我国绿氢供需规划扩张，水电解制氢设备产业规模有望提升

我国绿氢供需规划扩张，水电解制氢设备产业规模有望提升

投资要点

报告内容

1、我国绿色氢能供需规划不断扩大，水电解制氢设备有望迎来产业规模提升

我国氢气产量不断扩大，政策需求驱动下2022年水电解制氢设备需求持续增加。据中国煤炭工业协会数据，2022年我国氢气产量约4000万吨，同比增长21%。从制氢结构来看，可再生能源水电解绿色制氢规模仍较小，煤制氢、天然气制氢合计占比约80%。但2022年在政策驱动下，水电解制氢设备需求将快速增加。中国华电、国富氢能、澳阳科技、瑞霖科技、西北优、中国宝武等多家企业均发布新型水电解制氢设备。其中ALK电解器凭借产业链完整、成本低廉等优势，成为2022年下线电解器产品的主要类型。 但从长远来看，随着设备制造成本的降低和制氢规模的扩大，PEM设备有望启动替代进程。

1.1. 未来2-3年政府和企业对绿氢需求预计将大幅增长

随着我国碳排放要求愈加严格，工业领域对绿色氢能的需求将不断增加。近年来，我国通过建立碳市场、开展碳交易等方式，实现了企业碳排放的合规化和经济效益化。其中，碳排放配额（CEA）的收紧将导致企业碳排放成本上升。在炼油、制氨、炼钢等碳排放需求较高的工业领域，氢气不仅可以作为能源，还可以作为燃料大规模应用。根据艾瑞咨询预测，到2060年，我国工业领域预计用氢量为7.8亿吨，相当于减少煤炭消耗53.07亿吨，从而每月减少碳排放141.1亿吨。电解水设备在制氢过程中没有碳排放，更符合作为工业氢源提高CEA交易价格的趋势。

各地绿氢生产政策持续出台，扩大绿氢生产规模、突破水电解制氢设备关键技术成为政策重点。据地方政府官网政策不完全统计，截至2023年11月，我国直接提及绿氢生产、电解槽设备建设等相关环节的政策有32项。如《青海省氢能产业发展中长期规划（2022-2035年）》提到要探索与可再生能源发展耦合​​的水电解制氢技术，构建以经济安全的碱性水电解制氢技术为基础，PEM制氢技术为补充，以SOEC、AEM等前沿高效制氢技术为示范的制氢技术体系； 发展适应可再生能源的大型高效PEM电解器、PEM水电解制氢系统、水电解制氢柔性控制技术，攻克兆瓦级PEM水电解制氢系统、制氢运行控制与调度应用技术。《促进能源电子产业发展的指导意见》也提到，要加快高效制氢技术研发，突破燃料电池、双极板、质子交换膜、催化剂、膜电极材料等关键环节关键技术。相比2022年的政策规划，2023年的绿氢政策更进一步，落实到产业链各个环节，直指水电解制氢设备关键技术。

1.2. 随着绿氢项目增多及单罐制氢能力提升，未来电解槽生产规模有望进一步扩大

我国水电解制氢项目多地开花，未来水电解制氢投产有望加速。据中国计划项目网、中国采购与招标网、北极星氢能网、氢能焦点及地方政府官网不完全统计，截至2023年10月，全国共新签约水电解制氢项目41个、开工项目41个、投产项目8个，制氢规模分别约为120.12万吨​​、66.98万吨、3.5万吨。由于水电解制氢项目从备案到投产建设周期约为1-3年，预计2025年后我国水电解制氢供给将大幅提升。

投资规模扩大、产品规格升级、产品价格下行有望成为未来电解槽行业的发展趋势。从2023年签约的绿氢项目来看，氢气产能在1万至9万吨之间的项目占比56%，氢气产能在10万吨以上的项目占比11%。其中两个项目的氢气年产能达到30万吨，分别是内蒙古扎鲁特旗宏图通辽风光制氢氨醇一体化项目和包头市国际氢能冶金示范区新能源制氢联产无碳燃料项目。 规格方面，据隆基氢能测算，1台3/h电解槽相较于2台3/h电解槽，可节省30%占地面积、减轻20%重量、降低CAPEX约20%。未来随着电解槽技术的不断提升，主流电解槽产品将从3/h规格升级为3/h规格，水电解制氢技术也将从ALK向PEM/AEM/SOEC演进，单槽建设成本有望降低，制氢效率有望提升，从而带动产品价格下降。

2. 四种电解槽及其零部件分析

水电解制氢最主要的地方是电解器，电解器在直流电作用下将水电解成氢气和氧气。根据IRENA统计，以1MW ALK水电解系统为例，整个水电解制氢系统中电解器的成本约占45%。电解器的每个电解室分为阳极室和阴极室，阴极室产氢，阳极室产氧。目前市场对电解器的主流性能要求是氢气纯度高、能耗低、结构简单、制造和维护方便廉价、使用寿命长、材料利用率高。电解器的主要部件和材料包括电极、隔膜和电解质，其中电极主要由金属材料组成，约占电解器成本的57%。

主流的水电解制氢技术包括碱性水电解（ALK）、质子交换膜电解（PEM）、高温固体氧化物电解（SOEC）和固体聚合物阴离子交换膜电解（AEM）。在我国，ALK水电解技术已实现商业化，整体产业链较为成熟。PEM技术目前处于商业化初期，受益于地方政策规划，未来行业规模及产业链本土化趋势有望进一步加强。SOEC及AEM技术目前多处于研发示范阶段，仅有少量产品进行商业化试点。

2.1. ALK电解槽：目前是水电解制氢工业化的首选，未来成本还有降低空间

ALK水电解制氢技术是指在碱性电解质环境下电解水产生氢气的技术。与其他水电解设备相比，ALK电解器的优点是极板不含贵金属，成本相对较低，技术成熟。ALK电解器的缺点是要求电力稳定可靠，不适用于风电、太阳能等间歇性电力，氢气纯度低于PEM、SOEC等电解器。ALK电解器主体由端压板、密封垫片、极板、电板、隔膜等零件组装而成，包括几十甚至上百个电解室。这些电解室通过螺钉和端板压合在一起，形成圆柱形或方形。每个电解室由两个相邻的极板分隔，包括正负极板、阳极电极、隔膜、密封垫片、阴极电极六个部分。

ALK电解质材料中，工业上多采用质量分数为30%的KOH溶液或质量分数为26%的NaOH溶液。

PPS复合隔膜是目前主流ALK电解器隔膜所用材料，但国产替代、降低成本仍是未来研发重点。在隔膜材料选择上，最早的ALK设备采用的是石棉隔膜，但由于石棉隔膜有毒性，其使用受到了限制。目前国内主流隔膜是以聚苯硫醚（PPS）为基料的新型复合隔膜，具有尺寸稳定性好、抗蠕变、耐热等优点，复合隔膜改善了PPS织物亲水性弱的问题。但目前国内复合隔膜市场被东丽、AGFA等厂家垄断，每平米价格在400-900元左右。以1000标准方电解器所需隔膜1200平米计算，单台电解器的隔膜成本在4.8万元左右。 此外，聚四氟乙烯树脂改性石棉隔膜、聚砜隔膜（PSF）等也有望成为新的隔膜材料选择。

在催化剂选择方面，目前国内ALK电解设备厂家主要采用镍基催化剂，包括纯镍网、泡沫镍，或者纯镍网、泡沫镍为基材喷涂高活性催化剂。目前镍基催化剂的制备工艺较为成熟，镍网宽度可以满足大型碱性水电解制氢设备的应用，网目数和厚度可以很好的控制。未来随着ALK电解槽制氢规模的进一步提升，镍网催化剂有望向表面积更大、催化位点更多的雷尼镍催化剂方向发展。

极板的成本降低和轻量化也是ALK电解器未来降本的发展方向。极板是ALK电解器的支撑部件，起到支撑电极、隔膜及导电的作用，也是整个电解器中重复性最高的部件。在ALK电解器中，极板成本占20%-30%，由主板和框架组成。主板表面布满凹凸结构，与隔膜两侧电极多点接触，降低内阻。目前市场根据主板凹凸结构分为乳突板和板网板。目前主流的极板采用碳钢金属板，制造难度大，容易发生短路，部分企业开发了非金属框架，但尚未大规模使用。 因此未来寻找低成本、低密度、高性能的材料制作极板是ALK电解槽降低生产成本的另一重要举措。

相较于其他电解设备，ALK水电解设备操作简便、成本低、使用寿命长，是目前工业化应用水电解设备的首选。根据中国电动汽车百人会《中国氢能产业发展报告2020》预测，中短期内ALK电解设备仍将是水电解设备市场的首选，占比约为60~95%，且随着未来水电解制氢技术的成熟，ALK制氢设备价格有望降至0.6~1元/瓦。

2.2. PEM电解器：性能优于ALK，未来制造成本有望进一步降低

PEM水电解制氢技术是指以质子交换膜为固体电解质，纯水为原料进行水电解制氢的水电解制氢技术。具体来说，PEM水电解制氢分为四个步骤：①水（2H2O）在正极发生水解反应，在电场和催化剂的作用下分裂成质子（4H+）、电子（4e-）和气态氧（O2）；②4H+在电场作用下穿过含有磺酸基功能团的固体PEM，到达负极；③4e-电子通过外电路从正极转移到负极；④到达负极的4H+得到4e-生成2H2。PEM水电解制氢设备由PEM电解槽和辅助系统BOP组成。 与ALK电解器相比，PEM电解器具有电流密度高、氢气纯度高、响应速度快等优势，更适合与风光储技术结合。但由于PEM电解器需要在强酸、强氧化的工作环境中运行，对铱、铂、钛等贵金属材料的依赖性较大，导致目前PEM电解器设备成本相对较高。

PEM水电解器的主要部件由内向外依次为质子交换膜、催化剂层、气体扩散层、双极板。扩散层、催化剂层、质子交换膜组成膜电极（MEA），是整个水电解器中物质输送和电化学反应的主要场所。膜电极的特性和结构直接影响PEM电解器的性能和寿命。

在PEM电解器工作过程中，质子交换膜提供了只允许水分子和水合氢离子通过的传输通道，将质子从电解器阳极输送到电解器阴极，在电解器内部形成离子传输通路。质子交换膜在PEM电解器中有以下三个作用：（1）作为固体电解质，将阳极反应产生的质子传导到阴极参与阴极HER反应，为质子的转移提供通道；（2）隔离阴极和阳极侧的反应产物（氢气和氧气），防止氢气和氧气的相互渗透；（3）为阴极和阳极侧的催化剂层提供物理支撑。目前PEM电解器中的质子交换膜根据含氟量的多少可分为全氟化质子交换膜、部分氟化质子交换膜和非氟化质子交换膜。 目前PEM电解器所采用的质子交换膜多为全氟磺酸质子交换膜。

随着国产替代进程的加快，未来我国质子交换膜成本将进一步下降。随着东岳未来、科润新材等国内质子交换膜龙头厂商产能扩张的加快，我国质子交换膜进口依存度将进一步下降。根据IEA预测，未来质子交换膜价格有望进一步下降至500元/平方米。成本下降、产量可控将进一步提升我国PEM电解槽产能。

PEM水电解制氢设备的双极催化剂有所不同，市面上主流的PEM电解槽催化剂一般为阳极采用二氧化铱、铱黑等铱基催化剂，阴极采用铂碳催化剂。虽然二氧化钌（RuO2）和二氧化铱（IrO2）对析氧电化学反应具有很好的催化活性，但是IrO2的稳定性更好，目前IrO2是PEM电解设备阳极催化剂的主要材料。铂碳催化剂（Pt/C）是将铂负载在活性炭上的载体催化剂，属于贵金属催化剂的子类别之一。根据GGII统计，目前PEM阴极催化剂的Pt负载量一般为0.4-0.6mg/cm2。

气体扩散层起着传输水、氢气、氧气、催化剂等物质和提供力学支撑的作用。一般阳极侧的气体扩散层采用耐腐蚀的钛金属，如粉末烧结钛片、纤维烧结钛毡、钛网等，其表面可进行贵金属镀层处理，以降低接触电阻。据GGII统计，目前市场上每平方米钛纤维毡镀铂成本在5000~15000元不等。阴极可以采用碳纸、碳布等碳基材料，也可以采用钛材。随着未来PEM电解槽制氢规模的进一步扩大，气体扩散层的规模化生产能力、批量供应能力和降低成本能力将成为挑战。

根据美国公司预测，2020年全球气体扩散层市场规模将达到3.84亿美元，预计2025年将达到16.83亿美元，年复合增长率(CAGR)为30.47%。目前，全球气体扩散层的碳纸技术仍掌握在日本东丽、德国SGL、加拿大、美国等少数国外公司手中，而以通用氢能为代表的我国国内气体扩散层企业正加速推进该环节的国产化。由于气体扩散层的成本主要以加工成本为主，规模化生产将带来成本的大幅下降，因此扩散层的规模化生产工艺是未来的重点发展方向。

金属双极板是PEM电解器的重要组成部分，约占电解器价格的50%。金属双极板具有较高的强度、较好的成形性、抗冲击性和较低的渗透性，在PEM电解器中得到广泛的应用。目前主流的PEM电解器的金属双极板通常为钛基双极板，表面镀有Pt或Au等贵金属涂层或其他表面处理。由于双极板在PEM电解器中大量重复使用，因此贵金属涂层的价格对PEM电解器的成本影响较大。

铂、钛、铱等贵金属成为PEM电解槽扩容的主要瓶颈，减少贵金属使用或开发替代材料是降低PEM电解槽成本的未来发展趋势。电解水制氢成本主要取决于电费成本、电解槽投资成本、运行负荷。其中电费成本对电解水制氢敏感度最高，占比60%~70%。随着电费成本的下降，设备投资成本占比逐渐上升。电解槽作为整个系统的核心，成本占系统成本的45%。其中双极板占电堆成本的50%以上，膜电极成本占1/4左右，贵金属约占系统成本的10%。 未来PEM电解槽扩产的瓶颈可能不仅取决于贵金属的高成本，还取决于其供应是否充足，因此必须尽量减少贵金属的使用，或开发替代材料。

但通过提高设备利用率，PEM电解槽生产可以产生规模经济效应，从而实现速度更快、工艺产出更高、生产成本更低。根据徐斌等在《质子交换膜水电解技术关键材料研究进展与展望》中的测算，当工厂制造规模从10MW/a扩大到1GW/a时，电解槽成本有望下降70%。因此，从现有技术来看，目前的PEM设备制造商可以通过关键材料性能和电解槽部件制造工艺的技术创新，提高PEM电解槽的性能，从而降低PEM制氢的设备成本。

2.3. AEM电解器：结合ALK的成本优势和PEM的性能优势，目前处于实验室阶段

AEM电解器结合了ALK和PEM电解器的优点，目前主要处于实验室研发阶段。AEM水电解技术是指采用成本相对低廉的阴离子交换膜作为隔膜，以低浓度碱性溶液或纯水作为电解液，以非贵金属催化剂作为反应催化剂的制氢技术。AEM电解器的核心包括阴极材料、阳极材料和阴离子交换膜。与ALK和PEM技术相比，AEM技术结合了两者的优点，但目前阴离子交换膜无法兼顾工作效率和设备寿命，AEM电解器还处于实验室研发阶段。

具有高离子电导率和耐强碱性的阴离子交换膜是AEM电解设备研制的关键。AEM交换膜是典型的有机阳离子聚合物，能将氢氧离子从阴极转移到阳极，并作为电化学反应产生的电子和气体的屏障，阻断二者在电极之间的直接转移。但阴离子交换膜存在在强碱性环境下难以同时实现离子电导率和稳定性（包括耐碱性和力学性能）的问题。在运行过程中，膜表面形成的局部强碱性环境导致AEM在OH-的侵蚀下发生降解，由此产生的膜穿孔会造成电池短路，使AEM制氢装置无法长时间运行。

随着政府专项及相关企业研发计划的推进，我国AEM电解器商业化进程有望加速。宏观上，2020年我国启动重点研发计划《碱性离子交换膜制备技术及应用》，对高性能碱性聚电解质膜及连续制备工艺、酸碱双极膜及水电解制氢等进行了系统研究。2022年科技部《催化科学》重点专项申请指南在《可再生能源转化与存储催化科学》子项下设立了《阴离子交换膜水电解制氢研究》专项。产品方面，温氏氢能目前是全球唯一一家从膜到催化剂到膜电极，再到控制系统及系统集成，集AEM水电解制氢设备产学研为一体的企业。 中电绿波、亿维氢能、未来氢能等公司也推出了相应的AEM制氢产品。随着AEM制氢低成本、高效率的优势随着关键技术的突破逐渐显现，AEM制氢设备未来有望迎来大规模商业化应用。

2.4 SOEC电解槽：产氢效率高，成本较高，未来有望向氢能储能方向发展

SOEC制氢技术是指在高温下电解H2O，将电能和热能转化为化学能的过程。与其他电解器相比，SOEC电解器的优势在于功耗低，适用于产生高温高压蒸汽的太阳能热发电系统。另外，由于SOEC电解器对热能的需求较大，因此SOEC适用于热能资源丰富或废热较多的地区，如钢铁冶炼厂、化学合成厂或核电站。

SOEC电解槽产氢效率高，且原料不含贵金属，SOEC电解槽工作温度为800-1000摄氏度，因此产氢过程中的能量利用效率可超过90%，高于ALK、PEM和AEM技术。SOEC电解质最常用的材料是钇稳定化氧化锆（YSZ）及其化合物，尤其是8mol%氧化钇掺杂致密氧化锆基陶瓷材料，因为钇稳定化氧化锆电解质在较高温度（700-850℃）下表现出稳定优异的性能，此外YSZ电解质具有较高的离子电导率（0.01~0.1s/cm）和良好的化学稳定性和热稳定性。SOEC所采用的阴极材料是YSZ与镍（Ni-YSZ）组成的陶瓷金属。 负极材料为钙钛矿材料，即镧锶钴铁粉（LSCF）、镧锶锰粉（LSM）。

但是，根据宁波沙发的报价，SOEC电解器的当前材料成本还相对较高。 4元与生产成本为277.94 rian/kW。 。

与ALK和PEM相比，与固定的投资施工成本相比，SOEC电解系统的当前综合成本更高，SOEC电解器对氢生产的大规模应用大大限制了国际能源机构（IEA）（IEA）的统计数据，在2022年之间，ALK 之间的固定电子投资是3,8,50000和9,8,50000和9,8,0000和9,8,0000的投资。如果固定的电解系统，PEM电解系统和SOEC电解系统的固定投资，则600元/千克和SOEC电解系统将在19,600至39,200元/kW之间。 基于此计算，生产1NM3的氢所需的固定投资分别为167.467亿元，28.4271亿元和767.596万元。

由于SOEC和SOFC的可逆性，预计SOEC电解器的施用场景将在将来扩展到氢能的储能。 /RESOC将SOEC的施用场景从氢生产到氢气的储能。在主要制造商中，例如质子功率需要改善。

3.审查我国与电解仪相关的公司

与我所在国家 /地区的电解器生产有关的公司主要集中在完整的电解器的生产中，并且根据氢能式氢能，北极氢能网络和氢云链等机构的不完整统计数据，目前有100个公司在该国的生产中，这些公司都在8月份和pem of and K.公司从事完整的电解器，膜电极，催化剂，双极板和其他产品的生产，而较少的公司生产隔膜，天然气交换层，天然气交换层和其他链接，由于生产成本，技术和其他公司的范围，但在我的北方公司中，许多公司都在北方的范围内延伸了许多公司。相对较弱。 从融资回合的角度来看，不同的公司处于不同的阶段，大量的天使巡回赛，回合，IPO和上市公司都表现出两端的集中度趋势。

3.1。

我所在国家/地区的碱性电解剂行业相对成熟。能源占市场份额的64％，低于2022年该行业前三家公司的72％， ，CSIC Perri和Longi ； 关于获胜的投标量，一年中碱性设备的系统交易价格约为749-2000元/千克，主要分布在1350-1500元/千克的范围内，该范围比2022年的价格低约15％-20％，表明了Alk 的竞争者，该企业始终是企业的企业。由于其在风能和太阳能项目资源方面的优势以及和Longi等集团企业的优势，也有更强的能力获得了订单，这也凭借其工业连锁店的资源和市场能力而赢得了大量订单。

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3.2。

Since 2023, in to in the such as , , New , , and , some are their PEM , such as Guofu , , Heavy , Perri , and Power . From a , PEM - are in and such as , , and . In , key such as and have also the focus of PEM and and . to from Cloud Chain, the of for links such as and from to 2023 was 9, an of 4 from the same in 2022; 融资数量为3.7亿元人民币，比2022年同期增加了164.3％，从2023年1月到2022年1月，核心材料联系的平均单一融资量增加了2.3亿元。

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3.3 AEM：目前仍在实验室阶段

尽管AEM电解技术结合了PEM和ALK技术的优势，但目前开发的阴离子交换膜仍无法考虑工作效率和设备寿命，并且在较大的产品中，还添加了少量的贵金属。主要集中在AEM电解剂，阴离子交换膜和催化剂中，Yiwei氢能，氢能，北京未来的氢能，北京的智绿波和其他公司已经推出了2.5-50kW aem电解室，但是目前，AEM氢生产产品仅在其他工厂上进行了工业量。

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3.4。

目前，国内SOEC电解器的氢生产能力主要是千瓦时，集中在2-25kW中，当前的密度为0.5-1.0a/cm²，SOEC系统的效率超过75％。大规模的示威项目预计，国内SOEC的运输将在2025年超过2亿元人民币，并在2030年增长到36亿元人民币，该行业将迎来快速发展的时期。 从相关公司的角度来看，由于SOFC/SOEC的强大可逆性以及两者所使用的准备过程和材料基本相同，国内外的SOEC制造商主要从SOFC制造商中转变为SOEC/SOFC 产品的成熟度。

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4.投资建议

我国家的电解氢生产市场具有巨大的潜力，电解器在其中起重要作用，并且根据预测，我国家对绿色氢的需求将于2025年达到130万吨，到达2023年2月25日的货物，该货物的货物量超过2022。在我国，我国的电解柜发货预计在2023年为1.4-2.1gw。

尤其：

1）随着单细胞生产的规模不断扩大，预计将要迎接尺度的经济体。预计单元的成本将进一步降低，预计将进一步提高氢的生产效率，预计电解室公司将迎来规模经济。

2）PEM电解器的成本降低与贵金属和家用产品的替换为关键组成部分。市场竞争模式。

3）AEM/SOEC电解器仍处于商业化的状态，因此，与当前更成熟的ALK/PEM电解器，AEM和SOEC 相比，领先的公司的产品开发进展。 - 深度扩展应用程序场景（例如氢能储能），AEM/SOEC电解器有望在中期和长期内引入大规模的商业应用。

5.风险警告

1.政策计划效应不如预期：在各个地方的氢能计划中，它会影响项目恢复周期。

2.技术应用不如预期：当前的电解器的投资和融资会受到技术成熟度的影响。

3.该报告是根据公共信息进行客观汇编的。

4.本报告中的某些图表和图表是根据新闻材料编制的，可能在统计上是不完整的。