电解槽研报：中国碱槽全面领先 低成本小标方PEM槽面临需求爆发
中航近日发布氢能研报电解槽专题：氢风徐来 百花绽放，朔源而上 千树结果
氢（气）作为一种能够广泛应用于化学工艺、金属制造、能源供应及交通运输等诸多领域的"终极原材料"，同时又是理想的绿色电力储存载体，已经成为了全球关注的焦点。然而，目前我国的氢需求主要集中在化工、冶金、石油炼化以及陶瓷、玻璃制造等传统工业领域，而用于供暖和动力的氢气所占比例相对较小。这种情况预计在未来五年内乃至更长的时期内都不会发生太大变化。
值得注意的是，全球的氢气主要来源仍然是化石燃料制氢，尽管低碳氢源（包括绿氢和蓝氢）的比例已经有所提高，但是仍然难以突破1%。随着全球减排降碳的大势所趋，在传统领域的低碳氢源替代、交通和电力等新兴应用领域需求的不断增加，以及低碳制氢成本的逐步降低，我们有理由相信，全球低碳氢源的使用量和产量将会呈现出显著的增长态势，尤其是以可再生能源电解水制取的绿氢为主导。
然而，全球推广绿氢的过程中，仍然面临着许多问题，如制氢标准的确定、专利许可的限制以及制氢成本过高等等。目前，全球主要的氢能参与经济体，例如欧盟、美国、中国以及日本，尚未就氢能类型的判定标准达成一致的共识，而欧盟对制氢所需绿电确认的要求更为严格、繁琐。
全球范围内的氢能专利原来主要掌握在欧盟和日本手中，近年来占比前列的美国的份额正在逐渐减少，韩国和中国则在氢能专利领域崭露头角。全球制取绿氢的成本相对较高，并且由于风能和太阳能资源、产业政策、制氢产业成熟度等各种因素的影响，不同地区的成本也会有所差异，这预示着未来跨区域的绿氢贸易将具有巨大的发展潜力。
换言之，电解槽是绿氢生产的核心设备，全球电解槽行业正处于蓬勃发展之中，特别是中国市场已经成为了全球的领导者。根据国际能源署（IEA）的数据显示，截至2022年底，全球累计安装了超过1.4GW的电解槽，其中中国与欧洲分别占据了30%的市场份额，美国与加拿大两国总计占了约10%，而剩余约30%的市场份额分布在其他区域。考虑到各个国家先前公布的低碳制氢计划，可以推断出电解槽的装机数量仍有着相当可观的提升空间，预计到2030年，全球的电解槽累计装机总量将在175~420GW之间浮动。值得一提的是，全球电解槽装机量在过去的三年里迎来了快速的增长期，2023年全球累计装机总量已超越2GW，其中中国和欧洲地区在此期间的电解槽装机总量举世瞩目。
另外，电解槽的技术路线主要包括碱性电解槽、PEM、AEM、SOEC等等，其中碱槽和 PEM 的技术成熟度和商业化程度相对较高。在上述技术路线中，碱性电解槽在投入成本方面具备明显的优势，因此其装机量相较于其他技术路线遥遥领先。至于 SOEC 和 AEM 两种技术，它们目前正处于商业化的初级阶段，海外的技术成熟度普遍高于国内。在海外市场，SOEC 已经步入了商业化的中期阶段，而在国内市场，SOEC 目前仍处在研发和示范阶段，在产业化进程上与国外相比还有很大的差距，例如单体系统的规模最大只能达到百千瓦级别，且无法进行多次启动和停止操作。至于 AEM 电解技术，只有欧美部分制造商在该领域取得了一定的突破性进展。
关于碱性电解槽产业链的完整化问题，相比较而言，PEM 产业链的核心部件则存在着更大的国产替代空间。在 碱性电解槽产业链中，极板、密封垫片、制氢电源等环节已经全面实现了国产化，然而隔膜却是国产化程度最低的关键零部件。目前，国内的装备企业主要采用的 PPS 隔膜被日本东丽公司所垄断，而新型的复合隔膜还处于商业化验证阶段。至于 PEM 电解槽产业链的核心部件和材料，例如 PEM 用膜、催化剂、气体扩散层等，其进口依赖度都相对较高。在国内，针对 PEM 产业链核心环节的融资热度持续升温，东岳未来氢能、科润新材料等企业已经在国内成功实现了 PEM 用膜等部件的大规模生产，有望引领国内 PEM 产业链的国产替代进程。
全球主要电解槽制造商纷纷筹划扩大产能布局，同时也吸引了诸如风能、太阳能、石化及氢燃料电池等领域的企业进入这一领域，展现出电解槽产业多元化发展的趋势。目前，中国已然成为全球电解槽制造的重要基地，其总体产能规模远超其他国家。**截至2023年，全球电解槽名义产能已达58吉瓦（GW），其中中国占据了38吉瓦，占比高达66%。**值得注意的是，中国电解槽制造商主要采用碱性技术路线，该类产品的产能约占全球碱性电解槽总产能的70%左右。而在欧洲地区，PEM与碱性两种技术路线的成本相当接近，因此这两种技术路线均得到广泛应用，其装置产能仅次于中国。据Bloomberg NEF在2024年公布的最新预测，至2024年末，国外PEM制氢设备供应商的产能将超过中国产能的十倍以上，尽管如此，我们预判实际投入市场的设备数量将会低于预期，并且整体水平仍将落后于国内的产能投放进度。
观点：未来产业趋势预测
1)中国和欧盟的碳中和政策推动国内与海外电解水制氢市场快速发展，尤其是中国电解槽行业供需双旺。
2)国产碱性电解槽的技术成熟度、产品稳定性和成本控制等方面已全面领先世界，资本助力产能释放加速，未来加强出口、抢占海外市场将成为必然选择。因此欧美市场可能短期内担心中国装备企业的竞争而推动贸易保护、关税壁垒，但长期看中外合作将有助于推动行业健康、快速发展因此构建海外合作渠道也成为衡量企业全球竞争力的重要参考项。但若缺少中国供应链支持则海外市场的成本无法快速降低至可实现“平价制氢”、最终作茧自缚，否则将错过风光配储的绝佳机会。若短期遇到严苛的海外贸易壁垒，相对产能过剩也会带来国内价格体系震荡。
3)中期内主要的氢能应用场景为化工和冶炼行业的灰氢、蓝氢市场绿氢替代和波动能源消纳制氢，氢能交通输运原料供给和民用冷热电联供等场景尚需时日。
4)碱性和PEM的技术成熟度和成本优势均远高于AEM和SOEC技术路线、因此中期内碱槽与PEM槽优势会扩大。设备采购价格、预期的产能利用率(开机小时数)、运行维护成本等设备制造商可以优化的方面至关重要，而电价因素同样不可忽略。
5)氢能汽车产业大约中期以后会进入蓬勃发展期，同时居民管道气掺氢的比例也会大幅提升，届时对于城市内“分布式”制氢的需求将增加，低成本、小标方的PEM槽将面临需求爆发的临界点。
6)随着技术成熟度不断提高、容量、比功率、产氢能耗等与电解槽设备运营成本密切相关的指标将持续优化，设备性能将在不断新增的示范项目.商业化项目中持续验证与提高。
7)产能过剩的问题也需要得到重视，但短期内以大型化工/治炼企业为主的模式会筛选掉产品力不足、研发与服务能力差的企业。
8)主要原材料和零部件均已实现国产，DPS隔膜和复合區膜的国产化将加速、PEM槽的全氟磻酸酯与PRM膜、贵金属催化剂等上游环节均存在较高对外依赖、产业即将突破、实现快速降本。同时，贸易壁垒预计主要出现在主机环节，上游原材料面临的贸易壁垒压力相对较小。
9)投资主线发展主线:国内示范项目帶动电解水装备主机厂发展-->>主机出口、寻求海外合作伙伴-->>国产核心零部件与关键材料替代进->>国内氢气运营商大发展-->>气体运营商出海、启动全球化布局。
全球供应量
| 表1-3：不同制氢工艺的成本对比与主要玩家 | ||||
| 制氢方式 | 石油制氢 煤制氢 蒸汽甲烷重修 | 丙烷脱氢 焦炉气副氢 | 核能电解水利发 | 可再生能源电解水制氢 |
| TRL | 技术成熟 技术成熟 技术成熟 将CH转化为H、CO、 基于石油胞脑、 | 技术成熟 技术成熟 技术成熟 | 部分技术路线口成热 通常用风光等可再生能源作为电 | |
| 制造方式 | 将煤转化为可燃气体 CO、水蒸气等混合气体 重油等 | 基于焦炭 基于氨碱 基于丙烯制乙烯 | 用核电作为电源电解水 | 源电解水 |
| （万吨，2022年数期） | 5890(天然气制氢产量） 47.5 1995 | 1520（工业副产氢产量） | 9.5 | |
| 单位假排放（kgCO/kgH） | 9.26 22 | |||
| LCOH制氢成本 | 1.35 1.48 | 1.19 1.3 | 4.95 | 5.61~9.49 |
| （美元/kgH2，2021年数） | 国家能源集团、 | (2018数据 (2018数据） 金能科技、卫星石化、 美锦能源、 滨化股份、 | 申石化、中石油、中海油、国电 | |
| 当前主要国内玩家 | 中石化、中石油 中石化、中石油 中石化 | 中石化、中石油、 中石化、中石油 中石化、中石油 巨正源股份 | 东华能源与中核集团合作项目 | 投、国家能源集团等石化和能源 企业 |
| 德国林德、美国空气产品 日本iwatani、日本川 | BloomEnergy和IXcelEnergy | 德国林德、美国空气产品、法国 | ||
| 当前主婴国际玩家 | 德国林德 崎重工等 法国液化空气、荷兰壳牌 | 德国巴斯夫、沙特SABIC美国埃克森美孚等化工、石化企业 | 在美国PrairieIsland核电站的 合作项目 | 液化空气、荷兰壳牌、德国 BASF等化工、石化企业 |
| 表3-1：国内外主要电解槽设备商的产能规划 | 表3-2：2023年国内AWE和PEM电解槽下线情况 | 发布企业 单槽制氢规模Nm3/h 单槽电耗情况kWh/Nm3 | ||||
| 企业名称 | 2023年产能 | 2024年以后规划产能 国家 | 类型 | 时间 | ||
| 3月1日 | 绿萌氢能 500 4.2 | |||||
| 派瑞氢能 降基氢能 天津大陆 | 3GW 2.5GW 1GW | 6GW 中国 5~10GW 中国 1.6GW 中国 | 2月14日 | 3月31日 5月4日 | 盛氢制氧 4.6 降基氢能 4.0-4.3 华商厦庚 4.0-4.5 陕西华秦 4.087 | |
| 阳光氢能 | 1GW | 3GW 中国 | 5月 | 7月12日 | 1000 航天科技 爱德业 4.4 | |
| 三一氢能 | 1.5GW | 中国 | 9月16日 12月6日 | 龙蟠科技 尧景新能源 | ||
| 航天思卓 | 2.5GW | 中国 | 1月10日 1月18日 | 中集集电 4.3 1200 中集氢能 4.2-4.55 | ||
| 国富氢能 | 2.5GW | 中国 | 5月24日 | 宝石机械 4.2 | ||
| 5月8日 | 山东汉德 1300 | |||||
| 苏州青骐骥 华易氢元 考克利尔竞立 | 2.5GW 1.5GW 1.5GW | 中国 中国 中国 | AWE(24家) 4月11日 | 10月17日 10月17日 10月30日 | 华光环能 4.2 中国能建 1500 4.3 中国中车 华易氢元 3.7 | |
| 赛克赛斯 康明斯恩泽 | 50MW 500MW | 1GW 中国 中国 1GW | 6月 | 5月 | 中电丰业 3.66-4.78 苏氢氢能 4.4-4.3 三一氢能 宏泽科技 2000 | |
| 长春绿动 普拉格Plug | 100MW 3GW | 1GW 中国 美国 | 6月11日 9月8日 10月8日 | 上海电气 4.15 双良绿电 奥扬集团 | ||
| 2.5GW | 5GW | 9月12日 | 降基氢能 1200,1500、2000,3000 | |||
| ITM 康明斯 | 1.6GW | 英国 美国 | 12月8日 10月31日 | 三一氢能 3000 4.1-4.3 爱德曼 4000（并联） | ||
| 西门子 | 1.3GW | 3GW 德国 | 7月12日 6月6日 | 氯辉能源 50 4.3 亿华通 100 4.19 | ||
| 2.5GW | 11月7日 | 复辉能源 200 | ||||
| 考克利尔集团 蒂森克房伯 NEL | 1.5GW 0.6GW | 8GW 比利时 5GW 德国 5.5GW 挪威 | 7月 PEM(11家) | 8月16日 11月8日 | 氢盛能源 250 重塑能源 100、250 250 卡沃罗 4.3 | |
| 4月15日 8月25日 | 嘉庚创新实验室 兆瓦级 3.87-4.3 东方钢炉 兆瓦级 | |||||
| Hydrogen Pro | 1.3GW | 挪威 | 10月19日 | 清能股份 兆瓦级 | ||
| McPhy | 0.3GW | 1.3GW 法国 | 4月15日 | |||
| 7月10日 | 淳华氛能 | |||||
| Sunfire | 0.5GW | 1GW 德国 | 10月26日 | 蓝拓氢能 |
