制氫行業(yè)專題報告：堿性槽和PEM并行電解水制氫日漸成熟

股票研究行業(yè)專題研究股票研究行業(yè)專題研究證券研究報告——制氫行業(yè)專題報告石巖(分析師)龐鈞文(分析師)馬銘宏(分析師)maminghong027534@gtjas.c證書編號本報告導(dǎo)讀：2022年我國氫氣的產(chǎn)量達到4004萬噸，煤制氫是最主要的制氫途解槽制氫成本和PEM電解槽制氫成本的降幅分別達到63.1%和73.8%。堿性電解槽制氫成本的降低主要受益于電耗及電價的降低帶新興能源增持細分行業(yè)評級相關(guān)報告間廣闊》2023.09.25點開花》2023.09.25再迎拓展》2023.09.1620230913》2023.09.14新興能源《【國君電新】動力電池數(shù)據(jù)庫20230913》2023.09.14請務(wù)必閱讀正文之后的免責(zé)條款部分行業(yè)專題研究22of26 32.灰氫是目前最主要的氫氣來源 43.工業(yè)副產(chǎn)制氫潛在產(chǎn)能超千萬噸 6 84.1.堿性電解槽 5.綠氫成本逐漸接近灰氫制備成本 6.1.隆基綠能：構(gòu)建綠電綠氫一體化可再生能源解決方案 6.3.明陽智能：打造風(fēng)電制氫一體化 6.4.億華通：受益材料體系同源性，上游布局P 6.5.科威爾：從燃料電池到制氫端布局電源測試設(shè)備 7.投資建議 行業(yè)專題研究33of261.政策先行，氫能起勢系建設(shè)指南發(fā)布，涵蓋基礎(chǔ)與安全、氫制備、氫儲存和輸運、氫加注、氫能應(yīng)用五個子體系。隨著國家政策的持續(xù)加碼，氫能將在我國得到長工業(yè)、儲能、發(fā)電等領(lǐng)域試點示范將穩(wěn)步開展，可再生能源制氫量將達國將逐步建成較為完備的清潔能源制氫及供應(yīng)體系，對實現(xiàn)碳達峰戰(zhàn)略經(jīng)濟、產(chǎn)業(yè)適用特點，可再生氫將率先在化工、交通、鋼鐵等技術(shù)成熟表1：我國已制定多項涉及到氫能的政策制定時間制定部門政策標(biāo)題涉及到氫能的主要內(nèi)容《中華人民共和國能源法（征求《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社明確將氫能列為前沿科技和產(chǎn)業(yè)變革重要領(lǐng)《關(guān)于完整準確全面貫徹發(fā)展理念做好碳達峰碳中和工作的意鍵技術(shù)研發(fā)、示范和規(guī)?；瘧?yīng)用行業(yè)專題研究44of26《2030年前碳達峰行動方案《"十四五"工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》加快氫能技術(shù)創(chuàng)新和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),推動氫能局《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃明確了氫能在我國能源綠色低碳轉(zhuǎn)型中的戰(zhàn)《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導(dǎo)目錄（2023《氫能產(chǎn)業(yè)標(biāo)準體系建設(shè)指南國家層面首個氫能全產(chǎn)業(yè)鏈標(biāo)準體系建設(shè)指2.灰氫是目前最主要的氫氣來源化石燃料制氫技術(shù)成熟度高，成本低，以煤和天然氣制氫為主，制氫過程中會排出二氧化碳等溫室氣體。工業(yè)副產(chǎn)制氫是指以包含氫氣的工業(yè)尾氣為原料，通過變壓吸附法（PSA法）回收提純制氫；由于原料屬于工業(yè)副產(chǎn)品，無需額外的原料投入，因此具有成本低廉的特點。電解水制氫是指通過直流電將水分子分解為氫氣和氧氣，所產(chǎn)生的氫氣純度高（>99%是未來最主要的綠氫生產(chǎn)方式。制氫方法反應(yīng)原理優(yōu)點缺點化催化分解技術(shù)不成熟、純度低堿性電解制氫技術(shù)成熟、成本低質(zhì)子交換膜制氫操作靈活、尺寸小、適合行業(yè)專題研究55of26圖3：中國氫氣產(chǎn)量的62%來源于煤制氫圖4：天然氣制氫為全球最主要的制氫途徑灰氫生產(chǎn)以掌握煤炭、石油、天然氣資源的國有企業(yè)為主，包括中國神華、美錦能源、東華能源、中石油、中石化等。中國石化在我國氫能源表3：灰氫主要生產(chǎn)區(qū)位于山西焦煤產(chǎn)區(qū)石化煉油副產(chǎn)氫、電解水綠氫、丙烷脫氫等行業(yè)專題研究66of26計算，在考慮碳封存及碳稅的影響時，煤制氫和天然氣制氫的成本分別圖5：煤制氫原料成本占比75%圖6：天然氣制氫原料成本占比76%表3：化石燃料制氫成本在10.8-14.7元/kg之間，疊加碳排成本上升至1512345注：煤制氫碳排放為19.94kgCO2e/kgH2,假設(shè)CCUS封存CO2的量為18.94kg/H2，碳排放為1kg/kgH2；天然氣制氫碳排放為3.工業(yè)副產(chǎn)制氫潛在產(chǎn)能超千萬噸與可再生能源豐富的西北地區(qū)相比，工業(yè)副產(chǎn)氫可覆蓋京津冀、長三角和廣東地區(qū)，與氫能應(yīng)用先發(fā)地區(qū)匹配。目前我國的焦?fàn)t煤氣、氯堿化行業(yè)專題研究77of26工、丙烷脫氫等工業(yè)每年能夠提供千萬噸級的氫氣供應(yīng)，工業(yè)副產(chǎn)在氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期提供低成本、分布式的氫源，有利于氫能的快速發(fā)表4：工業(yè)副產(chǎn)氫技術(shù)包括焦化副產(chǎn)氫、氯堿副產(chǎn)氫、丙烷脫氫、技術(shù)簡述氫氣產(chǎn)率潛在產(chǎn)能制氫成本200m3/t-焦炭208m3/t-燒堿元/Nm3元/Nm3行業(yè)專題研究出，適合于各種場景下制氫，包括工業(yè)制氫、便攜制氫和用作電網(wǎng)調(diào)幅快速雙向工作，但需要高溫?zé)嵩矗以O(shè)備投資大、壽命短，適用于核電數(shù)據(jù)來源：電解水制氫儲能技術(shù)現(xiàn)狀與展望，國泰君堿性水電解：水分子在直流電作用下，在電解池兩級發(fā)生氧化和還原反應(yīng)，水分子在陰極被還原，生成氫氣和氫氧根離子，氫氧根離子穿過物質(zhì)子膜純水電解：純水通過進水通道進入催化層，在直流電源和催化劑的共同作用下，陽極產(chǎn)生氧氣和氫離子，氫離子穿過質(zhì)子交換膜與陰極行業(yè)專題研究99of26質(zhì)子交換膜電解水制氫PEM質(zhì)子交換膜PFSA鍍鎳穿孔不銹鋼鍍鎳穿孔不銹鋼粗鎳網(wǎng)或泡沫鎳鍍鎳不銹鋼鍍鈷不銹鋼鍍鎳鈦運行溫度(℃)70-80（A/cm2）0.2-0.475-8045-6099.5%-99.9%>99.99%>99.99%（kWh/Nm3）4.5-5.52.6-3.63.8-5.044-強-發(fā)展階段研發(fā)和示范階段堿液污染，石棉致癌模（Nm3/h）-投資成本（元/kW）~10kW度，波動能源適應(yīng)性強，冷堿液泄露，石棉隔膜被金屬離子毒化-司-行業(yè)專題研究電解槽是電解水制氫的核心設(shè)備，現(xiàn)階段大多企業(yè)聚焦于堿性電解槽。公司名稱主要產(chǎn)品/現(xiàn)有項目產(chǎn)研基地現(xiàn)有產(chǎn)能/年預(yù)計產(chǎn)能/年純化設(shè)備、智慧氫能管理系統(tǒng)合肥高新區(qū)三期2.5GW產(chǎn)能水電解智能產(chǎn)期建設(shè)投資2.1億元津基能康明斯恩澤行業(yè)專題研究基綠能刷新最大單體堿性電解水制氫產(chǎn)氫量，達到3000Nm3/h。企業(yè)下線時間單槽制氫能力（Nm3/h）項目應(yīng)用2021.112021.11國華投資寧夏分公司國能寧東可再生氫碳減排示范區(qū)一期榮程集團1300Nm3/h光伏綠電制加氫一體化目2022.122022.07目2022.10立2022.12-2023.05-航天科技2023.05-2023.09-4.1.堿性電解槽是電解槽的支撐組件，用于支撐電極和隔膜，主要是由鑄鐵金屬板或不銹鋼板制成。隔膜是防止氫氣和氧氣混合，但允許槽內(nèi)離子自由移動的控制系統(tǒng)、氣液分離系統(tǒng)、純化系統(tǒng)、堿液系統(tǒng)、補水系統(tǒng)、冷卻干燥行業(yè)專題研究圖7：膜片、電極是電堆組件中成本占比最大的兩部分盡管堿性電解槽的系統(tǒng)降本空間不大，目前電解系統(tǒng)的成本在1500元與可再生能源適配等方面，堿性電解槽仍具有較大提升空間，當(dāng)前重點表8：堿性電解槽仍有降本增效空間堿性電解槽（A/cm2）<1.7催化劑工作溫度(℃)催化劑、溫度5提升氫氣純度至99.9999%以上從而降99.5-99.9>99.9999提升與可再生能源的47-66/kW）電耗成本和固定成本均攤下降分別將達到78.0表：遠期堿性電解槽制氫成本比現(xiàn)階段下降約63.1%堿性電解槽堿性電解槽折舊年限（年）折舊年限（年）5554年制氫量（萬Nm3）人工和維護費用（萬元）折舊成本（元/Nm3）0.410.09原料成本（元/Nm3）人工運維成本（元/Nm3）0.072.000.80單位體積氫氣成本（元/Nm3）2.6229.47圖：遠期隨著堿性電解槽壽命及產(chǎn)氫量增加，電耗成本將占比82.7%提高電力系統(tǒng)靈活性，正逐漸成為制氫發(fā)展和應(yīng)用的重要方向。圖8：PEM電解槽主要包括陰陽極板、氣體擴散層、催化劑層和質(zhì)子交換膜電源、去離子水循環(huán)系統(tǒng)、氫氣處理系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)，其中電源占比接括電解水綠氫項目、制氫加氫一體化項目、氫氨醇一體化項目等，主要序號位/項目狀態(tài)1123加”氫能綜合示范項目2.5康明斯4152.5康明斯6177.589目新能源制氫工程示范項目公示量大多達到200Nm3/h以上，電流密度在1-2.5A/cm2之間，能耗在（Nm3/h）（kWh/Nm3）康明斯3.6-4.34.34.34.34.54（<1.9V）4.55~0.25行業(yè)專題研究性和高氧化性的工作環(huán)境下運行，依賴于價格昂貴的貴金屬材料如鉑、表12：PEM電解槽在催化劑、膜等方4-6提升電解效率大約為20%以上，電解效率提升意味著單位時間內(nèi)可制造更多的氫氣從而實現(xiàn)均攤固定成<1.7催化劑、膜工作溫度(℃)50-80對耐久性的影響50%-68%催化劑1>10,000膜、復(fù)原催化劑提升氫氣純度從而降>99.9%>99.999%膜5%-300%膜提升與可再生能源適47-66催化劑、膜5-8/kW遠期PEM電解槽制氫成本比現(xiàn)階段下降約73.8%。目前1000Nm3/h電解槽約3000萬元，而隨著關(guān)鍵零部件國產(chǎn)化及電解槽生產(chǎn)降本未來固定資產(chǎn)均攤和電耗成本下降的幅度分別為94.2%和57.8%。行業(yè)專題研究折舊年限（年）折舊年限（年）554.5年制氫量（萬Nm3）人工和維護費用（萬元）折舊成本（元/Nm3）0.09原料成本（元/Nm3）人工運維成本（元/Nm3）0.07單位體積氫氣成本（元/Nm3）0.9340.005.綠氫成本逐漸接近灰氫制備成本成氨合成甲醇副產(chǎn)氫的成本較高，約為22元/kg。行業(yè)專題研究綠氫制備降本空間大。遠期來看，堿性電解槽制氫成本和PEM電解槽制氫成本的降幅分別達到63.1%和73.8%主要受益于電耗及電價的降低帶來的運營成本下降，以及壽命的延長帶電解槽制氫成本的降低主要受益于電價的下降，以及國產(chǎn)化替代帶來的設(shè)備成本下降疊加壽命延長帶來的均攤成本下降，兩者的降幅分別達到94.2%和57.8%。6.主要標(biāo)的公司構(gòu)建綠電+綠氫的可再生能源系統(tǒng)解決方案。隆基綠能目前構(gòu)建了單晶硅片、電池組件、工商業(yè)及戶用分布式解決方案、綠色能源解決方設(shè)備制造和可再生能源制氫系統(tǒng)解決方案，規(guī)劃到2025年堿性電解槽2020of26隆基氫能新產(chǎn)品能耗最低可達4.0kWh/Nm3，產(chǎn)氫量行業(yè)領(lǐng)先達到20%的設(shè)備投資以及可以減少20%的原材料。理論分解能耗、過電位損耗、歐姆損耗三個方面分別占電解水制氫電耗的化綠氫示范項目投產(chǎn)，制氫規(guī)模達到每年2萬噸，制綠氫合成氨一體化示范項目是國家電投集團及吉電股份開啟的氫能行業(yè)專題研究2121of26多模式制氫系統(tǒng)契合可再生能源波動性。陽光氫能是陽光電源全資子公司，專注于可再生能源電解水制氫技術(shù)的研究。陽光氫能主要產(chǎn)品為智慧氫能管理系統(tǒng)，致力于提供“高效、智慧、安全”的綠電制氫系統(tǒng)微網(wǎng)多模式下制氫系統(tǒng)可提供一站式的綠電制氫系統(tǒng)及解決方案，契合可再生能源快速波動特性，可實現(xiàn)能源電力、石油化工、交通、冶金等智能投切策略等，解決了多套制氫系統(tǒng)之間，制氫系統(tǒng)與多種能量來源之間的協(xié)調(diào)控制，引領(lǐng)新能源制氫進入了數(shù)字化時代。它能夠根據(jù)輸入功率變化，在多套系統(tǒng)間智能投切，讓其運行于最優(yōu)效率區(qū)間，并減少設(shè)備啟停次數(shù)，實現(xiàn)高效制氫。同時能夠通過豐富測點實時監(jiān)測、多維單體制氫量行業(yè)領(lǐng)先。2022年10月，明陽智能推出的堿性水行業(yè)專題研究2222of26創(chuàng)新開發(fā)示范項目。此外公司在內(nèi)蒙古投資建設(shè)了風(fēng)電制氫和綠氫合成控制系統(tǒng)，提高了系統(tǒng)溫度控制準確性和敏捷性，相比堿液制氫產(chǎn)品，可以實時動態(tài)跟隨風(fēng)、光電的瞬時波動性，實現(xiàn)秒級響應(yīng)速度，最大程統(tǒng)體積只有堿液制氫系統(tǒng)的1/4。該產(chǎn)品相較其他電解水制氫產(chǎn)品提高了產(chǎn)氫壓力，電解槽穩(wěn)定產(chǎn)氫壓力可達到4MPa,結(jié)構(gòu)可承受最高6MPa環(huán)境溫度(℃)拉載斜率（%/s）氫氣露點(℃)子公司氫能科技公司與新疆伊寧市啟動氫全產(chǎn)業(yè)鏈項目合作，開展光伏行業(yè)專題研究2323of26燃料電池重卡的日常運營需求。該項目是新疆首個清潔低碳綠色氫能制儲加用一體化創(chuàng)新應(yīng)用項目，有助于形成綠色能源生產(chǎn)與就地消納的良6.5.科威爾：從燃料電池到制氫端布局電源測試設(shè)備科威爾是一家以測試電源為基礎(chǔ)產(chǎn)品，為多行業(yè)提供測試系統(tǒng)及智能制造設(shè)備的綜合性測試裝備公司。公司目前主要產(chǎn)品線有測試電源、氫能測試及智能制造裝備、功率半導(dǎo)體測試及智能制造裝備等。產(chǎn)品主要應(yīng)用于新能源發(fā)電、電動車輛、氫能、功率半導(dǎo)體等工業(yè)領(lǐng)域。由于測試電源產(chǎn)品運用的廣泛性特點，公司產(chǎn)品還應(yīng)用于軌道交通、汽車電子、儲能、充電樁、燃料電行業(yè)專題研究2424of26氫能產(chǎn)品電堆測試系統(tǒng)、電靜態(tài)測試系統(tǒng)、功率器件熱7.