一文了解制氫電解槽國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)格局

氫能產(chǎn)業(yè)鏈主要包括制氫、儲(chǔ)運(yùn)、加注和下游應(yīng)用四個(gè)環(huán)節(jié)。

制氫環(huán)節(jié)三大路線并存：化石燃料制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫和電解水制氫三類(lèi)?；剂现茪?CCUS將成為制氫的重要路線之一；可再生能源電解水制氫是“終極路線”。

電解水制氫技術(shù)路線包括堿性電解(ALK)、質(zhì)子交換膜電解(PEM)、固體氧化物電解(SOEC)和陰離子交換膜電解(AEM)等。堿性電解技術(shù)成熟、設(shè)備成本低，是目前的主流路線；PEM技術(shù)制氫效率高、靈活性好，產(chǎn)業(yè)化在即；SOEC和AEM技術(shù)處于研發(fā)階段，存在發(fā)展?jié)摿?。電解槽是制氫的核心設(shè)備。

氫能：零碳可持續(xù)的理想能源

氫能的優(yōu)勢(shì)：應(yīng)用端：清潔、高效、便利；供給端：來(lái)源廣，承接棄風(fēng)棄光

1.1應(yīng)用現(xiàn)狀：氫主要作為工業(yè)原料使用，中國(guó)占全球需求的30%

?氫作為能源應(yīng)用的普及程度不高，現(xiàn)階段主要作為工業(yè)原料使用。2021年，全球氫氣需求超過(guò)9400萬(wàn)噸。分地區(qū)來(lái)看，我國(guó)是全球最大的氫氣消費(fèi)國(guó)，需求量約2800萬(wàn)噸，占全球的30%；美國(guó)、中東和歐洲分別占據(jù)全球14%/12%/9%的需求量。分應(yīng)用來(lái)看，氫氣主要用于化工（合成氨/合成甲醇）和煉油，2021年全球交通運(yùn)輸氫氣需求僅3萬(wàn)噸左右，占比較少。我國(guó)氫氣應(yīng)用領(lǐng)域同樣以化工為主，56%的氫氣被用于化工合成，9%用于煉油，16%作為尾氣直接燃燒，氫作為能源的應(yīng)用程度不高。

?工業(yè)用氫存在巨大的脫碳潛力。2021年，全球工業(yè)用氫和煉油用氫絕大部分源于化石燃料制氫，產(chǎn)生的直接二氧化碳凈排放量分別為6.3億噸和2.0億噸。工業(yè)合成氨、合成甲醇、煉油等均以氫為主要原料，工藝成熟，存在綠氫替代灰氫的減碳空間；此外，全球各地正在探索氫氣在鋼鐵工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，綠氫未來(lái)有望逐步替代焦炭作為還原材料，推動(dòng)鋼鐵工業(yè)的大規(guī)模脫碳（2019年全球鋼鐵行業(yè)直接碳排放量26億噸，約占全球碳排放總量的7-8%）。

1.2推廣前景：未來(lái)氫能可廣泛用于交通、電力、建筑領(lǐng)域

?交通方面，各國(guó)積極推廣氫燃料電池汽車(chē)，已初具規(guī)模，氫車(chē)在商用車(chē)領(lǐng)域逐漸滲透；未來(lái)在航空、船舶領(lǐng)域也有望進(jìn)行替代。

?建筑方面，主要包括天然氣摻氫輸送、燃料電池?zé)犭娐?lián)供等。未來(lái)氫氣有望在燃?xì)狻⒐岬确矫嬷鸩教娲烊粴?，并為住?hù)提供部分電力。

?電力方面，氫可以作為電能儲(chǔ)存的介質(zhì)，未來(lái)有望用于長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能，或參與全球運(yùn)輸和貿(mào)易，實(shí)現(xiàn)電能在時(shí)間和空間上的調(diào)節(jié)。

?IEA預(yù)計(jì)，在2050年全球“凈零排放”目標(biāo)下，2030年，全球氫能應(yīng)用規(guī)模需達(dá)到2億噸。

IEA“凈零排放”情景下，全球氫能應(yīng)用需求

1.3各國(guó)重視氫能的戰(zhàn)略地位，大力推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展

1.4產(chǎn)業(yè)展望：供應(yīng)端技術(shù)持續(xù)突破、基礎(chǔ)設(shè)施完善；應(yīng)用端萬(wàn)億市場(chǎng)加速爆發(fā)

制氫環(huán)節(jié)：綠氫蓄勢(shì)待發(fā)

氫能產(chǎn)業(yè)鏈主要包括制氫、儲(chǔ)運(yùn)、加注和下游應(yīng)用四個(gè)環(huán)節(jié)

氫能產(chǎn)業(yè)鏈全景圖（括號(hào)為國(guó)內(nèi)2030年新增產(chǎn)值估計(jì)）

制氫環(huán)節(jié)參與者全景圖

2.1制氫路線：三種制氫路線共存，可再生能源電解水制氫是“終極路線”

?三種制氫路線：“成本”短期制約，“可持續(xù)”長(zhǎng)期引領(lǐng)。氫氣制備方式主要包括化石燃料制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫和電解水制氫三類(lèi)。

?化石燃料制氫是以煤或天然氣為原料還原制氫的傳統(tǒng)方案，技術(shù)成熟、成本最低，但碳排放量高，且化石燃料不可再生，產(chǎn)能擴(kuò)張空間有限，存量產(chǎn)能將逐步結(jié)合CCUS技術(shù)，以降低排放。

?化工副產(chǎn)氫是氯堿，輕烴利用等化工工藝獲得副產(chǎn)氫的方案，成本較低，但制備規(guī)模取決于主產(chǎn)品制備規(guī)模，擴(kuò)張空間有限，可作為補(bǔ)充性氫源。

?電解水制氫是利用水的電解反應(yīng)制備氫氣的技術(shù)，可再生電力制氫稱(chēng)為“綠氫”，是零碳排、可持續(xù)的“終極路線”，但目前成本仍是制約其普及的瓶頸因素，其規(guī)?；瘧?yīng)用需要產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)推動(dòng)降本。

2.2全球氫氣產(chǎn)能以化石燃料制氫為主，清潔制氫存在替代空間

?目前全球氫氣生產(chǎn)以化石燃料制氫為主，清潔制氫存在替代空間。

?2021年全球氫氣總產(chǎn)量為9400萬(wàn)噸，其中化石燃料制氫占80%以上，清潔制氫（電解水/化石燃料+CCUS）占比不到1%。

?現(xiàn)階段，我國(guó)氫氣產(chǎn)能約4100萬(wàn)噸/年，產(chǎn)量約3300萬(wàn)噸，產(chǎn)能規(guī)模全球領(lǐng)先，但同樣以化石燃料制氫為主（近80%），清潔制氫存在廣闊的替代空間。

?未來(lái)清潔制氫方案將成為主要增量。IEA預(yù)測(cè)，到2030年，全球氫氣產(chǎn)量將達(dá)到1.8億噸，較2021年的0.94億噸翻倍增長(zhǎng)。其中，主要的增量產(chǎn)量將由電解水制氫滿足，電解水制氫產(chǎn)量將從2021年的不到4萬(wàn)噸大幅增長(zhǎng)至6170萬(wàn)噸；耦合CCUS的化石燃料制氫產(chǎn)量將從2021年的60萬(wàn)噸增長(zhǎng)至3300萬(wàn)噸，清潔制氫方案將成為主流。

2.3全球市場(chǎng)：電解水制氫步入快速成長(zhǎng)期，電解槽裝機(jī)和擴(kuò)產(chǎn)提速

?電解槽裝機(jī)步入高速成長(zhǎng)期。電解槽是用于電解水制氫的主要設(shè)備。經(jīng)歷了一定時(shí)間的技術(shù)布局和產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，全球制氫電解槽裝機(jī)步入快速成長(zhǎng)階段，2021年全球新增裝機(jī)209MW，同比增長(zhǎng)2.4倍；IEA預(yù)計(jì)，2022和2023年全球制氫電解槽新增裝機(jī)將分別達(dá)到0.9和4.1GW，總裝機(jī)分別達(dá)到1.4GW和5.5GW；凈零排放目標(biāo)下，2030年全球制氫電解槽累計(jì)裝機(jī)將達(dá)到720GW。

?中國(guó)和歐洲引領(lǐng)，全球電解槽產(chǎn)能高速增長(zhǎng)。IEA統(tǒng)計(jì)，2021年全球電解槽總產(chǎn)能8.0GW/年，其中歐洲和中國(guó)產(chǎn)能分別為3.5和2.9GW，占比分別為44%和36%。IEA預(yù)計(jì)，2023/2025年全球電解槽總產(chǎn)能將分別達(dá)到21.5和45.1GW/年，歐洲和中國(guó)電解槽產(chǎn)能合計(jì)占全球的85%/68%；2021-2025年全球電解槽總產(chǎn)能復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到54.1%。

2.4國(guó)內(nèi)市場(chǎng)：電解槽招標(biāo)再創(chuàng)新高，綠氫賽道爆發(fā)在即

?2022年電解槽出貨量同比翻倍。GGII初步統(tǒng)計(jì)，2022年國(guó)內(nèi)電解水制氫設(shè)備出貨量達(dá)到722MW（含出口，不含研發(fā)樣機(jī)），同比大幅增長(zhǎng)106%。其中，中石化新疆庫(kù)車(chē)綠氫示范項(xiàng)目貢獻(xiàn)比例最大，安裝52臺(tái)單槽制氫能力1000Nm3/h的堿性電解槽，功率規(guī)模約240MW，占全國(guó)出貨量的1/3。

?2023年一季度，氫電解槽招標(biāo)量已達(dá)到452MW。氫云鏈統(tǒng)計(jì)，2023年第一季度國(guó)內(nèi)氫電解槽公開(kāi)招標(biāo)量452MW，相當(dāng)于2022年全年出貨量的60%，已超過(guò)2021年全年出貨量。綠氫電解槽賽道爆發(fā)在即。

2023年第一季度國(guó)內(nèi)電解槽招標(biāo)情況

2.5商業(yè)模式：風(fēng)光制綠氫模式起量，化工領(lǐng)域綠氫替代加速

?2023年以來(lái)，國(guó)內(nèi)綠氫項(xiàng)目進(jìn)展加速。根據(jù)公開(kāi)信息統(tǒng)計(jì)了年初以來(lái)（截至2023.4.15）國(guó)內(nèi)綠氫項(xiàng)目動(dòng)態(tài)情況，共有30個(gè)項(xiàng)目公布了最新進(jìn)展，包括項(xiàng)目簽約、備案、開(kāi)工、投產(chǎn)等。上述項(xiàng)目全部達(dá)產(chǎn)后，預(yù)計(jì)綠氫年產(chǎn)能合計(jì)可達(dá)到42.9萬(wàn)噸。

?供電方式：風(fēng)光聯(lián)合供電制氫占據(jù)主流。統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目中，16個(gè)項(xiàng)目為風(fēng)電+光伏聯(lián)合供電，對(duì)應(yīng)綠氫產(chǎn)能共32.86萬(wàn)噸/年，占統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目規(guī)模的77%。風(fēng)光聯(lián)合供電項(xiàng)目占比高，部分由于本次統(tǒng)計(jì)包含了1月內(nèi)蒙古公示的15個(gè)風(fēng)光制氫一體化示范項(xiàng)目（11個(gè)為風(fēng)光一體，4個(gè)為風(fēng)電），內(nèi)蒙古作為國(guó)內(nèi)綠氫基地發(fā)展的主要省份，風(fēng)電資源較為豐富，部分影響了綠氫項(xiàng)目的電源選擇。同時(shí)，由于風(fēng)光發(fā)電時(shí)段存在互補(bǔ)，風(fēng)光聯(lián)合制氫有助于延長(zhǎng)每日制氫時(shí)長(zhǎng)、降低耗電成本，助力綠氫項(xiàng)目顯現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。

?應(yīng)用場(chǎng)景：大規(guī)模綠氫制綠氨率先放量。統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目中，14個(gè)項(xiàng)目下游應(yīng)用于合成綠氨，對(duì)應(yīng)綠氫產(chǎn)能32.86萬(wàn)噸/年，占統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目規(guī)模的75%。值得注意的是，公布制氫規(guī)模的22個(gè)項(xiàng)目中，15個(gè)年制氫1萬(wàn)噸以上，下游均用于化工合成；明確用于交通領(lǐng)域的項(xiàng)目多為小規(guī)模站內(nèi)制氫，產(chǎn)能共0.74萬(wàn)噸/年。以合成氨為代表的化工應(yīng)用，或?qū)⒊蔀榇笠?guī)模（萬(wàn)噸級(jí)）制氫項(xiàng)目的優(yōu)選應(yīng)用場(chǎng)景。

傳統(tǒng)制氫路線仍存在機(jī)遇

3.1化石燃料制氫：應(yīng)用廣泛的傳統(tǒng)方案，提純和CCUS環(huán)節(jié)存在設(shè)備投資潛力

?煤氣化制氫和天然氣蒸汽重整（SMR）制氫是化石燃料制氫的兩種主流方案。煤氣化制氫是煤在氣化爐中與水蒸氣發(fā)生分步反應(yīng)制備的氫氣。其原理為：煤(C)在氣化爐中與水蒸氣反應(yīng)生成CO和H2，CO進(jìn)一步與水反應(yīng)生成H2和CO2。天然氣制氫主要為天然氣中的甲烷與水蒸氣發(fā)生分步反應(yīng)生成的H2，反應(yīng)前通常需對(duì)天然氣進(jìn)行脫硫處理，防止催化劑中毒。

?我國(guó)化石燃料制氫以煤制氫為主。一方面，我國(guó)的化石能源儲(chǔ)量呈現(xiàn)“富煤少氣”特點(diǎn)，煤儲(chǔ)量更為豐富；另一方面，我國(guó)天然氣含硫量高，預(yù)處理工藝復(fù)雜，導(dǎo)致在我國(guó)天然氣制氫經(jīng)濟(jì)性低于煤制氫。

?煤制氫路線中，制備環(huán)節(jié)設(shè)備投資增量可能有限。煤制氫的核心設(shè)備是煤氣化爐，為大型設(shè)備，固定成本高，適用于大規(guī)模集中化生產(chǎn)。現(xiàn)階段存量煤氣化爐的制氫潛力較充足，在氫能應(yīng)用的過(guò)渡階段可提供補(bǔ)充氫源，但不排除產(chǎn)生增量設(shè)備投資的可能。

?提純、碳捕集環(huán)節(jié)帶來(lái)廣闊的潛在設(shè)備需求?；剂现茪湫杞?jīng)過(guò)提純工序，方可在燃料電池中使用；制氫反應(yīng)產(chǎn)生大量二氧化碳，需要結(jié)合CCUS(碳捕集、封存和利用)技術(shù)，以降低碳排放。提純和碳捕集環(huán)節(jié)存在較為廣闊的設(shè)備投資空間。

煤制氫工藝流程

3.2 CCUS：化石燃料制氫伴隨大量碳排放，需要配合CCUS技術(shù)

CCUS（Carbon Capture，Utilization and Storage）即碳捕獲、利用與封存。CCUS是指將CO2從工業(yè)、能源利用或大氣中分離出來(lái)，循環(huán)利用或永久封存的過(guò)程，是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)技術(shù)組合的重要構(gòu)成部分。

化石燃料制氫+CCUS將成為制氫的重要路線之一。IEA測(cè)算，若全球要在2050年達(dá)到“凈零排放”目標(biāo)，2030和2050年全球化石燃料+CCUS制氫產(chǎn)量分別需要達(dá)到0.98和2.01億噸。根據(jù)IEA最新預(yù)測(cè)，2030年全球氫氣需求量1.8億噸，耦合CCUS的化石燃料制氫產(chǎn)量將從2021年的60萬(wàn)噸增長(zhǎng)至3300萬(wàn)噸，經(jīng)過(guò)CCUS脫碳的化石燃料氫將在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)作為氫能的重要組成部分。

3.3 CCUS主要參與者：制冷設(shè)備、油氣設(shè)備企業(yè)試水碳捕集與應(yīng)用

?CCUS技術(shù)中，與化石燃料制氫直接銜接的是尾氣碳捕集環(huán)節(jié)。二氧化碳捕集包括捕獲分離、凈化和壓縮等工藝，本質(zhì)是一種氣體分離過(guò)程。其技術(shù)路線包括醇胺法、氨法、膜分離法、深冷法等。目前，醇胺法和氨法是國(guó)內(nèi)外二氧化碳捕集最成熟的技術(shù)，我國(guó)醇胺化學(xué)吸收法技術(shù)已達(dá)國(guó)際水平?；瘜W(xué)吸收所需設(shè)備主要為吸收塔，捕集和儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)還需要增壓機(jī)組、液化設(shè)備等裝備。

?制冷設(shè)備、油氣設(shè)備企業(yè)是CCUS相關(guān)設(shè)備賽道的主要參與者。二氧化碳增壓機(jī)組、二氧化碳制冷機(jī)組及液化設(shè)備是碳捕集領(lǐng)域的重要設(shè)備，冰輪環(huán)境、冰山冷熱等企業(yè)憑借自身技術(shù)積累布局相關(guān)領(lǐng)域；惠博普、廣匯能源等油氣設(shè)備企業(yè)則憑借產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)優(yōu)勢(shì)，發(fā)力CCUS整體解決方案，提供從二氧化碳捕集裝置、輸氣管道到驅(qū)油設(shè)施的全套裝備及工藝包。此外，前文提及的變壓吸附和深冷分離賽道相關(guān)企業(yè)也有進(jìn)入CCUS領(lǐng)域的潛力。

3.4工業(yè)副產(chǎn)氫：經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)良的過(guò)渡路線

工業(yè)副產(chǎn)氫指生產(chǎn)化工產(chǎn)品時(shí)同時(shí)得到的副產(chǎn)物氫氣，成本介于化石燃料制氫和電解水制氫之間。焦?fàn)t煤氣、氯堿化工、輕烴利用（丙烷脫氫、乙烷裂解）、合成氨合成甲醇等

工業(yè)均會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)物氫氣。目前，國(guó)內(nèi)工業(yè)副產(chǎn)氫部分作為化工原材料或鍋爐燃料使用，也存在部分放空，整體使用效率不高。工業(yè)副產(chǎn)氫經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)良，制取成本在9.3元-22.4元/kg之間，低于電解水制氫，可作為制氫的過(guò)渡路線。

3.5提純：化石燃料制氫和化工副產(chǎn)氫均需提純，變壓吸附是主流方法

?化石燃料制氫和化工副產(chǎn)氫均需經(jīng)過(guò)提純工序，產(chǎn)品純度和特定雜質(zhì)含符合燃料氫氣標(biāo)準(zhǔn)（GBT37244-2018）后方可用于燃料電池。

?現(xiàn)階段氫氣提純主要有變壓吸附（PSA）、深冷分離（低溫精餾）、膜分離、色譜分離和吸收法等方法。其中，變壓吸附法和深冷分離法在工業(yè)生產(chǎn)中技術(shù)最為成熟。

?變壓吸附法由于產(chǎn)品純度高、設(shè)備投資成本適中，是目前最廣泛使用的氫氣提純方法；深冷分離法適用于大規(guī)模生產(chǎn)，未來(lái)在集中制氫環(huán)節(jié)存在一定的推廣潛力

提純：關(guān)注變壓吸附工藝提供商、深冷分離設(shè)備商

?變壓吸附法（PSA）的核心在于專(zhuān)用吸附劑（分子篩）的研發(fā)，設(shè)備環(huán)節(jié)吸附塔結(jié)構(gòu)、閥門(mén)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)變壓吸附的效果和系統(tǒng)壽命同樣具有顯著影響。變壓吸附技術(shù)主流供應(yīng)商為掌握吸附劑研發(fā)技術(shù)的化工企業(yè)，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的工藝和成套裝置，向下游客戶(hù)提供整體解決方案。世界三大變壓吸附技術(shù)供應(yīng)商包括美國(guó)UOP、德國(guó)林德和我國(guó)西南化工研究設(shè)計(jì)院（上市主體為昊華科技）。建龍微納是國(guó)內(nèi)分子篩龍頭，已具備制氫分子篩產(chǎn)品，是國(guó)內(nèi)少數(shù)具備萬(wàn)噸制氫分子篩材料產(chǎn)能的企業(yè)、?深冷分離法采用大型成套設(shè)備，由冷箱、換熱器、精餾塔等組成。設(shè)備企業(yè)掌握深冷工藝及設(shè)備制造能力，可提供整體解決方案。

深冷分離賽道國(guó)內(nèi)主要參與者包括蜀道裝備（已擁有煤化工/焦?fàn)t煤氣/煤制乙二醇深冷分離制氫等業(yè)績(jī)）、中泰股份（可以做煤制氫和PDH制氫的分離提純）、杭氧股份（主營(yíng)業(yè)務(wù)為空分設(shè)備，在烷烴脫氫、一氧化碳/氫氣深冷分離等設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)上不斷取得突破）等。

綠氫：電解槽和材料存在壁壘

4.1電解水制氫主要有4種技術(shù)路線

?電解水制氫主要有堿性電解(ALK)、質(zhì)子交換膜電解(PEM)、固體氧化物電解(SOEC)和陰離子交換膜(AEM)四種方法。

?堿性電解(ALK)是在堿性電解質(zhì)溶液(通常為KOH)中完成的電解過(guò)程，OH-離子經(jīng)隔膜到達(dá)陽(yáng)極，失去電子產(chǎn)生O2，水在陰極得到電子，產(chǎn)生H2和OH-。

?質(zhì)子交換膜電解(PEM)是對(duì)純水進(jìn)行電解，H2O分子在陽(yáng)極氧化生成氧氣和H+離子，H+(質(zhì)子)在電場(chǎng)作用下通過(guò)質(zhì)子交換膜遷移至陰極并發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣的方法。

?固體氧化物電解(SOEC)是在高溫狀態(tài)下將水蒸氣電離生成氫離子和氧離子，分別在電極上生成氫氣和氧氣的過(guò)程，其反應(yīng)溫度通常在600℃以上，適用于產(chǎn)生高溫、高壓蒸汽的光熱發(fā)電系統(tǒng)。

?陰離子交換膜電解(AEM)通常采用純水或低濃度堿性溶液作為電解質(zhì)，反應(yīng)過(guò)程為：OH-經(jīng)交換膜到達(dá)陽(yáng)極生成水和氧氣，水分子在陰極生成OH-和氫氣。

電解水制氫工藝路線比較：各有千秋

?堿性電解（ALK）特點(diǎn)：

?優(yōu)勢(shì)：目前技術(shù)最成熟、設(shè)備成本低

?局限：有腐蝕液體；運(yùn)維成本高；理論效率低于PEM、SOEC等路線；較難應(yīng)用于間歇性電源

?質(zhì)子交換膜電解（PEM）特點(diǎn)：

?優(yōu)勢(shì)：間歇性電源適應(yīng)性高，易于與風(fēng)光等可再生能源結(jié)合；運(yùn)維成本低

?局限：設(shè)備成本高；需使用貴金屬催化劑

?固體氧化物電解（SOEC）特點(diǎn)：

?優(yōu)勢(shì)：理論效率高；可使用非貴金屬催化劑

?局限：高溫環(huán)境反應(yīng)，應(yīng)用場(chǎng)景有限；處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，尚未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化

?陰離子交換膜電解（AEM）特點(diǎn)：

?優(yōu)勢(shì)：兼具堿性和PEM的優(yōu)勢(shì)：材料成本低；電解液為稀堿液或水，腐蝕性低，且無(wú)需貴金屬催化劑

?局限：陰離子交換膜量產(chǎn)難度大，仍在研發(fā)階段

電解水制氫的三種主要工藝路線比較

4.2堿性電解路線成熟，PEM成長(zhǎng)性強(qiáng)，SOEC、AEM后續(xù)潛力優(yōu)良

?從電解槽的裝機(jī)容量來(lái)看，堿性電解是目前的主流路線，PEM路線成長(zhǎng)迅速。堿性電解是目前最成熟的路線，IEA根據(jù)現(xiàn)有氫能項(xiàng)目部署情況估算，2022年全球堿性電解槽累計(jì)裝機(jī)量至少為727MW（部分項(xiàng)目未披露技術(shù)路線），占總裝機(jī)規(guī)模的52%。PEM電解槽裝機(jī)占比不斷提升，2022年累計(jì)裝機(jī)至少為366MW，同比增長(zhǎng)近200%；2023年累計(jì)裝機(jī)量有望接近堿性電解槽，超過(guò)1GW。

?PEM、SOEC、AEM方案具有優(yōu)良的降本增效潛力。提高電流密度是降低電解槽設(shè)備單位投資成本的關(guān)鍵因素，但電流密度的提升通常伴隨著電解槽電壓的升高，從而導(dǎo)致電解效率下降。如右下圖所示，PEM、SOEC方案可以實(shí)現(xiàn)更高的電流密度和更低的電壓，降本增效的潛力優(yōu)良，未來(lái)技術(shù)成熟后存在替代空間。此外，目前處于研發(fā)階段的AEM路線理論效率與PEM相近，但無(wú)需貴金屬催化劑，原材料成本低廉，若可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，亦存在優(yōu)良的降本推廣潛力。

全球各類(lèi)電解槽累計(jì)裝機(jī)規(guī)模

4.3堿性電解槽：由電解小室堆疊而成，電極、隔膜和密封墊片是關(guān)鍵材料

?電解槽是電解水制氫的核心設(shè)備。電解水制氫裝置包括主體設(shè)備、輔助設(shè)備（BOP，Balance of Plant）及電控設(shè)備三部分。主體設(shè)備由電解槽和附屬設(shè)備一體化框架組成，電解槽為核心設(shè)備；輔助設(shè)備包括水箱、堿箱、補(bǔ)水泵和氣體減壓分配框架等；電控設(shè)備包括整流柜，配電柜等。電解槽是電解反應(yīng)發(fā)生的主要場(chǎng)所，由多個(gè)電解小室堆疊而成，是一種高度模塊化的系統(tǒng)。

?堿性電解槽由多個(gè)電解小室構(gòu)成，電極、隔膜和密封墊片是關(guān)鍵材料。堿性電解槽通常呈圓柱形，可采用串聯(lián)單極性或并聯(lián)雙極性壓濾式結(jié)構(gòu)，由螺栓和兩塊端壓板將極板夾在一起，形成多個(gè)分隔的小室，每個(gè)小室由電極、隔膜、墊片、雙極板組成。電極、隔膜和密封墊片是堿性電解槽的關(guān)鍵材料。電極通常采用鎳網(wǎng)或泡沫鎳，其性能對(duì)電流密度和電解效率有決定性影響，其成本約占系統(tǒng)成本的28%；隔膜用于將兩極隔離開(kāi)，要求保障氣密性的同時(shí)，降低電阻以減少電能損耗；密封墊片用于解決極片之間的絕緣問(wèn)題，其絕緣性能對(duì)電解效率、安全、系統(tǒng)使用壽命均有影響。

4.4 PEM電解槽：結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)勢(shì)突出，材料成本較高

?PEM電解系統(tǒng)主要由電解槽和輔助系統(tǒng)（BOP）組成。電解槽是電解反應(yīng)制氫的核心裝置，輔助系統(tǒng)則用于原材料（水）的處理、系統(tǒng)循環(huán)和氫氣產(chǎn)物的干燥純化等，主要包括電源供應(yīng)系統(tǒng)、氫氣干燥純化系統(tǒng)、去離子水系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等部分。

?PEM電解槽采用質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì)，結(jié)構(gòu)和性能具有一定優(yōu)勢(shì)。PEM電解槽同樣由多個(gè)電解單元堆疊而成，每個(gè)單元均由質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴(kuò)散層和雙極板構(gòu)成。PEM電解槽使用質(zhì)子交換膜作為固體電解質(zhì)，替代了堿性電解槽使用的隔膜和液態(tài)電解質(zhì)(KOH溶液)，內(nèi)阻更小、內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為緊湊，電解效率大幅提高，規(guī)模選擇也更為靈活；PEM電解采用純水而非堿液作為電解原料，產(chǎn)氫純度較堿性制氫更好。然而，PEM電解在強(qiáng)酸性環(huán)境下進(jìn)行，需使用貴金屬催化劑，導(dǎo)致成本較高。

4.5 PEM電解槽：質(zhì)子交換膜依賴(lài)進(jìn)口，有待國(guó)產(chǎn)突破

PEM電解槽關(guān)鍵原材料有待國(guó)產(chǎn)化。目前，國(guó)內(nèi)PEM電解槽產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小，主要原因?yàn)殛P(guān)鍵材料質(zhì)子交換膜生產(chǎn)技術(shù)由歐美、日本等巨頭壟斷，國(guó)內(nèi)電解槽廠商使用的質(zhì)子交換膜主要向杜邦進(jìn)口，成本和供應(yīng)鏈均面臨一定壓力。此外，PEM電解槽使用的貴金屬催化劑也存在進(jìn)口依賴(lài)性。國(guó)內(nèi)PEM電解槽產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，需要國(guó)產(chǎn)關(guān)鍵材料環(huán)節(jié)的進(jìn)一步突破。

4.6電解槽全球競(jìng)爭(zhēng)格局：中國(guó)和歐洲企業(yè)產(chǎn)能規(guī)模領(lǐng)先，主要參與者積極擴(kuò)產(chǎn)

從產(chǎn)能布局來(lái)看，中國(guó)和歐洲企業(yè)產(chǎn)能規(guī)模領(lǐng)先，主要參與者積極擴(kuò)產(chǎn)。2022年11月，BNEF估計(jì)了全球各大電解槽企業(yè)產(chǎn)能規(guī)劃情況，2022、2023年底預(yù)計(jì)產(chǎn)能排名前20企業(yè)分別如下。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，2022年底，全球電解槽產(chǎn)能Top 20企業(yè)產(chǎn)能共計(jì)14GW，其中中國(guó)企業(yè)8家，產(chǎn)能共計(jì)6.7GW，以ALK路線為主；歐洲企業(yè)9家，產(chǎn)能共計(jì)4.7GW。2023年底，預(yù)計(jì)全球電解槽產(chǎn)能Top 20企業(yè)產(chǎn)能共計(jì)26.4GW（同比+89%），其中中國(guó)企業(yè)9家，產(chǎn)能共計(jì)9.1GW；歐洲企業(yè)7家，產(chǎn)能共計(jì)10.2GW。

2023年底電解槽預(yù)期產(chǎn)能全球前20的企業(yè)

4.7電解槽國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)格局：2022年CR3達(dá)到73%，新入者層出不窮

?從出貨規(guī)模來(lái)看，考克利爾競(jìng)立、派瑞氫能和隆基氫能居國(guó)內(nèi)企業(yè)第一梯隊(duì)。GGII統(tǒng)計(jì)，2022年我國(guó)電解水制氫設(shè)備出貨量722MW（含出口），同比增長(zhǎng)106%?？伎死麪柛?jìng)立出貨230MW，排名維持第一；派瑞氫能位居第二，隆基氫能首次躋身第三。

?市場(chǎng)玩家增加，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)集中度有所下降。我國(guó)電解槽出貨量TOP3廠商2022年共計(jì)出貨527MW，市占率合計(jì)73%，CR3較2021年下降10個(gè)百分點(diǎn)。這意味著隨著國(guó)內(nèi)電解槽參與者增多，市場(chǎng)集中度有所下降。值得注意的是，2022年國(guó)內(nèi)出貨量TOP3的電解槽廠商最大訂單均來(lái)自中國(guó)石化新疆庫(kù)車(chē)綠氫示范項(xiàng)目，該項(xiàng)目共采購(gòu)52臺(tái)1000標(biāo)方堿性制氫設(shè)備。因此，若不考慮大訂單，國(guó)內(nèi)電解槽市場(chǎng)集中度或許進(jìn)一步下降，市場(chǎng)仍處于高成長(zhǎng)、競(jìng)爭(zhēng)格局未確定的階段。

2022年中國(guó)電解水制氫設(shè)備廠商出貨量TOP 10

4.8海外參與者：PEM路線為主，歐美企業(yè)實(shí)力強(qiáng)勁

審核編輯 ：李倩