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a 有氢能：绿氢降本路线清晰，电解槽市场空间广阔行业深度报告武 浩 电 新 行 业 首 席 分 析 师 黄 楷 电 新 行 业 分 析 师S 1 5 0 0 5 2 0 0 9 0 0 0 1 S 1 5 0 0 5 2 2 0 8 0 0 0 10 1 0-8 3 3 2 6 7 1 1 1 8 3 0 1 7 5 9 2 1 6w u h a o c i n d a s c.c o m h u a n g k a i c i n d a s c.c o m请阅读最后一页免责声明及信息披露 h t t p:/W W W.c i n d a s c.c o m 2证 券 研 究 报 告行 业 研 究 T a b l e _ R e p o r t T y p e 行 业 深 度 报 告 T a b l e _ S t o c k A n d R a n k 电力 设备 与新能 源投 资 评 级 看 好上 次 评 级 看 好武浩 电新行业首席分析师执业编号：S 1 5 0 0 5 2 0 0 9 0 0 0 1联系电话：0 1 0-8 3 3 2 6 7 1 1邮箱：w u h a o c i n d a s c.c o m黄楷 电新行业分析师执业编号：S 1 5 0 0 5 2 2 0 8 0 0 0 1邮箱：h u a n g k a i c i n d a s c.c o m信达证券股份有限公司C I N D A S E C U R I T I E S C O.,L T D北 京 市 西 城 区 闹 市 口 大 街 9 号 院 1 号楼邮编：1 0 0 0 3 1氢 能：绿氢 降 本路 线清 晰，电 解槽 市场 空 间广 阔2 0 2 4 年 0 2 月 0 8 日本期 内容 提要:发 展 氢 能 是 实 现 国 家 双 碳 目 标、构 建 新 型 能 源 体 系 的 重 要 措 施。氢 能 来源 广 泛，具 有 能 量 密 度 高、清 洁 无 污 染、灵 活 高 效、应 用 场 景 广 泛、储 运 方式 多 样 等 优 点，被 称 为 是 二 十 一 世 纪 的“终 极 能 源”。2 0 1 6 年 中 国 加 入 了 巴 黎 气 候 协 定，2 0 2 0 年 宣 布 了 在 2 0 3 0 年 前 碳 达 峰、2 0 6 0 年 碳 中 和 的“双 碳”目 标。作 为 全 球 碳 排 放 的 主 要 贡 献 者，中 国 各 行 业 都 面 临 着 碳 减 排 压力，而 利 用 清 洁 能 源 代 替 化 石 能 源 发 电 和 制 氢，是 实 现 国 家“双 碳”目 标 的重 要 举 措。2 0 2 2 年，氢 能 产 业 发 展 中 长 期 规 划（2 0 2 1 2 0 3 5 年），明确 了 氢 能 是 未 来 国 家 能 源 体 系 的 重 要 组 成 部 分，发 展 氢 能 是 构 建 新 型 能 源 体系 的 重 要 举 措；2 0 2 3 年 氢 能 产 业 标 准 体 系 建 设 指 南，在 国 家 层 面 上 系统 构 建 了 氢 能 制、储、输、用 全 产 业 链 标 准 体 系，明 确 了 氢 能 下 一 步 的 发 展规 划，进 一 步 推 动 了 氢 能 产 业 的 全 面 发 展。氢 能 产 业 链 覆 盖 制、储 运 加 及 应 用，绿 氢 制 取 环 节 有 望 最 先 受 益。1）制取：氢 能 主 要 分 为 灰 氢、蓝 氢 和 绿 氢，其 中 绿 氢 的 生 产 过 程 中 不 会 有 碳 排 放产 生。我 们 预 计 随 着“双 碳”政 策 的 推 进 以 及 绿 氢 制 取 技 术 的 不 断 突 破，绿氢 能 有 望 成 为 未 来 主 要 发 展 方 向。绿 氢 的 主 要 生 产 方 式 是 电 解 水 制 氢，其 中碱 性 电 解 水 制 氢 技 术 发 展 最 为 成 熟，P E M 电 解 水 制 氢 技 术 处 于 商 业 化 初 期，发 展 前 景 广 阔。2）储 运 加：气 态、低 压 氢 能 储 运 技 术 为 当 前 国 内 发 展 主流，未 来 将 按 照“低 压 到 高 压”、“气 态 到 多 相 态”的 技 术 方 向 发 展。我 国加 氢 站 发 展 已 初 具 规 模，然 而 由 于 技 术 不 够 成 熟、下 游 市 场 未 形 成 规 模 等，目 前 不 具 备 经 济 性。3）应 用：氢 能 应 用 目 前 以 传 统 石 油 化 工 生 产 为 主，我们 预 计 未 来 绿 氢 将 在 交 通、储 能、工 业、建 筑 等 多 领 域 得 到 广 泛 应 用。绿 氢 平 价 在 即，有 望 逐 步 具 备 市 场 竞 争 力 1）当 前 单 位 制 氢 成 本：煤 制 氢 天 然 气 制 氢 天 然 气+C C U S 煤 制 氢+C C U S 碱 性 电 解 水 制 氢 P E M 电 解 水 制氢。2）随 着 技 术 改 进 及 规 模 扩 张，电 解 槽 设 备 成 本 将 不 断 下 降，我 们 预 计1 0 0 0 N m/h 碱 性 电 解 槽 设 备 成 本 将 由 当 前 的 8 0 0 万 元/台 下 降 至 2 0 3 0 年 的5 0 0 万 元/台，2 0 0 N m/h P E M 电 解 槽 设 备 成 本 将 由 当 前 的 5 8 0 万 元/台 下 降 至2 0 3 0 年 的 2 1 9 万 元/台。3）电 解 水 制 氢 成 本 受 用 电 成 本 和 运 行 时 间 影 响 较大，我 们 预 计 随 着 用 电 价 格 的 下 降 和 电 解 槽 运 行 时 长 的 增 加，电 解 水 制 氢 成本 将 大 幅 下 降。4）我 们 判 断 碱 性 电 解 水 制 氢 单 位 成 本 有 望 在 2 0 2 5 年 左 右 和蓝 氢 平 价，在 2 0 3 0 年 左 右 和 灰 氢 平 价，若 考 虑 碳 税、政 府 绿 氢 补 贴 的 影响，则 绿 氢 平 价 时 间 点 有 望 前 移，绿 氢 将 逐 步 具 备 市 场 竞 争 力。绿 氢 产 量 有 望 超 过 规 划 目 标，电 解 槽 未 来 市 场 空 间 广 阔。2 0 2 2 年 我 国 氢气 产 量 为 4 0 0 4 万 吨，同 比 增 长 2 1%，2 0 2 2 年 全 国 电 解 槽 出 货 量 近8 0 0 M W，较 2 0 2 1 年 实 现 翻 倍 增 长。2 0 2 3 年 上 半 年 电 解 设 备 共 计 招 标 已 超6 0 0 M W，其 中 P E M 电 解 设 备 占 比 较 2 2 年 提 升 8 个 百 分 点，2 0 2 3 年 电 解槽 全 年 需 求 量 有 望 持 续 实 现 翻 倍。绿 氢 产 量 和 需 求 量 快 速 增 长，我 们 预 期 到2 0 2 5 年 我 国 绿 氢 的 需 求 量 达 到 1 3 0 万 吨，远 超 国 家 氢 能 规 划 中 可 再 生 能 源制 氢 年 产 量 1 0-2 0 万 吨 的 目 标，到 2 0 3 0 年 绿 氢 产 量 将 达 到 7 7 0 万 吨。根 据我 们 的 测 算，若 考 虑 市 场 中 仅 有 碱 性 电 解 槽 的 情 况，则 2 0 2 5 年、2 0 3 0 年电 解 槽 新 增 市 场 空 间 分 别 约 为 6 0 亿 元、2 0 0 亿 元；参 考 海 外 情 况，若 考 虑P E M 电 解 槽 在 国 内 市 场 的 占 比 逐 渐 提 升，至 2 0 3 0 年 P E M 电 解 水 制 氢 产 量增 长 至 绿 氢 总 产 量 的 4 0%，则 2 0 2 5 年、2 0 3 0 年 电 解 槽 市 场 空 间 分 别 约 为WUAZuNnQnOmNsMmPsPqPrQ9PbPaQoMqQmOnRkPmMnPfQpNrQ8OrQoNxNtOxONZnQnR请阅读最后一页免责声明及信息披露 h t t p:/W W W.c i n d a s c.c o m 31 0 0 亿 元、3 0 0 亿 元。投 资 建 议：氢 能 行 业 尚 处 于 发 展 初 期，绿 氢 制 氢 端 降 本 空 间 较 大，未 来 市场 前 景 广 阔，我 们 预 计 电 解 槽 市 场 有 望 迎 来 快 速 增 长，我 们 建 议 从 制 氢 设 备端 入 手，关 注 隆 基 绿 能、华 光 环 能、华 电 重 工、昇 辉 科 技 等 公 司。风 险 因 素：氢 能 下 游 应 用 进 展 不 及 预 期 风 险、氢 能 相 关 技 术 进 度 不 及 预 期风 险、政 策 波 动 风 险、市 场 竞 争 加 剧 风 险。请阅读最后一页免责声明及信息披露 h t t p:/W W W.c i n d a s c.c o m 4目录投资 逻辑.6一、发展氢能 是实现 双碳 目标、构建新 型能源 体系的 重要措施.71.1 发展 氢能是国 家实现“双碳”目标 的最佳选 择.71.2 发展 氢能是构 建新型 能源体 系的重要 举措.7二、氢能产业 链较长，绿氢 制取有望 率先受 益.82.1 制氢：绿氢是 未来的 主流方 向，碱性 电解水 制氢技术 成熟度 最高.82.2 储存、运输、加氢：气态低 压储运为 主流，未来需向 多相态 高压方向 发展.1 42.3 下游 应用：覆 盖工交 建储各 领域，未 来应用 向多领域 共同发 展.1 7三、绿氢平价 在即，有望逐 步具备市 场竞争 力.1 93.1 绿氢 成本下降 空间较 大，短 期内碱性 电解水 技术更具 优势.1 93.2 灰氢 受原料价 格影响 较大，C C U S 和碳 税将大幅 增加制 氢成本.2 53.3 绿氢 和蓝氢有 望在 2 5 年左 右平价，和灰氢 有望在 3 0 年左 右平价.2 7四、绿氢产量 远超规 划目标，电解槽 未来市 场空间广 阔.2 94.1 氢能 产量加速 增长，电解槽 出货量有 望翻倍.2 94.2 市场 空间测算：电解 槽未来 市场空间 广阔.3 1五、投资建议.3 3表目录表 1：不同电解水制氢技术特性.9表 2：氢能主要储存方式对比.1 4表 3：制氢成本分析假设指标及数值.1 9表 4：分别使用陆上风电、光伏发电时碱性电解槽制氢成本.2 1表 5：2 0 2 2-2 0 2 3 年各省市绿氢补贴政策发布情况.2 4表 6：不同原材料价格下化石燃料制氢成本.2 5表 7：不同碳价水平下煤制氢和天然气制氢成本.2 6表 8：2 0 2 2-2 0 3 0 年绿氢、灰氢、蓝氢制氢成本对比.2 7表 9：2 0 2 0-2 0 2 3 年部分碱性/P E M 电解槽产品及产氢量.3 0表 1 0：部分海外公司电解槽产品及规格.3 1表 1 1：2 0 2 2-2 0 3 0 年电解槽市场空间测算.3 2图目录图 1：全球碳排放的控制目标及技术路径.7图 2：氢能政策发展历程.8图 3：制氢、储运加与利用全产业技术链.8图 4：氢气制取方法分类.9图 5：2 0 2 0 年中国氢气来源统计.9图 6：碱性电解水系统流程图.1 0图 7：碱性电解水制氢结构原理图.1 0图 8：P E M 电解水系统流程图.1 1图 9：P E M 电解水制氢结构原理图.1 1图 1 0：S O E C 电解水系统结构示意图.1 1图 1 1：质子传导型 S O E C 工作原理.1 1图 1 2：氧离子传导型 S O E C 工作原理.1 1图 1 3：A E M 电解水制氢结构原理图.1 2图 1 4：煤气化制氢工艺流程示意图.1 3图 1 5：天然气蒸汽重整制氢工艺流程示意图.1 3图 1 6：C C U S 流程示意图.1 3图 1 7：氢能运输结构图.1 5图 1 8：氢气运输方式的成本对比.1 5图 1 9：加氢站分类.1 6图 2 0：高压氢气加氢站工艺流程.1 6图 2 1：2 0 1 6-2 0 2 2 年中国已建成加氢站的数量.1 7图 2 2：氢能主要应用场景.1 7图 2 3：2 0 6 0 年中国应用领域统计.1 7图 2 4：天然气掺氢产业链.1 8图 2 5：2 0 1 7-2 0 2 2 年中国氢燃料电池汽车销售量及保有量.1 8图 2 6：碱性电解槽制氢能力与成本的关系.2 0图 2 7：2 0 2 2-2 0 3 0 年电解槽设备价格变化（万元）.2 0请阅读最后一页免责声明及信息披露 h t t p:/W W W.c i n d a s c.c o m 5图 2 8：2 0 1 0-2 0 2 2 年全球风电、光伏发电度电成本变化（美元/k W h）.2 1图 2 9：2 0 2 2-2 0 3 0 年光伏地面电站不同等效利用小时数 L C O E 估算（元/k W h）.2 1图 3 0：不同年运行小时下风电、光伏发电的制氢成本（元/k g）.2 2图 3 1：2 0 2 2 年全国固定式光伏发电首年利用小时数分布.2 2图 3 2：2 0 1 4-2 0 2 2 年 6 0 0 0 千瓦及以上风电设备和太阳能发电设备利用小时数.2 2图 3 3：山东省 5 月 1 日实时电价情况（元/M W h）.2 2图 3 4：2 0 2 3 年碱性电解槽制氢成本及构成（元/k g）.2 3图 3 5：2 0 2 3 年 P E M 电解槽制氢成本及构成（元/k g）.2 3图 3 6：2 0 2 2-2 0 3 0 年碱性和 P E M 电解槽单位制氢成本对比（元/k g）.2 3图 3 7：2 0 2 3 年煤气化制氢成本构成（元/k g）.2 5图 3 8：2 0 2 3 年天然气水蒸气重整制氢成本构成（元/k g）.2 5图 3 9：碳排放权交易和碳税的价格和覆盖范围（美元/吨）.2 6图 4 0：2 0 2 3 年绿氢、灰氢、蓝氢单位制氢成本对比.2 7图 4 1：新疆库车绿氢示范项目地理位置图.2 8图 4 2：2 0 1 6-2 0 2 2 年我国氢气产量情况.2 9图 4 3：2 0 1 8-2 0 2 3 H 1 年我国电解槽出货量情况.2 9图 4 4：2 0 2 1-2 0 2 3 H 1 电解槽出货量占比.2 9图 4 5：2 0 2 2-2 0 6 0 年绿氢产量及预测情况.3 2请阅读最后一页免责声明及信息披露 h t t p:/W W W.c i n d a s c.c o m 6投资 逻辑发 展 氢 能 是 国 家 实 现“双 碳”目 标、构 建 新 型 能 源 体 系 的 重 要 手 段，近 年 来 海 内 外 政 策 频出 刺 激 绿 氢 产 业 快 速 发 展。2 0 2 2 年 氢 能 产 业 发 展 中 长 期 规 划（2 0 2 1 2 0 3 5 年），明确 了 氢 能 是 未 来 国 家 能 源 体 系 的 重 要 组 成 部 分。2 0 2 3 年 氢 能 产 业 标 准 体 系 建 设 指 南（2 0 2 3 版），在 国 家 层 面 上 系 统 构 建 了 氢 能 制、储、输、用 全 产 业 链 标 准 体 系，为 氢 能产 业 的 全 面 发 展 做 引 领 和 支 持。随 着 国 家 政 策 的 不 断 加 码 和 绿 氢 制 取 技 术 的 不 断 进 步，绿氢 制 取 环 节 投 资 有 望 率 先 启 动。我 们 判 断 2 0 2 5、2 0 3 0 年 左 右 绿 氢 的 制 取 成 本 有 望 分 别 和 蓝 氢、灰 氢 平 价。绿 氢 的 制 备 成本 主 要 取 决 于 用 电 成 本、运 行 市 场、制 氢 设 备 费 用 和 政 策 变 化。在 用 电 成 本 方 面，随 着 风光 发 电 技 术 的 进 步 和 发 电 时 长 的 增 加，2 0 3 0 年 光 伏 发 电 成 本 将 下 降 至 0.1 5 元/k W h，陆 上风 电 成 本 下 降 至 0.2 元/k W h。随 着 弃 风、弃 光 和 低 谷 电 的 应 用，我 们 预 计 到 2 0 3 0 年 绿 氢制 氢 的 用 电 成 本 将 下 降 至 0.1 5-0.2 元/k W h。在 运 行 时 长 方 面，耦 合 可 再 生 能 源 发 电 的 电 解水 制 氢 设 备 运 行 时 间 受 风 光 发 电 时 长 影 响 较 大，我 们 预 计 随 着 风 光 发 电 时 长 的 增 加、风 光配 储 的 应 用、下 游 消 纳 能 力 的 提 升 和 绿 电 交 易 的 普 及，到 2 0 2 5 年 电 解 槽 年 利 用 小 时 数 将提 升 至 3 0 0 0 h，2 0 3 0 将 提 升 至 4 0 0 0 h。在 设 备 费 用 方 面，我 们 预 计 随 着 技 术 进 步 和 规 模 扩张，到 2 0 3 0 年 1 0 0 0 N m3/h 的 碱 性 电 解 槽 费 用 将 降 至 5 0 0 万 元/台，2 0 0 N m3/h 的 P E M 电解 槽 费 用 将 下 降 至 2 1 9 万 元/台，电 解 槽 设 备 端 有 着 较 大 的 降 本 空 间。在 政 策 及 补 贴 方 面，若 考 虑 政 府 制 氢 补 贴、碳 税 等 因 素 的 影 响，绿 氢 和 蓝 氢、灰 氢 的 平 价 时 间 有 望 进 一 步 提 前。从 市 场 空 间 来 看，氢 能 产 量 近 年 来 快 速 增 长，远 期 绿 氢 需 求 空 间 广 阔。我 们 预 计 到 2 0 2 5年、2 0 3 0 年 绿 氢 产 量 分 别 有 望 达 到 1 3 0 万 吨、7 7 0 万 吨，能 够 分 别 为 电 解 槽 带 来 新 增 市 场规 模 6 0-1 0 0 亿 元、2 0 0-3 0 0 亿 元。请阅读最后一页免责声明及信息披露 h t t p:/W W W.c i n d a s c.c o m 7一、发 展 氢 能 是 实 现 双 碳 目 标、构 建 新 型 能 源 体 系 的 重 要措 施1.1 发展 氢能 是国家 实现“双碳”目标 的最 佳选择氢 能 是 二 十 一 世 纪 的“终 极 能 源”。氢 能 来 源 广 泛，具 有 能 量 密 度 高、清 洁 安 全、灵 活 高效、应 用 场 景 广 泛、储 运 方 式 多 样 等 优 点，是 推 动 传 统 化 石 能 源 清 洁 高 效 利 用 和 支 撑 可 再生 能 源 大 规 模 发 展 的 理 想 能 源 载 体，被 誉 为 二 十 一 世 纪 的“终 极 能 源”，受 到 各 国 的 广 泛关 注。发 展 氢 能 是 实 现 国 家“双 碳”目 标 的 最 佳 选 择。近 年 来，随 着 温 室 气 体 排 放 的 不 断 加 剧，全 球 气 温 持 续 上 升，气 候 问 题 日 益 严 重。为 应 对 这 一 挑 战，全 球 主 要 国 家 于 2 0 1 6 年 签 订 了 巴 黎 气 候 协 定，并 纷 纷 制 定 了 二 氧 化 碳 减 排 计 划，以 减 少 气 候 变 化 带 来 的 风 险 和 影 响。巴 黎 协 定 的 长 期 目 标 是 将 全 球 平 均 气 温 较 前 工 业 化 时 期 上 升 幅 度 控 制 在 2 C 以 内，并努 力 将 上 升 幅 度 限 制 在 1.5 C 以 内。中 国 于 2 0 1 6 年 加 入 了 巴 黎 协 定，并 于 2 0 2 0 年 宣布 了 在 2 0 3 0 年 前 实 现 碳 达 峰，2 0 6 0 年 实 现 碳 中 和 的 双 碳 目 标。根 据 中 科 院 地 理 科 学 与资 源 研 究 所 于 贵 瑞 团 队 的 预 测，要 实 现 1.5 C 控 温 目 标，2 0 3 0 年 和 2 0 5 0 年 的 全 球 二 氧 化碳 年 净 排 放 量 需 分 别 控 制 在 2 0 3 亿 吨 和-5 亿 吨 以 内。中 国 是 全 球 碳 排 放 主 要 贡 献 者，碳 排放 量 将 近 占 全 球 碳 排 总 量 的 3 0%。我 国 的 工 业、交 通、发 电、建 筑 等 行 业 都 面 临 着 巨 大 的碳 减 排 压 力，而 利 用 太 阳 能、风 能 等 非 碳 基 能 源 替 代 化 石 能 源 发 电 和 制 氢，构 建 以 清 洁 能源 为 主 的“新 型 能 源 供 应 系 统”，实 现 能 源 供 应 与 消 费 端 的 清 洁 化 转 型，是 中 国 实 现“双碳”目 标 的 最 佳 选 择。图 1：全球 碳排放的 控制目 标及技 术路径资 料 来 源：于 贵 瑞 等 中 国 碳 达 峰、碳 中 和 行 动 方 略 之 探 讨，信 达 证 券 研 发 中 心1.2 发展 氢能 是构建 新型 能源体 系的重 要举 措发 展 氢 能 是 构 建 国 家 能 源 体 系 的 重 要 组 成 部 分。无 论 是 实 现“双 碳”目 标 还 是 保 障 能 源 安全，构 建 新 型 能 源 体 系 都 是 必 不 可 少 的。“十 四 五”规 划 和 2 0 3 5 年 远 景 目 标 纲 要 都 提 出 要加 快 推 进 构 建 以 绿 色 低 碳 为 目 标 的 新 型 能 源 体 系。2 0 2 2 年 3 月，国 家 发 改 委、国 家 能 源 局联 合 印 发 了 氢 能 产 业 发 展 中 长 期 规 划（2 0 2 1 2 0 3 5 年），明 确 指 出 氢 能 是 未 来 国 家 能源 体 系 的 重 要 组 成 部 分，是 用 能 终 端 实 现 绿 色 低 碳 转 型 的 重 要 载 体。2 0 2 3 年 8 月，国 家 标准 委、国 家 发 改 委、国 家 能 源 局 等 六 部 门 联 合 印 发 了 氢 能 产 业 标 准 体 系 建 设 指 南（2 0 2 3请阅读最后一页免责声明及信息披露 h t t p:/W W W.c i n d a s c.c o m 8版），明 确 了 氢 能 下 一 步 的 发 展 规 划，并 在 国 家 层 面 上 系 统 构 建 了 氢 能 制、储、输、用全 产 业 链 标 准 体 系，这 将 有 助 于 充 分 发 挥 氢 能 在 现 代 能 源 体 系 建 设 和 用 能 终 端 绿 色 低 碳 转型 中 的 载 体 作 用，为 氢 能 产 业 的 全 面 发 展 提 供 支 持。图 2：氢能 政策发展 历程资 料 来 源：国 务 院 办 公 厅、国 家 能 源 局、国 家 发 改 委、新 华 社、人 民 日 报、中 国 政 府 网、国 务 院、工 业 和 信 息 化 部、科 学技 术 部，信 达 证 券 研 发 中 心 整 理二、氢 能 产 业 链 较 长，绿 氢 制 取 有 望 率 先 受 益氢 能 产 业 链 涵 盖 氢 气 的 制 取、储 存、运 输、加 氢 以 及 下 游 应 用 等 环 节。随 着 国 家 政 策 的 不断 加 码 和 绿 氢 制 取 技 术 的 不 断 进 步，绿 氢 制 取 环 节 的 投 资 有 望 最 先 启 动。图 3：制氢、储运加 与利用 全产业 技术链资 料 来 源：中 国 氢 能 联 盟，国 富 氢 能 招 股 说 明 书（申 报 稿），信 达 证 券 研 发 中 心2.1 制氢：绿 氢是未 来的 主流方 向，碱 性电 解水制 氢技 术成熟 度最 高根 据 制 取 方 式 和 碳 排 放 量 的 不 同，氢 气 主 要 分 为 灰 氢、蓝 氢 和 绿 氢：1）“灰 氢”指 通 过 化石 燃 料（如 煤 炭、天 然 气 等）或 工 业 副 产 制 取 的 氢 气，制 取 技 术 相 对 成 熟、成 本 较 低，但碳 排 放 量 强 度 较 高。2）“蓝 氢”指 在 灰 氢 的 制 取 过 程 中 采 用 碳 捕 集 利 用 与 封 存（C C U S）技术 制 取 的 氢 气，可 以 有 效 降 低 碳 排 放。然 而 由 于 C C U S 技 术 成 本 较 高，蓝 氢 的 制 取 成 本 通 常较 高。3)“绿 氢”指 通 过 可 再 生 能 源（如 太 阳 能、风 能 等）制 取 的 氢 气，在 生 产 过 程 中 不产 生 二 氧 化 碳 排 放。由 于 绿 氢 制 取 技 术 不 够 成 熟、绿 氢 制 取 的 成 本 较 高。电 解 水 制 氢 是 绿氢 的 主 要 生 产 方 式。请阅读最后一页免责声明及信息披露 h t t p:/W W W.c i n d a s c.c o m 9目 前 我 国 主 要 以 灰 氢 为 主，绿 氢 是 未 来 的 主 要 发 展 方 向。根 据 中 国 煤 炭 工 业 协 会 的 数 据，2 0 2 0 年 中 国 氢 气 产 量 超 过 2 5 0 0 万 吨，其 中 煤 制 氢 占 6 2%、天 然 气 制 氢 占 1 9%、工 业 副 产 制氢 占 1 8%，而 电 解 水 制 氢 仅 占 1%左 右。尽 管 传 统 化 石 原 料 制 取 的 灰 氢 在 中 短 期 内 仍 将 占 据市 场 主 流 地 位，绿 氢 作 为 理 想 的 零 碳 排 放 可 持 续 能 源，随 着 政 策 的 推 进 和 技 术 的 不 断 突 破，有 望 逐 渐 取 得 更 大 的 市 场 份 额，成 为 未 来 低 碳 经 济 的 主 流 发 展 方 向。图 4：氢气 制取方法 分类 图 5：2 0 2 0 年中 国氢气来 源统计资 料 来 源：王 明 华 新 能 源 电 解 水 制 氢 技 术 经 济 性 分 析，信 达 证 券 研发 中 心资 料 来 源：中 国 煤 炭 工 业 协 会，前 瞻 产 业 经 济 研 究 院，环 联 网，信达 证 券 研 发 中 心电 解 水 制 氢 是 理 想 的 绿 氢 制 取 技 术，其 中 碱 性 电 解 水 制 氢 技 术 发 展 最 为 成 熟。相 较 于 其 他制 氢 方 式，电 解 水 制 氢 具 有 绿 色 环 保、生 产 灵 活、产 氢 纯 度 高 等 特 点，是 一 种 理 想 的 绿 氢制 取 技 术。电 解 水 制 氢 的 主 要 技 术 有：碱 性 电 解 水 制 氢（A L K）技 术、质 子 交 换 膜 电 解 水制 氢（P E M）技 术、阴 离 子 交 换 膜 电 解 水 制 氢（A E M）技 术 和 固 体 氧 化 物 电 解 水 制 氢（S O E C）技 术。碱 性 电 解 水 制 氢 技 术 是 国 内 最 早 实 现 工 业 化 的 电 解 水 制 氢 技 术，发 展 最为 成 熟，目 前 占 据 市 场 主 导 地 位；P E M 电 解 水 制 氢 技 术 处 于 商 业 化 初 期，近 年 来 产 业 化 发展 迅 速；S O E C 技 术 和 A E M 技 术 仍 在 研 发 示 范 阶 段，发 展 势 头 迅 猛。表 1：不 同电解水 制氢技 术特性项 目碱 水 电 解(A l K)质 子 交 换 膜 纯 水 电 解(P E M)阴 离 子 交 换 膜 水 电 解(A E M)固 体 氧 化 物 水 电 解(S O E C)电 解 质 隔 膜 3 0%K O H 石 棉 布 质 子 交 换 膜 阴 离 子 交 换 膜 固 体 氧 化 物电 流 密 度 1 A/c m21-4 A/c m21-2 A/c m20.2-0.4 A/c m2电 解 效 率 6 0%-7 5%7 0%-9 0%-8 5%-1 0 0%电 耗 k W h/N m H 2 4.5-5.5 4.0-5.0-工 作 温 度 9 0 摄 氏 度 8 0 6 0 8 0 产 氢 纯 度 9 9.8%9 9.9 9%9 9.9 9%-设 备 体 积 1 约 1/3-操 作 特 征需 控 制 压 差 快 速 启 停 快 速 启 停 启 停 不 便产 气 需 脱 碱 仅 水 蒸 气 仅 水 蒸 气 仅 水 蒸 气可 维 护 性 强 碱 腐 蚀 性 强 无 腐 蚀 性 介 质-环 保 性 石 棉 膜 有 危 害 无 污 染-产 业 化 程 度 充 分 产 业 化特 殊 应 用/商 业 化 初期实 验 室 阶 段 实 验 室 阶 段单 机 规 模 1 0 0 0 N m3H2/h 2 0 0 N m3H2/h-资 料 来 源：迟 军 电 解 水 制 氢 技 术 进 展，张 轩 等 电 解 水 制 氢 成 本 分 析，信 达 证 券 研 发 中 心 整 理请阅读最后一页免责声明及信息披露 h t t p:/W W W.c i n d a s c.c o m 1 0碱 性 电 解 水 技 术（A L K）：发 展 最 为 成 熟，应 用 最 为 广 泛。碱 性 电 解 水 制 氢 系 统 通 常 由 电解 槽、气 液 分 离 器、冷 群 洗 涤 器、脱 氧 系 统、干 燥 系 统 以 及 压 缩 储 存 系 统 等 组 成。在 直 流电 的 作 用 下，电 解 槽 中 的 水 被 分 解 生 成 氢 气 和 氧 气，然 后 经 分 离、洗 涤、脱 氧 和 干 燥 等 步骤 处 理 后，其 中 的 氢 气 被 压 缩 储 存 于 缓 冲 罐 中。碱 性 电 解 槽 主 要 由 电 源、电 解 槽 箱 体、电解 液、阴 阳 极 和 横 隔 膜 等 组 件 构 成，电 解 液 通 常 采 用 K O H 或 N a O H 水 溶 液，横 隔 膜 由 石棉 材 料 制 成，起 分 离 液 体 的 作 用，电 极 则 多 采 用 金 属 合 金。碱 性 电 解 水 技 术 工 作 原 理 为，在 阴 极 侧，水 分 子 被 分 解 成 氢 离 子 和 氢 氧 根 离 子，其 中 氢 离 子 得 到 电 子 生 成 氢 气，氢 氧 根离 子 则 在 电 场 力 的 作 用 下 穿 过 横 膈 膜 到 达 阳 极，失 去 电 子 生 成 水 和 氧 气。碱 性 电 解 水 技 术发 展 最 为 成 熟，具 有 电 解 槽 结 构 简 单、安 全 可 靠、运 行 寿 命 长、投 运 成 本 低 等 优 点，是 市场 上 应 用 最 为 广 泛 的 绿 氢 制 取 技 术。然 而 碱 性 电 解 水 技 术 仍 面 临 一 些 技 术 挑 战，比 如 能 耗较 高、电 流 密 度 较 低 以 及 响 应 速 度 慢 难 以 与 风 光 供 电 紧 密 配 合 等 问 题。图 6：碱性 电解水系 统流程 图 图 7：碱性 电解水制 氢结构 原理图资 料 来 源：瞿 丽 莉 等 质 子 交 换 膜 电 解 水 制 氢 技 术 在 电 厂 的 应 用，信 达 证 券 研 发 中 心 资 料 来 源：汽 车 学 会，信 达 证 券 研 发 中 心质 子 交 换 膜 电 解 水 技 术（P E M）：未 来 发 展 前 景 广 阔，降 本 是 关 键。P E M 电 解 槽 主 要 由 膜电 极（包 括 质 子 交 换 膜、阴 阳 极 催 化 层 和 阴 阳 极 气 体 扩 散 层）、阴 阳 极 端 板 和 电 解 液 组 成。阴 阳 极 端 板 起 到 引 导 电 的 传 递 与 水、气 分 配 的 作 用；气 体 扩 散 层 起 到 集 流 和 促 进 气 液 传 递的 作 用；催 化 层 是 由 催 化 剂、电 子 传 导 介 质 和 质 子 传 导 介 质 组 成 的 三 相 界 面，是 电 化 学 反应 发 生 的 核 心 区 域；质 子 交 换 膜 一 般 使 用 全 氟 磺 酸 膜，其 作 用 是 阻 止 电 子 传 递 的 同 时 传 递质 子，在 阴 阳 极 两 侧 隔 绝 气 体 产 生 的 作 用。根 据 瞿 丽 莉 等 质 子 交 换 膜 电 解 水 制 氢 技 术 在电 厂 的 应 用，与 碱 性 电 解 水 系 统 相 比，P E M 电 解 水 系 统 由 于 采 用 纯 水 而 非 碱 液 作 电 解 液，并 且 能 够 直 接 将 氢 气 和 氧 气 阻 隔 在 阴 阳 极 两 侧，其 系 统 结 构 大 大 简 化。P E M 电 解 水 技 术 工作 原 理 为，在 阳 极 侧，水 分 子 失 去 电 子，被 分 解 成 氧 气 和 质 子，质 子 在 电 场 的 作 用 下 通 过质 子 交 换 膜，在 阴 极 侧 得 到 电 子 生 成 氢 气。P E M 电 解 水 制 氢 技 术 已 基 本 成 熟，具 有 诸 多 优点，如 系 统 结 构 简 单、产 氢 纯 度 高、电 流 密 度 大、制 氢 效 率 高、安 全 环 保、响 应 速 度 快 与风 光 发 电 的 匹 配 性 较 好 等，应 用 前 景 广 阔。然 而 P E M 电 解 槽 需 要 在 强 酸 性 和 高 氧 化 性 的 环境 下 运 行，对 于 铱、铂、钛 等 贵 金 属 催 化 剂 材 料 的 依 赖 较 高，且 关 键 部 件 的 国 产 化 替 代 仍面 临 挑 战，导 致 目 前 P E M 电 解 槽 成 本 远 高 于 碱 性 电 解 槽，国 内 可 再 生 能 源 电 解 水 制 氢 项 目仍 以 碱 性 水 电 解 为 主 导。未 来 进 一 步 降 低 成 本、提 升 产 氢 能 力 将 是 推 动 P E M 电 解 槽 扩 大 商业 化 进 程 的 关 键。请阅读最后一页免责声明及信息披露 h t t p:/W W W.c i n d a s c.c o m 1 1图 8：P E M 电解 水系统流 程图 图 9：P E M 电解 水制氢结 构原理 图资 料 来 源：瞿 丽 莉 等 质 子 交 换 膜 电 解 水 制 氢 技 术 在 电 厂 的 应 用，信 达 证 券 研 发中 心资 料 来 源：中 国 节 能 协 会 氢 能 专 业 委 员 会，当 代 石 油石 化，信 达 证 券 研 发 中 心固 体 氧 化 物 电 解 水 技 术（S O E C）：能 够 有 效 减 少 电 能 需 求，电 极 材 料 限 制 商 业 化 进 程。S O E C 电 解 系 统 最 基 本 的 组 成 单 元 是 电 解 池，多 个 电 解 池 可 以 组 合 成 电 堆，多 个 电 堆 和 气 体处 理 系 统、气 体 输 送 系 统 可 以 组 合 成 电 解 模 块，多 个 电 解 模 块 可 以 组 合 成 一 个 完 整 的 S O E C系 统。S O E C 电 解 池 由 电 解 质、阴 极 和 阳 极 组 成。阴 极 通 常 选 用 镍、钻、铂 等 金 属 陶 瓷 复 合材 料；阳 极 常 用 钙 铁 氧 化 物；电 解 质 选 用 钇 稳 定 的 氧 化 锆（Y S Z）和 钪 稳 定 的 氧 化 锆（S c S Z）等 导 电 陶 瓷 材 料。S O E C 技 术 分 为 质 子 传 导 型 和 氧 离 子 传 导 型 两 种，目 前 氧 离 子 传 导 型 S O E C发 展 更 成 熟。质 子 传 导 型 S O E C 中，水 蒸 气 在 阳 极 失 去 电 子，生 成 氧 气 和 质 子，质 子 通 过 电解 质 传 导 至 阴 极，得 到 电 子 生 成 氢 气。氧 离 子 传 导 型 S O E C 中，水 蒸 气 在 阴 极 得 到 电 子，生成 氢 气 和 氧 离 子，氧 离 子 通 过 电 解 质 传 导 至 阳 极，失 去 电 子 生 成 氧 气。S O E C 电 解 水 技 术 可以 将 电 能 和 热 能 转 为 化 学 能，通 过 利 用 废 热 能 够 有 效 降 低 电 耗，适 用 于 钢 铁、化 工 和 核 能工
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