2023年氫能產(chǎn)業(yè)系列報告：深度解析制氫成本,探尋氫能時代的投資機(jī)會

\l“_TOC_250014“進(jìn)展氫能成全球共識，可再生能源制氫任重道遠(yuǎn) 5\l“_TOC_250013“氫能——將來能源變革的關(guān)鍵組成 5\l“_TOC_250012“世界各國樂觀制定氫能戰(zhàn)略，可再生能源制氫成進(jìn)展重要方向 6\l“_TOC_250011“中國可再生能源制氫技術(shù)處于大規(guī)模應(yīng)用推廣階段 8\l“_TOC_250010“我國氫源短期仍以化石燃料制氫及工業(yè)副產(chǎn)氫為主 8\l“_TOC_250009“氫氣的分類 8\l“_TOC_250008“化石燃料制氫：短期仍將為氫氣最主要來源 10短期內(nèi)煤制氫仍會是我國制氫主流技術(shù) 10結(jié)合CCUS技術(shù)的煤制氫仍具有確定進(jìn)展優(yōu)勢 12自然氣制氫：在局部地區(qū)具備經(jīng)濟(jì)性 14\l“_TOC_250007“工業(yè)副產(chǎn)氫：短期氫源的有效補(bǔ)充 16\l“_TOC_250006“聚焦將來：綠氫開啟萬億氫能賽道 18\l“_TOC_250005“電解水制氫是實(shí)現(xiàn)3060目標(biāo)的必由之路 18\l“_TOC_250004“主要電解水制氫技術(shù)路線解析 19\l“_TOC_250003“多因素驅(qū)動綠氫降本 22電力價格打算電解水制氫的經(jīng)濟(jì)性 22堿性電解水制氫降本測算 23PEM制氫降本測算 25\l“_TOC_250002“電解槽及關(guān)鍵材料的投資時機(jī) 27電解槽設(shè)備整體市場空間測算 27電解槽關(guān)鍵材料及重點(diǎn)技術(shù)方向 28電解槽關(guān)鍵領(lǐng)域的投資時機(jī) 29\l“_TOC_250001“投資建議 30\l“_TOC_250000“風(fēng)險提示 30圖1：化石能源仍是我國能源供給主導(dǎo)〔“”末我國能源構(gòu)造〕 5圖2：2023-2060年中國氫氣需求量推想〔單位：萬噸〕 6圖3：2060年中國氫氣需求構(gòu)造 6氫氣具體應(yīng)用場景概覽 6圖5：主要國家/地區(qū)氫源過渡狀況 7圖6：蘭州區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)園工程簽約儀式 8圖7：寧夏寶豐能源集團(tuán)太陽能電解制氫儲能爭論與示范工程10×1000Nm3/h電解水制氫工程工程 8圖8：氫氣分類 9圖9：2023年中國制氫構(gòu)造 9圖10：2023全球制氫構(gòu)造 9圖11：2023-2050年我國制氫構(gòu)造及推想分析 10圖12：煤制氫的產(chǎn)能適應(yīng)性特點(diǎn) 11圖13：不同制氫方式平準(zhǔn)化制氫本錢 12圖14：煤制氫本錢隨煤炭價格變化趨勢〔橫坐標(biāo)為煤炭價格〕 12圖15：凈零排放情景下2023-2050年按技術(shù)劃分的制氫平準(zhǔn)化本錢〔單位:美元/公斤〕12圖16：煤制氫CCUS技術(shù)改造工藝流程示意圖 13圖17：不考慮CCUS技術(shù)的煤制氫全流程碳腳印構(gòu)成 13圖18：考慮CCUS技術(shù)的煤制氫全流程碳腳印構(gòu)成 13圖19：CCUS技術(shù)本錢變化〔單位：元/kgCO2) 14自然氣制氫本錢變化趨勢〔橫坐標(biāo)為自然氣價格〕 15圖21：2023年中國各省自然氣產(chǎn)量分布圖 15圖22：各省市自然氣基準(zhǔn)門站價 15圖23：不同制氫方法的制氫本錢〔單位：元/kgH2〕 16圖24：2023-2023年全國電力裝機(jī)構(gòu)造占比變化 19圖25：堿性水電解制氫的原理 20圖26：堿性水電解的工藝流程 20圖27：PEM電解水制氫的原理 20圖28：PEM電解的工藝流程 20圖29：堿性電解制氫本錢構(gòu)成 22圖30：PEM電解制氫本錢構(gòu)成 22圖32：不同條件下制氫本錢與電解槽工作時間的關(guān)系〔橫坐標(biāo)表示電解槽年工作時間，單位：h；縱坐標(biāo)表示制氫本錢，單位：元/kg〕 24堿性電解水制氫本錢推想〔制取每公斤氫氣本錢〕 25圖34：PEM電解制氫在不同電價下的制氫本錢〔橫坐標(biāo)為電價，單位：元/KWh〕 26圖35：PEM制氫本錢推想〔制取每公斤氫氣本錢〕 27圖36：堿性電解槽本錢組成 28圖37：PEM電解槽本錢組成 28表1：各國當(dāng)前氫能戰(zhàn)略主要目標(biāo) 7表2：煤氣化制氫與超臨界水煤氣化制氫比較 10表3：我國工業(yè)副產(chǎn)氫的供給潛力 17表4：局部化工企業(yè)工業(yè)副產(chǎn)氫理論產(chǎn)能 17政策支持綠氫產(chǎn)業(yè)進(jìn)展 18表6：電解水制氫技術(shù)和特性比較 21表7：并網(wǎng)制氫和離網(wǎng)制氫的優(yōu)缺點(diǎn)比較 22表8：堿性電解水制氫本錢測算 23表9：PEM電解制氫本錢測算 25表10：電解槽系統(tǒng)市場規(guī)模推想 27表11：電解槽技術(shù)突破目標(biāo)及研發(fā)重點(diǎn) 28表12：國內(nèi)主要電解水裝備企業(yè) 29進(jìn)展氫能成全球共識，可再生能源制氫任重道遠(yuǎn)氫能——將來能源變革的關(guān)鍵組成氫能作為干凈能源利用是將來能源變革的重要組成局部。隨著工業(yè)化進(jìn)程的加速，能源需求日益增長，由化石燃料為主體的能源構(gòu)造帶來CO 排放總量的2快速上升。全球各國面臨資源枯竭，環(huán)境污染等問題，因此，“清潔、低碳、安全、高效”的能源變革是大勢所趨。然而傳統(tǒng)的可再生能源〔如風(fēng)能、太陽能、水電等〕存在隨機(jī)性大、波動性強(qiáng)等缺點(diǎn)，導(dǎo)致了棄水、棄風(fēng)，棄光現(xiàn)象；而氫作為清潔的二次能源載體，可以高效轉(zhuǎn)化為電能和熱能。利用可再生能源制氫，不僅可以解決一局部“棄風(fēng)棄光”問題，還可為燃料電池供給氫源，為工業(yè)領(lǐng)域供給綠色燃料，或?qū)?shí)現(xiàn)由化石能源到可再生能源的過渡，可以說氫能或是將來能源革命的顛覆性方向。圖：化石能源仍是我國能源供給主導(dǎo)“”末我國能源構(gòu)造〕非化石能源,15.30%自然氣,8.10%石油,18.90% 煤炭,57.70%煤炭 石油 自然氣 非化石能源2023氫氣需求量大，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛。依據(jù)中國氫能聯(lián)盟推想，在2060年碳中和目標(biāo)下，到2030年，我國氫氣的年需求量將到達(dá)3715萬噸，在終端能源消費(fèi)中占比約為5%。到2060年，我國氫氣的年需求量將增至1.3億噸左右，在終端能源消費(fèi)中的占比約為20%，可再生能源制氫產(chǎn)量約為1 億噸。氫能既可以用作燃料電池發(fā)電，應(yīng)用于汽車、火車、船舶和航空等領(lǐng)域，也可以單獨(dú)作為燃料氣體或化工原料進(jìn)入生產(chǎn)，同時還可以在自然氣管道中摻氫燃燒，應(yīng)用于建筑供暖等。其中，2060 年用氫需求中，工業(yè)領(lǐng)域用氫照舊占全國氫能源應(yīng)用領(lǐng)域的主導(dǎo)地位，約為7794萬噸，占?xì)淇傂枨罅?0％；交通運(yùn)輸領(lǐng)域用氫約為4051萬噸，占總需求的31％；建筑領(lǐng)域和電力領(lǐng)域用氫相對較少，總占比約為9％。圖2：2023-2060年中國氫氣需求量推想〔單位：萬噸〕 圖3：2060年中國氫氣需求構(gòu)造1400012023100008000

9690

13030

建筑領(lǐng)域,4%交通領(lǐng)

電力領(lǐng)域,5%6000400020230

3342

5726

域,31% 工業(yè)領(lǐng)域,60%2023 2030E 2040E 2050E氫氣需求量〔萬噸〕

2060E 工業(yè)領(lǐng)域 交通領(lǐng)域 建筑領(lǐng)域 電力領(lǐng)域資料來源：中國氫能聯(lián)盟，德邦爭論所 資料來源：中國氫能聯(lián)盟，德邦爭論所圖4：氫氣具體應(yīng)用場景概覽世界各國樂觀制定氫能戰(zhàn)略，可再生能源制氫成進(jìn)展重要方向世界主要國家樂觀進(jìn)展氫能推動技術(shù)進(jìn)步、實(shí)現(xiàn)深度脫碳。國際氫能委員報2023年2131個大型氫能開發(fā)工程。估量到2030年，全球氫能領(lǐng)域投資總額將到達(dá)5000億美元。世界能源理事會估量，到205025%。從全球范圍看，日本、韓國、德國、美國等超過20個國家和地區(qū)都已制定國家氫能進(jìn)展戰(zhàn)略，樂觀培育氫能及燃料電池技術(shù)攻關(guān)和產(chǎn)業(yè)進(jìn)展。依據(jù)萬燕鳴等發(fā)表的《全球主要國家氫2023年公布《第2050碳中和目標(biāo)的主要動力，打算將氫能打造為具有國際競爭力的興產(chǎn)業(yè)；德國進(jìn)展氫能的最初目的是深度脫碳，受俄烏沖突影響，或?qū)⒓涌鞖淠軕?zhàn)略部署；美國公布《根底設(shè)施投資和就業(yè)法案》等一系列政策，美國政府將投入95 億美元用于加快區(qū)域氫能中心建設(shè)以及氫能全產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)痉都把邪l(fā)，持續(xù)推動氫能技術(shù)進(jìn)步。依據(jù)LBST估量，至2025年制定氫能戰(zhàn)略的國家所代表的GDP之和將超過全球總量的80%。表1：各國當(dāng)前氫能戰(zhàn)略主要目標(biāo)日本韓國德國美國澳大利亞脫碳√√√√√能源供給多樣化√△√△△經(jīng)濟(jì)增長極△√△△√技術(shù)進(jìn)步√√√√√推動可再生能源部署△△√√△大規(guī)模氫能出口××××√資料來源：萬燕鳴等《全球主要國家氫能進(jìn)展戰(zhàn)略分析》，德邦爭論所注：√代表國家氫能戰(zhàn)略中的重要戰(zhàn)略目標(biāo)；△代表國家氫能戰(zhàn)略中的次要戰(zhàn)略目標(biāo)；×代表未在國家氫能戰(zhàn)略中布局該方向可再生能源制氫成為世界各國的進(jìn)展方向。依據(jù)萬燕鳴等發(fā)表的《全球主要國，主要有兩條技術(shù)路線：化石燃料制氫耦合CCS/CCUS技術(shù)和可再生能源2030年左右，以實(shí)現(xiàn)深度脫碳為主要驅(qū)動力的歐洲國家普遍確立可再生能源制氫的優(yōu)勢地位；而以實(shí)現(xiàn)能源安全為主要驅(qū)動力的日本，國內(nèi)居民端氫能應(yīng)用體系仍將基于現(xiàn)有化石能源根底設(shè)施部署，韓國也打算逐步由自然氣制氫過渡為可再生能源制氫；而美國和澳大利亞，依據(jù)本國技術(shù)力氣和氫能戰(zhàn)略目標(biāo)的不同，分別實(shí)行技術(shù)中立與可再生氫優(yōu)先的戰(zhàn)略。到2050年左右，幾乎全部國家都將可再生能源制氫作為主導(dǎo)的制氫方式，歐洲甚至將可再生能源制氫作為唯一的氫源選擇。圖5：主要國家/地區(qū)氫源過渡狀況UweAlbrechtetal.InternationalHydrogenStrategies，萬燕鳴等《全球主要國家氫能進(jìn)展戰(zhàn)略分析》,德邦爭論所中國可再生能源制氫技術(shù)處于大規(guī)模應(yīng)用推廣階段可再生能源制氫成我國制氫主要進(jìn)展方向。 《氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)展中長期規(guī)劃〔2023-2035年》將清潔低碳作為氫能進(jìn)展的根本原則，提出構(gòu)建清潔化、低碳化、低本錢的多元制氫體系，將進(jìn)展重點(diǎn)放在可再生能源制氫，并提出嚴(yán)格把握化石能源制氫?？稍偕茉粗茪浣Y(jié)合氫燃料電池，可以調(diào)整電網(wǎng)負(fù)荷和儲能，能夠大幅提高可再生能源發(fā)電并網(wǎng)比例，削減棄水、棄風(fēng)、棄光。國內(nèi)的可再生能源制氫工程正如火如荼地建設(shè)中。據(jù)《2023 中國電解水制氫產(chǎn)業(yè)藍(lán)皮書，中國已有超過百個在建和規(guī)劃中的電解水制氫工程，涵蓋了石油、化工、鋼鐵和交通等多個領(lǐng)域。在2023 年之前，大型電解水制氫設(shè)備在大工業(yè)領(lǐng)域幾乎沒有涉及；2023 年以后，雙碳目標(biāo)的提出極大推動了電解水制氫項(xiàng)日在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。近兩年以來，中國能建、國家電網(wǎng)、三峽集團(tuán)、北京能源、深圳能源等央企、國企紛紛布局綠氫工程。中國能建投資建設(shè)的蘭州區(qū)建設(shè)的氫能產(chǎn)業(yè)園工程〔一期〕已開工，投資額達(dá)30億元，將來可具備年產(chǎn)2萬噸制氫力氣和10 萬標(biāo)方儲氫力氣；北京能源在錫林郭勒盟多倫縣投建的風(fēng)光儲氫制綠氨工程，建成后估量每日可利用電解水制氫300噸。圖6：蘭州區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)園工程簽約儀式 圖7：寧夏寶豐能源集團(tuán)太陽能電解制氫儲能爭論與示范工程10×1000Nm3/h電解水制氫工程工程資料來源：蘭州區(qū)治理委員會，德邦爭論所 資料來源：分布式能源網(wǎng)，德邦爭論所我國氫源短期仍以化石燃料制氫及工業(yè)副產(chǎn)氫為主氫氣的分類目前依據(jù)制取方式和碳排放量的不同將氫能按顏色主要分為灰氫、藍(lán)氫和綠氫三種。氫能的制備主要路線主要有三條〔〕以化石燃料〔包括煤炭、自然氣等〕為原料制氫以及工業(yè)副產(chǎn)制氫，這類制備方式是目前技術(shù)最成熟的制氫路線，〔2〕另外的一種常見的制取方法為在灰氫制取的過程中輔以碳捕獲技術(shù)所得到的“藍(lán)氫”，這種制氫方法可有效削減制氫過程中的碳排放，但仍無法完全解決碳排放問題；〔3〕最終一種制氫的常見路線是承受電解水制備得到的“綠氫”，以這種方法制氫不會產(chǎn)生任何碳排放，但目前綠氫制取的技術(shù)不如化石燃料制氫成熟，綠氫本錢較高。圖8：氫氣分類KPMG，德邦爭論所綠氫占比低，化石能源制氫為當(dāng)前主流。截至2023年12月，中國已是世2500萬噸/年，主要來源于化石能源制氫〔煤制氫、自然氣制氫；其中，煤制氫占我國氫能產(chǎn)量的62，自然氣制氫占比19%，而電解水制氫受制于技術(shù)和高本錢，占比僅1%。從全球2023年的制氫構(gòu)造來看，化石能源也是最主要的制氫方式，其中自然氣制氫占59%19%。圖9：2023年中國制氫構(gòu)造 圖10：2023全球制氫構(gòu)造工業(yè)副產(chǎn)氫,18%

電解水制氫,1%

工業(yè)副產(chǎn)氫,石油,0.60%21%

化石燃料+CCUS,0.70%自然氣制氫,19%

煤制氫,62%

自然氣制氫,59%

煤制氫19%煤制氫 自然氣制氫 工業(yè)副產(chǎn)氫 電解水制氫

煤制氫自然氣制氫 工業(yè)副產(chǎn)氫 石油化石燃料+CCUS資料來源：中國煤炭工業(yè)協(xié)會，中國氫能標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會，德邦爭論所 資料來源：IEA，德邦爭論所將來我國可再生能源制氫占比將大幅度提高。從我國制氫構(gòu)造來看，化石燃料重整協(xié)作CCUS技術(shù)可作為我國制氫構(gòu)造轉(zhuǎn)型的重要過渡，工業(yè)副產(chǎn)制氫可作為就近供氫的補(bǔ)充來源，電解水制氫將成為我國將來制氫的主要手段。依據(jù)中國氫能聯(lián)盟推想，可再生能源電解水制氫占比將在205070%。3.00%15.00%30.00%23.00%45.00%70.00%5.00%67.00%60.00%45.00%3.00%15.00%30.00%23.00%45.00%70.00%5.00%67.00%60.00%45.00%20.00%100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%2023 2030E

2040E

2050E化石能源制氫

其他技術(shù)資料來源：中國氫能聯(lián)盟，華經(jīng)產(chǎn)業(yè)爭論院，德邦爭論所化石燃料制氫：短期仍將為氫氣最主要來源短期內(nèi)煤制氫仍會是我國制氫主流技術(shù)受資源稟賦、本錢等約束，煤炭制氫在將來一段時期內(nèi)仍是我國氫氣的主要來源。受“富煤貧油少氣”的國情制約，國內(nèi)氫氣制取構(gòu)造與全球存在很大不同。202313810萬噸，進(jìn)口量到達(dá)10166萬噸，國內(nèi)因缺乏自然氣資源，大局部都依靠進(jìn)口，因此自然氣制氫份額并不高。而我國的煤炭資源相當(dāng)豐富，煤化工產(chǎn)業(yè)進(jìn)展較為成熟，煤制氫的產(chǎn)量較大且分布較廣。依據(jù)曹軍文等發(fā)表的《中國制氫技術(shù)的進(jìn)呈現(xiàn)狀》，以煤為原料制氫氣的方法主要有兩種：一是煤氣化制氫。煤氣化是指在高溫常壓或高溫高壓下，煤與水蒸氣或氧氣〔空氣〕反響轉(zhuǎn)化為以氫氣和COCO經(jīng)水氣變換反響得到2氫氣和CO2

的過程。煤氣化制氫工藝成熟，目前已實(shí)現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化。傳統(tǒng)煤制氫承受固定床、流化床、氣流床等工藝，碳排放較高。二是煤超臨界水氣化制氫。超臨界水氣化過程是在水的臨界點(diǎn)以上〔溫度大于647K，壓力大于22MPa〕進(jìn)展煤的氣化，主要包括造氣、水氣變換、甲烷化2三個變換過程?？梢杂行?、清潔地將煤轉(zhuǎn)換為H2

和純二氧化碳。煤的超臨界水氣化是型煤制氣工藝。2023年8月南控集團(tuán)屬下景隆公司與錦盛源公司簽約開展煤炭超臨界水氣化制氫工程合作。固定床流化床氣流床〔粉煤〕固定床流化床氣流床〔粉煤〕氣流床〔水煤漿〕超臨界水煤氣化技術(shù)成熟度

應(yīng)用

應(yīng)用

應(yīng)用

應(yīng)用

尚未產(chǎn)業(yè)化氣化溫度560oC 氣化壓力2~2.5MPa0.1MPa3.0MPa3.8MPa26MPa合成氣H2占比38.1?38.6%40%25.9%34.7%80%合成氣CO2占比32.6?34%19.5%0.9%18%0.2%合成氣CO占比14?14.7%36%68.4%48.3%——其他污染物

H2S0.3%焦油產(chǎn)率0.11%物0.11%物物物冷煤氣效率79.3?81.9%74.4%82%74.9%123.9%

H2S0.3%

H2S0.13%

H2S0.24%

式固化不含酚類及焦資料來源：《中國氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)展報告2023》，德邦爭論所煤制氫產(chǎn)能適應(yīng)性強(qiáng)。2023以依據(jù)氫氣消耗量的不同，通過設(shè)置氫氣提純規(guī)模以此靈敏調(diào)整產(chǎn)能，在燃料電2023噸/天的煤氣化爐，只需把其2%~3%的負(fù)荷用作提純制氫，就可供給1560~2340kg/天的氫氣，依據(jù)車輛氫耗0.07kg/km、日均行駛200km計(jì)算，可滿足111~167輛氫燃料電池公交車的用氫需求。圖12：煤制氫的產(chǎn)能適應(yīng)性特點(diǎn)2023從成原來看，煤氣化制氫具有明顯優(yōu)勢。依據(jù)清華大學(xué)張家港氫能與先進(jìn)鋰電技術(shù)聯(lián)合爭論中心測算，從全生命周期的角度看，在不考慮碳價的狀況下，當(dāng)前煤氣化制氫的本錢最低，在無CCS〔碳捕獲和儲存〕技術(shù)的狀況下每公斤氫氣制取本錢為11CCS20元；而PEM〔質(zhì)子交換膜水電解、AWE〔堿性水電解〕等技術(shù)制氫本錢相對較高。煤氣化制氫價格受煤價波動。原料本錢是煤制氫本錢的重要一環(huán)，在煤價在200~1000元/6.7712.14元/kg之間。圖13：不同制氫方式平準(zhǔn)化制氫本錢 圖14：煤制氫本錢隨煤炭價格變化趨勢〔橫坐標(biāo)為煤炭價格〕1412108 6420

8.11

10.89.45

12.14200 400 600 800 1000煤制氫本錢〔元/kg〕資料來源：王彥哲《中國不同制氫方式的本錢分析，德邦爭論所 資料來源《中國氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)展報告2023，德邦爭論所煤氣化制氫碳排放強(qiáng)度高，面臨碳本錢壓力和環(huán)保約束。煤制氫技術(shù)的碳腳印遠(yuǎn)高于自然氣制氫、電解水制氫等其他主要制氫技術(shù)。中國標(biāo)準(zhǔn)化爭論院資環(huán)分院分析了從制氫原料獵取、運(yùn)輸?shù)綒錃馍a(chǎn)全過程中的溫室氣體排放狀況，其2中煤氣化制氫每生產(chǎn)一公斤H2的碳排放水平為19.94kgCO2~29.01kgCO，相當(dāng)2于自然氣重整制氫碳排放水平的兩倍〔10.86kgCO2~12.49kgCO。在全球開啟2碳市場的背景下，煤氣化制氫本錢優(yōu)勢恐難持續(xù)，據(jù)IEA估量，在考慮碳價的情2030年、2050CCUS技術(shù)的煤制氫將成為本錢最昂貴的制氫方式。圖15：凈零排放情景下2023-2050年按技術(shù)劃分的制氫平準(zhǔn)化本錢〔單位:美元/公斤〕美元自然氣制氫〔無CCUS〕資料來源：IEA，德邦爭論所

自然氣制氫〔有CCUS〕

煤制氫〔無CCUS〕

煤制氫〔有CCUS〕

可再生能源制氫結(jié)合CCUS技術(shù)的煤制氫仍具有確定進(jìn)展優(yōu)勢CCS/CCUS技術(shù)是實(shí)現(xiàn)低碳煤制氫的重要手段。CCS技術(shù)從空氣中捕CO2CCS技術(shù)的技術(shù)體系還不完善且工程規(guī)模比較浩大，需要高額的投資本錢和運(yùn)營本錢并產(chǎn)生額外能CCSCO2利用的環(huán)節(jié)，即CCUS技術(shù)〔碳捕集和封存利用。16CCUS技術(shù)改造工藝流程示意圖資料來源：張賢等《中國煤制氫CCUS技術(shù)改造的碳腳印評估結(jié)合CCS/CCUS技術(shù)，煤炭制氫碳腳印顯著下降。依據(jù)北京理工大學(xué)能源與環(huán)境政策爭論中心測算，未結(jié)合CCS22.65kgCO2e/kgH2CCS技術(shù)后，煤炭制氫的生命周期碳腳印顯著下降，為10.59kgCO2e/kgH，降幅達(dá)53.3%。張賢等人從全流程評估煤制氫和煤制氫2CCUSCCUS90%的CO2排放后，煤制氫CCUS技術(shù)改造的全流程碳腳印從22.02kgCO2e/kgH24.27kgCO2e/kgH80.61%。圖17：不考慮CCUS技術(shù)的煤制氫全流程碳腳印構(gòu)成

218CCUS技術(shù)的煤制氫全流程碳腳印構(gòu)成252015105 0.39 0.060

21.57 22.02

54321 0.39 0.060

2.16

1.66

4.27碳腳印〔kgCO2e/kgH2〕 碳腳印〔kgCO2e/kgH2〕資料來源：張賢等《中國煤制氫CCUS技術(shù)改造的碳腳印評估，德邦爭論所 資料來源：張賢等《中國煤制氫CCUS技術(shù)改造的碳腳印評估，德邦爭論所在現(xiàn)有技術(shù)條件下，安裝CCUS相關(guān)裝置將產(chǎn)生較大的額外本錢。煤制氫與CCUS技術(shù)耦合當(dāng)前還是一項(xiàng)興技術(shù)，缺乏產(chǎn)業(yè)規(guī)劃支持，尚處技術(shù)驗(yàn)證階段。依據(jù)IEA針對我國煤制氫的評估結(jié)果顯示：在煤制氫生產(chǎn)中參與CCUS技術(shù)估量將導(dǎo)致工程資本支出和燃料本錢增加5%，運(yùn)營本錢增加130%。依據(jù)張賢等《中國煤制氫CCUS技術(shù)改造的碳腳印評估CCUS技術(shù)的最重要奉獻(xiàn)在于削減碳排放，但我國目前碳市場建設(shè)仍不完善，相關(guān)企業(yè)在投資大量費(fèi)用在CCUS工程后卻無法實(shí)現(xiàn)減排收益，嚴(yán)峻影響企業(yè)開展CCUS示范工程的樂觀性。在沒有CCUS關(guān)心的前提下，煤氣化制氫工程將面臨較大環(huán)保審批壓力。CCUS技術(shù)降本在即，有望大規(guī)模應(yīng)用于煤制氫領(lǐng)域。盡管配備CCUS技術(shù)會提高煤制氫本錢，但中期內(nèi)配備CCUS技術(shù)的煤制氫仍可能是清潔氫氣生產(chǎn)中最經(jīng)濟(jì)的選擇,其緣由在于中國的煤炭產(chǎn)業(yè)根底設(shè)施完備且其余制氫方式降本仍需較長時間。CCUS技術(shù)的進(jìn)步將進(jìn)一步降低本錢，使得煤制氫+脫碳綜合工藝所制得的氫能本錢得到確定程度下降。依據(jù)米劍鋒等《中國CCUS 技術(shù)進(jìn)展趨勢分析》中對CCUS技術(shù)的進(jìn)展趨勢和目標(biāo)的推想，2025年CO2捕集本錢為0.15-0.4元/kg，2035年CO20.12-0.28元/kg。依據(jù)煤制氫每1kgH219kgCO2計(jì)算，2025CCUS技術(shù)的氫氣制取本錢將2.85-7.6元/kg20352.28-5.32元/kg。因此，將來疊加CCUS技術(shù)的煤制氫本錢或?qū)⒊掷m(xù)下降，綜合本錢在2025/2030年分別到達(dá)約16.3元/kg14.8元/kg〔2025、2030年CCUS氫氣制取本錢平均值。圖19：CCUS技術(shù)本錢變化〔單位：元/kgCO2)資料來源：米劍鋒等《中國CCUS技術(shù)進(jìn)展趨勢分析自然氣制氫：在局部地區(qū)具備經(jīng)濟(jì)性在“自主可控”的原則下，自然氣制氫不會成為我國主流制氫方式。自然氣制氫是目前全球氫氣的主要來源，已成為歐美、中東等自然氣資源豐富地區(qū)的主流制氫工藝。然而，我國國內(nèi)目前自然氣約40%依靠進(jìn)口，這導(dǎo)致了兩大問題：我國自然氣資源較貧瘠，進(jìn)口依存度高，在國際局勢簡潔多變的背景下，自然氣制氫缺乏原料保障和政策支持；自然氣制氫不具備經(jīng)濟(jì)性，依據(jù)自然氣價格的變化，自然氣制氫本錢在7.5元/kg至24.3元/kg之間，我國大局部地區(qū)的自然氣制氫本錢將高于煤制氫+CCUS的本錢，且煤制氫+CCUS的碳排放只有自然氣制氫的36.6%。圖20：自然氣制氫本錢變化趨勢〔橫坐標(biāo)為自然氣價格〕3025201510 50

11.7

15.9

20.1

24.31元/Nm3 2元/Nm3 3元/Nm3自然氣制氫本錢〔元/kg〕

4元/Nm3 5元/Nm32023自然氣資源豐富區(qū)域進(jìn)展自然氣制氫具備優(yōu)勢。我國自然氣資源分布極不平衡，主要分布于四川、陜西、疆和內(nèi)蒙古。由于各地自然氣供需狀況差異性較大，導(dǎo)致各省份自然氣基準(zhǔn)門站價存在較大價格區(qū)間，其中上海、廣東的自然氣基準(zhǔn)門站價最高，達(dá)2040元/Km3；青海、疆自然氣基準(zhǔn)門站價最低，分別為1150元/Km3、1030元/Km3。依據(jù)自然氣制氫本錢變化趨勢可知，當(dāng)自然氣價格1元/Nm37.5元/kg22可知我國局部區(qū)域自然氣制氫的經(jīng)濟(jì)性可比煤氣化制氫；考慮到自然氣制氫更低的碳排放〔同不加CCUS的煤氣化制氫相比〕和技術(shù)貯存需求，且自然氣制氫也可以疊加CCUS技術(shù)以取得更低的碳排放。綜上，自然氣制氫有望短期內(nèi)在自然氣資源豐富、價格低廉的地區(qū)快速進(jìn)展。圖21：2023年中國各省自然氣產(chǎn)量分布圖 圖22：各省市自然氣基準(zhǔn)門站價疆 1030青海 1150寧夏

1390甘肅1310陜西云南12201590貴州1590四川1530重慶1520海南廣西15201870廣東2040湖南1820湖北1820河南1870山東1840江西1820安徽1950浙江2030江蘇2023上海2040黑龍江1640吉林1640山西122018401770河北1840天津1860北京18600 500 1000 1500 2023 2500自然氣基準(zhǔn)門站價〔元/千立方米〕工業(yè)副產(chǎn)氫：短期氫源的有效補(bǔ)充短期內(nèi)，我國工業(yè)副產(chǎn)氣的制氫規(guī)?？蛇M(jìn)一步提高。工業(yè)副產(chǎn)氫是指在生產(chǎn)化工產(chǎn)品的同時得到的氫氣，主要有焦?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)的副產(chǎn)氫。我國工業(yè)副產(chǎn)氫大多數(shù)已有下游應(yīng)用，也存在局部放空。我們認(rèn)為，中短期看工業(yè)副產(chǎn)氫額外投入少，本錢低，能夠成為氫氣供給的有效補(bǔ)充。但長遠(yuǎn)來看，受生產(chǎn)工業(yè)副產(chǎn)氣的產(chǎn)業(yè)規(guī)模限制，工業(yè)副產(chǎn)氫將來產(chǎn)量提高有限，無法成為氫氣供給的主流路線。圖23：不同制氫方法的制氫本錢〔單位：元/kgH2〕資料來源：北京理工大學(xué)能源與環(huán)境政策爭論中心《碳中和背景下煤炭制氫的低碳進(jìn)展〔備注：爭論考慮能源本錢區(qū)域差異，其中焦?fàn)t煤氣制氫是目前工業(yè)副產(chǎn)制氫的主流方式〕堿副產(chǎn)氫、焦?fàn)t煤氣制氫、輕烴裂解制氫和合成氨和合成甲醇副產(chǎn)氣等：氯堿副產(chǎn)制氫：氯堿工業(yè)生產(chǎn)以食鹽水為原料，利用隔膜法或離子交換膜法等生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)燒堿、聚氯乙烯(PVC)、氯氣和氫氣等產(chǎn)品。氯堿副產(chǎn)氫具有氫氣提純難度小、耗能低、自動化程度高以及無污染的特點(diǎn)，氫在提純前純度可達(dá)99%左右，通過氯堿工業(yè)得到的副產(chǎn)氫純度一般在99.99%以上，且含碳量較低。參考《中國氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)展報告 2023，氯堿工業(yè)副產(chǎn)制氫的綜合本錢在13.4-20.2元/kg左右。焦?fàn)t煤氣制氫：焦?fàn)t煤氣是煉焦的副產(chǎn)品，焦?fàn)t煤氣制氫工序主要有：壓縮和2023合考慮，焦?fàn)t煤氣制氫綜合本錢在9.3-14.9元/kg左右。輕烴裂解制氫：主要有丙烷脫氫(PDH)和乙烷裂解等2種路徑。輕烴裂解的氫氣雜質(zhì)含量低于焦?fàn)t氣制氫，純度較高。其中PDH是制備丙烯的重要方式，丙烷在催化劑條件下通過脫氫生成丙烯，其中氫氣作為丙烷脫氫的副產(chǎn)物；PDH產(chǎn)物(φ)60%~95%，可通過純化技術(shù)制取滿足燃料電池應(yīng)用的氫氣；PDH 裝置副產(chǎn)的氫氣純度高，提純難度小，且大局部產(chǎn)能靠近東部沿海地區(qū)，與下游燃料電池應(yīng)用市場嚴(yán)密貼合。截至202310余個PDH工程PDH2023PDH工程副產(chǎn)氫氣產(chǎn)能可到達(dá)37萬噸/2023PDH生產(chǎn)本錢約/kg1.11.3元/Nm3,0.25~0.5元/Nm315.1-20.2元/kg。2023氣消耗構(gòu)造中用于合成氨、合成甲醇的氫氣消耗量占比達(dá)50%以上。合成氨、合成甲醇在生產(chǎn)過程中會有含氫氣的合成放空氣和馳放氣排出，氫氣含量在18%-55%之間。因此合成氨、合成甲醇企業(yè)可回收利用合成放空氣和馳放氣實(shí)現(xiàn)氫氣外供。該技術(shù)路線副產(chǎn)氫總本錢為14.6-22.4元/kg。當(dāng)前工業(yè)副產(chǎn)氫根本為各企業(yè)自產(chǎn)自用，較難統(tǒng)計(jì)。依據(jù)中國電動汽車百人會統(tǒng)計(jì)，從工業(yè)副產(chǎn)氫的放空現(xiàn)狀看，當(dāng)前供給潛力可到達(dá)450萬噸/年，能夠97萬輛公交車的全年運(yùn)營。表3：我國工業(yè)副產(chǎn)氫的供給潛力現(xiàn)有年制氫力氣可供給公交車數(shù)量輕烴利用副產(chǎn)氫30萬噸6.5萬輛氯堿副產(chǎn)氫33萬噸7.1萬輛焦?fàn)t煤氣制氫271萬噸58.9萬輛合成氨合成甲醇等副產(chǎn)氫118萬噸25.6萬輛合計(jì)450萬噸97.6萬輛資料來源：中國電動汽車百人會，德邦爭論所廣東相關(guān)工業(yè)企業(yè)將充共享受工業(yè)副產(chǎn)氫市場紅利。由于供需關(guān)系的極不平衡，且氫氣儲運(yùn)技術(shù)難度大，氫氣資源無法在實(shí)現(xiàn)長距離調(diào)配，我國氫氣市場區(qū)域價格差異很大，其中廣東氫價冠絕全國。在廣東樂觀布局氫能產(chǎn)業(yè)鏈的背景下，工業(yè)副產(chǎn)提純制氫可短期供給大量的氫氣供給，為氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)展初期就近供給低本錢、分布式氫源。廣東局部工業(yè)企業(yè)有望通過工業(yè)副產(chǎn)制氫實(shí)現(xiàn)業(yè)績的巨大飛躍。我們梳理了局部具備工業(yè)副產(chǎn)氫產(chǎn)能的上市企業(yè)，建議重點(diǎn)關(guān)注廣東及長三角地區(qū)的相關(guān)企業(yè)。表4：局部化工企業(yè)工業(yè)副產(chǎn)氫理論產(chǎn)能公司可制氫化工產(chǎn)品產(chǎn)量〔萬噸/年〕理論氫氣產(chǎn)量〔噸/年〕企業(yè)所屬區(qū)域中泰化學(xué)燒堿14636500疆億利潔能燒堿4010000內(nèi)蒙古鴻達(dá)興業(yè)燒堿11027500廣東嘉化能源燒堿276750浙江美錦能源焦炭715140446山西寶豐能源焦炭700137500寧夏東華能源〔張家港〕PDH6022740江蘇東華能源〔寧波〕PDH12045480浙江東華能源〔茂名，未投產(chǎn)〕PDH6022740廣東金能科技PDH9034110山東衛(wèi)星化學(xué)PDH9034110浙江資料來源：各公司公告，TrendBank，苗軍等《氫能的生產(chǎn)工藝及經(jīng)濟(jì)性分析》，《中國氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)展報告2023》，德邦爭論所聚焦將來：綠氫開啟萬億氫能賽道電解水制氫是實(shí)現(xiàn)3060目標(biāo)的必由之路進(jìn)展氫能就是為了能源的“去碳化”，只有通過無碳能源生產(chǎn)“綠色的氫”，才能實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。電解水制氫是目前工業(yè)化應(yīng)用的制氫技術(shù)中接近零碳排放的制氫技術(shù)。當(dāng)前，局部地區(qū)出臺政策提出制止煤制氫或者要求進(jìn)展綠氫。2023年5月浙江省印發(fā)的《浙江省能源進(jìn)展“”規(guī)劃》明確提出，全面推動舟山綠色石化基地能效診斷，制止煤制氫。內(nèi)蒙古自治區(qū)、甘肅省、寧夏和四川省成都市都在相應(yīng)的政策中明確了2025年可再生能源制氫產(chǎn)量，合計(jì)年產(chǎn)量約80萬噸；遠(yuǎn)超過了國家發(fā)改委在國家氫能2025年可再生能源制氫年產(chǎn)量10-20萬噸的目標(biāo)。地區(qū)政策內(nèi)容表地區(qū)政策內(nèi)容浙江 《浙江省能源進(jìn)展“”規(guī)劃》

全面推動舟山綠色石化基地能效診斷，制止煤制氫到2025年前，開展“風(fēng)光儲+氫”、“源網(wǎng)荷儲+15個以上，綠氫制備力氣50萬噸/年；鼓舞工業(yè)副產(chǎn)氫回收利用，工業(yè)副產(chǎn)氫利用超過100萬噸/年，根本實(shí)現(xiàn)應(yīng)用完《關(guān)于促進(jìn)氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量進(jìn)展的意見》用；探究綠氫在化工、冶金、分布式發(fā)電、熱電聯(lián)供等領(lǐng)域的示范應(yīng)用，打造10個以上示范工程5015-20家裝備制造核心企業(yè)在內(nèi)的氫能產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)企業(yè)，電解槽、儲氫瓶、燃料電池等裝備的關(guān)鍵材料及部件制造取得技術(shù)突破。內(nèi)蒙古《鄂爾多斯市“”能源綜合進(jìn)展規(guī) 提出在2025年底前形成40萬噸/年的綠氫供給，在2030年底前到達(dá)100萬噸/年的綠氫制造規(guī)劃》 模。2025年，整個內(nèi)蒙古的綠氫產(chǎn)能規(guī)劃目標(biāo)是48萬噸，鄂爾多斯相當(dāng)于是整個內(nèi)蒙古的80%。規(guī)劃分三個階段進(jìn)展，每個階段在氫源、制氫裝備、應(yīng)用場景等方面做了具體的布局。在推動可再《鄂爾多斯市氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)展規(guī)劃》〔2023生氫在煤化工行業(yè)的規(guī)?；瘧?yīng)用方面，做了適應(yīng)鄂爾多斯當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)特色的安排，具體包括可再生氫6月〕寧夏 《寧夏氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)展規(guī)劃〔征求意見稿〕》甘肅 《酒泉市“”能源進(jìn)展規(guī)劃》《疆國民經(jīng)濟(jì)和社會進(jìn)展

＋煤化工生產(chǎn)烯烴、自然氣、油品及化工品，以及可再生氫＋二氧化碳生產(chǎn)甲醇及下游產(chǎn)品等。對氫能產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃提出了5年建設(shè)281584.47億元。有序開展創(chuàng)與應(yīng)用示范重點(diǎn)推動可再生能源制氫與煤化工耦合，樂觀拓展氫能在交通、儲發(fā)電等領(lǐng)域應(yīng)用場景建設(shè)一批試點(diǎn)示范工程，逐步建立完整的產(chǎn)業(yè)體系。到2025年，穩(wěn)步推動氫能在耦合煤化工的應(yīng)用示范，可再生替代制氫比例顯著提升。實(shí)現(xiàn)寧東基地規(guī)?；稍偕茉粗茪涫痉豆こ?、綠耦合煤，打造國家生能源制氫耦合煤化工示范區(qū)、西部綠產(chǎn)業(yè)基地和寧夏先行。石嘴山市樂觀開發(fā)焦化和氯堿工業(yè)副產(chǎn)氫，重點(diǎn)實(shí)施氫能—冶金—化工耦合應(yīng)用工程。吳忠市通過可再生能源制氫合成氨，組建氫氨產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，打造“中國氫氨谷”。重點(diǎn)依托玉門、瓜州、金塔等縣〔市、區(qū)〕現(xiàn)有的工業(yè)園區(qū)和產(chǎn)業(yè)根底，布局建設(shè)玉門5萬噸/年、3萬噸/2萬噸/年以上的綠氫制儲基地，在能源制氫、儲氫、運(yùn)輸、加注、應(yīng)用、氫能裝備制造等領(lǐng)域延鏈補(bǔ)鏈，引進(jìn)合成氨、尿素、甲醇等下游工程，帶動氫能全產(chǎn)業(yè)鏈進(jìn)展。樂觀推動寶豐多晶硅上下游協(xié)同工程電解水制氫站、陜煤集團(tuán)源網(wǎng)荷儲一體化工程電解水制氫站等工程建設(shè)，著力打造零碳制氫與可再生能源發(fā)電協(xié)同互補(bǔ)進(jìn)展的模式，構(gòu)建集中式和分布式可再生能源制氫并舉的氫能源供給體系。疆 第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》

推動風(fēng)光水儲一體化清潔能源發(fā)電示范工程，開展智能光伏、風(fēng)電制氫試點(diǎn)，促進(jìn)可再生能源規(guī)模穩(wěn)定增長。資料來源：各地政府網(wǎng)站，德邦爭論所

電力系統(tǒng)脫碳為綠氫制備供給契機(jī)。中國電力系統(tǒng)中火電裝機(jī)占比由202354.58%，可再生能源尤其是光伏、風(fēng)電裝機(jī)占20235.65%202326.73%。據(jù)《中國電力行業(yè)年度進(jìn)展報告20232023828克/千瓦時，比2023年降低21.0%；全國單位發(fā)電量二氧化碳排放約為558克/千瓦時，比2023年降低35.0%。在可再生能源占比不斷提高的趨勢下，電力系統(tǒng)碳排放水平將持續(xù)降低，這為電解水制氫供給了進(jìn)展的契機(jī)，真正實(shí)現(xiàn)綠電制綠氫。國網(wǎng)能源爭論院推想，非化石能源占一次能源消費(fèi)比重 2025年、2035年、2050年、2060年分別有望達(dá)22%、40%、69%、81%。2035年前后非化石能源總規(guī)模超過煤炭。風(fēng)能、太陽能將在2030年以后成為主要的非化石能源品種，2050年占一次能源需求總量比重分別為26%和17%，2060年進(jìn)一步提升至31%21%圖24：2023-2023年全國電力裝機(jī)構(gòu)造占比變化100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%

2023 2023 2023 2023

2023 2023 2023

2023火電(%) 水電(%)

(%)

風(fēng)電(%) 太陽能發(fā)電(%)資料來源：中能傳媒爭論院，德邦爭論所綠氫需求爆發(fā)，我國氫能產(chǎn)業(yè)將達(dá)萬億級別。隨著全球碳減排的力度加大，2050年氫能在中國能源體系中的占比約為10%，氫氣需求量接近6000萬噸/年，依據(jù)一公斤氫氣價20元計(jì)算，我們估量2050年氫能年產(chǎn)值將達(dá)1.2萬億元。主要電解水制氫技術(shù)路線解析電解水制氫的原理是在布滿電解液的電解槽中通入直流電，水分子在電極上發(fā)生電化學(xué)反響，分解成氫氣和氧氣。目前國內(nèi)電解水制氫的主要技術(shù)有堿性水電解〔AWPE〔質(zhì)子交換膜〕電解兩種。堿性水電解：堿性電解技術(shù)是目前進(jìn)展最成熟的電解水技術(shù)。堿性電解水制氫的根本原理：在電流作用下，水通過電化學(xué)反響分解為氫氣和氧氣，并在電解池的陰極和陽極析出。堿性電解水制氫設(shè)備系統(tǒng)相對簡潔，主要包括電解槽、壓力調(diào)整閥、堿液過濾器、堿液循環(huán)泵、堿液制備及貯存裝置、氫氣純扮裝置以及氣體檢測裝置等模塊組成。堿性水電解制氫技術(shù)成熟，投資、運(yùn)行本錢低，但存在堿液流失、腐蝕、能耗高、占地面積大等問題。圖25：堿性水電解制氫的原理 圖26：堿性水電解的工藝流程資料來源：曹軍文等《中國制氫技術(shù)的進(jìn)呈現(xiàn)狀，德邦爭論所 資料來源：IRENA,Greenhydrogencostreduction:Scalingupelectrolyserstomeetthe1.5°Cclimategoal，德邦爭論所PEM電解：PEM電解技術(shù)目前處于市場化早期，其主要部件包括具有質(zhì)子交換力氣的聚合物薄膜和分別與電解質(zhì)薄膜兩側(cè)嚴(yán)密連接的陰陽極催化層。和堿性電解水制氫技術(shù)不同，PEM電解制氫技術(shù)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堿性電解質(zhì)，并使用純水作為電解水制氫的原料，避開了潛在PEM的工作原理：水在陽極催化分解為氧氣和穿過電解質(zhì)隔膜到達(dá)陰極，并在陰極得電子生成氫氣，反響后的氫氣和氧氣通過陰陽極的雙極板收集并輸送。PEM系統(tǒng)比堿性系統(tǒng)簡潔得多。通常在陽極〔氧氣〕側(cè)，需要循環(huán)泵熱交換器、壓力把握及監(jiān)測器。在陰極側(cè)，需要安裝氣體分別器、除氧組件〔通常不需要差壓、氣體枯燥器和終端壓縮機(jī)。圖27：PEM電解水制氫的原理 圖28：PEM電解的工藝流程資料來源：曹軍文等《中國制氫技術(shù)的進(jìn)呈現(xiàn)狀，德邦爭論所 資料來源：IRENA,Greenhydrogencostreduction:Scalingupelectrolyserstomeetthe1.5°Cclimategoal，德邦爭論所依據(jù)IRENA公布的《綠氫降本路徑：擴(kuò)大電解槽規(guī)模實(shí)現(xiàn)1.5°C氣候目標(biāo)》PEM電解水制氫技術(shù)具有電流密度大、氫氣純度PEM電解槽電流密度更大，工作效率高：PEM電解槽的電流密度通10000A/m2以上，遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)堿性電解槽3000-4000A/m2的電流密度。PEM電解槽產(chǎn)氫純度更高：PEM電解槽的產(chǎn)氫純度通常在99.99%左右。且質(zhì)子交換膜的氣體滲透率低，有助于避開氫氣和氧氣的氣體穿插滲透現(xiàn)象，保證了設(shè)備運(yùn)行的安全性。堿性電解水響應(yīng)速度慢：堿性電解質(zhì)〔如KOH〕會與空氣中的CO2反響，形成在堿性條件下不溶于水的碳酸鹽，如K2CO3，阻礙產(chǎn)物和反響物的傳遞，降低電解槽的性能。堿性電解槽難以快速啟停：堿性電解槽難以快速的關(guān)閉或者啟動，制氫的速度也難以快速調(diào)整，由于必需時刻保持電解池的陽極和陰極兩側(cè)上的壓力均衡。所以，堿性液體電解質(zhì)電解槽難以與具有快速波動特性的可再生能源協(xié)作。PEMPEM電解無法離開貴金屬催化劑，對銥、鉑、鈦等貴金屬依靠性高，高本錢阻礙PEM的產(chǎn)業(yè)化。綜合來看，我們認(rèn)為PEM電解具有效率高、氣體純度高、綠色環(huán)保、無堿液、體積小、安全、產(chǎn)氣壓力高、與可再生能源具有良好的匹配性，在性能上整體優(yōu)于堿性水電解；但PEM電解槽價格遠(yuǎn)高于堿性電解槽，我國堿性電解槽根本實(shí)現(xiàn)2023-3000元/KWPEM電解槽關(guān)鍵材料與技術(shù)依靠進(jìn)口，價格在7000-12023元/KWPEM電解槽單槽最大制氫規(guī)模大約在200Nm3/h，且無大規(guī)模制氫應(yīng)用案例，而堿性電解槽單槽產(chǎn)能已到達(dá)1000Nm3/h，國內(nèi)已有兆瓦級制氫應(yīng)用，規(guī)?；瘧?yīng)用使得堿性電解在設(shè)備折舊、土地折舊及運(yùn)維本錢上都遠(yuǎn)低于PEM電解。表6：電解水制氫技術(shù)和特性比較特性堿性水電解(AWE)質(zhì)子交換膜電解(PEM)進(jìn)展?fàn)顩r商用化市場化早期電解效率(%),LHV52~6756~68工作溫度(°C)70~9050~80工作壓力〔bar，1bar=105Pa〕<30<70電解質(zhì)20%~30%KOH或NaOHPEM(Nafion)電極/催化劑〔O側(cè)〕鍍鎳多孔不銹鋼Ir氧化物電極/催化劑〔H側(cè)〕鍍鎳多孔不銹鋼碳黑@Pt納米顆粒電流密度(A/cm2)0.2~0.81.5~3本錢CAPEX〔系統(tǒng)〕〔USD/kW〕6001000規(guī)模1000m3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))單堆100m3/h(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))電堆壽命(h)5000060000能耗(kWh/kg)50~7850~83負(fù)載波動范圍15%~110%0~160%啟動時間1~10min1s~5min上下波動0.2%~20%(每秒)100%(每秒)停機(jī)1~10min氫氧側(cè)等壓設(shè)計(jì)，系統(tǒng)組成和操作復(fù)數(shù)秒氫氧側(cè)可壓差設(shè)計(jì);系統(tǒng)組統(tǒng) 氫氧兩側(cè)物理隔離,便于通過電解槽集成,可集成10~100MW的超大規(guī)模系統(tǒng)本錢高(質(zhì)子交換膜、鉑和銥等金屬催化劑)、無污最為成熟、大規(guī)模生產(chǎn)、商業(yè)化程度染、產(chǎn)業(yè)化程度低;電流密特點(diǎn) 高、無貴金屬催化劑、本錢低;有毒污染度大、系統(tǒng)響應(yīng)快,負(fù)荷波大、純度低、體積大,工作壓力不夠高動范圍寬;效率高,氣體純度高;體積小;性價比提升空間大資料來源：李星國《氫氣制備和儲運(yùn)的狀況與進(jìn)展多因素驅(qū)動綠氫降本電力價格打算電解水制氫的經(jīng)濟(jì)性綠氫制備本錢大頭在電力本錢上。依據(jù)中國產(chǎn)業(yè)進(jìn)展促進(jìn)會氫能分會測算，以1000Nm3H2/hPEM20年，運(yùn)9萬小時，固定本錢涵蓋電解槽設(shè)備、氫氣純扮裝置、材料費(fèi)、安裝效勞費(fèi)0.3元/kWhPEM電解工程的平準(zhǔn)制氫本錢17.71元/kg23.3元/kg，其中，電價分別占據(jù)80%60%。圖29：堿性電解制氫本錢構(gòu)成維護(hù)本錢,

圖30：PEM電解制氫本錢構(gòu)成維護(hù)本錢,

固定本錢,水本錢,6%3%

固定本錢,11%

14%水本錢,2%

24%電力本錢,80%

電力本錢,60%固定本錢 電力本錢 水本錢 維護(hù)本錢 固定本錢 電力本錢 水本錢 維護(hù)本錢資料來源：中國產(chǎn)業(yè)進(jìn)展促進(jìn)會氫能分會，德邦爭論所 資料來源：中國產(chǎn)業(yè)進(jìn)展促進(jìn)會氫能分會，德邦爭論所依據(jù)電能來源的不同，可將可再生能源制氫技術(shù)分為并網(wǎng)型制氫、離網(wǎng)型制氫兩種。并網(wǎng)制氫是將風(fēng)光機(jī)組產(chǎn)生的電能并入電網(wǎng)，再從電網(wǎng)取電的制氫方式，主要應(yīng)用于大規(guī)模棄光棄風(fēng)消納和儲能；離網(wǎng)制氫是指將風(fēng)光機(jī)組產(chǎn)生的電能直接供給應(yīng)電解水制氫設(shè)備制氫，主要應(yīng)用于分布式制氫。表7：并網(wǎng)制氫和離網(wǎng)制氫的優(yōu)缺點(diǎn)比較并網(wǎng)制氫 離網(wǎng)制氫可以獲得較低的電力價格，顯著降低制氫本錢。離網(wǎng)制氫系統(tǒng)系統(tǒng)本錢上相較于并網(wǎng)制氫可削減約40%。此外，離網(wǎng)制氫無優(yōu)點(diǎn) 有電網(wǎng)作為穩(wěn)定能源支撐且各主要需經(jīng)過光伏入網(wǎng)審批，可大幅縮短建設(shè)周期，規(guī)模和容量的設(shè)設(shè)備成熟，電壓穩(wěn)定。 置也更為靈敏。在大電網(wǎng)未掩蓋地區(qū)，如海上能源平臺、偏遠(yuǎn)地區(qū)大路加油站、遠(yuǎn)海島嶼等，離網(wǎng)式制氫系統(tǒng)可通過熱、電、氣多能聯(lián)合供給的方式有效緩解能源短缺。由于系統(tǒng)內(nèi)電能需要經(jīng)過逆變、升缺點(diǎn) 壓、整流屢次變換，導(dǎo)致?lián)p耗較電解制氫設(shè)備需要依據(jù)可再生能源的波動性快速啟停，目前堿大，最終電能利用效率偏低，或許 性電解槽的工作負(fù)荷還不能完全適應(yīng)。資料來源：國際能源小數(shù)據(jù)，楊子龍等《離網(wǎng)式光伏電解制氫系統(tǒng)供電單元設(shè)計(jì)技術(shù)探討》，德邦爭論所光伏制氫估量將成為可再生能源制氫的最主要形式。得益于西北地區(qū)豐富的日照資源，近期多個光伏制氫工程于西北地區(qū)落地。2023年11月，宣布我國首個萬噸級光伏綠氫示范工程――疆庫車綠氫示范工程啟動建設(shè)，這是全球在建的最大光伏綠氫生產(chǎn)工程，投產(chǎn)后年產(chǎn)綠氫可達(dá)2萬噸。2023年8 月，三峽集團(tuán)首個制氫工程——內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂爾多斯市準(zhǔn)格爾旗納日松光伏制氫產(chǎn)業(yè)示范工程正式開工建設(shè)。工程包括光伏電站及制氫廠兩局部，其中光伏電站總裝機(jī)規(guī)模為400兆瓦，年平均發(fā)電量為7.4億千瓦時；制氫廠總裝機(jī)規(guī)模為75兆瓦，每年可生產(chǎn)氫氣約1萬噸，副產(chǎn)氧氣8.5萬噸。工程估量于年內(nèi)實(shí)現(xiàn)電站并網(wǎng)及氫能產(chǎn)出。建成后，工程總發(fā)電量的 20%將直接輸送至當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)，剩余80%則全部用于電解水制氫。將來隨著光伏發(fā)電本錢的逐步降低，綠氫制備將愈發(fā)平價。堿性電解水制氫降本測算當(dāng)電價為0.4元/KWh時，堿性電解水制氫本錢約30元/kg。測算假設(shè)如下：制氫規(guī)模：1000Nm3/h堿性電解槽，每年工作時間2023h，每年制投資本錢：設(shè)備本錢850萬元，折舊期為10年，承受直線折舊，無殘值；土地費(fèi)用、土建和設(shè)備安裝費(fèi)用150萬元，折舊期為20年；原料本錢：每1m3氫氣消耗原料水1kg，冷卻水1kg3.5元/t；1m30.0004kgKOH，KOH10元0.001KWh0.2元/度；0.4元/KWh1m35KWh；人工和維護(hù)本錢：每年40萬元。0.4元/KWh29.92元/kg。表8：堿性電解水制氫本錢測算本錢項(xiàng)本錢〔元/Nm3〕本錢〔元/kg〕折舊本錢0.465.15原料本錢0.0070.08關(guān)心材料本錢0.00420.05電耗本錢222.40人工運(yùn)維本錢0.22.24總制氫本錢2.6729.92資料來源：張軒等《電解水制氫本錢分析》，《氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)展報告2023》，德邦爭論所測算電價降低、電解槽工作時間延長可顯著降低制氫本錢。通過對制氫本錢的拆解可知，堿性電解水制氫本錢主要來自電耗本錢和折舊本錢。隨著電價的降低，電解制氫本錢也隨之降低，同時電力本錢的占比也同步降低。電力本錢每下降0.1元/kWh，氫氣本錢平均下降5.6元/kg。另隨著電解槽每年工作時間的延長，由于單位氫氣固定本錢的降低，制氫本錢隨之下降，從2023h8000h后，單30%以上。圖31：堿性電解制氫在不同電價下的制氫本錢〔橫坐標(biāo)為電價，單位：元/KWh〕35.5238.3235.5238.3241.1227.1229.9232.7218.7221.5224.3213.12 15.9240.00 4035.00 3530.00 3025.00 2520.00 2015.00 1510.00 105.00 50.00 00.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6電耗本錢〔元/kg〕

折舊本錢〔元/kg〕

原料本錢〔元/kg〕總制氫本錢〔元/kg〕資料來源：張軒等《電解水制氫本錢分析》，《氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)展報告2023》，德邦爭論所測算圖32：不同條件下制氫本錢與電解槽工作時間的關(guān)系〔橫坐標(biāo)表示電解槽年工作時間，單位：h；縱坐標(biāo)表示制氫本錢，單位：元/kg〕35.0035.0030.0025.0029.9024.3018.7027.4421.8426.2120.6125.5419.9424.9819.3824.6419.0424.4218.8220.0015.0016.2415.0114.3413.7813.4413.2210.005.000.0014.7812.3211.0910.429.869.529.302023 3000 4000 5000 60000.13元/KWh 0.2元/KWh 0.3元/KWh70000.4元/KWh8000資料來源：張軒等《電解水制氫本錢分析》，德邦爭論所我們估量2035年、2050年，堿性電解水制氫本錢分別約到達(dá)15元/kg和10元/kg。測算假設(shè)如下：電價假設(shè)：依據(jù)國家發(fā)改委的《中國2050年光伏進(jìn)展展望(2023)》2035205050%70%0.2元/kWh0.13元/kWh。堿性電解系統(tǒng)設(shè)備價格：當(dāng)前堿性電解系統(tǒng)設(shè)備價格約在2023元/KW左右，依據(jù)《中國氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)展報告》報告的推想，2035年、20501125元/KW、800元/KW，降幅分別到達(dá)43.75%、60%。系統(tǒng)年工作時間：堿性電解槽工作時間的提升依靠于技術(shù)的進(jìn)步，2035年、2050年的工作時間分別到達(dá)4000h/年、5000h/年。人工和維護(hù)本錢：保持不變原料及關(guān)心材料本錢：保持不變2035年、2050年，堿性電解水制氫本錢分別為15.01元/kg、10.47元/kg。其中電耗本錢分別為11.2元/kg、7.28元/kg；折舊本錢分別為1.45元/kg、0.82元/kg。圖33：堿性電解水制氫本錢推想〔制取每公斤氫氣本錢〕35.0030.0025.0020.0015.00

22.4010.005.000.00

5.152023折舊本錢〔元/kg〕〕電耗本錢〔元/kg〕

11.201.452035E原料本錢〔元/kg〕人工運(yùn)維本錢〔元/kg〕

7.280.822050E關(guān)心材料本錢〔元/kg資料來源：國家發(fā)改委2023PEM制氫降本測算當(dāng)電價為0.4元/KWh時，PEM電解水制氫本錢約40元/kg。測算假設(shè)如下：制氫規(guī)模：1000Nm3/hPEM電解槽，每年工作時間2023h，每年制200Nm2；投資本錢：設(shè)備本錢3000萬元，折舊期為10年，承受直線折舊，無殘值；土地費(fèi)用、土建和設(shè)備安裝費(fèi)用200萬元，折舊期為20年；原料本錢：每1m3氫氣消耗原料水1kg，冷卻水1kg3.5元/t；關(guān)心材料本錢：冷卻0.001KWh，冷卻費(fèi)0.2元/度；0.4元/KWh1m34.5KWh；人工和維護(hù)本錢：每年40萬元。0.4元/KWh時，PEM39.84元/kg。本錢項(xiàng)本錢〔元/Nm3〕本錢〔元/kg〕本錢項(xiàng)本錢〔元/Nm3〕本錢〔元/kg〕原料本錢0.007原料本錢0.0070.08

1.55

17.36電耗本錢1.8電耗本錢1.820.16

0.0002

0.002總制氫本錢3.56總制氫本錢3.5639.84

0.2

2.24資料來源：張軒等《電解水制氫本錢分析》《氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)展報告2023》德邦爭論所測算僅電價下降的PEM電解制氫仍不具備經(jīng)濟(jì)性。在其他條件不變的前提下，即使電價到達(dá)0.1元/KWh，PEM電解制氫本錢仍接近25元，照舊是最不具備經(jīng)濟(jì)性的制氫方式。PEM大規(guī)模推廣的前提是降低PEM設(shè)備的生產(chǎn)本錢。圖34：PEM電解制氫在不同電價下的制氫本錢〔橫坐標(biāo)為電價，單位：元/KWh〕44.8847.4044.8847.4049.9237.3239.8442.3632.28 34.8024.7227.2429.7650.00 5040.00 4030.00 3020.00 2010.00 100.00 00.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6電耗本錢〔元/kg〕

折舊本錢〔元/kg〕

原料本錢〔元/kg〕總制氫本錢〔元/kg〕資料來源：張軒等《電解水制氫本錢分析》，《氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)展報告2023》，德邦爭論所測算2035年、2050年，PEM16元/kg10元/kg。測算假設(shè)如下：電價假設(shè)：參考堿性電解電價假設(shè)。PEM電解系統(tǒng)設(shè)備價格：當(dāng)前PEM電解系統(tǒng)設(shè)備價格約在9500元/KW左右，依據(jù)《中國氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)展報告》報告的推想，2035年、2050年價格估量分別為4125元/KW、1400元/KW。系統(tǒng)年工作時間：估量到2050年，PEM電解槽工作時間將20%2035年、2050年的工作時4000h/年、6000h/年。人工和維護(hù)本錢：保持不變。原料及關(guān)心材料本錢：保持不變。20.1617.3610.086.55圖35：PEM20.1617.3610.086.5545.0040.0035.0030.0025.0020.0015.0010.005.000.003.770.8520232035E2050E折舊本錢〔元/kg〕〕電耗本錢〔元/kg〕原料本錢〔元/kg〕人工運(yùn)維本錢〔元/kg〕關(guān)心材料本錢〔元/kg資料來源：國家發(fā)改委，張軒等《電解水制氫本錢分析2023》，德邦爭論所測算2035年、2050年，PEM16.21元/kg、9.77元/kg。其中電耗本錢分別為10.08元/kg、6.55元/kg；折舊本錢分別為3.77元/kg、0.85元/kg。2035年左右，PEM電解本錢將與堿性電解持平。電解槽及關(guān)鍵材料的投資時機(jī)電解槽設(shè)備整體市場空間測算電解水制氫系統(tǒng)市場規(guī)模：依據(jù)《中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書〔2023年版203035002050年將接近6000萬噸。且電解水制氫將逐步成為我國氫能供給的主體，在氫能供給構(gòu)造占比將在2040、2050年分別到達(dá)45%、70%2050年將到達(dá)500GW，市場規(guī)模突破7000億元。堿性電解槽市場占比估量將在較長時間占據(jù)主導(dǎo)地位，將來隨著PEMPEM電解槽市場份額有望接近堿性電解槽。表10：電解槽系統(tǒng)市場規(guī)模推想電解水制氫占比2025E3%2030E10%2040E45%2050E70%電解槽系統(tǒng)裝機(jī)量〔GW〕1035200500電解系統(tǒng)市場規(guī)模〔億元〕800202360007000堿性電解槽市場占比 95%90%80%60%PEM電解槽市場占比5%10%20%40%堿性電解槽系統(tǒng)設(shè)備價格〔元/KW〕1250-20231000-1500800-1200600-1000PEM電解槽系統(tǒng)設(shè)備價格〔元/KW〕6000-120233000-80001500-4000800-2023資料來源：《中國氫能產(chǎn)業(yè)進(jìn)展報告2023》，德邦爭論所電解槽關(guān)鍵材料及重點(diǎn)技術(shù)方向?qū)τ趬A性電解槽而言，設(shè)備本錢主要由電極、膜片等核心部件的本錢驅(qū)動。在堿性電解槽電解電堆的本錢組成中，超過50%的本錢與電極和膜片有關(guān)。堿性電解制氫系統(tǒng)的輔機(jī)局部，堿液循環(huán)以及氫氣后處理對本錢降低較為重要。對于PEM電解槽而言，電解電堆設(shè)備本錢主要由雙極板等核心部件的本錢驅(qū)動。在PEM電解槽電解電堆中雙極板本錢占比約53%，雙極板占PEM電解系1/4AuPt涂層。目前正在爭論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，同時降低本錢。稀有金屬IrIr在整個PEM電解系統(tǒng)中本錢占比不到10%，但由于供給嚴(yán)峻缺乏，可能成為后期PEM電解槽生產(chǎn)的瓶頸。圖36：堿性電解槽本錢組成 圖37：PEM電解槽本錢組成資料來源：IRENA,Greenhydrogencostreduction:Scalingupelectrolyserstomeetthe1.5°Cclimategoal，德邦爭論所

資料來源：IRENA,Greenhydrogencostreduction:Scalingupelectrolyserstomeetthe1.5°Cclimategoal，德邦爭論所電解槽將來有著較大的降本和技術(shù)提高空間。對于堿性電解槽，重點(diǎn)在于〔〕增加電流密度，增加工作效率〕快速啟停、快速響應(yīng)負(fù)荷。對于