较上一年度下降 0.6kWh/kg-Si。其中，头部企业的综合电耗已降至50kWh/kg-Si 左右，主要得益于规模优势和能量回收带来的公辅能耗的降低。 图表图表13： 2010-2020 年西门子工艺能耗统计年西

40、门子工艺能耗统计 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 还原电耗(kWh/kg) 80 70 60 58 57 55 50 49 49 49 49 46 综合电耗(kWh/kg) 170 135 120 110 105 85 80 75 68 65 65 63 蒸汽消耗 kg/kg 120 80 50 40 35 26 25 23 21 20 20 18.4 综合能耗(kgce/kg) 32.51 24.36 19.62 17.42 16.32 12.99 12.28 11.47 10.69 10.21 10 9

41、5% 生产连续性 批次生产，需进行装、拆炉 连续性不间断生产 副产物 产生大量副产物，SiCl4 需要通过氢化处理 副产物少，污染性排放少 产品质量 产品纯度高，可生产太阳能级多晶硅 产品纯度略低于西门子，可生产太阳能级多晶硅 安全性 工艺成熟，操作安全 SiH4 易燃易爆 资料来源：新疆大全招股书、协鑫乐山项目环评书、华泰研究 图表图表27： 颗粒硅与棒状硅成本比较颗粒硅与棒状硅成本比较 西门子西门子-未来理想水平未来理想水平 颗粒硅颗粒硅-未来理想水平未来理想水平 颗粒硅颗粒硅-自备硅粉自备硅粉 单耗单耗 单价单价 小计（元小计（元/kg，不含税，不含税） 单耗单耗 单价单价 小计小计 单

42、耗单耗 单价单价 小计小计 硅粉 1.05 kg/kg-Si 25 元/kg, 含税 23.2 1.05 25 23.2 1.05 20 18.6 硅芯 1.5 内衬 1.5 1.5 电 50 kWh/kg-Si 0.35 元/kWh, 含税 15.5 14 0.35 4.3 14 0.35 4.3 蒸汽 0 kg/kg-Si 150 元/kg, 含税 0.0 15 150 2.0 0 150 0.0 人工 150 人/万吨-Si 10 万元/人, 不含税 1.5 70 10 0.7 70 10 0.7 水 0.2 0.2 0.2 其他 1.5 1.5 1.5 折旧 6.7 5.0 5.0 合

43、计 50.08 38.46 31.82 注：硅粉、电、蒸汽在计算成本时去除增值税影响 资料来源： 多晶硅生产技术发展方向探讨赵建（2014） 、中国光伏产业发展路线图、新疆大全招股书、华泰研究预测 23 3.4 应用应用端表现端表现：节约节约破碎成本，提高单产，为下游带来破碎成本，提高单产，为下游带来 5-7 元元/kg 收益收益 3.4.1 理论方面：理论方面：助力长晶自动化，减少非等径时间，增加单炉产出助力长晶自动化，减少非等径时间，增加单炉产出 多晶硅料的下游是拉棒/铸锭用户，对硅料品质对硅料品质方面的要求是，应用颗粒硅之后，不能影响方面的要求是，应用颗粒硅之后，不能影响硅片的各项性能指

44、标，最终不影响电池和组件的能量转换效率。硅片的各项性能指标，最终不影响电池和组件的能量转换效率。 高效电池片对硅片性能的要求主要是两大核心指标，少子寿命和电阻率： 1）在电阻率合适条件下，低基体复合要求更高的少子寿命，即更低的氧、碳、金属和缺陷浓度，这几大相关因素中，硅料的纯度对于金属杂质含量影响比较显著，尤其是 N 型料品质更不稳定。氧含量主要受石英坩埚品质的影响，晶体缺陷则受到长晶质量影响，碳含量本身对少子寿命影响不大，而且硅棒的碳含量更容易受碳碳热场的污染。只考虑金属杂质含量，热场中的杂质、破碎清洗、工艺控制等人工干预过程也极容易引入金属污染，因此，硅料中金属含量降到一定程度，就不再是硅

45、片品质的主要影响因素。 2）体电阻率，半导体材料要求一定的导电性，主要依靠掺杂施主、受主杂质实现，但掺杂浓度过高，会导致少子寿命下降，因此硅片往往要求在一定的电阻率范围内，少子寿命越高越好。 图表图表28： 硅片质量的主要影响指标及影响机理硅片质量的主要影响指标及影响机理 资料来源：高效 N 型背接触太阳电池工艺研究董鹏（2019）、华泰研究 原料纯度只是影响少子寿命的诸多因素之一，而且在实际生产中，热场、坩埚及环境的洁原料纯度只是影响少子寿命的诸多因素之一，而且在实际生产中，热场、坩埚及环境的洁净度影响更甚于硅料，尤其是净度影响更甚于硅料，尤其是 N 型硅片型硅片生产过程，环境因素影响更大生

46、产过程，环境因素影响更大。比较颗粒硅产品与各类硅料等级标准，目前协鑫科技的主流产品（ZN900、ZN901A）已经达到太阳能 1 级品以上，部分指标已经好于特级品标准。对于 P 型料，达到太阳能级即能满足需求；对于 N型料，太阳能特级或电子三级能满足需求。 图表图表29： 颗粒硅、棒状硅不同等级标准统计颗粒硅、棒状硅不同等级标准统计 电子级电子级 太阳能级太阳能级 颗粒硅颗粒硅 ZN900 ZN901A 1 级级 2 级级 3 版版 特级特级 1 级级 2 级级 3 级级 特级特级 1 级级 2 级级 3 级级 施主杂质/ppba 0.15 0.25 0.3 0.68 1.40 2.61 6.

47、16 0.3 1.1 2.3 4.8 0.3 0.8 受主杂质 ppba 0.05 0.08 0.1 0.26 0.54 0.88 2.66 0.2 0.26 0.54 1.32 0.2 0.4 碳浓度/(atoms/cm3) 4.01015 1.01016 1.51016 2.01016 2.51016 3.01016 4.01016 2.01016 2.51017 3.01017 5.01017 体金属/ppbw 1.0 1.5 2.0 15 50 100 100 表金属/ppbw 5.5 10.5 15 30 100 100 100 总金属/ppbw 10 100 300 600 10

48、15 资料来源：协鑫科技官网、国家标准文件、华泰研究 24 此外，现行标准会产生一定误导，导致外界高估颗粒硅与棒状硅的杂质含量差异： 1） 西门子法纯度测试的样品是取硅棒靠近硅芯位置的样品，样品长度不小于 100 mm，直径 15-20mm，经去污、酸洗、清洁、干燥后，用区熔工艺做成单晶硅棒，再测试电学参数，实际交付的产品是人工用金属锤（钨钼锤）破碎的 30-50mm 粒径的块状料，破碎过程会引入很多杂质，COA 文件中的承诺纯度远低于测试纯度，而颗粒硅的测试样品与交付产品并无区别，不存在类似误差。 2） 西门子法的金属杂质不完全，目前国标仅检测 Fe、Cr、Ni、Cu、Zn 5 种元素，西门

49、子法破碎带入大量钨钼（W、Mo）等元素，在颗粒硅中含量很低。 从实际使用效果来看，目前颗粒硅的高比例使用不会影响硅片的品质，已有多家厂家尝试过高比例应用颗粒硅拉棒，验证结果显示硅片电学性能并未受到负面影响，但会影响硅片的单产，从而导致长晶成本上升。 硅片的非硅成本包括硅片的非硅成本包括 3 部分，即拉棒成本部分，即拉棒成本、机加工成本、机加工成本和切片成本，应用颗粒硅主要影响和切片成本，应用颗粒硅主要影响拉棒成本。拉棒成本。单晶拉棒是个批次型的冶炼过程，单一批次（炉）时长由坩埚寿命决定，单炉成本主要包括耗材（坩埚、热场） 、水电、人工、折旧等，单炉总成本相对固定，可以认为单炉产出与拉棒成本呈反

50、比例关系，通过提高单炉产出可以摊薄拉棒成本。 图表图表30： 单晶拉棒单炉产出影响因素单晶拉棒单炉产出影响因素 资料来源：关于两段炉单炉生产的探讨尹德春和宋吉杰(1998)、华泰研究 单炉产出取决于坩埚寿命、有效长晶时间（受辅助时间、引放成活率和整棒率影响） 、拉速及硅棒尺寸，过去几年单晶硅棒长晶成本快速下降的基础，来自以下几方面：1）坩埚寿命的延长，从低于 200 小时到高于 400 小时；2）一炉多棒技术，从早期的 1 炉 1 根硅棒到现在 1 炉 8-10 根硅棒； 3） 快速长晶技术， 以 9 英寸硅棒为例， 生长速度从几年前 1.4mm/min提高到 2mm/min 以上；4）大炉台