摘要:水電解制氫是一種較為方便的制取氫氣的方法。在充滿電解液的電解槽中通入直流電,水分子在電極上發(fā)生電化學反應,分解成氫氣和氧氣。近年來,隨著全球?qū)G色能源的需求增加,電解水制氫技術得到了廣泛關注和應用。在中國,由于“雙碳”目標的推動,電解水制氫技術備受矚目,傳統(tǒng)企業(yè)擴產(chǎn),新興企業(yè)入局,外資加速布局中國市場。但由于電解水制氫行業(yè)還處于發(fā)展階段,已建成的項目數(shù)量較少。據(jù)統(tǒng)計,截至2023年10月31日,僅有少部分電解水制氫項目已建成,已建成項目合計年制氫量約5萬噸,僅僅占比1%;在建產(chǎn)能67萬噸,占比17%;仍處于規(guī)劃的產(chǎn)能為333萬噸,占比82%??紤]到國家和各省份(自治區(qū))產(chǎn)能規(guī)劃的進度,預計未來兩年電解水制氫項目將迎來開工潮。
一、定義及分類
水電解制氫是一種較為方便的制取氫氣的方法。在充滿電解液的電解槽中通入直流電,水分子在電極上發(fā)生電化學反應,分解成氫氣和氧氣。按照工作原理和電解質(zhì)的不同,電解水制氫技術可分為4種,分別是堿性電解水技術(ALK)、質(zhì)子交換膜電解水技術(PEM)、高溫固體氧化物電解水技術(SOEC)和固體聚合物陰離子交換膜電解水技術(AEM)。其中堿性電解水技術是最早工業(yè)化的水電解技術,已有數(shù)十年的應用經(jīng)驗,最為成熟;質(zhì)子交換膜電解水近年來產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速;高溫固體氧化物電解水技術處于初步示范階段,而固體聚合物陰離子交換膜電解水技術才剛剛起步。
二、行業(yè)政策
1、主管部門和監(jiān)管體制
電解水制氫行業(yè)行政主管部門包括國家發(fā)展和改革委員會、國家工業(yè)和信息化部、國家能源局等。國家發(fā)展改革委員會主要負責研究制定產(chǎn)業(yè)政策和產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃、促進行業(yè)體制改革、促進行業(yè)技術發(fā)展等宏觀管理。國家工業(yè)和信息化部主要負責研究提出工業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略、擬訂工業(yè)行業(yè)規(guī)劃和產(chǎn)業(yè)政策并組織實施、指導工業(yè)行業(yè)技術法規(guī)和行業(yè)標準的擬訂等宏觀管理。國家能源局組織推進能源重大設備研發(fā)及其相關重大科研項目,指導能源科技進步、成套設備的引進消化創(chuàng)新,組織協(xié)調(diào)相關重大示范工程和推廣應用氫能相關的新產(chǎn)品、新技術、新設備。
行業(yè)的自律組織為中國產(chǎn)業(yè)發(fā)展促進會氫能分會,其對行業(yè)進行技術標準、行業(yè)推廣等方面的管理,同時負責電解水制氫行業(yè)產(chǎn)業(yè)及市場研究、向政府部門提出產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議、推動行業(yè)對外交流等工作。
2、行業(yè)相關政策
電解水制氫作為一種清潔能源生產(chǎn)方式,對于促進能源結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和環(huán)境保護具有重要意義。近年來,我國政府出臺了針對電解水制氫的利好政策,如《產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整指導目錄(2024 年本)》《2024年國家標準立項指南》《<國家工業(yè)節(jié)能降碳技術應用指南與案例(2024年版)>之十:氫能制取及利用技術》等。此外,各地方政府也積極響應號召,積極推出相關舉措,如2024年6月內(nèi)蒙古自治區(qū)人民政府辦公廳發(fā)布《關于進一步加快推動氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的通知》,其中提出打造氫能“制儲運加”產(chǎn)業(yè)集群,開展電解水制氫裝備、液氫儲運裝備、輸氫管道、加氫裝備和氫燃氣輪機等研發(fā)應用。
三、發(fā)展歷程
中國的電解水制氫產(chǎn)業(yè)自20世紀50年代從前蘇聯(lián)援助項目中引進,可分為三個階段:在1950-1989年的萌芽期,中國利用軍工技術研發(fā)出加壓水電解制氫裝置,隨著市場經(jīng)濟發(fā)展,電解槽從軍用轉(zhuǎn)向民用,應用于浮法玻璃、電子、鋼鐵還原劑等領域;在1990-2019年的啟動期,中國加壓電解槽的制氫規(guī)模得到提升,國產(chǎn)設備基本取代進口設備,并出口進入國際市場,同時“718大裂變”促進了電解水制氫設備企業(yè)的市場化進程;在2020年至今的高速發(fā)展期,“雙碳”目標驅(qū)動眾多行業(yè)聚焦綠色低碳技術,電解水制氫技術備受矚目,傳統(tǒng)企業(yè)擴產(chǎn),新興企業(yè)入局,外資加速布局中國市場,電解槽新品頻出,仍以堿性電解槽為主。
行業(yè)壁壘
1、技術壁壘
電解水制氫技術涉及電解水制氫原理的理解和應用,包括傳統(tǒng)堿性電解、陰離子交換膜電解、質(zhì)子交換膜電解和高溫固體氧化物電解等多種技術路線。每種技術路線都有其特定的技術要求和挑戰(zhàn),如設備制造、工藝控制等,這要求企業(yè)具備較高的技術研發(fā)能力和專業(yè)知識。此外,電解水制氫設備的制造需要高精度的加工技術和專業(yè)的材料科學知識,這些都是形成技術壁壘的重要因素?。
2、資金壁壘
電解水制氫項目的建設和運營需要大量的資金投入,包括設備采購、場地建設、研發(fā)費用等。尤其是對于大規(guī)模的電解水制氫項目,資金需求更為龐大。因此,對于新進入該行業(yè)的企業(yè)來說,需要充分考慮自身的資金實力和融資能力,并做好資金規(guī)劃和管理,以確保企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
3、市場準入壁壘
電解水制氫行業(yè)的市場準入涉及到政策法規(guī)、環(huán)保要求、安全標準等多個方面。企業(yè)需要滿足一系列的資質(zhì)認證和許可要求,才能進入市場。此外,由于電解水制氫設備通常用于大型工業(yè)項目,因此還需要與下游企業(yè)建立合作關系,這增加了市場準入的難度?。因此,對于新進入者來說,電解水制氫行業(yè)具有較高的市場準入壁壘。
五、產(chǎn)業(yè)鏈
1、行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈分析
從行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈來看,電解水制氫行業(yè)上游主要包括能源電力、電解水設備原材料,其中能源電力包括風電、光伏發(fā)電等;電解水制氫設備原材料包括電解槽隔膜、電解液等。中游為電解水制氫行業(yè),是整個產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)。下游是指氫能儲運及電解水制氫的應用領域,包括主要包括燃料電池、工業(yè)應用、發(fā)電等應用領域。


























2、行業(yè)領先企業(yè)分析
(1)陽光電源股份有限公司
陽光電源是一家專注于太陽能、風能、儲能、電動汽車等新能源電源設備的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售和服務的國家重點高新技術企業(yè)。主要產(chǎn)品有光伏逆變器、風電變流器、儲能系統(tǒng)、新能源汽車驅(qū)動系統(tǒng)、水面光伏系統(tǒng)、智慧能源運維服務等,并致力于提供全球一流的清潔能源全生命周期解決方案。
作為國內(nèi)最早布局氫能領域的新能源企業(yè),陽光氫能致力于提供“高效、智慧、安全”的可再生能源柔性制氫系統(tǒng)及解決方案,擁有PWM制氫電源、ALK和PEM電解槽、氣液分離與純化設備、智慧氫能管理系統(tǒng)等一體化系統(tǒng)設備的研發(fā)制造和交付能力,并開發(fā)了離網(wǎng)、并網(wǎng)、微網(wǎng)多模式下制氫系統(tǒng)解決方案。2024年以來,公司穩(wěn)定保障多個項目同時交付,進一步縮短交付周期,同時深度拓展海外市場,積極與全球客戶開展合作,為公司業(yè)績增長做出重要貢獻。2024年上半年,公司實現(xiàn)營業(yè)收入310.20億元,同比上升8.38%;歸母凈利潤為49.59億元,同比上升13.89%。
(2)隆基綠能科技股份有限公司
隆基綠能是一家致力于成為全球最具價值的太陽能科技公司,以“善用太陽光芒,創(chuàng)造綠能世界”為使命,秉承“穩(wěn)健可靠、科技引領”的品牌定位,聚焦科技創(chuàng)新,構(gòu)建單晶硅片、電池組件、工商業(yè)分布式解決方案、綠色能源解決方案、氫能裝備五大業(yè)務板塊,形成支撐全球零碳發(fā)展的“綠電”+“綠氫”產(chǎn)品和解決方案。在氫能裝備方面,公司于2018年起對氫能產(chǎn)業(yè)鏈進行戰(zhàn)略研究;2021年3月成立控股子公司隆基氫能,聚焦電解水制氫設備和可再生能源制氫系統(tǒng)解決方案;2023年2月開發(fā)堿性電解水制氫設備,并在氫能裝備領域取得了顯著成就。這在一定程度上推動公司業(yè)績增長。據(jù)統(tǒng)計,2019-2022年公司營業(yè)收入及歸母凈利潤保持上升趨勢,2023年營業(yè)收入微增0.39%至1294.98億元;歸母凈利潤卻同比下降27.41%至107.51億元,整體處于增收不增利的狀態(tài)。但到了2024年上半年公司營業(yè)收入及歸母凈利潤均處于下降趨勢,分別同比下降40.41%、157.13%。這主要受光伏各環(huán)節(jié)產(chǎn)品價格下降所致。
六、行業(yè)現(xiàn)狀
近年來,隨著全球?qū)G色能源的需求增加,電解水制氫技術得到了廣泛關注和應用。在中國,由于“雙碳”目標的推動,電解水制氫技術備受矚目,傳統(tǒng)企業(yè)擴產(chǎn),新興企業(yè)入局,外資加速布局中國市場。但由于電解水制氫行業(yè)還處于發(fā)展階段,已建成的項目數(shù)量較少。據(jù)統(tǒng)計,截至2023年10月31日,僅有少部分電解水制氫項目已建成,已建成項目合計年制氫量約5萬噸,僅僅占比1%;在建產(chǎn)能67萬噸,占比17%;仍處于規(guī)劃的產(chǎn)能為333萬噸,占比82%??紤]到國家和各省份(自治區(qū))產(chǎn)能規(guī)劃的進度,預計未來兩年電解水制氫項目將迎來開工潮。
七、發(fā)展因素
1、有利因素
(1)氫能需求增加為電解水制氫帶來廣闊的發(fā)展空間
隨著全球?qū)夂蜃兓年P注加深,各國紛紛提出低碳、零碳發(fā)展目標。氫能作為一種清潔、高效的能源載體,在減少溫室氣體排放、實現(xiàn)碳中和目標方面具有重要意義。近年來,國家積極推動氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展,包括財政補貼、稅收優(yōu)惠、研發(fā)支持等。而電解水制氫作為氫能產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,其市場需求隨著氫能應用場景的增加而增加?,未來發(fā)展空間巨大。
(2)技術水平不斷提高
隨著技術的不斷進步,電解水制氫的技術水平得到了顯著提升。例如,電解槽是電解水制氫的核心設備,其設計和材料的選擇直接影響制氫效率。隨著材料科學的發(fā)展,新型的電極材料如貴金屬催化劑、碳基材料、過渡金屬氧化物等被應用于電解槽中,這些材料具有更高的催化活性和穩(wěn)定性,能夠降低電解過程中的能耗,提高電流密度和制氫效率??。
(3)應用領域不斷拓展
電解水制氫的應用領域不斷拓展,從傳統(tǒng)的工業(yè)合成氨、合成甲醇、煉油等,到未來的交通、電力、建筑等領域。特別是在交通領域,氫能汽車、氫能船舶等新型交通工具的研發(fā)和推廣,帶動了氫能需求的快速增長。電解水制氫作為氫能生產(chǎn)的重要方式之一,市場需求也隨之增加。
2、不利因素
(1)生產(chǎn)成本高企
盡管電解水制氫技術不斷進步,但目前的生產(chǎn)成本仍較高。電解水制氫的主要成本包括電力成本和設備投資,其中電力成本通常占總成本的70%以上,這主要是因為電解水制氫是一個高能耗的過程,每生產(chǎn)一定量的氫氣都需要消耗大量的電能;而設備投資也占據(jù)較高的比重,不僅包括初始投資成本,還涉及到后續(xù)的折舊和維護費用。雖然可再生能源價格逐漸下降,但電解槽和相關設備的成本仍然較高。高昂的生產(chǎn)成本是電解水制氫技術廣泛應用的一大障礙。
(2)能源供應的穩(wěn)定性
電解水制氫依賴于穩(wěn)定的電力供應。雖然可再生能源在增長,但其間歇性和不穩(wěn)定性可能會導致電解過程中的電壓和電流波動,進而影響氫氣的產(chǎn)量和質(zhì)量。因此,如何保障電力供應的穩(wěn)定性并有效管理能源波動,是電解水制氫行業(yè)需要解決的重要問題。
(3)存儲和運輸氫氣的問題
氫氣的密度低,需要在高壓或低溫的條件下存儲和運輸,這無疑增加了其應用的難度和成本。雖然研究人員已經(jīng)開發(fā)出了許多種高效的儲氫材料和技術,但在實際應用中,仍然面臨許多問題,如安全問題是儲氫技術在實際應用中面臨的首要挑戰(zhàn)。由于氫氣具有易燃易爆的特性,一旦在存儲、運輸或使用過程中出現(xiàn)泄漏,就可能引發(fā)嚴重的安全事故。
八、競爭格局
從企業(yè)競爭格局來看,電解水制氫行業(yè)市場集中度較高,根據(jù)數(shù)據(jù),2023年國內(nèi)電解水制氫行業(yè)CR3(即市場份額前三名的企業(yè)合計占比)達到了72%,表明行業(yè)內(nèi)少數(shù)幾家企業(yè)占據(jù)了大部分市場份額。目前,電解水制氫行業(yè)正處于發(fā)展階段,市場競爭激烈但尚未達到白熱化階段。隨著技術的不斷進步和成本的逐步降低,未來將有更多企業(yè)進入該領域,市場競爭將進一步加劇。目前,行業(yè)內(nèi)相關企業(yè)包括陽光電源、隆基綠能、寶豐能源、新天綠能、華光環(huán)能等。
九、發(fā)展趨勢
未來,電解水制氫行業(yè)市場需求將持續(xù)增長,這主要得益于“碳達峰、碳中和”目標的提出,氫能在工業(yè)、交通、儲能等領域的應用前景廣闊,電解水制氫行業(yè)的需求量將不斷增加。同時,質(zhì)子交換膜電解水制氫(PEM)技術因其高電流密度、快速響應和與可再生能源的良好適配性,被認為具有更大的發(fā)展?jié)摿ΑkS著PEM電解槽核心組件和關鍵技術的不斷進步,其成本將逐步降低,市場份額將逐漸提高。此外,電解水制氫項目逐漸大型化也是未來發(fā)展重要方向。隨著氫能逐漸成為各地產(chǎn)業(yè)布局的新亮點,作為氫能產(chǎn)業(yè)源頭,上游制氫環(huán)節(jié)成為各方參與者角逐的重要戰(zhàn)場,未來,電解水制氫項目將大規(guī)模上馬,并逐漸大型化發(fā)展。
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