Проект новой экологически безопасной технологии производства кремния для изготовления солнечных преобразователей энергии

ИНН: , , КПП: , ОКПО: Р/с: , К/с: , Курганское ОСБ № 000, БИК:

 

Курганский областной технопарк» и (г. Санкт – Петербург) готовы представить проект новой экологически безопасной технологии производства кремния для изготовления солнечных преобразователей энергии.

1.Резюме проекта

Полное количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли за неделю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана.

Существует широко распространенное мнение, что солнечная энергия является экзотической и ее практическое использование дело отдаленного будущего - это не так. Солнечная энергия является серьезной альтернативой традиционной энергетике уже в настоящее время.

Темпы роста альтернативной энергетики, несмотря на кризис, подтверждают сделанные ранее прогнозы экспертов и отражают общую закономерность перехода к новому энергетическому укладу, а также вызывают мощную поддержку развития «зелёной» экономики и энергетики со стороны различных государств мира. РОСНАНО намерено принять участие в модернизации производства высокочистых кварцевых концентратов для наноэлектронной, оптической, светотехнической и химической промышленности.

Перспективы выхода на рынок у «российского кремния» могут появиться только с появлением новых малозатратных технологий. В новых технологиях химические методы должны быть заменены экологически приемлемыми электрофизическими методами.

Наиболее комерчески привлекательными должны стать экологически безопасные технологии нового поколения. Они исключают из производства хлорсиланы и обеспечивают уменьшение цены на выпускаемую Si – продукцию: поликремний, мультикремний, монокрасталлы, пластины и солнечные элементы.

Основная идея проекта: исключение из технологии экологически рискового процесса «хлорсилановой очистки» металлургического кремния.

Преимущества заключаются в переходе на новое проектное сырье, в применении оригинальных аппаратов и нанотехнологий для формирования SiО2 – брикетов, С – брикетов и оригинальных связующих и добавок, а также в использовании закрытой электродуговой печи, не имеющей действующих аналогов, с оптимальными режимными параметрами работы, как «реактора идеального вытеснения».

Проект предполагает поэтапное производство, которое включает в себя 5 самостоятельных комплексов. В конечном итоге, строительство собственной солнечной электростанции, что сокращает вложения в преобразование переменного электрического тока в постоянный, и производство поликремния становится автономным и может продавать свою «свободную» электроэнергию.

Проект готов к коммерциализации на 95%. Найден иностранный партнер. Сырье для солнечных элементов производится на действующих предприятиях Уральского федерального округа, что является важным преимуществом проекта. Месторождения кварца в Челябинской области уникальны по своим характеристикам, этот минерал поддается процессам глубокого обогащения, чего нельзя сказать о его аналогах из других регионов России и стран зарубежья.

В результате реализации такого проекта ожидается получение прибыли за счет организации производства и продажи солнечного кремния и изделий из него. Проект соответствует приоритетным направлениям социально-экономического развития региона: защита окружающей среды, использование источников альтернативных видов энергии, создание новых рабочих мест, развитие внутриобластной кооперации и дополнительное поступление налогов в бюджеты всех уровней.

2.Сценарий производства и инвестиционные риски

№ п/п	Наименование передела	Оценка инвестиционных затрат на технологию при производстве 2000 т. кремния на сливе с печей/год и потенциальной валовой прибыли при продаже продукции с №2-5 комплекса в млн. долларах США
Затраты по проекту	Прибыль от реализации проекта	Инвестор с пакетом акций 10%, (20%)
Затраты	Прибыль
1.	Карботермическое производство, создаваемое в зоне повышенной солнечной активности. Основной аппарат этого производства электро-дуговая печь мощностью 6-9 МВт.	130
2.	Получение мультикрения на площадке (-ах), имеющей (-их) опыт работы с точными приборами и/или чистыми технологиями (предлагается использовать свободные площади «Курганприбор»).	30	50	3, (6)	5, (10)
3.	Получение монокристаллов Si по способу Чохральского и/или бестигельной зонной плавки на площадке (-ах), имеющей (-их) опыт работы с электронным или солнечным кремнием (предлагается использовать свободные площади «Курганприбор»).	40	90-110	4, (8)	9-11, (18-22)
4.	Комплектация и сборка солнечных батарей (предлагается использовать свободные площади «Курганприбор»).	70-80	200-300	7-8, (14-16)	20-30, (40-60)
5.	Солнечная станция, обеcпечивающая электроэнергией первое производство	100-140	5-15	10-14, (20-28)	0,5-1,5, (1-3)

3. Разъяснение об участии потенциального инвестора из числа предприятий Курганской области или Уральского федерального округа в качестве акционера Холдинга

Основная форма участия - это доля акций от стоимости объекта. А сама доля равна принятой собранием или руководством стоимости внесенных в кассу Холдинга денег или средства (недвижимость, патент, материальный ресурс и т. д.).В качестве рекомендации для Курганской области более надежным и практически реальным является создание мощностей по комплексам № 2,3.
На комплексе №4 прибыль будет самой большой, но и ждать пуска надо
будет дольше при сильной конкуренции. Но в итоге, все будет
зависеть от платежеспособности инвестора.

4. Техническая информация по проекту

«Разработка и строительство экологически безопасной технологии производства кремния для изготовления солнечных преобразователей энергии».

1. Основные технические термины

ХТС-химико-технологическая система производства продуктов, для которой разработаны универсальные методы расчетов, базы данных и алгоритмы оптимизации параметров технологии при проектировании и эксплуатации. Siemens- процесс - технология «хлор-силановой очистки» металлургического кремния гарантирующей качество продукции 6N, то есть 99,9999% Si.

Предлагаемый новый карботермический процесс восстановления кварца в электро-дуговой печи гарантирующий качество продукции -5N, то есть 99,999% Si

Брикеты из кварца и углерода - компоненты шихты для электро-дуговой печи.

Золь-гель процесс - формирования ансамбля наночастиц SiО2 в присутствии воды, обеспечивающий их сближение при формовании

Пироуглерод - продукт осаждения С из газообразных углеводородов на поверхности частиц. Образующаяся пленка имеет специфические свойства (плотность, прочность) благодаря равноудаленности атомов С в кристаллической решетке.

SOG-Si-сорт солнечнго кремния -6N, получаемый по технологии Siemens - процесса и пригодный для производства электроники и солнечных батарей.

Мультикремний- продукт действующих кремниевых технологий. Имеет качество - 5N, и пригоден для производства солнечных батарей

PV - фото-вольтаические преобразователи солнечной энергии

2. Концепция проекта

Основная идея проекта заключается в исключения из технологии экологически рискового процесса «хлор-силановой очистки» металлургического кремния, имеющего сквозной выход SоG-Si ~ 39% и приводящего к большим выбросам вредностей по всей производственной цепи аппаратов.

Для достижения поставленной цели предлагается исключить из процесса применение кусков кварца, угля и кокса, с помощью которых производится металлургический кремний с содержанием Si ~ 99%, т. е.имеющего в раз больше примесей, чем солнечный.

В предлагаемой технологии применено прямое карботермическое восстановление чистого кварца с помощью брикетированной сажи в электро-дуговой печи. Ранее такую технологию развивали Dow Corning и Siеmens AG. Однако преодолеть технологические препятствия, возникающих в процессе переработки чистого пылевидного сырья эти фирмы не смогли. Поэтому сегодня никто в мире такое сырье не перерабатывает.

Для преодоления препятствий, возникающих в процессе переработки чистых сырьевых материалов, было разработано 12 Know How. В итоге, благодаря оригинальным решениям не только существенно уменьшился выброс вредных веществ но и повышается эффективность показателей работы новой технологии.

С учетом возможностей финансирования и проблем освоения новой (не имеющей мировых аналогов) первой очереди промышленная ХТС может состоять из двух или четырех производств.

  Производство № 1, подготовка исходного сырья + карботермическое производство поликремния в электро-дуговой печи. Производительность первой очереди ~750 тонн в год, вторая очередь -1250 тонн в год.

  Производство № 2, производство мультикремния. Производительность двух очередей= 1600, соответственно 550 и 1050 тонн в год.

  Производство № 3 производство пластин (Wafer) на 1,2 млн. м2 в год.

  Производство № 4 производство солнечных элементов и модулей на 120 MWp в год.

Каждое производство является отдельной производственной единицей, может быть исключено из проекта и построено на других площадках или в других странах, а так же, может инвестироваться разными инвесторами.

С учетом реальности объемов финансирования и возникающих инвестиционных рисков в обсуждаемом проекте представляется целесообразным остановиться на строительстве 1и 2-го производств, т. е. на выпуске мультикремния.

3.Рынки и конкурентная среда

За последние 5 лет мировое производство солнечного кремния увеличилось с 27000 до ~ 71000 т/год при темпе роста ~8200 т/год. Прогноз на 2020 год показывает ~ 10-кратный рост количества установленных в мире солнечных батарей, что предопределяет соответствующее увеличение выпуска исходного сырья (поликремния) для их производства.

Для обеспечения растущей потребности в солнечных преобразователях в последние годы увеличился выпуск исходного поликремния сорта SOG-Si и его аналогов на предприятиях, перерабатывающих металлургический кремний с помощью зкологически рисковай «хлорсилановой» технологии.

Следствием такого решения становится загрязнение планеты вредными технологическими выбросами, а также увеличение цены солнечного кВт-часа по сравнению с тепловым или ядерным. В итоге, совместное действие этих факторов влечет снижение конкурентноспособности солнечной энергетики, как отрасли глобального значения.

Рост производства монокристаллического кремния солнечного качества

SоG-Si в мире. (тонн).

Фирма	2004	2005	2006	2007	2008
Wacker, Germany	5.000	5.000	5.500	6.500	*7.000
REC, SGS; Норвегия /USA	2.100	2.100	2.300	2.400	2.500
Elkem, Норвегия					План5.000
Hemlock, USA	7.000	7.000	9.000	10.000	11.000
MEMC, USA	5.000	5.000	5.500	6.500	6.500
Tokuyama, Япония	4.800	5.200	5.200	5.200	5.200
ASiMI	2.800	2.800	3.400	3.400	3.400
DC Chemical, Корея					5.000
Китай			10.000	15.000	** < 17.000
Другие страны	н. д.	Н. д.	н. д.	ca. 5.000	ca. 6.000
Всего	26.700	27.100	40.900	54.000	68.600
Прирост	200	400	13.800	13.100	14.600

В России также приняты решения о строительстве новых кремниевых заводов, суммарное производство которых составит более 5000 т/год. По существу они будут нашими конкурентами:

Завод в Усолье_Сибирском, РФ

Завод в Красноярске, РФ

"Амдекс Групп" , РФ

«Фирма РЕНОВА», РФ

Выводы:

1. На ближайшую перспективу проблемы рынка для продаж поликремния, мультикремния и солнечного кремния (SоG-Si) не существует, а есть только проблема создания более совершенной технологии его получения.

2. Наличие очевидного спроса на cолнечный кремний к 2020 г означает, что коммерчески привлекательными должны стать экологически безопасные технологии нового поколения, которые не будут иметь в схеме производства хлорсиланов и обеспечат низкие цены на выпускаемую Si –продукцию: поли-кремний, мультикремний, монокристаллы, пластины и солнечные батареи и др…

4.Технология

4.1Тестирование новой технологии.

В г. CHEMSYSTEMА Ltd инвестировала разработку новой версии carbothermic technology SoG-Si. Предложенная карботермическая технология преодолевает кинетические препятствия (hindrances) в работе печей и гарантирует переход от лабораторной к индустриальной шкале производств. Технология сокращает все виды вредных выбросов и затраты на производство SoG-Si.

Тестирование новой карботермической технологии получения SoG-Si проведено на пилотном модуле, включающем аппараты брикетирования шихты и лабораторную электрическую дуговую печь мощностью 100 кВт.

Сопоставление параметров технологий Dow Corning and Chemsystemа ltd, полученных в лабораториях, представлено в табл.2.

№	Parameter	Dow Corning Monobriquettes	Chemsystema Si02-брикеты + С-брикеты
1	Nominal power furnace, кВ*т	200	100
2	Current, a / Voltage, volt		/ 36-46
3	Calculation dust in gas, g\м3	> 400	< 100
4	Temperature gas of outlet furnace, Co		300-550
4	Calculation power arc, %	~ 30-50	10- 15
6	Specific power in reaction area, watt/cm3		~ 20
7	Calculation оutput Si, %	~ 80	>93
8	Electricity, Kwt*hour/t. Si		17000 – 18000

4.2 Know How технологии и практические выводы

В проекте для производства солнечного Si используются чистые пылевидный кварцевый концентрат и газовая сажа, что позволяет получить в электро-дуговой печи кремний в ~300-500 раз чище, чем в действующем процессе. Здесь следует отметить, что новые виды исходного сырья должны быть доступны и освоены промышленностью, что требует сертификации.

Раздельное формование кварца и сажи не имеет аналогов в мировой практике и является Know How №1,2 проекта

В процессе формования сырья использованы две новые нанотехнологии. Их реализация заключается в комплексном взаимодействии полупродуктов и связок при технологической обработке кварца и сажи, что обеспечивает заданные физико-химические свойства формуемых брикетов, а также эффективность работы электро-дуговой печи, Know How №3,4

·  Материальные и энергетические потоки производства замкнуты, для чего все «чистые» выходные потоки напрямую поступают в линии формования

·  Для обеспечения утилизации пыли и тепла печного газа конструкция печи герметизирована. Такое решение не имеет действующих в мире аналогов. Для достижения этой целью в опытах на экспериментальном модуле были получены основные данные и рекомендации для проектирования, Know How №5

·  Для выполнения требований по стабильности качества продукта восстановительная плавка брикетов осуществляется в режиме работы «реактора идеального вытеснения», эта идея является Know How №6

·  Строительство собственной солнечной электростанции позволит снизить затраты на преобразование переменного тока в постоянный и сократить долю загрязнений, связанные с выработкой электроэнергии, Know How № 7

·  Технологическая схема предусматривает возможность создания PV - преобразователей на основе мультикремния и SoG-Si, для чего необходимо провести комплекс НИР.

·  Благодаря наличию в схеме формовочных аппаратов становится возможной утилизация кремниевых опилок и\или обрезков пластин мультикремния или SоG-кремния, Know How № 8

·  Разработанные математические модели, алгоритмы и компьютерные программы обеспечивают поиск оптимальных проектных решений, Know How № 9-12

ВЫВОД №1: Исключение из схемы процессов получения металлургического кремния и его «хлор-силановой очистки», применение чистого сырья, а также исключение сопряженных выбросов повышает экологическая безопасность нового производства

ВЫВОД №2 Благодаря росту выхода продукта и снижению расходов всех ресурсов эффективность технологии существенно возрастает.

5.Проектное качество продуктов

Содержание примеси, ррм	Производство мультикремния в проекте	Производство SoG-Si из мультикремния за пределами данного проекта
Сумма металлов Бор Фосфор Углерод	не более 20 ~0 ~0 ~ 1-3	не более10 ~0 ~0 ~ 1-2