電解水制氫行業(yè)專題研究電解水設(shè)備技術(shù)路線與成本之爭

電解水制氫行業(yè)專題研究：電解水設(shè)備技術(shù)路線與成本之爭綜述：2025年全行業(yè)氫氣需求量超50萬噸，電解槽裝機(jī)量需求超15GW2025年，電力、工業(yè)、交通領(lǐng)域合計氫氣需求量超50萬噸。電力：根據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)，2021年可再生能源發(fā)電占我國社會總用電量的29.8%，在可再生能源裝機(jī)高增的背景下，預(yù)計到2025年可再生能源發(fā)電占我國總社會用電量的34%。分季節(jié)和日度儲能來看，儲能需求增長疊加氫作為儲能手段的滲透率的提升。根據(jù)我們的測算，2025年，跨季度和日度儲能所需儲能超4000億kWh，綠氫滲透率1%，電力領(lǐng)域用于季節(jié)、日度調(diào)峰儲能的氫氣將超20萬噸，年復(fù)合增長率71%。工業(yè)：根據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)，2021年鋼鐵產(chǎn)量為19萬噸，在基礎(chǔ)建設(shè)帶動鋼鐵耗材的需求下，預(yù)計到2025年鋼鐵總產(chǎn)量將達(dá)到20.8億噸。氫作為還原劑參與鋼鐵的冶煉，隨著工業(yè)減碳要求的提升以及電解水設(shè)備的成熟。根據(jù)我們的測算，2025年鋼鐵產(chǎn)量預(yù)計共超20億噸，綠氫滲透率達(dá)1%，工業(yè)領(lǐng)域氫氣用作還原劑的需求量將超10萬噸，年復(fù)合增長率96%。交通：根據(jù)中汽協(xié)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2021年燃料電池汽車保有量近1萬輛，在國家與各地方政府政策規(guī)劃指引下，隨著加氫站等基礎(chǔ)設(shè)施的完善、燃料電池技術(shù)的迭代升級與成本的快速下降，預(yù)計到2025年燃料電池汽車保有量將超10萬輛。氫是燃料電池汽車的能源，綠氫以更便捷的擴(kuò)產(chǎn)以及更清潔的制備方式，由于當(dāng)前副產(chǎn)氫存在地域與資源上的限制，綠氫滲透率將逐年提升。根據(jù)我們的測算，2025年交通領(lǐng)域綠氫用作

動力源，綠氫滲透率達(dá)12%，需求量21萬噸，年復(fù)合增長率216%。2025年電解槽累計需求裝機(jī)量超15GW。基于對2021年到2025年電力、工業(yè)、交通領(lǐng)域氫氣需求量的預(yù)測，電解槽耦合風(fēng)電和光伏制氫，假設(shè)電解槽產(chǎn)氫量為200標(biāo)方/MW，一天工作4.5-6小時，一年工作365天，根據(jù)我們的測算，預(yù)計到2025年電解槽的累計需求裝機(jī)量將達(dá)15GW。由于2021-2025年主要以示范項(xiàng)目為主，購置成本成為了電解槽選擇考慮的首先要素，當(dāng)前堿式電解槽的購置成本遠(yuǎn)低于PEM電解槽，因而期間內(nèi)堿式電解槽市占率將高于PEM電解槽，隨著PEM電解槽成本的快速下降，以及其更適配于風(fēng)光制氫的特性，預(yù)計2025年P(guān)EM電解槽市場占比將上升至10%。一、儲能、工業(yè)、交通將成為電解制氫最大應(yīng)用場景2025年，電力、工業(yè)、交通領(lǐng)域合計氫氣需求量超50萬噸?；趯Φ?025年可再生能源發(fā)電占我國社會總用電量35%的預(yù)測，電力領(lǐng)域用于季節(jié)、日度調(diào)峰儲能的氫氣將超50萬噸，年復(fù)合增長率71%；基于對2025年鋼鐵總產(chǎn)量20.8億噸的預(yù)測，工業(yè)領(lǐng)域氫氣用作還原劑的需求量將超10萬噸，年復(fù)合增長率約96%；基于對2025年燃料電池汽車保有量超10萬輛的預(yù)測，交通領(lǐng)域綠氫用作動力源的需求量將超22萬噸，年復(fù)合增長率約216%。1.1儲能：氫能適合長周期和大規(guī)模儲能，預(yù)計2025年氫氣需求量近50萬噸2025年可再生能源發(fā)電占比35%，儲能手段將不可或缺。能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)向可再生能源為主將帶來發(fā)電側(cè)與用電側(cè)的電力時空分配不均問題。觀察2019-2021年平均每月發(fā)電量情況可以發(fā)現(xiàn)：用電側(cè)高峰期出現(xiàn)在7、8、12月，1-5月偏低；光伏發(fā)電高峰期為1-5月以及8月份，12月偏低；風(fēng)力發(fā)電高峰期為3-5月以及12月份，7-9月偏低；水力發(fā)電只有夏季偏多，其余季度很少。為解決可再生能源季度發(fā)電不均衡現(xiàn)象，儲能成為必要的手段。根據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)，2021年我國水、風(fēng)、光可再生能源發(fā)電量合計2.3萬億kWh，占社會總用電量的28%。根據(jù)我們的測算，到2025年，水、光、風(fēng)裝機(jī)量可達(dá)到15億千瓦，發(fā)電量占全社會用電的比例將達(dá)到35%，年度發(fā)電量將達(dá)到3.3萬億kWh。測算邏輯與假設(shè)如下：基于2021年火力、水力、光伏、風(fēng)電、核能發(fā)電量和社會總用電量，分別為5.77萬億度、1.34萬億度、0.33萬億度、0.65萬億度、0.41萬億度和8.21萬億度電，以及各類能源對應(yīng)的2019年-2021年的平均每月發(fā)電占比，結(jié)合《中國2060年前碳中和研究報告》、各類可再生能源的規(guī)劃裝機(jī)量以及雙碳背景下的火電新增裝機(jī)量下降的趨勢，預(yù)計2022-2025年，火力、水力、光伏、風(fēng)電、核能發(fā)電量和社會總用電量的增速將分別為：火力：-0.70%/-1.60%/-2.30%/-3.07%；水力：1.70%/1.70%/1.70%/1.70%；

光伏：14.90%/14.90%/14.90%/14.90%；風(fēng)電：11%/11%/11%/11%；核電：

8.2%/8.2%/8.2%/8.2%；社會總用電量：5.0%/3.8%/3.6%/3.6%。氫能適用于長周期和大規(guī)模的儲能。氫儲能主要指將太陽能、風(fēng)能等間歇性可再生能源余電或無法并網(wǎng)的棄電，通過電解水制氫的方式儲存，需要時經(jīng)燃料電池進(jìn)行發(fā)電或管道、長管車運(yùn)輸?shù)确绞焦?yīng)于下游應(yīng)用終端。相較于抽水儲能、壓縮空氣儲能、蓄電池儲能（鋰電）具有無自衰減、擴(kuò)容成本低、能量密度大、能源發(fā)電轉(zhuǎn)移便捷等優(yōu)點(diǎn)，憑借其無自衰減的特性，尤其適用于跨周和季度的儲能，以及基于擴(kuò)容成本低的特點(diǎn)，即僅需增加氫瓶即可擴(kuò)充儲能容量，適用于大規(guī)模的儲能。但氫儲能由于需電-氫-電的兩次能量轉(zhuǎn)換，將會損失部分能量，短周期內(nèi)儲能效率較低。氫儲能和鋰電儲能對比：電力系統(tǒng)的儲能分為季節(jié)性調(diào)峰儲能、日度調(diào)峰儲能和調(diào)頻儲能，氫能更適合于季節(jié)性調(diào)峰儲能，且針對大規(guī)模儲能氫儲能只需增加儲氫設(shè)備，邊際成本低。鋰電儲能適用于日度調(diào)峰以及調(diào)頻，因?yàn)樾矢摺?025年儲能領(lǐng)域氫氣需求預(yù)計超50萬噸。季度調(diào)峰氫氣需求量測算：可再生能源發(fā)電呈現(xiàn)上半年多于下半年的趨勢，因此需要采用跨季度儲能手段進(jìn)行調(diào)控，氫能是適合長周期儲能的重要方式，并且依據(jù)氫能中長期規(guī)劃中對可再生能源制氫的規(guī)劃，預(yù)計氫能滲透率將逐年上升，根據(jù)我們的測算，2025年季度調(diào)峰氫氣需求量為18.3萬噸，年復(fù)合增長率80%。測算邏輯與假設(shè)如下：根據(jù)上文對2022-2025年發(fā)電結(jié)構(gòu)和總社會用電量的預(yù)測，得出所需儲存的電量，結(jié)合氫儲能滲透率從2021年的0.04%上升至2025年的1%、設(shè)備1100-1400h的年工作時長以及4.5-5.5kWh/L的制氫電耗測算。2025年為氫能中長期規(guī)劃的第一個結(jié)算點(diǎn)，在前期基礎(chǔ)設(shè)施、設(shè)備技術(shù)以及成本已初步具備商業(yè)化可行性時，預(yù)計2025年將迎來爆發(fā)。日度調(diào)峰氫氣需求量測算：光伏具有明顯的晝夜分布不均現(xiàn)象，在未來可再生能源發(fā)電占主導(dǎo)的背景下，為實(shí)現(xiàn)24h供電全部使用光伏，必須采用儲能手段。日內(nèi)光照富余時段的發(fā)電量通過電解制氫進(jìn)行儲存，夜間將氫氣通過燃料電池轉(zhuǎn)化為電能，最終實(shí)現(xiàn)24h不間斷穩(wěn)定供電。根據(jù)我們的測算，2025年日度調(diào)峰氫氣需求量為2.1萬噸，年復(fù)合增長率為51%。測算邏輯與假設(shè)如下：假設(shè)全國光伏平均利用小時1200小時、光伏發(fā)電效率14%、電解槽工作10小時/天、一年工作365天、耗電量為5度電制取1標(biāo)方氫氣，理論上日度調(diào)峰儲能不適合使用氫能，因?yàn)榇嬖陔?氫-電轉(zhuǎn)化效率低（40%）的問題，但氫儲能具有大規(guī)模使用后的成本優(yōu)勢，因此預(yù)計2025年日度調(diào)峰氫儲能0.6%的滲透率，測算得出2025年日度氫儲能需求量將為2.1萬噸。1.2工業(yè)：氫煉鋼減排空間大，2025年氫氣需求量超10萬噸從排放結(jié)構(gòu)角度看，除電力行業(yè)外（占比全國碳排放量的50%），工業(yè)領(lǐng)域碳排放占比最大，約為30%。其中，5大高耗能產(chǎn)業(yè)（石油化工、煉焦及核燃料加工、黑色金屬冶煉、化工（包含石油加工）、有色金屬及非金屬建材制是重點(diǎn)排放對象，貢獻(xiàn)國內(nèi)工業(yè)領(lǐng)域90%碳排放。其中黑色金屬冶煉領(lǐng)域有望成為氫能應(yīng)用的又一大領(lǐng)域，氫在冶煉過程中作為還原劑原料。豎爐替代高爐后，2025年氫氣需求超10萬噸。目前國內(nèi)煉鋼技術(shù)多以BF-BOF

（高爐-轉(zhuǎn)爐法）技術(shù)為主，而國外多以DR-EAF（直接還原-電弧爐冶煉）為主。BF-BOF技術(shù)依賴化石燃料作為能源，將產(chǎn)生較大碳排放。DR-EAF由于以電力作為冶煉能源，以廢鋼作為冶煉原料，因此碳排放相對較小。前者可以通過向高爐內(nèi)噴灑氫煤氣或氫氣減少碳排放，但減排空間有限；后者通過豎爐全氫技術(shù)可以將還原氣全部替換為氫氣，實(shí)現(xiàn)更大程度的減碳。

測算邏輯與假設(shè)如下：

短期內(nèi)，由于國內(nèi)高爐設(shè)備剩余壽命普遍在20年以上，大規(guī)模豎爐替換難度較大，氫氣在煉鋼業(yè)使較少，長期看豎爐滲透率將逐步提升，氫氣作為還原劑的用量也將提升。根據(jù)國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)，2021年鋼鐵產(chǎn)量約為11億噸和8億噸，當(dāng)前使用采用豎爐和高爐煉制，并且對應(yīng)10萬噸鋼分別需使用55噸和39噸氫氣，假設(shè)2022-2025年鋼鐵產(chǎn)量以1%-3%的速度增長，氫煉鋼對豎爐和高爐的滲透率分別為0%-0.02%和0.01%-0.1%，預(yù)計2025年氫氣需求量將超10萬噸。1.3交通：補(bǔ)貼開啟燃料電池車平價元年，2025年氫氣需求量超20萬噸燃料電池進(jìn)入平價時代，低成本支撐氫能交運(yùn)領(lǐng)域大規(guī)模滲透。隨著產(chǎn)銷量將迅速擴(kuò)張，產(chǎn)業(yè)降本驅(qū)動力由“國產(chǎn)化”為主向“國產(chǎn)化+規(guī)模化”雙重驅(qū)動轉(zhuǎn)變，燃料電池核心部件、氫氣成本將快速下降。預(yù)計2025年前后，在國內(nèi)氫氣資源優(yōu)勢地區(qū)，燃料電池整車有望實(shí)現(xiàn)全生命周期成本持平甚至低于燃油車，屆時成本成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要推動，氫燃料電池產(chǎn)業(yè)將更加趨于市場化，加速在重卡等商用車領(lǐng)域的替代進(jìn)程，并向乘用車拓展。2025年交通領(lǐng)域綠氫需求量將超20萬噸。測算邏輯與假設(shè)如下：根據(jù)中汽協(xié)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，基于燃料電池汽車2021年約1萬輛的保有量，分為公交、物流、重卡和乘用車分別測算，按照當(dāng)前75-100%的年符合增速下，并結(jié)合燃料電池降本增效及使用場景商業(yè)化的背景下，預(yù)計2025年氫氣需求量將超170萬噸，綠氫滲透率達(dá)到12%，需求量將近21萬噸。1.4預(yù)計2025年電解槽累計裝機(jī)超15GW，潛在市場規(guī)模超300億元電力的儲能、工業(yè)的煉鋼以及交通將是電解水制氫最大的應(yīng)用場景。氫氣的來源廣泛，主要包括氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫、電解水制氫、化工原料制氫和化石資源制氫。氫氣在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用是減少可再生能源的波動性，因此儲能領(lǐng)域的氫氣必然是電解水制得。工業(yè)和交通領(lǐng)域是未來減碳的重點(diǎn)領(lǐng)域，氯堿工業(yè)、化工原料制氫和石化資源制氫必然會帶來碳排放，因此從遠(yuǎn)期看工業(yè)和交通領(lǐng)域的氫氣也必然是可再生能源電解制氫。2025年電解槽累計裝機(jī)超15GW，潛在市場規(guī)模超300億元。測算邏輯與假設(shè)如下：基于上文對電力儲能、工業(yè)煉鋼以及交通領(lǐng)域的綠氫需求量測算，假設(shè)電解槽耦合風(fēng)電和光伏制氫，2022-2025年，電解槽產(chǎn)氫量為200標(biāo)方/MW，一天工作4.5-6小時，一年工作365天，根據(jù)我們的測算，預(yù)計到2025年電解槽的累計需求裝機(jī)量將達(dá)15GW。根據(jù)新疆庫車電解水項(xiàng)目及ITM披露的相關(guān)堿式和PEM的設(shè)備成本，2022-2025年，預(yù)計堿式和PEM電解水設(shè)備價格為2-1.5元/W和15-7.5元/W。期間電解水項(xiàng)目大多處于示范階段，堿式電解槽以更成熟的技術(shù)和更低的初裝設(shè)備成本，占據(jù)更大的市場份額。隨著行業(yè)發(fā)展逐步進(jìn)入商業(yè)化階段，全生命周期成本將成為重點(diǎn)，同時疊加PEM設(shè)備成本的快速下降，預(yù)計2021-2025年P(guān)EM電解槽市場占比將從1%增長至10%。通過分別測算堿式和PEM電解槽的市場空間，預(yù)計2025年電解槽累計裝機(jī)將超15GW，市場規(guī)模將超300億元。二、堿式電解槽購置成本低，PEM電解槽運(yùn)營成本具備優(yōu)勢2.1電解水制氫的三種技術(shù)路線——堿式、PEM和固體氧化物電解槽

從原理上看，電解水制氫是在直流電的作用下，通過電化學(xué)過程將水分子解離為氫氣與氧氣，分別在陰、陽兩極析出，商品化的水電解制氫裝置的操作壓力為0.8-3MPa，操作溫度通常落在80-90℃。根據(jù)反應(yīng)原理差異，可分為堿水電解（ALK）、質(zhì)子交換膜純水電解（PEM）、固體氧化物水電解（SOEC）三大主流方案。其中堿水電解（ALK）、質(zhì)子交換膜（PEM）電解制氫均已開啟商業(yè)化推廣，固體氧化物電解處在實(shí)驗(yàn)室開發(fā)階段。堿式電解槽（ALK）：堿式電解槽是以KOH等堿性水溶液為電解質(zhì)，采用無紡布（含氟或氟氯聚合物）等作為隔膜，在直流電的作用下，將水電解生成氫氣和氧氣。氣體產(chǎn)量正比于電流，而單位氣體產(chǎn)量電耗則與電解電壓、反應(yīng)溫度相關(guān)。水的理論分解電壓為1.23V，理論電耗為2.95kWh/m3，堿水電解實(shí)際電耗約5.5kWh/m3，電解槽轉(zhuǎn)換效率在60%左右。優(yōu)勢：技術(shù)成熟，購置成本低。ALK電解制氫已有近百年的商業(yè)化歷史，技術(shù)發(fā)展相對成熟，電解槽設(shè)備壽命達(dá)到15-20年，且成本僅為同規(guī)格PEM電解槽的五分之一，目前NEL最大堿性電解槽產(chǎn)氣量近4kNm3/h（約8t/d），足以滿足當(dāng)前主流加氫站用氫需求。劣勢：體積大，效率低，動態(tài)響應(yīng)慢。1）因?yàn)閴A式電解槽采用非貴金屬催化劑導(dǎo)致反應(yīng)速率慢，電流密度小，因此相同制氫規(guī)模的堿式電解槽體積要比PEM電解槽大很多；2）堿液對設(shè)備維護(hù)大，因此要經(jīng)常維護(hù)；3）ALK電解槽冷啟動時長在1-2小時，因?yàn)樾枰墓β蕦﹄娊庖哼M(jìn)行加熱；4）堿式電解槽的動態(tài)相應(yīng)慢，無法很好的跟蹤具有波動性的可再生能源發(fā)電。此外，為了保證氫氣的生成純度，堿式電解槽功率要維持在額定功率的20%以上，當(dāng)可再生能源發(fā)電突然減少時會造成一定的浪費(fèi)，這也制約了ALK電解槽配合可再生能源制氫的應(yīng)用前景。質(zhì)子交換膜（PEM）電解槽：PEM電解水制氫與質(zhì)子交換膜燃料電池工作流程互為逆過程。典型的PEM電解槽主要部件包括膜電極（質(zhì)子交換膜、催化層、擴(kuò)散層）、雙極板、環(huán)氧樹脂板和端板。其中，端板起固定電解池組件，引導(dǎo)電的傳遞與水、氣分配等作用；擴(kuò)散層起集流，促進(jìn)氣液的傳遞等作用；

催化層的核心是由催化劑、電子傳導(dǎo)介質(zhì)、質(zhì)子傳導(dǎo)介質(zhì)構(gòu)成的三相界面，是電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的核心場所；質(zhì)子交換膜作為固體電解質(zhì)，一般使用全氟磺酸膜，起到隔絕陰陽極生成氣、阻止電子的傳遞以及傳遞質(zhì)子的作用。優(yōu)勢：效率高、無堿液、體積小、安全可靠、動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點(diǎn)。PEM電解技術(shù)相應(yīng)的電耗約為5.0kWh/m3，效率約為70%。與ALK相比，PEM水電解系統(tǒng)無需脫堿。同時，PEM電解槽更為緊湊精簡，且動態(tài)響應(yīng)更好，很適合與波動的可再生能源串聯(lián)使用。劣勢：必須使用貴金屬，成本高。目前催化劑只能選用貴金屬如銥和釕。為此降低催化劑與電解槽的材料成本，特別是陰、陽極電催化劑的貴金屬載量，提高電解槽的效率和壽命，是PEM水電解制氫技術(shù)發(fā)展的研究重點(diǎn)。固體氧化物電解槽(SOEC)：工作溫度800°C左右，相較于工作于80°C左右的堿性電解技術(shù)和PEM電解技術(shù)，電解效率有極大提升，是3種技術(shù)中極具前景的一種電解水技術(shù)，但尚處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段。高溫SOEC陰極材料一般采用Ni/YSZ（摻釔氧化鋯）多孔金屬陶瓷，陽極材料主要是鈣鈦礦氧化物材料，未來還可能采用LSCF（鑭鍶鈷鐵）等材料。中間的電解質(zhì)采用YSZ氧離子導(dǎo)體?；煊猩倭繗錃獾乃魵鈴年帢O進(jìn)入(混氫的目的是保證陰極的還原氣氛，防止陰極材料Ni被氧化)，在陰極發(fā)生電解反應(yīng)分解成H2和O2-，O2-通過電解質(zhì)層到達(dá)陽極，在陽極失去電子生成O2。SOEC也是SOEF的逆運(yùn)行。優(yōu)勢：效率高，材料無貴金屬。1）不同于堿性水電解和PEM水電解，高溫固體氧化物水電解制氫采用固體氧化物為電解質(zhì)材料，工作溫度800-1000℃，制氫過程電化學(xué)性能顯著提升，能量利用效率更高，達(dá)到≥90%；2）電解槽可以使用非貴金屬催化劑，且為全陶瓷材料，減少設(shè)備腐蝕問題。劣勢：耐久性差。高溫高濕的工作環(huán)境使電解槽選擇穩(wěn)定性高、持久性好、耐衰減的材料受到限制，制約SOEC制氫技術(shù)應(yīng)用場景的選擇與大規(guī)模推廣。2.2PEM設(shè)備成本為堿式設(shè)備成本3-4倍時，兩者制氫成本基本持平堿式電解槽購置成本較低。堿水電解技術(shù)成熟度較高，同時沒有貴金屬作為設(shè)備生產(chǎn)原料，因此單價相對較低。但由于需要保證電解槽兩側(cè)氫氧平衡，堿式電解槽需在額定功率的20%以上才可以工作，且效率不如PEM，因此在相同條件下，制氫量不及PEM。PEM成本較高，國內(nèi)尚未實(shí)現(xiàn)大功率規(guī)?；瘧?yīng)用。目前國內(nèi)可再生能源制氫示范應(yīng)用項(xiàng)目及主流企業(yè)核心產(chǎn)品基本以堿式電解槽為主，尚未形成大功率規(guī)?；瘧?yīng)用，技術(shù)成熟度落后于NEL、ITM、西門子等海外企業(yè)，同時受制于生產(chǎn)原料中的貴金屬，PEM成本相較堿式較高。但由于PEM效率更高且動態(tài)響應(yīng)更快，更適合與光伏、風(fēng)能設(shè)備串聯(lián)使用，運(yùn)營階段成本相對較低。以運(yùn)行15年進(jìn)行測算，預(yù)計當(dāng)電價相同時，PEM的設(shè)備成本為堿式設(shè)備成本的3-4倍時，PEM的單位制氫成本與堿式的單位制氫成本持平。測算邏輯與假設(shè)如下：以1MW級的堿式電解槽與1MW級的PEM電解槽為例進(jìn)行成本平衡點(diǎn)的測算，堿式電解槽效率為PEM電解槽的90%，功率范圍窄造成的效率損失約為10%，兩種電解槽均運(yùn)行15年產(chǎn)氫約900萬方。隨著PEM電解槽成本持續(xù)的下降，在電價相同的情況下，預(yù)計PEM的設(shè)備成本為堿式設(shè)備成本的3-4倍時，PEM的單位制氫成本與堿式的單位制氫成本持平。2.3短期內(nèi)堿式設(shè)備更適用西部大規(guī)模電站，長期看PEM設(shè)備有望開啟替代進(jìn)程從應(yīng)用場景來看，短期和長期邏輯有所區(qū)別：短期：堿式適用于西部大規(guī)模制氫，PEM適用于東部站內(nèi)電解水制氫。由于堿式電解槽的大占地面積和高制氫規(guī)模，其更適合在土地資源相對充足的西部大規(guī)模建設(shè)，西部豐富的風(fēng)光資源以及低廉的電價可支撐大規(guī)模制氫的需求；PEM電解槽的小體積使其更適用于東部的站內(nèi)制氫，作為加氫站的重要?dú)湓囱a(bǔ)充，當(dāng)前政策也鼓勵站內(nèi)電解水制氫，廣東地區(qū)給予其蓄冷優(yōu)惠電價。長期：西部大規(guī)模制氫可使用堿式和PEM電解槽的結(jié)合方案，且在PEM成本與堿式持平的情況下可開啟對堿式電解槽的替代進(jìn)程。長期來看，隨著技術(shù)的不斷迭代升級，PEM電解槽內(nèi)的銥等貴金屬催化劑用量預(yù)計將大幅下降，帶來PEM電解槽成本的快速下行。PEM電解水設(shè)備更適用于風(fēng)光氫儲一體化，當(dāng)PEM與堿式的TCO趨向持平時，西部大規(guī)模制氫可使用堿式和PEM電解槽的結(jié)合方案，且在PEM成本與堿式持平的情況下，預(yù)計PEM將開啟對堿式電解槽的替代進(jìn)程。從發(fā)展階段來看，示范階段更注重初裝成本，商業(yè)化運(yùn)營需考慮全生命周期成本。當(dāng)前電解水項(xiàng)目大多處于示范階段，堿式電解槽技術(shù)更成熟、設(shè)備價格也相對更低，示范階段更傾向于堿式電解槽的應(yīng)用。未來進(jìn)入商業(yè)化運(yùn)營時，全生命周期成本成為首要考慮因素，即需加入運(yùn)營成本進(jìn)行考量，堿式電解槽運(yùn)營成本占其全生命周期成本的75%-80%，PEM則是占30-40%，在PEM電解槽設(shè)備逐年降本以及其更適合與風(fēng)光耦合的情況下，PEM電解槽的應(yīng)用將呈現(xiàn)逐年上升趨勢。對1MW級的電解槽進(jìn)行成本測算，電解槽單價采用2021年的數(shù)據(jù)，電費(fèi)為0.3元/kWh，電解槽壽命為15年產(chǎn)氫約900萬方，分為設(shè)備成本和運(yùn)營成本測算，其中堿式電解槽由于波動性匹配區(qū)間較窄，將會損耗15%的的效率。三種方案測算制氫的TCO成本如下：方案一：100%堿式，電解槽的制氫成本為2.22元/m3。全采用堿式電解槽雖然可以減低設(shè)備的購置成本，但因?yàn)閴A式電解槽效率低，再加上最低啟動功率限制造成效率10%的損失，運(yùn)營成本會有所上升。方案二：80%堿式+20%PEM，電解槽的制氫成本為2.12元/m3。此種電解槽配置方案TCO成本最低，因?yàn)樵诳稍偕茉窗l(fā)電功率不及堿式最低啟動功率時可以采用小功率PEM電解槽制氫，避免了電量損失。此外80%的堿式電解槽配比也保證了較低的購置成本，因此TCO為三種方案最低。方案三：100%PEM，電解槽的制氫成本為2.33元/m3。此種電解槽配置方案TCO成本最高，因?yàn)槟壳癙EM電解槽的購置成本最高，預(yù)計到2030年此種方案有望成為成本最優(yōu)方案。三、高效化、低成本、規(guī)?；?，是電解水制氫的未來趨勢高效化、低成本、規(guī)模化是電解水制氫的未來趨勢。效率、成本和規(guī)模都是電解水制氫商業(yè)化的重要突破點(diǎn)，具體來看：1）高效化：提升能源轉(zhuǎn)化效率，降低電耗；2）低成本：配合“三棄”實(shí)現(xiàn)低價值波動能源有效利用；3）規(guī)?；簭脑O(shè)備層面著手，包括技術(shù)更新及規(guī)?；当?。3.1高效化：提升電解制氫能量轉(zhuǎn)換效率

提升電解制氫能量利用率從而降低制氫電耗是最直接的降本措施。根據(jù)熱力學(xué)原理，電解水制備1m3氫氣和0.5m3氧氣的最低電耗為2.95度電，而目前全球領(lǐng)先的商業(yè)化制氫方案最低電耗為4kWh/Nm3。假設(shè)電耗費(fèi)在制氫成本占比70%，理論上仍有27%的電能減省空間，可帶來制氫成本近20%的下降空間。PEM、SOEC電解制氫在能效轉(zhuǎn)換率上均有長足進(jìn)步，尤其SOEC理論電耗已降至3.6kWh/Nm3以下，逐步趨向理想水準(zhǔn)。2019年9月以色列研究人員提出一種E-TAC解耦電解方案，能效高達(dá)98.7%，并成立H2Pro實(shí)現(xiàn)該技術(shù)商業(yè)化，未來也將有望大幅縮減制氫電耗。3.2低成本：可再生能源波峰制氫，降低電費(fèi)成本光伏制氫示范項(xiàng)目逐漸落地，度電成本下降將降低電解水制氫電費(fèi)。中國是全球第一大可再生能源發(fā)電國，2020年國內(nèi)棄水電量近700億千瓦時，風(fēng)光棄電量合計超300億kWh。棄電消納是近年來電網(wǎng)規(guī)劃調(diào)度的關(guān)鍵問題，而若將全部棄電用于電解可供應(yīng)230萬噸氫氣（2025年國內(nèi)能源用氫氣需求約200萬噸），從電網(wǎng)側(cè)面考慮，電解制氫提供了全新的二次能源傳輸方式，相較并網(wǎng)方式更加靈活，也無需增加網(wǎng)側(cè)規(guī)劃調(diào)度任務(wù)，從氫能角度，棄電提供了低成本電源，按照0.3元/kWh棄電電價測算，提供降本空間達(dá)到30-40%。政策助力可再生能源制氫，規(guī)劃2025年達(dá)成可再生能源制氫10-20萬噸/年目標(biāo)。國家在政策層面支持力度不斷加強(qiáng)，明確表示氫能地位和發(fā)展目標(biāo)，在《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》被定位為國家能源體系的戰(zhàn)略地位和在“雙碳”目標(biāo)中的支撐作用，并且對發(fā)展目標(biāo)做出了明確規(guī)劃，十四五期間實(shí)現(xiàn)10-20萬噸可再生能源制氫量，將大力推動電解槽的發(fā)展。國家發(fā)改委與國家能源局聯(lián)合印發(fā)《清潔能源消納行動計劃（2018-2020年）》，文件指出，探索可再生能源富余電力轉(zhuǎn)化為熱能、冷能、氫能，實(shí)現(xiàn)可再生能源多途徑就近高效利用。國家能源局也支持高效利用廉價且豐富的可再生能源制氫。四川、廣東等地也紛紛給予電價支持政策，電解水制氫最高電價限定為0.3元/kwh和0.26元/kwh。近期光制氫示范項(xiàng)目陸續(xù)落地，熱度持續(xù)高漲。2022年11月，青海省首個綠電制氫項(xiàng)目——“華電德令哈3MW光伏制氫項(xiàng)目”正式開工建設(shè)；

同月，由國核電力院EPC總承包的吉電股份中韓示范區(qū)“可再生能源+PEM電解制氫+加氫”一體化項(xiàng)目試運(yùn)圓滿完成，具備對外加氫能力，項(xiàng)目即將進(jìn)入投運(yùn)階段；10月，"氫動吉林"行動暨大安風(fēng)光制綠氫合成氨一體化示范項(xiàng)目啟動活動在吉林西部（大安）清潔能源化工產(chǎn)業(yè)園舉行，新建制氫、儲氫及18萬噸合成氨裝置。3.3規(guī)模化：加速能源氫氣需求擴(kuò)張，帶動電解制氫產(chǎn)業(yè)規(guī)模化發(fā)展氫燃料電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展將從裝機(jī)規(guī)模及下游應(yīng)用擴(kuò)張、兩方面保障電解制氫成本下行。裝機(jī)規(guī)模擴(kuò)張將帶來設(shè)備成本的大幅下降，但下游FCV、燃料電池發(fā)電等應(yīng)用場景的豐富完善也將保障每個制氫設(shè)備的高利用率，攤薄單位氫氣成本。據(jù)FraunhoferISE報告測算，100WMPEM電解制氫系統(tǒng)平均每kW資本支出僅為5MW系統(tǒng)的1/3，同時隨著設(shè)備生產(chǎn)規(guī)模的提高以及設(shè)備利用率的提升，氫氣成本將快速下降，當(dāng)利用率提高到＞0.4時，電耗費(fèi)用將成為主導(dǎo)因素。堿式電解槽成本構(gòu)成方面，電耗費(fèi)用也是其成本的主導(dǎo)因素。四、電解水制氫國內(nèi)外核心企業(yè)近況更新電解水制氫設(shè)備企業(yè)可分為四大類：海外企業(yè)、國內(nèi)電解槽傳統(tǒng)企業(yè)、光伏和風(fēng)電企業(yè)、國內(nèi)新進(jìn)入企業(yè)。海外：國際上純水制氫設(shè)備商業(yè)化進(jìn)程早，且以PEM電解槽為主，因?yàn)閲鈨煞N電解槽的購置成本相近，目前挪威NEL、英國ITMpower、加拿大Hydrogenics和德國西門子的PEM電解制氫設(shè)備在世界范圍內(nèi)產(chǎn)能占比高。國內(nèi)：堿式電解槽購置成本低廉，目前大范圍使用的還是堿式設(shè)備。其中派瑞氫能（所屬中船718所）、考克利爾競立（前身為蘇州競立）、天津大陸制氫為國內(nèi)電解槽技術(shù)開發(fā)的最早批企業(yè)。在雙碳政策和氫能中長期規(guī)劃的指引下，眾多新興企業(yè)開始進(jìn)入電解水制氫設(shè)備領(lǐng)域，其中以隆基為代表的光伏企業(yè)和以明陽智能為代表的風(fēng)電企業(yè)依托其主營業(yè)務(wù)即豐富的風(fēng)光資源及資金支持，進(jìn)入電解水制氫設(shè)備市場。此外，眾多主營為電氣設(shè)備的其他企業(yè)，也開始進(jìn)軍和布局電解槽。派瑞氫能派瑞氫能為中船718所下屬市場化企業(yè)，七一八研究所隸屬于世界500強(qiáng)中國船舶重工集團(tuán)公司。公司主要從事PEM制氫裝置，制氫設(shè)備是七一八研究所支柱產(chǎn)業(yè)之一，現(xiàn)已形成KZDQ、XCDQ等八大系列，20多種規(guī)格、產(chǎn)氣量0.5Nm3/h～1500Nm3/h的系列水電解制氫裝置。2020年底：中國船舶集團(tuán)第七一八研究所成功與國外某大型光纖供應(yīng)公司簽訂制氫設(shè)備供貨合同，將為該公司定制2臺電解水制氫設(shè)備。2021年3月1日至4日，中國船舶集團(tuán)第七一八研究所研制生產(chǎn)的7臺自動水電解制氫設(shè)備順利通過中國氣象局組織的出廠測試及驗(yàn)收。考克利爾競立考克利爾競立主營堿式制氫設(shè)備，成立于1992年，是一家專業(yè)研發(fā)、生產(chǎn)水電解制氫設(shè)備及氣體后處理設(shè)備的高科技企業(yè)，技術(shù)來源于軍工。項(xiàng)目方面，公司參股的“飛馳競立制氫加氫站”曾為2008年北京奧運(yùn)會提供了服務(wù)，參與了國家“973”科研計劃“大規(guī)模風(fēng)電制氫項(xiàng)目”提供了配套制氫設(shè)備。公司開發(fā)的高效水電解制氫設(shè)備新產(chǎn)品，2017年被工信部列入

“國家工業(yè)節(jié)能技術(shù)裝備推薦目錄”并已進(jìn)入新能源領(lǐng)域，目前國內(nèi)兩座氫能燃料電池汽車加氫站現(xiàn)場制氫采用。2021年4月，公司提供給寧夏寶豐大規(guī)?？稍偕?xiàng)目一期的7套堿式電解槽設(shè)備已正式投產(chǎn)，二期將交付10套。天津大陸制氫天津大陸制氫設(shè)備有限公司成立于1994年，主營集制氫設(shè)備和氣體純化設(shè)備。公司可生產(chǎn)堿式電解制氫設(shè)備，氫氣產(chǎn)量范圍從0.1m3/h至1000m3/h，其Ni-Mo-S復(fù)合金屬涂層電解制氫節(jié)能新材料已獲得國家科技創(chuàng)新基金支持。2019年6月天津市大陸制氫設(shè)備有限公司生產(chǎn)的集裝箱式FDQ-20/4.0-IV型水電解制氫設(shè)備在德國某公司正式投產(chǎn)運(yùn)行并驗(yàn)收，設(shè)備工作壓力為4.0Mpa氫氣產(chǎn)量為20Nm3/小時，電流密度為4000A/m3。隆基綠能隆基有三種不同型號的堿性電解槽，分別為LHy-A800、LHy-A1000和LHy-A1500，三者的額定功率分別為4MW、5MW和7.5MW。公司堿性電解槽廣泛應(yīng)用于煤化工、石油化工、鋼鐵冶金、交通運(yùn)輸、能源電力及其他工業(yè)領(lǐng)域。單臺電解槽產(chǎn)氣量最高可達(dá)1500Nm3/h。相比傳統(tǒng)的堿性電解槽，產(chǎn)品取消了石棉網(wǎng)設(shè)計，減少了氫氧化鉀對環(huán)境的污染。隆基綠能入局氫能產(chǎn)業(yè)，2021年5月，旗下公司西安隆基計劃在無錫投資建設(shè)“隆基制氫裝備項(xiàng)目“，該項(xiàng)目預(yù)計于2022年投產(chǎn)，屆時公司將具備年產(chǎn)1.5GW氫能裝備生產(chǎn)能力。同年6月，公司成立西安隆基氫能，以作為電解水制氫項(xiàng)目的總部，初期產(chǎn)能為500MW，100臺1000Nm3/h堿性電解設(shè)備。2022年4月，隆基綠能3臺套1000Nm3/h的電解水制氫設(shè)備順利啟運(yùn)發(fā)貨，該裝備采用堿性電解水技術(shù)，將發(fā)貨至西部現(xiàn)場。根據(jù)GGII調(diào)研統(tǒng)計，2021年中國電解水制氫市場規(guī)模超過9億元，出貨量超過350MW。2022年國內(nèi)電解水制氫市場需求有望達(dá)到730MW，預(yù)計2025年國內(nèi)電解水制氫設(shè)備市場需求量將超過2GW，較2020年增長幅度為600%，行業(yè)增長潛力大。陽光電源陽光電源可再生能源制氫領(lǐng)域主要產(chǎn)品包括制氫電源與制氫裝置，同時生產(chǎn)PEM和堿性電解槽制氫設(shè)備。公司已建有國內(nèi)首個光伏離網(wǎng)制氫及氫儲能發(fā)電實(shí)證平臺、國內(nèi)最大的5MW電解水制氫系統(tǒng)測試平臺、PEM電解制氫技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，現(xiàn)已具備大批量生產(chǎn)和交付的能力。國富氫能國富氫能布局堿式和PEM電解槽，可承接堿式批量訂單并已簽訂MW級PEM訂單。電解槽方面，國富氫能可量產(chǎn)50-1000Nm3/h堿式水電解制氫系統(tǒng)，以及生產(chǎn)10-100kW的PEM制氫分布式能源系統(tǒng)。同時與歐洲團(tuán)隊合作研發(fā)MW級PEM水電解制氫系統(tǒng)，2022年11月，由卡沃羅和國富氫能合作開發(fā)的100Nm3/h（0.5MW）PEM電解槽在卡沃羅成功下線，將交付給國富氫能集成為1MW制氫系統(tǒng)，并且國富氫能與卡沃羅簽訂了貨值不少于2000萬的MW級PEM電解槽。電解槽生產(chǎn)方面，除了立足張家港的氫能裝備產(chǎn)業(yè)基地外，國富還在上海設(shè)立氫能裝備產(chǎn)業(yè)基地，該基地在水電解制氫領(lǐng)域布局以PEM電解槽為主，規(guī)劃產(chǎn)能為年產(chǎn)1000套PEM制氫及燃料電池分布式能源系統(tǒng)。卡沃羅廣東卡沃羅氫科技有限公司掌握PEM質(zhì)子交換膜電解水制氫技術(shù)，從事水處理20余年，累計取得120多項(xiàng)專利，其中發(fā)明專利18項(xiàng)。擁有7條生產(chǎn)線，年產(chǎn)能5萬套家用制氫機(jī)和10萬臺便攜式制氫機(jī)。專注于家用氫氣產(chǎn)品、農(nóng)業(yè)富氫水機(jī)、工業(yè)氫氣發(fā)生器等多元制氫產(chǎn)品。2022年11月15日，卡沃羅100Nm3/h（0.5MW）PEM電解槽下線，交付給國富氫能集成為1MW制氫系統(tǒng)。國富氫能與卡沃羅簽訂貨值不少于2000萬的MW級PEM電解槽采購協(xié)議，雙方的合作將進(jìn)一步推動卡沃羅公司大功率工業(yè)級PEM電解槽產(chǎn)品的應(yīng)用及規(guī)?；l(fā)展。昇輝科技電解水制氫設(shè)備定位大灣區(qū)切入，為廣東提供穩(wěn)定且經(jīng)濟(jì)的氫源。制氫裝備方面，昇輝科技參股廣東盛氫設(shè)備有限公司，100標(biāo)方/小時的堿性電解水成套裝備于今年8月已在佛山下線，其中，整流柜、控制器、AC/DC等電氣設(shè)備由昇輝科技配套提供，昇輝科技也計劃于第四季度推出1000標(biāo)方/小時制氫設(shè)備，未來還可向西北地區(qū)搭配光伏儲能進(jìn)一步拓展市場空間。在廣東缺乏大量氫源及大力推廣站內(nèi)制氫的背景下，公司的電解水制氫設(shè)備有望受益。NEL公司主營業(yè)務(wù)分為電解槽及加氫設(shè)備，2022年上半年分別實(shí)現(xiàn)2.89、1.08億克朗營收，同比上漲105%和下降40%。電解槽：發(fā)布新一代PEM電解槽產(chǎn)品，加速產(chǎn)能擴(kuò)建。1）公司電解槽分為堿式電解槽以及質(zhì)子交換膜電解槽，目前分別在美國與挪威建立了生產(chǎn)工廠。挪威的堿式電解槽工廠2021年開始擴(kuò)建產(chǎn)能，擴(kuò)建完成后年產(chǎn)能可從40MW提升到500MW，未來可擴(kuò)建至2GW。美國工廠的質(zhì)子交換膜電解槽目前產(chǎn)能為50MW；2）發(fā)布新一代質(zhì)子交換膜(PEM)電解槽產(chǎn)品MC250和MC500，氫氣產(chǎn)能分別為246和492Nm3/h；3）公司計劃到2025年，在電價為$20/MWh的基礎(chǔ)上將每公斤的制氫價格控制在$1.5之內(nèi)。加氫設(shè)備：公司位于丹麥的工廠具有每年300套加氫設(shè)備的生產(chǎn)能力。2020年公司共生產(chǎn)23臺加氫設(shè)備，同比增長44%。2021年收到美國Iwatani在加州建設(shè)14座加氫站的訂單，總價值1.5億克朗。在手訂單不斷增長。公司截止2022年H1在手訂單同比增加126%，2022Q2訂單環(huán)比增加11%，并于今年7月獲得價值4500萬歐元的200MW堿性電解槽訂單，預(yù)計2023年末或2024年初交付。2020年公司與丹麥氫能企業(yè)Everfuel達(dá)成多項(xiàng)合作，雙方計劃收購H2FuelNorway，掌握多家加氫站經(jīng)營權(quán)，逐漸形成挪威境內(nèi)的加氫站基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)。此外，公司還獲波蘭電力ZE-PAK企業(yè)及美國海軍的采購訂單，并與挪威國家電力公司Statkraft及Iberdrola電力公司達(dá)成戰(zhàn)略合作。ITMPower公司主營業(yè)務(wù)為PEM電解槽生產(chǎn)，目前已建成全球最大1GW產(chǎn)能工廠。ITMPower成立于2001年6月，是英國第一家生產(chǎn)PEM電解槽的上市公司。2019年10月，公司與林德（Linde）合資成立ITMLindeElectrolysisGmbH生產(chǎn)大型PEM電解槽設(shè)備。同年公司在謝菲爾德建設(shè)全球最大的PEM電解槽工廠，年產(chǎn)能1GW。公司產(chǎn)品功率覆蓋600KW到5MW。公司產(chǎn)能爬坡，目前在建的電解槽達(dá)72MW。截至2021年底，公司在手訂單62MW，總價值約3400萬英鎊，單價54萬英鎊/MW（折合4.37元/W）。公司2021年1月已成功交付世界最大PEM電解槽產(chǎn)品，電解槽功率24MW。康明斯2019年康明斯花費(fèi)2.35億美元完成對Hydrogenics的收購，股份占比81%，負(fù)責(zé)北美燃料電池及PEM電解槽業(yè)務(wù)，隨后將該部分業(yè)務(wù)整合到NewPower部門。2021年康明斯NewPower部門營收為3400萬美元，公司對燃料電池和電解槽等產(chǎn)品持續(xù)投資。HydrogenicsCorporation成立于2009年，主營業(yè)務(wù)是制氫設(shè)備和燃料電池系統(tǒng)。迄今為止，公司在世界范圍內(nèi)安裝了500個電解裝置，主要項(xiàng)目包括：法液空（AP）PEM電解槽項(xiàng)目：2018年Hydrogenics在丹麥建成1.2MWPEM電解槽，為法國液化空氣集團(tuán)提供清潔氫氣。2021年1月完成了法液空加拿大制氫廠20MW質(zhì)子交換膜（PEM）電解槽項(xiàng)目并投入商業(yè)運(yùn)營，日產(chǎn)達(dá)8.2噸，年產(chǎn)可達(dá)3000噸以上的綠氫，是目前世界上最大的PEM電解水制氫裝置。美國首個用于公共設(shè)施的電解槽：康明斯在美國華盛頓州道格拉斯縣設(shè)立5MWPEM電解槽，于20