8月21日,从西宁驱车约3个小时后,便来到了一片“蓝色海洋”——国家电投黄河上游水电开发有限责任公司(以下简称“黄河水电”)共和光伏产业园。
在这里,黄河水电海南新能源发电部维护中心副主任宦兴胜告诉记者,目前黄河水电在共和光伏产业园的占地面积为81平方公里,装机达271.5万千瓦,占黄河水电在海南州光伏装机的98.7%,占海南州光伏装机总量的61%。未来,这片一望无际的“蓝色海洋”还将扩大5倍。
共和光伏产业园所在的海南州正在建设千万千瓦级新能源基地,规划光伏发电装机1200万千瓦,同时,积极协调推进海南州特高压外送通道配套电源点建设,从生产和消费环节推进清洁能源发展。
“世界光伏看中国,中国光伏看青海,青海光伏看黄河。”黄河水电已经实现了从单一光伏发电企业,到率先在国内实现了从多晶硅制造—切片工艺—太阳能电池及组件—太阳能光伏发电为一体的垂直、协同光伏全产业链的转变。年产2500吨电子级多晶硅,年产800兆瓦太阳能电池、400兆瓦组件、1.2亿片硅片项目,已建388万千瓦光伏发电装机,这些数据见证着全球最大的光伏发电运营商——国家电投黄河水电光伏产业发展的步伐。
此外,黄河水电还有许多可圈可点的创新之举:
率先建设了 20万千瓦全球单体电站最大的格尔木一期光伏电站,开展了一系列百兆瓦级光伏电站关键技术的研究;
率先建设了全球最大的水光互补光伏电站,为利用清洁能源采取多能源互补的模式提供技术支撑;
率先建设了全球最大、种类最多、技术含量最高的百兆瓦野外实证基地;
率先开展了双面组件匹配跟踪系统与智能组串控制器一体化研究应用;
在全球首次开展针对不同地区光谱特性的定制化组件的研究;
在全球首次开展基于提高高效双面组件耐久性的透明背板材料的应用研究。
力争上游:电子级多晶硅国产化
在青海省西宁市东川工业园内的黄河水电新能源分公司的厂区内,高塔林立,俨然一座现代化的化工企业。但这里生产的不是化工产品,而是一度全部依赖进口的电子级多晶硅。
众所周知,电子级多晶硅是国家发展集成电路产业的战略原材料。一般光伏用硅要求含硅量大于99.9999999%(9N)电子级多晶硅则要求达到11个“9”以上(11N)。
但是,一直以来,电子级多晶硅的生产技术和市场一直被国外垄断。这一窘境一直持续到了2010年。
在这一年的6月份,黄河水电经过对技术的吸收和转化,其建成的国内第一条电子级多晶硅生产线的主装置逐步试车,生产出符合集成电路应用的高纯电子级多晶硅。经过10年的技术研发和科技创新,其符合集成电路应用的高纯电子级多晶硅的产量也在逐年提高。
因此,黄河水电发展成为国内唯一一家集成电路应用的高纯电子级多晶硅生产企业。它采用国际先进水平的改良西门子法多晶硅生产工艺技术,年产达2500吨。其产品成功应用于集成电路8英寸硅片企业,打破了国内市场长期由国外公司垄断的格局,为国家集成电路产业原材料战略安全提供了保障。
此外,黄河水电率先在国内建立了一套完整的满足国际半导体材料与设备协会(SEMI)标准的电子级多晶硅产品检测标准、指标体系和检测质量控制流程,拥有目前国内唯一按照SEMI标准配置的多晶硅检测实验室,为青海省成为国内重要的集成电路硅材料产业基地奠定了基础,真正实现了中国制造,打响了民族品牌。
但黄河水电并不仅仅满足于此。据黄河水电新能源分公司副总经理秦榕介绍,通过工艺技术的消化升级,产品质量逐年提升,各杂质含量稳步下降,电子级产品比例逐年提高。两组数据可以说明:
截至目前,产量较2016年产量增加5%,主要杂质含量下降18%,完全成本降低15%达到19.88万元/吨,国产化年销量翻了十倍达到400吨,打破了集成电路高纯硅材料被国外产品垄断的局面。
其生产的“黄河水电多晶硅”的氧含量<0.02ppma,碳含量<0.02ppma,受主杂质<0.03ppba,施主杂质<0.05ppba,基体总金属杂质<2ppbw,产品质量与德国、日本的知名多晶硅质量相当。
目前,“黄河水电多晶硅”已经得到了浙江金瑞泓科技股份有限公司等下游客户的广泛认可,产品被用于生产3至8英寸重掺、轻掺抛光片和外延片。
据了解,黄河水电电子级多晶硅已经连续4年销售量超过百吨,国内市场占有率已达到11%。但是,其电子级多晶硅年产量也只有300多吨,连一条生产线的产能都没达到,其余的产能只能生产太阳能级多晶硅。秦榕说:“因为一个电子级多晶硅客户的培育期大约需要3~5年。”于是,分管市场营销工作的秦榕,需要经常出差,去和客户交流,介绍黄河水电的电子级多晶硅产品,了解客户需求。
值得一提的是,项目实现完全闭路循环,节能低耗、安全环保。其中,冷氢化四氯化硅转化率达到国内最高水平;还原炉回收尾气经处理后,完全实现闭路循环生产;产品后处理采用全程洁净环境流水线。项目纳入中国第一批符合《多晶硅行业准入条件》,并成功申请了《极大规模集成电路制造装备及成套工艺(02专项)》工作,目前产品质量已经达到02专项全部要求。
虽然黄河水电电子级多晶硅的国内市场占有率已达到11%,但剩下的89%全部依赖进口。所以,毋庸置疑,当前和今后一段时期是我国集成电路产业发展的重要战略机遇期和攻坚期。
黄河水电也看到了这一机遇。于是,黄河水电未来还将通过技术改造,将产能提升至3300万吨/年;计划到2022年,集成电路用半导体材料质量达到国际先进水平,国内市场占有率50%,为打破集成电路产业国外垄断提供有力支撑。
做强中游:电池、组件双管齐下
在黄河水电新能源分公司厂区的马路对面,就是黄河水电太阳能电力公司西宁分公司的生产车间。
在车间二楼,新能源分公司生产出来的太阳能级多晶硅料经铸锭或拉晶后的晶硅棒经过切片后将在这里通过清洗制绒、扩散、刻蚀、氧化铝镀膜、PECVD、激光开槽、丝网印刷、测试分选等一系列工序,制备成太阳能电池片。
而在车间一楼,二楼经测试合格的电池片将在这里历经串焊、排版、层压、EL测试、装框、安装接线盒、固化、清洗、功率测试、包装入库等工序,变成太阳能组件。
据了解,目前,黄河水电已经建成了年产1.2亿片硅片项目,年产太阳能电池800兆瓦及组件400兆瓦的生产线项目。
在产品研发方面,按照习近平总书记的指示,黄河水电充分利用产业、技术、人才、资金这四大优势,打造三大核心产品。而每种产品都成立了专门研发队伍进行专项攻关,三大核心产品技术研发均取得了突破性成果。
黄河水电加强国际合作,与德国康斯坦茨太阳能研究所联合研发的N型IBC电池最高转换效率达到24.3%,达到行业领先水平。一期200兆瓦N型IBC电池组件项目2018年8月23日在西宁开工建设,是国内第一条开工建设的转换效率大于23%的高效N型IBC电池组件生产线,组件功率达到330W(60片),组件转换效率20.4%,达到国家技术领跑者组件效率满分要求。项目投产后将成为国内第一条低成本、高效率的N型IBC电池组件生产线。黄河水电计划到2019年底N型IBC电池转换效率达到23%,到2025年将超过25%。
未来,黄河水电将大力开展新型高效光伏电池及组件的研发,为高质量发展光伏制造、提高发电量、进一步降低建设成本、降低上网电价服务。
扩宽下游:创新光伏应用
青海,素有“阳光地带”之称,光照资源丰富。年总辐射量达5800兆焦/平方米~8000兆焦/平方米,是太阳能资源的“聚宝盆”,是全国仅次于西藏的第二高值区。
青海地势平坦,有广袤可利用的荒漠化土地面积约25万平方公里,占总土地面积的35%。其中,可用于开发新能源的未利用荒漠土地约10万平方公里。
这两大得天独厚优势的叠加,注定青海是光伏发电的理想之地:理论装机容量可达47亿千瓦,约占全国的11%。
昔日的“戈壁荒漠”变身“绿色草场、蓝色海洋”,这在青海不断上演。
作为这一转变的重要参与者和积极推进者,黄河水电的“水光互补”、“智能光伏+大数据应用”、“百兆瓦国家级太阳能发电实证基地”……这些无一不引领着光伏行业的创新发展。
光伏电是垃圾电。这种观念正在被龙羊峡水光互补项目所纠正。
龙羊峡水光互补项目规划总装机容量850兆瓦,于2015年6月全部并网发电。它作为“虚拟水电机组”,以330千伏电压等级输电线路送至龙羊峡水电站,通过水轮机组的快速调节,将原本光伏间歇、波动、随机的功率不稳定的锯齿型光伏电源,调整为均衡、优质、安全、更加友好的平滑稳定电源,以两个电源组合的电量,利用龙羊峡水电站的送出通道送入电网。
龙羊峡水电站的调峰调频性能有没有受到影响?大量的实验数据表明,不但没有影响,反而得到了进一步加强。
为此,黄河水电打出了一套“组合拳”。最终,黄河水电主导相关科研院所,共同研发了水光互补协调运行控制系统。
该系统将不稳定的光伏发电,转换为安全、稳定的优质电源,提高了光伏发电电能质量,较好地实现了水力发电和光伏发电快速补偿的功能,解决了光伏发电的安全并网问题,填补了国内大规模水光互补关键技术的空白,应用成果达到国际领先水平。
通过水光互补,龙羊峡水电站送出线路年利用小时可由原来运行的4621小时提高到5019小时,大幅提高了水电站的经济效益。
而光伏发电的“百科全书”——总装机容量143兆瓦的太阳能发电实证基地,由6个试验区和2个测试平台组成。148种光伏主流技术及产品在这里“同台竞技”。
这也是全球唯一一个最大规模的太阳能发电综合技术的实证试验基地。实证基地设备囊括了国内外光伏知名制造商的组件、逆变器等,涵盖国内外多种最先进的技术。选用了26种组件、21种逆变器、17种支架,展示了30种设计理念、15种新设备、30种新材料以及4种电池的储能技术。
实证基地将诸多的光伏设计理念、设计方案进行对比分析,为光伏发电设备提供专业的野外测试、检验及实证对比平台,在资源和气象环境完全相同的条件下进行长期试验检测,对各种不同类产品、设备技术、经济指标进行系统应用对比研究,为太阳能光伏发电行业从设计、安装、运行、维护、投资等方面提供实测数据支持,开展光伏试验示范与技术创新,促进技术产品的改进提升和市场应用推广,为光伏行业设计、设备研发、标准制定、生产运行管理、投资效益分析研究等提供实证平台,提出优化设计、指导设备选型、提高系统效率、降低投资成本,为最终实现光伏发电平价上网提供技术支撑。
当然了,黄河水电在建设运营光伏电站的同时把生态保护融入其中,开展电池组件行间无灌溉植被恢复试验,以利于原生牧草的生长和发展畜牧业;开展滴灌、微喷灌等节水灌溉技术,种植优良牧草和经济作物,使荒漠化的土地资源得以高效利用,生态环境明显恢复,子阵区域风速降低50%、晴天天气下蒸发量降低50%以上,实现以光伏电站建设带动生态环境建设,降低风沙对光伏电站发电量造成的损失,实现了“双赢”。