2022年氫能源行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及競爭格局分析

1、2022年氫能源行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及競爭格局分析1. 能源不可能三角1.1 概念及評價指數(shù)中國人民大學(xué)國家發(fā)展與戰(zhàn)略研究院教授鄭新業(yè)曾于 2016 年提出“能源不可能三角”， 即能源的安全、綠色和廉價三個要素，在某種程度上很難同時達(dá)到安全穩(wěn)定，綠色環(huán)保 并且經(jīng)濟(jì)廉價。 世界能源理事會(World Energy Council)每年針對世界及 127 個國家和地區(qū)的能源狀況發(fā) 布能源不可能三角指數(shù)，該量化指標(biāo)包含類似的三個衡量要素，即能源安全性、能源公 平性和環(huán)境可持續(xù)性，并適當(dāng)考慮相應(yīng)國家或地區(qū)的經(jīng)濟(jì)情況、政策穩(wěn)定性、投資吸引 力等。想要平衡能源不可能三角具有很大的挑戰(zhàn)性，該系數(shù)在一定程度上從能源的

2、視角 衡量各國維持長遠(yuǎn)繁榮發(fā)展的潛力。能源安全性：能源管理有效，可滿足發(fā)展需求；基礎(chǔ)設(shè)施可靠，能承受系統(tǒng)性擾動。 能源公平性：能源供給是穩(wěn)定的、豐富的、易得的、并且成本普遍可承受。 環(huán)境可持續(xù)：能源系統(tǒng)是高效的，盡量避免或降低對環(huán)境的影響。2021 年，世界能源理事會對中國能源不可能三角的評價結(jié)果是 BBDb，排名全球第 51 位。 主要因?yàn)槲覈刑幱诳焖侔l(fā)展階段，年碳排放量連續(xù)多年位列世界第一并仍在增長，拉 低了總體評價結(jié)果，排名不高；但在過去十年中，中國該評價指標(biāo)是不斷上升的，主要 貢獻(xiàn)因素為：能源供給較好滿足了經(jīng)濟(jì)增長的需求，我國已成為世界第二大經(jīng)濟(jì)體；建設(shè)了安全高效的輸電網(wǎng)絡(luò)，電力的廣

3、泛普及和電氣化率的不斷提升；在可再生能源領(lǐng)域持續(xù)投入，成為全世界最大的風(fēng)力和太陽能發(fā)電投資者；承諾了 2030 年前碳達(dá)峰 2060 年前碳中和的雄偉目標(biāo)，顯示出強(qiáng)烈的信心和決心。1.2 我國的能源結(jié)構(gòu)在我國十多年的高速發(fā)展過程中，傳統(tǒng)化石能源占據(jù)著主要地位，尤其是煤炭對我國能 源安全起著定海神針的作用，國家能源局局長章建華在 2022 年能源工作會議中也提出， 在能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的過程中，需要繼續(xù)發(fā)揮煤炭保障我國能源安全“壓艙石”的作用。 過去十年我國能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中，清潔能源（天然氣、核電、水電、風(fēng)電、太陽能等）消 費(fèi)占比在不斷提升，2021 年已達(dá) 25.5%，但煤炭消費(fèi)占比依然超過 50

4、%。在“碳達(dá)峰碳 中和”總的戰(zhàn)略方向指導(dǎo)下，清潔能源消費(fèi)占比將繼續(xù)提升，對煤炭、石油等傳統(tǒng)化石 能源逐步替代。按照國務(wù)院發(fā)布的關(guān)于完整準(zhǔn)確全面貫徹新發(fā)展理念做好碳達(dá)峰碳中 和工作的意見，到 2060 年非化石能源消費(fèi)比重將達(dá)到 80%以上。中電聯(lián)中國電氣化年度發(fā)展報告 2021提出，電氣化發(fā)展是實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和的有 效途徑。2020 年，全國電能占終端能源消費(fèi)比重約 26.5%，在電氣化加速情景下，電能 占終端能源消費(fèi)比重將穩(wěn)步提升，2025 年、2030 年和 2060 年將分別提高到 31.6%、35.7% 和 66.4%。受政策鼓勵和產(chǎn)業(yè)驅(qū)動，我國可再生能源建設(shè)成效顯著，截止 2021

5、 年末風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá) 3.3 億千瓦，年發(fā)電量達(dá) 5667 億千瓦時；太陽能發(fā)電裝機(jī)容量達(dá) 3.1 億千瓦，年發(fā)電量達(dá) 1837 億千瓦時；風(fēng)光裝機(jī)容量占比及年發(fā)電量占比繼續(xù)穩(wěn)步提升。中電聯(lián)中國電氣化 年度發(fā)展報告 2021研究指出特高壓輸電對清潔能源資源優(yōu)化配置作用明顯，2020 年特 高壓線路輸送電量 5318 億千瓦時，其中可再生能源電量占比為 45.9%，在電氣化加速情 景下，新能源電量滲透率近、中期穩(wěn)步提高，遠(yuǎn)期加快提升并成為發(fā)電量主體，2025 年、 2030 年和 2060 年將分別達(dá)到 19.2%、27.4%和 60.3%。1.3 能源變革的奇點(diǎn)我們認(rèn)為大力發(fā)展可再生能源，提升

6、可再生能源的消費(fèi)占比，將有效提升能源三角中的 “環(huán)境可持續(xù)”，也有助于我國“能源安全性”的提升，但對“能源公平性”提出了更大 的挑戰(zhàn)。不論是傳統(tǒng)化石能源還是風(fēng)光可再生能源，都沒有改變我國能源供給中心和需求中心背離的格局，能源資源中心在三北地區(qū)而能源需求中心在東南地區(qū)。我們需要有 某種途徑補(bǔ)強(qiáng)“能源公平性”，以達(dá)到能源三角的平衡。 目前，憑借先進(jìn)的特高壓輸電技術(shù)，依托加快擴(kuò)建特高壓輸電網(wǎng)絡(luò)，以確保風(fēng)光新能源 發(fā)電量的消納，我們認(rèn)為這只是建設(shè)新型電力系統(tǒng)的初級階段。根據(jù)國家電網(wǎng)電科院的 研究，構(gòu)建新型電力系統(tǒng)面臨著“五大變化”，需應(yīng)對“三大挑戰(zhàn)”。三大挑戰(zhàn)：電力電量平衡風(fēng)光資源非連續(xù)和強(qiáng)波動的固有

7、屬性，用電負(fù)荷日益尖峰化，給 特定時段的電力電量平衡帶來巨大挑戰(zhàn)。系統(tǒng)安全穩(wěn)定高比例的風(fēng)光新能源容量對電力系統(tǒng)支撐性弱，系統(tǒng)頻率電壓支 撐調(diào)節(jié)能力降低，給系統(tǒng)安全穩(wěn)定帶來巨大挑戰(zhàn)。新能源高效利用如缺少相應(yīng)規(guī)模的可調(diào)節(jié)資源支撐，電力系統(tǒng)將不足以維持高 比例風(fēng)光發(fā)電量消納，給新能源高效利用帶來巨大挑戰(zhàn)。我們認(rèn)為 2030 年之前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，就是能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的“奇點(diǎn)”，屆時某種媒介與電力 系統(tǒng)良好耦合，實(shí)現(xiàn)多能聯(lián)結(jié)，新型電力系統(tǒng)也會迎來全新發(fā)展的“奇點(diǎn)”。我們認(rèn)為高 占比的風(fēng)光裝機(jī)容量是新型電力系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)，盡可能的消納風(fēng)光發(fā)電量是新型電力系統(tǒng)的根本目的，安全穩(wěn)定的可靠運(yùn)行是新型電力系統(tǒng)的基本要求

8、，區(qū)域消納和多能聯(lián) 結(jié)是新型電力系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)途徑。目前，風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電主要采用效率較高的蓄電池儲能，但是能量密度低、儲存時 間短等劣勢限制了蓄電池儲能的進(jìn)一步發(fā)展應(yīng)用。而氫能是一種質(zhì)量能量密度高、儲存 期長的高效儲能方式。參考西門子提出的 Power to X 模型，通過電氫耦合，實(shí)現(xiàn)能量的 儲存和轉(zhuǎn)化，多種能量和物質(zhì)高效聯(lián)結(jié)，實(shí)現(xiàn)多層級電網(wǎng)電力電量平衡，提高風(fēng)光新能 源利用效率，可以較好實(shí)現(xiàn)能源不可能三角的平衡。在該模型中，氫充分體現(xiàn)出在發(fā)電 與儲能、建筑供熱和制冷、交通運(yùn)輸、鋼鐵冶煉等領(lǐng)域中豐富的應(yīng)用場景，也始終圍繞 著凈零碳排放，可以說氫能的橋梁作用體現(xiàn)的淋漓盡致，氫能或許將成為連接新

9、能源與 多種能源應(yīng)用消費(fèi)端的橋梁。2022 年 3 月，由國家發(fā)改委、國家能源局聯(lián)合發(fā)布了氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035 年），文件指出氫能是一種來源豐富、綠色低碳、應(yīng)用廣泛的二次能源，正逐步成為全 球能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要載體之一。文件強(qiáng)調(diào)了氫氣的能源屬性，有利于改變氫氣管理模 式，從?；饭芾碇饾u轉(zhuǎn)變?yōu)槟茉垂芾恚晃募鞔_了氫能的發(fā)展路徑，堅持綠色低碳技 術(shù)路線，構(gòu)建綠氫供需體系；文件指引了氫能的行業(yè)前景，打通制儲輸用各環(huán)節(jié)，并拓 展氫能在交通、儲能、分布式發(fā)電、工業(yè)等各領(lǐng)域的多元化示范應(yīng)用，并應(yīng)給予政策支 持。2. 氫氣供需2.1 氫氣的生產(chǎn)我國作為全球氫氣利用大國，自 2009

10、年產(chǎn)量首次突破 1000 萬噸以來，一直穩(wěn)定保持世 界第一。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟與石油和化學(xué)規(guī)劃院的統(tǒng)計，截止 2020 年末，我國氫氣產(chǎn)能 約為 4100 萬噸/年，產(chǎn)量約為 3342 萬噸。其中，氫氣純度達(dá) 99%以上的工業(yè)氫氣質(zhì)量標(biāo) 準(zhǔn)的產(chǎn)量約為 1270 萬噸。從生產(chǎn)原料和方式來看，煤制氫達(dá)到 2124 萬噸，占比 63.6%； 工業(yè)副產(chǎn)氫為 708 萬噸，占比 21.2%；天然氣制氫為 460 萬噸，占比 13.8%?？稍偕茉?制氫占比不足 1%。根據(jù)國際能源署(IEA)的統(tǒng)計，2020 年全球氫氣需求超過 9000 萬噸，幾乎全部由化石燃 料制氫滿足。天然氣制氫產(chǎn)量占比為約 60%，

11、煤制氫產(chǎn)量占比為約 19%；低碳制氫產(chǎn)量 占比極小，其中電解制氫產(chǎn)量約 3 萬噸，占比約 0.03%，配備碳捕捉的化石燃料制氫約 70 萬噸，占比約 0.7%。業(yè)界通常將不同原料及工藝制備的氫氣產(chǎn)品以灰氫、藍(lán)氫、綠氫等加以區(qū)分，但這種表 征方式并不能嚴(yán)格區(qū)分和量化各種氫氣生產(chǎn)過程的環(huán)境可持續(xù)程度。隨著各國碳中和目 標(biāo)的提出，基于生命周期溫室氣體（GHG）排放方法客觀量化定義不同制氫方式逐步為 業(yè)界所認(rèn)可。2020 年 12 月，中國氫能聯(lián)盟提出的團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)低碳?xì)?、清潔氫與可再生氫 標(biāo)準(zhǔn)及認(rèn)定正式發(fā)布，標(biāo)準(zhǔn)指出了在單位氫氣碳排放量方面的閾值。簡單來說，可再生氫與清潔氫與通俗意義上的“綠氫”大體相當(dāng)

12、，低碳?xì)渑c“藍(lán)氫”大 體相當(dāng)。以電解水制氫為例，如果電力來源全部為可再生能源則為可再生氫，如果要達(dá) 到清潔氫的標(biāo)準(zhǔn)則需要單位電力的碳排放不高于 87.5 克 CO2/kWh，如果要達(dá)到低碳?xì)涞?標(biāo)準(zhǔn)則需要單位電力的碳排放不高于 259 克 CO2/kWh。因此，從碳排放角度對氫進(jìn)行量化分類，一方面有助于還原氫作為低碳甚至零碳能源的屬性，另一方面有助于打通碳市 場和請市場，引導(dǎo)高碳排放制氫工藝向綠色制氫工藝轉(zhuǎn)變。目前情況下，電解水制氫工藝路線對比傳統(tǒng)工藝路線尚不具備經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，但在可再生能 源蓬勃發(fā)展的大背景下，電解水制氫成本的大幅降低是可以預(yù)期的，同時還具有碳排放 強(qiáng)度低的顯著優(yōu)勢。根據(jù)河北建投

13、風(fēng)電制氫項(xiàng)目的實(shí)踐，依托張家口豐富的風(fēng)光資源， 市發(fā)改委表示“十四五”期間力爭可再生能源電解水制氫成本由30元/kg下降至14元/kg。 可再生能源電力的平價在賦予電解水制氫經(jīng)濟(jì)性的同時也賦予了其“環(huán)境可持續(xù)性”，而 可再生能源電力對電力系統(tǒng)的挑戰(zhàn)，將由“電氫耦合”提供更佳的包容性。2.2 氫氣的需求根據(jù)石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院的統(tǒng)計分析，我國目前氫氣利用與需求主要來自化工產(chǎn)業(yè)， 主要用于合成氨和合成甲醇，占比一半以上。根據(jù)國際能源署的統(tǒng)計分析也呈現(xiàn)出同樣 的特點(diǎn)，2020 年全球幾乎所有需求都來自煉化（約 4000 萬噸）和工業(yè)（超過 5000 萬噸）。 氫作為綠色能源在新領(lǐng)域的應(yīng)用，包括燃料電

14、池、天然氣摻氫等，占比還非常小。根據(jù)中國氫能聯(lián)盟預(yù)測，我國在 2030 年碳達(dá)峰愿景的情景下，氫氣年需求預(yù)期達(dá) 3715 萬噸，在終端能源消費(fèi)中占約 5%，其中可再生氫產(chǎn)量占比顯著增長約為 500 萬噸。到 2050 年氫能將在我國終端能源體系中占比至少達(dá) 10%，氫氣需求約 6000 萬噸，其中工業(yè)領(lǐng)域 用氫 3370 萬噸，交通運(yùn)輸領(lǐng)域用氫 2458 萬噸。在 2060 年碳中和愿景的情境下，我國氫 氣的年需求量將增至 1.3 億噸左右，其中 70%以上將來自可再生氫，氫在終端能源消費(fèi)中 占比約為 20%，其中工業(yè)領(lǐng)域用氫占比仍最大。國際能源署根據(jù)全球各國承諾減排情景和 2050 年達(dá)到凈

15、零排放的情形分別進(jìn)行測算，未 來需求同樣將來自煉化與工業(yè)以外的領(lǐng)域，如交通運(yùn)輸、電力能源等。同樣凸顯氫的能 源屬性，包括燃料電池汽車、合成燃料、建筑供暖等。根據(jù)目前在建或籌劃的電解水項(xiàng) 目情況，到 2030 年將提供 800 萬噸低碳?xì)?；在承諾減排情景和 2050 年凈零排放情景中， 到 2050 年由電解水供給的低碳?xì)浞謩e占總量的 50%和 60%。2.3 電解槽2.3.1 四種技術(shù)路線各有優(yōu)劣中國和全球要構(gòu)建清潔低碳，經(jīng)濟(jì)高效的制氫體系，重點(diǎn)在于發(fā)展可再生能源制氫，嚴(yán) 格控制化石能源制氫。電解槽是低碳可再生氫制備的關(guān)鍵設(shè)備，其技術(shù)路線、性能和成 本是影響氫能源市場走勢的重要因素。目前，主要

16、有堿式水溶液電解槽（ALK/AWE）、 質(zhì)子交換膜電解槽（PEM）、固體氧化物電解槽（SOEC）和陰離子交換膜電解槽（AEM） 四種技術(shù)路線。自從 1800 年威廉尼克爾森和安東尼卡萊爾發(fā)明了電解槽技術(shù)以來，這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)取 得了長足的進(jìn)步。目前堿式水溶液電解槽（ALK）和質(zhì)子交換膜電解槽（PEM）已投入 商業(yè)化應(yīng)用。堿式水溶液電解槽技術(shù)更加成熟，應(yīng)用更加普遍，國內(nèi)外技術(shù)差別較小， 設(shè)備成本也較低，國內(nèi)企業(yè)業(yè)績較多，國內(nèi)最大制氫可達(dá) 1500Nm3 /h，但其電解液泄漏有 污染環(huán)境的風(fēng)險，且動態(tài)響應(yīng)性稍差，不能與風(fēng)光電源直接匹配；質(zhì)子交換膜電解槽技 術(shù)門檻稍高，國內(nèi)技術(shù)水平與國際先進(jìn)水平還有一定

17、差距，設(shè)備成本明顯更高，國內(nèi)企 業(yè)還缺乏成熟商業(yè)應(yīng)用，國內(nèi)最大制氫可實(shí)現(xiàn) 275Nm3 /h，動態(tài)響應(yīng)迅速匹配風(fēng)光電源波 動性特點(diǎn)，但其催化劑使用銥和鉑貴重稀有金屬，大規(guī)模使用可能存在資源瓶頸。2.3.2 裝機(jī)較少但增長迅速根據(jù)國際能源署的統(tǒng)計，2020 年全球電解水制氫只占?xì)淇偖a(chǎn)量的 0.03%，主要用于能源 和化工原料，全球電解槽裝機(jī)總?cè)萘繛?290MW，歐洲擁有超過 40%的裝機(jī)容量，中國占 有約 8%的裝機(jī)容量。主要的四種技術(shù)路線電解槽中，堿式水溶液電解槽占據(jù) 61%的絕對 份額優(yōu)勢，質(zhì)子交換膜電解槽占有 31%的份額，其它種類電解槽裝機(jī)占比較小，其中固 體氧化物電解槽建立了一些示范應(yīng)

18、用，裝機(jī)容量為 0.8MW。根據(jù)國際能源署對大約 350 個項(xiàng)目的追蹤（截止 2021 年 9 月），以在建和籌建項(xiàng)目計算， 到 2030 年全球電解槽裝機(jī)容量可達(dá) 54GW，如果包括尚在可行性研究的前期項(xiàng)目，該裝 機(jī)容量數(shù)值將攀升到 91GW，其中歐洲和澳洲潛在項(xiàng)目裝機(jī)容量最多，分別達(dá)到 22GW 和 21GW。根據(jù)彭博新能源財經(jīng)的跟蹤統(tǒng)計，全球電解槽設(shè)備交付量近三年有巨大的提升，2020 年 交付容量為 200MW，2021 年為 458MW，預(yù)計 2022 年將翻兩番達(dá)到 1.8-2.5GW，而中國 企業(yè)出貨占比將達(dá)到 62-66%，且堿式水溶液電解槽占比預(yù)計在 70%以上。 根據(jù)高工產(chǎn)

19、研氫電研究所（GGII）調(diào)研統(tǒng)計，2021 年中國電解水制氫設(shè)備市場規(guī)模超 9 億元，出貨量超過 350MW；預(yù)計 2022 年中國電解水制氫設(shè)備市場需求有望翻番，達(dá) 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，平均年化增長率超 55%。2.3.3 ALK/AWE 與 PEM 電解槽經(jīng)濟(jì)性對比從發(fā)展歷程來看，堿性水溶液電解技術(shù)在 20 世紀(jì)前后開始實(shí)現(xiàn)制氫的工業(yè)化應(yīng)用，在經(jīng) 歷了單極性到雙極性、小型到大型、常壓型到加壓型、手動控制到全自動控制的發(fā)展歷 程后，堿性水溶液電解槽已逐步進(jìn)入成熟的工業(yè)化應(yīng)用階段。20 世紀(jì) 70 年代起，質(zhì)子交 換膜水電解制氫技術(shù)開始獲得

20、發(fā)展，并以其制氫效率高、設(shè)備集成化程度高及環(huán)境友好 等特點(diǎn)成為水電解技術(shù)的研究重點(diǎn)，逐步實(shí)現(xiàn)從小型化到兆瓦級的發(fā)展。目前，PEM 制 氫技術(shù)的瓶頸在于設(shè)備成本較高、壽命較低，且實(shí)際的電解效率還遠(yuǎn)低于理論效率，因 此歐美發(fā)達(dá)國家正重點(diǎn)開展技術(shù)攻關(guān)以突破技術(shù)瓶頸。美國、歐洲和日韓均將電解水制氫技術(shù)視為未來的主流發(fā)展方向，聚焦 ALK/AWE 制氫 技術(shù)規(guī)模化和 PEM 制氫技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，重點(diǎn)圍繞“電解效率”、“耐久性”和“設(shè)備成本” 三個關(guān)鍵降本性能指標(biāo)推進(jìn)整體技術(shù)研發(fā)。我國目前呈現(xiàn)出以 ALK/AWE 制氫為主、PEM 制氫技術(shù)為輔的工業(yè)應(yīng)用狀態(tài)，采取兩種技術(shù)路線并舉的研發(fā)策略。電解水制氫成本主要

21、包括：設(shè)備成本；能源成本（電力）；其他運(yùn)營費(fèi)用；原料費(fèi)用（水）。 根據(jù)可再生能源署(IRENA)的測算，電力成本對制氫影響最大，可達(dá) 60%-80%，其次影 響因素是電解槽設(shè)備成本；使用更加便宜的可再生能源成本尤其重要，在一些合適的場 景下電費(fèi)約為 20 美元/MWh 時，可再生氫已經(jīng)與傳統(tǒng)制氫具有同等的價格競爭力。同時， 隨著電解槽的裝機(jī)容量上升帶來的規(guī)模效應(yīng)，電解槽設(shè)備成本逐漸下降，可再生氫有望 在 2030 年左右在比較廣泛的多個國家形成價格競爭力，與化石能源相當(dāng)。根據(jù)中國石油技術(shù)開發(fā)有限公司張軒博士的分析測算，堿性水溶液電解槽在參考情景下 當(dāng)電力成本0.3元/kWh，年運(yùn)行5000h時

22、，制氫成本即可降低到20元/kg（即1.78元/Nm3）； 質(zhì)子交換膜電解槽在參考情景下當(dāng)電力成本 0.3 元/kWh，年運(yùn)行 6000h，且設(shè)備成本需要 降低到 2000 萬時，制氫成本可降低到 20元/kg（即 1.78 元/Nm3）。20元/kg（即 1.78 元/Nm3） 以下視為與現(xiàn)階段制氫成本同等水平。根據(jù)國家發(fā)改委關(guān)于 2021 年新能源上網(wǎng)電價政策有關(guān)事項(xiàng)的通知(發(fā)改價格2021833 號)，通知中附表所列我國蒙西、蒙東、新疆、寧夏等地區(qū)的風(fēng)電光伏發(fā)電指導(dǎo)價已低于 0.3 元/kWh；同時各區(qū)域保障性消納之外的電量若較為集中進(jìn)入市場化交易，也很有可能 低于 0.3 元/kWh。

23、經(jīng)調(diào)研，我國堿式電解槽設(shè)備制造較為成熟，國內(nèi)企業(yè)業(yè)績較為豐富，相對國外制造商 具有顯著的成本優(yōu)勢，單堆最大制氫量可達(dá) 1300-1500Nm3 /h；而我國大型質(zhì)子交換膜電 解槽設(shè)備制造還不成熟，國內(nèi)企業(yè)還沒有大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用的成熟業(yè)績，且核心部件質(zhì)子 交換膜、催化劑等一般采用進(jìn)口產(chǎn)品，單堆最大制氫為 220-275Nm3 /h。根據(jù)國際可再生能源機(jī)構(gòu)(IRENA)的測算，質(zhì)子交換膜電解槽單位功率成本要比堿式水溶 液電解槽高 50-60%，結(jié)合彭博新能源財經(jīng)(BNEF)的調(diào)研分析，中國生產(chǎn)制造的堿式水溶 液電解槽單位功率成本僅為國外的 25-50%。根據(jù)國際可再生能源機(jī)構(gòu)對電解槽設(shè)備成本的分析，

24、可以發(fā)現(xiàn)兩種電解槽設(shè)備的降本驅(qū) 動有所不同。對于堿性水溶液電解槽，設(shè)備成本主要由電極組件、膜片等核心部件的成 本驅(qū)動，在電堆的成本組成中，超過 50%的成本與電極和膜片有關(guān)，相比之下，質(zhì)子交 換膜電解槽電堆中膜電極成本占比為 24%。在堿性水溶液電解槽中雙極板只占電堆成本 的一小部分，而在質(zhì)子交換膜電解槽電堆中的成本占比則超過 50%，這是由于堿性水溶 液電解槽的雙極板設(shè)計更簡單，制造更簡單。對于質(zhì)子交換膜電解槽，電堆成本主要由 雙極板等核心部件的成本驅(qū)動，雙極板成本占比約 53%，主要因?yàn)槠渫ǔＰ枰褂觅F重 稀有金屬涂層。技術(shù)創(chuàng)新在雙極板的性能和耐久性增強(qiáng)以及成本降低方面發(fā)揮重要作用。 目前

25、正在研究價格更低廉的替代材料，如使用 Ti 涂層來保持其功能特性不受影響，同時 降低成本。稀有金屬 Ir 是膜電極材料的重要組成部分，在實(shí)際應(yīng)用中，雖然 Ir 在整個電 解系統(tǒng)中成本占比不到 10%，但由于供應(yīng)嚴(yán)重不足，可能成為后期規(guī)模生產(chǎn)的瓶頸。雖然質(zhì)子交換膜電解槽擁有冷啟動迅速，電源波動適應(yīng)性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)緊湊占地少等技術(shù)優(yōu) 勢，具有長遠(yuǎn)的發(fā)展前景，但其目前成本過高；我們認(rèn)為在其核心部件國產(chǎn)化大幅提升 和技術(shù)降本卓有成效之前，堿式水溶液電解槽仍將是市場主導(dǎo)。堿式水溶液電解槽系統(tǒng) 可以通過控制優(yōu)化和系統(tǒng)配置的方式滿足風(fēng)光可再生能源負(fù)荷波動性需求。3. 項(xiàng)目及公司3.1 典型應(yīng)用項(xiàng)目國外代表性項(xiàng)目德

26、國美因茨風(fēng)電制氫-加氫站及天然氣管網(wǎng)示范項(xiàng)目由林德集團(tuán)、西門子、美因茨市政和萊茵曼應(yīng)用技術(shù)大學(xué)共同合作開發(fā)，已于 2015 年投 運(yùn)。制氫系統(tǒng)連接當(dāng)?shù)厮膫€風(fēng)電場，當(dāng)風(fēng)電上網(wǎng)電價小于 0.03 歐元/kWh 時，利用這些電 量制氫，一部分由罐車運(yùn)往附近的加氫站，一部分注入天然氣管網(wǎng)用來供暖或發(fā)電。西 門子為該項(xiàng)目配備了 3 臺 Silyzer200 電解槽（額定功率 3.75MW，峰值功率可達(dá) 6MW） 和基于 Simatic 控制裝置的電解系統(tǒng)，充分利用 PEM 電解槽的技術(shù)特點(diǎn)，快速響應(yīng)和寬 功率區(qū)間應(yīng)對風(fēng)電的波動性。日本福島 FH2R 光伏制氫項(xiàng)目。該項(xiàng)目配備 20MW 的光伏發(fā)電系統(tǒng)以及

27、 10MW 的電解槽裝置，每小時可額定產(chǎn)生 1200 標(biāo)方的氫氣，為全球最大的光伏制氫項(xiàng)目。由東芝牽頭整個項(xiàng)目建設(shè)，并開發(fā)氫能管理 系統(tǒng)；東北電力專注于能源管理系統(tǒng)(EMS)監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集(SCADA)系統(tǒng)以及與電網(wǎng)相關(guān) 的事項(xiàng)；巖谷公司研究氫的需求和供應(yīng)預(yù)測系統(tǒng)，以及氫運(yùn)輸和存儲；朝日 Kasei 公司提 供先進(jìn)的堿式電解槽系統(tǒng)設(shè)備。FH2R 產(chǎn)生的氫氣將為固定式氫燃料電池系統(tǒng)以及燃料電 池汽車和公共汽車等提供動力。英國 Hydrogen Mini Grid 風(fēng)電制氫項(xiàng)目該項(xiàng)目位于謝菲爾德，于 2015 年完工，包括風(fēng)能制氫、高壓儲氫、加氫站及燃料電池汽 車。風(fēng)力發(fā)電機(jī) 225kW、集裝箱式

28、 PEM 電解槽 180kW、產(chǎn)氫量 37m3 /h、加氫站氫氣壓 力 35MPa、燃料電池汽車 15 輛，示范了從新能源制氫到氫能利用的產(chǎn)業(yè)鏈，驗(yàn)證了 PEM 電解槽快速響應(yīng)波動性新能源發(fā)電技術(shù)。法國 MYRTE 海島示范項(xiàng)目該項(xiàng)目位于科西嘉島，島上負(fù)荷基本由光伏電站滿足，與大陸主電網(wǎng)連接較弱。該項(xiàng)目 為了夜間供電穩(wěn)定，配備了儲能容量 100kW/1.75MWh 的氫能利用系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用高壓 儲氫技術(shù)，系統(tǒng)應(yīng)用了余熱回收技術(shù)，綜合效率為 70%80%。加拿大 PEM 制氫電網(wǎng)調(diào)峰項(xiàng)目該項(xiàng)目位于魁北克省，于 2019 年投入運(yùn)用。配置了由 Hydrogenics 公司提供的 20MW-PEM

29、 電解制氫裝置，采用 45MW 電解制氫方案，制氫能力為 8000kg/d。該電解制氫應(yīng)用與 當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)公司聯(lián)合開展，利用其調(diào)節(jié)能力，參與電網(wǎng)調(diào)節(jié)，在 PEM 電解制氫與電網(wǎng)的結(jié) 合應(yīng)用上進(jìn)行了一些探索。德國科隆 10MW 綠氫項(xiàng)目該項(xiàng)目位于科隆市萊茵煉化廠，于 2021 年投運(yùn)。項(xiàng)目配置了由 ITM Power 提供的 10MW-PEM 電解槽，每年制備 1300 噸綠氫供給煉化廠，并參與支撐電網(wǎng)穩(wěn)定性。國內(nèi)代表性項(xiàng)目蘭州液態(tài)太陽燃料示范項(xiàng)目甘肅太陽能資源豐富，且太陽輻射強(qiáng)度和波動性具有代表性。該項(xiàng)目由太陽能光伏發(fā)電、 電解水制氫和二氧化碳加氫合成甲醇三個基本技術(shù)單元構(gòu)成，配套建設(shè)總功率為 1

30、0MW 光伏發(fā)電站，為電解水制氫設(shè)備提供電能，是從可再生能源到綠色液體燃料甲醇生產(chǎn)的 全新途徑，對發(fā)展我國可再生能源、緩解我國能源安全問題乃至改善全球生態(tài)平衡具有 重大戰(zhàn)略意義。該項(xiàng)目榮獲中國可再生能源學(xué)會技術(shù)發(fā)明獎一等獎。六安國家電網(wǎng)兆瓦級PEM 制氫調(diào)峰示范項(xiàng)目國內(nèi)首個兆瓦級氫能源儲能調(diào)峰電站項(xiàng)目，也是一座具有自主知識產(chǎn)權(quán)的，集制氫、儲 氫、氫發(fā)電完整技術(shù)鏈條的科技試驗(yàn)站。項(xiàng)目配置 200Nm/h（PEM）電解槽制氫和 50kW 24 燃料電池發(fā)電，在用電低負(fù)荷的時候，可以吸收多余的電來進(jìn)行電解水，生產(chǎn)氫氣 和氧氣儲存起來，以備高峰時用于發(fā)電。該項(xiàng)目優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，積極探索零排放分布式 電源

31、穩(wěn)定發(fā)電模式和能源綜合利用方式，圍繞氫能示范站建設(shè)與運(yùn)營，在電網(wǎng)轉(zhuǎn)型升級、 多種形態(tài)能源互補(bǔ)、電網(wǎng)能效服務(wù)、氫能電站運(yùn)營模式優(yōu)化等方面，開展深層次研究。張家口可再生能源制氫工廠張家口風(fēng)光資源豐富，助力北京綠色冬奧，建立了全球首個通過直流微網(wǎng)輸電的離并網(wǎng) 風(fēng)光耦合可再生能源電解水制氫項(xiàng)目，不制氫時可向電網(wǎng)輸送可再生能源電力。河北建 投崇禮站、河北建投沽源站、海珀爾站和交投殼牌站，四家制氫廠共計制氫產(chǎn)能達(dá) 17 噸 /天；還有一批制氫項(xiàng)目正在有序推進(jìn)。張家口作為河北省燃料電池汽車示范應(yīng)用城市群 的牽頭城市，張家口市將在四年示范期內(nèi)，完成從制氫到氫車推廣的一系列目標(biāo)。浙江大陳島氫能綜合利用示范工程依

32、托豐富的風(fēng)力資源，建設(shè)全國首個海島“綠氫”綜合能源示范項(xiàng)目，通過構(gòu)建基于百 分百新能源發(fā)電的制氫-儲氫-燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)，使用全國產(chǎn)化 PEM 制氫技術(shù)，在 晚間利用大陳島富余風(fēng)力通過電解水制氫，在負(fù)荷高峰時用氫發(fā)電，并實(shí)現(xiàn)國內(nèi)首套氫 綜合利用能量管理和安全控制技術(shù)突破，實(shí)現(xiàn)清潔能源百分百消納與全過程零碳供能。白城分布式發(fā)電制氫加氫一體化示范項(xiàng)目吉林白城地區(qū)風(fēng)光資源豐富，正著力打造“中國北方氫谷”。該項(xiàng)目配置 6.6MW 風(fēng)電， 4MW 光伏，一臺 ALK 電解水槽系統(tǒng)設(shè)備（1000Nm3 /h）和一臺 PEM 電解水槽系統(tǒng)設(shè)備 （200Nm3 /h），采用優(yōu)先制氫，余電上網(wǎng)方式。寧波慈溪

33、電氫耦合直流微網(wǎng)示范工程該項(xiàng)目計劃建成世界首個電-氫-熱-車耦合的10kV 直流互聯(lián)系統(tǒng)。配置可再生能源發(fā)電 3MW，制氫功率 400kW，電池儲能總?cè)萘看笥?3MW/3MWh。工程投運(yùn)后，每日可制氫 100kg、供熱能力 120kW，滿足 10 輛氫能燃料電池汽車加氫、50 輛純電動汽車直流快充 需求。3.2 國內(nèi)外主要公司國外代表公司NEL Hydrogen Electrolyzer （耐歐）總部位于挪威。堿式電解槽擁有 90 多年的技術(shù)積累，產(chǎn)品性能優(yōu)越，電解槽功耗低至 3.8kWh/Nm3；基于低電耗優(yōu)勢，公司計劃于 2025 年實(shí)現(xiàn) 1.5 美元/kg 的綠氫制造成本目 標(biāo) 。 質(zhì)

34、子 交 換 膜 電 解 槽 技 術(shù) 來 源 于 并 購 Proton Onsite ， 產(chǎn) 品 系 列 豐 富 ， 涵 蓋 1Nm3 /h-5000Nm3 /h 各種規(guī)格型號，可廣泛應(yīng)用于各種場景。公司客戶及業(yè)務(wù)拓展遍布全 球，產(chǎn)品應(yīng)用于 80 多個國家和地區(qū)。Cummins Electrolyzer （康明斯）總部位于美國。2019 年通過收購 Hydrogenics 獲得成熟的燃料電池和水電解槽技術(shù)與產(chǎn)品， 包括堿式電解槽和質(zhì)子交換膜電解槽兩個技術(shù)產(chǎn)品系列，快速進(jìn)入該領(lǐng)域。2021 年 5 月 康明斯武漢氫能源工程中心正式掛牌；2021 年 9 月，康明斯氫能中國總部落地上海自貿(mào) 區(qū)臨港新

35、片區(qū)；2021 年 12 月，康明斯與中石化設(shè)立合資公司康明斯恩澤（廣東）氫 能源科技有限公司，落地廣東佛山將生產(chǎn)康明斯 HyLYZER 系列質(zhì)子交換膜電解槽系統(tǒng)設(shè) 備。Siemens Energy （西門子）總部位于德國，主要產(chǎn)品為 Silyzer 系列的 PEM 電解槽系統(tǒng)設(shè)備。大規(guī)模電解是西門子 能源綠氫戰(zhàn)略技術(shù)創(chuàng)新的重點(diǎn)，其已為奧鋼聯(lián)林茨廠氫冶金項(xiàng)目提供了全球最大的單體 8.8MW 電解槽；還積極參與海上風(fēng)電制氫計劃，擬利用德國北海 Heligoland 島附近高達(dá) 10GW 的海上風(fēng)能電解制氫，目標(biāo)是每年產(chǎn)生 100 萬噸綠氫，探索海上制氫的低成本路 線。西門子能源的目標(biāo)是在 202

36、5 年實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、化工級 100MW 的電解水制氫系統(tǒng)，基 于 12-16 美分/kWh 的可再生電力成本，將可再生氫的成本降低到 1.502.0 美元/kg。早 在 2019 年，西門子與國家電投建立戰(zhàn)略伙伴關(guān)系，合作內(nèi)容就包含了綠氫開發(fā)與應(yīng)用； 2020 年，西門子為北京冬奧會延慶賽區(qū)提供了一套撬裝式 PEM 水電解制氫系統(tǒng) “Silyzer200”，成為中國落地的首個兆瓦級 PEM 制氫項(xiàng)目。ITM Power總部位于英國，全球著名的PEM電解槽系統(tǒng)設(shè)備制造商，并擁有世界最大的電解槽工廠， 位于英國謝菲爾德，年產(chǎn)能達(dá) 1GW。早在 2017 年，公司與殼牌集團(tuán)合作旨在利用低成本可再生資源

37、通過工業(yè)規(guī)模電解槽制取氫氣，同時實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)平衡，在多出煉化廠安裝了 10MW 級 PEM 電解槽。公司計劃在加拿大不列顛哥倫比亞省利用可再生能源生產(chǎn)綠氫， 已完成 300MW 水電解制氫項(xiàng)目可研，并與 Chiyoda 公司合作利用有機(jī)液體載氫開展國際 間氫貿(mào)易，向美國加州和日本等國際市場大規(guī)模出口。Uhde Chlorine Engineers蒂森克虜伯控股子公司，位于德國多特蒙德，此前主要生產(chǎn)氯堿電解器，2018 年轉(zhuǎn)型發(fā) 展為大型水電解供應(yīng)商，并建造了利用太陽能和風(fēng)能生產(chǎn)氫氣的工廠。 另外還有法國 Elogen、法國 McPhy、日本 Asahi Kasei、日本 Toshiba 等多家國際知名公 司，分別專長于 ALK/AWE 技術(shù)路線或 PEM 技術(shù)路線。國內(nèi)代表公司考科利爾競立（蘇州）氫能科技有限公司（CJH）于 2018 年，由蘇州競立制氫設(shè)備有限公司與比利時 John Cockerill 集團(tuán)合資成立。1995 年，蘇州競