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2023 年 03 月 13 日 氢能行业星辰大海，电解水制氢如日方升 氢能专题报告 推荐(首次)投资要点 分析师：黎江涛 S1050521120002 联系人：潘子扬 S1050122090009 行业相对表现 表现 1M 3M 12M 电池(申万)-11.5-6.4-20.5 沪深 300-4.3 0.5-7.9 市场表现 资料来源：Wind，华鑫证券研究 相关研究 碳中和步履临近，氢能战略意义突出 碳中和成为全球范围重要议题，氢能源具有来源多样、清洁低碳、灵活高效、应用场景丰富等特性，将逐步替代石油、煤炭等化石燃料，成为全球能源重要载体。目前，氢能在全球能源占比仅 0.1%，根据全球主要能源研究机构预测，2050年氢能占比将达到 12-22%，空间广阔。全球主要经济体均针对氢能制定了国家层面的发展战略。日本规划 2030 年氢气供应量达 300 万吨/年，2050 年进一步提升至 2000 万吨/年；美国规划 2030 年清洁氢产能达到 1000万吨/年，此外，美国通过 IRA 对制氢进行税收抵免；欧洲规划 2025-2030 年安装至少 40GW 可再生氢能电解槽，生产1000 万吨可再生氢能，并通过碳关税支持氢能发展；中国则明确氢能是未来国家能源体系的重要组成部分，将其提升至国家能源战略高度。综合而言，氢能在碳中和背景下战略意义突出，全球政策向氢能高度倾斜，增长确定性强。电解水制氢经济性渐显，行业迎发展良机 主流制氢方式包括化石燃料制氢、工业副产氢、电解水制氢。根据我们测算，在 0.4 元/kWh 电价下，碱性电解制氢成本约为 25.79 元/kg，PEM 电解成本为 32.57 元/kg，碱性电解制氢成本已低于氢气售价，与蓝氢成本相近。电解水制氢成本对电价高度敏感，若电价低于 0.2 元/kWh，电解水制氢成本将低于多数场景下的灰氢成本，若低于 0.1 元/kWh，则可完全平价。在市场化电价环境下，零电价甚至负电价时有发生，若充分利用电价波动性，电解水制氢可实现高额收益。目前全球电解水制氢占比仅 0.15%左右，展望未来，绿氢有望受益于氢能占能源比重提升、绿氢占氢能比重提升双重逻辑，迎来高速增长，电解水设备将率先受益。我们预计 2025年全球电解水设备市场规模将达 167 亿元，2022-2025 年CAGR 达 106%，2050 年全球电解水设备累计市场规模将近 1.5万亿。多方入局，抢占先机 目前，中国企业占据全球电解槽设备主要份额，根据氢能观察，2022 年全球电解槽市场出货量约 1GW，国内电解槽出货-30-20-100102030(%)电池 沪深300行业研究 证券研究报告 证券研究报告 请阅读最后一页重要免责声明 2 诚信、专业、稳健、高效 量则近 750MW。国内电解槽设备有三类参与者，第一类为 718所、竞立、大陆等老牌电解槽企业，其技术沉淀深厚，市占率高；第二类为隆基绿能、阳光电源等光伏龙头企业，资金、技术实力雄厚，光伏业务与电解水制氢业务高度协同；第三类为昇辉科技、华电重工、华光环能等新兴势力，各自凭借技术优势、订单优势等切入电解水制氢设备市场，对传统企业形成冲击。目前中国电解槽市场 CR3 达 80%，随各方势力入局，未来竞争格局或将重塑。行业评级及投资策略 受益于氢能占能源比重提升、绿氢占氢能比重提升双重逻辑，电解水制氢行业将高速增长，给予行业“推荐”评级。重点推荐昇辉科技、华电重工、华光环能、科威尔，建议关注隆基绿能（电力设备组覆盖）、阳光电源（电力设备组覆盖）、亿利节能、双良节能（电力设备组覆盖）等。风险提示 氢能发展不及预期；电解水设备降本不及预期；电价高于预期；招标项目落地情况不及预期；推荐公司业务进展不及预期。重点关注公司及盈利预测 公司代码 名称 2023-03-13 股价 EPS PE 投资评级 2021 2022E 2023E 2021 2022E 2023E 600475.SH 华光环能 11.32 1.06 0.82 1.09 11 14 10 未评级 688551.SH 科威尔 59.22 0.71 0.77 1.45 83 77 41 未评级 601226.SH 华电重工 7.9 0.26 0.26 0.37 30 31 22 未评级 601012.SH 隆基绿能 41.99 1.69 2.06 2.70 25 20 16 买入 300274.SZ 阳光电源 111.41 1.08 1.91 3.84 103 58 29 买入 600481.SH 双良节能 13.88 0.19 0.68 1.24 73 20 11 买入 资料来源：Wind，华鑫证券研究（注：未评级公司盈利预测取自万得一致预期）XVEVuNmRmPmNoQoNrMrOrQbR9R9PmOnNmOoNlOoOpMkPpOrN8OnNxPNZsPqMuOmMsP证券研究报告 请阅读最后一页重要免责声明 3 诚信、专业、稳健、高效 正文目录 1、战略意义突出，氢能将成重要终端能源.5 2、氢能崛起，制氢先行.8 2.1、技术路径：碱性电解槽发展成熟，PEM 徐徐图之.10 2.2、经济性：低电价地区将率先平价.12 2.3、需求：氢能重要性凸显，需求将逐步放量.16 2.4、供给：多方势力布局，抢占市场先机.19 3、行业评级及投资策略.23 4、重点推荐个股.24 4.1、昇辉科技（300423）：氢能领域全面布局.24 4.2、华电重工（601226）：依托华电集团，电解槽订单具较高保障.24 4.3、华光环能（600475）：主营环保与能源装备制造，与电解槽深度协同.25 4.4、科威尔（688551）：专注测试电源，向电解槽检测设备横向延申.25 5、风险提示.26 图表目录 图表 1：氢能特性.5 图表 2：各国际能源机构对 2050 年氢能在全球能源总需求中占比预测.6 图表 3：海外氢能相关政策.6 图表 4：中国氢能相关政策.7 图表 5：氢能产业链.8 图表 6：各类制氢方式对比.8 图表 7：2020 年中国制氢结构.9 图表 8：2020 年全球制氢结构.9 图表 9：各类电解槽技术对比.10 图表10：碱性电解槽工作原理.11 图表11：PEM 电解槽结构.11 图表12：1MW 碱性电解槽成本构成.12 图表13：1MW PEM 电解槽成本构成.12 图表14：氢气价格走势（单位：元/m）.13 图表15：天然气制氢成本随天然气价格变化趋势.13 图表16：煤制氢成本随煤炭价格变化趋势.13 图表17：中国工业副产氢制氢成本（单位：元/Nm）.14 图表18：电解水制氢经济性对比基准线.14 图表19：碱性电解全生命周期制氢成本测算.15 证券研究报告 请阅读最后一页重要免责声明 4 诚信、专业、稳健、高效 图表20：PEM 电解全生命周期制氢成本测算.15 图表21：碱性电解槽制氢成本敏感度测算（单位：元/kg）.16 图表22：PEM 电解槽制氢成本敏感度测算（单位：元/kg）.16 图表23：全球氢应用场景占比.17 图表24：中国电解水制氢项目梳理.18 图表25：全球电解水制氢设备市场规模测算.19 图表26：2021 年中国电解水制氢设备竞争格局.20 图表27：2022 年中国电解水制氢设备竞争格局.20 图表28：718 所、竞立、天津大陆发展历程.21 图表29：全球电解槽企业产能梳理.22 图表30：电解槽相关标的梳理.23 图表31：重点关注公司及盈利预测.23 证券研究报告 请阅读最后一页重要免责声明 5 诚信、专业、稳健、高效 1、战略意义突出，氢能将成重要终端能源 现阶段，全球气候变化、环境污染、资源紧缺等问题日益凸显，碳中和成为全球范围重要议题。氢能作为清洁能源，正逐步替代石油、煤炭等化石燃料，成为全球能源重要载体。氢能具多点特性，在碳中和背景下，战略意义突出。1）来源多样：作为一种二次能源，氢能可以通过化石能源重整、生物质热裂解、微生物发酵、工业副产气、电解水等方式制取；2）清洁低碳：氢能转化为电与热时产物为水，且不排放温室气体或细粉尘，生产的水还可继续制氢，循环使用，真正实现低碳甚至零碳排放；3）灵活高效：氢热值高，是同质量焦炭、汽油等化石燃料的 3-4 倍；4）应用场景丰富：可作为燃料电池发电，用于汽车、航空等交通领域，亦可作为燃料气体或化工原料投入生产，此外，可以作为储能介质平抑可再生能源波动。图表1：氢能特性 资料来源：毕马威，华鑫证券研究 氢能占全球能源比重将大幅提升。目前，由于制取及储运成本高等因素，氢能在全球能源占比仅 0.1%。随全球能源转型进程加速，氢能将在全球能源结构中占据重要地位，多家国际能源研究机构对 2050 年氢能需求占全球能源比重做出预测，预测结果均在 12%以上，氢能委员会、彭博新能源财经预测结果高达 22%，相较目前 0.1%的水平大幅提升。证券研究报告 请阅读最后一页重要免责声明 6 诚信、专业、稳健、高效 图表2：各国际能源机构对 2050 年氢能在全球能源总需求中占比预测 资料来源：毕马威，华鑫证券研究 由于氢能在碳中和议题下具重大战略意义，全球主要经济体均针对氢能制定了国家层面的发展战略。日本规划 2030 年制氢成本降至 30 日元/Nm，氢气供应量达 300 万吨/年，2050 年成本进一步降至 20 日元/Nm，氢气供应量提升至 2000 万吨/年；美国则规划在2026-2029 年将电解水制氢成本降低至 2 美元/kg，基本实现与灰氢平价，至 2030 年成本进一步降至 1 美元/kg，清洁氢产能达到 1000 万吨/年，此外，美国通过 IRA 对制氢税收进行抵免；欧洲规划 2025-2030 年安装至少 40GW 可再生氢能电解槽，生产 1000 万吨可再生氢能，并通过碳关税支持氢能发展。图表3：海外氢能相关政策 国家 主要政策文件/事件 发布时间 重点内容 发展目标2030：制氢成本降至30日元/Nm；氢气供应量达300万吨/年2050：制氢成本降至20日元/Nm；氢气供应量达2000万吨/年2022-2025：从生命周期、可持续性、成本、区域和公平角度评估路径，以优先考虑策略，确定差距；建立清洁氢标准；为今后的部署制定严格的数据收集和监测框架2026-2029：大规模部署可再生能源、核能、化石+CCS的清洁氢；实现电解制氢成本2美元/kg2030-2035：大规模部署可再生能源制氢、核能制氢和化石能源结合CCS制氢2030年，清洁氢产能至少达到1000万吨/年，成本达到1美元/kg美国降通胀法案(IRA)2022.8对美国能源系统现代化投入3690亿美元的补贴和制氢税收抵免/2020-2024：安装至少6GW的可再生氢能电解槽，生产100万吨的可再生氢能2025-2030：安装至少40GW的可再生氢能电解槽，生产1000万吨的可再生氢能2030-2050：可再生氢能技术应成熟并大规模部署，覆盖所有难以脱碳的领域，计划2030年电解槽成本降至450欧元/kW，2040年电解槽成本降至180欧元/kW欧盟地中海国家领导人峰会 2022.12西班牙、葡萄牙与法国共同公布28亿欧元的H2Med管道建造计划管道将在2030年前投入使用，每年输送绿氢200万吨，约占欧盟绿氢消费量的10%/欧盟欧洲气候中立氢能战略 2020.7未来三十年计划全面投资制氢、储氢、运氢的全产业链以及现有天然气基础设施、碳捕集和封存技术等，预计总投资超过4500亿欧元，战略明确欧盟的首要任务是开发主要利用风能和太阳能生产的可再生氢能碳关税或碳边境税（CBAM）2019.12提出2023.02通过2023.10实施通过要求进口商支付进口到欧盟的进口产品其生产地和欧盟ETS碳价的差额，以确保进口产品与本土产品承担相同的碳排放成本，降低由于免费配额减少导致的碳泄漏风险日本 第六次能源基本计划 2021.1到2030年氢/氨发电占比将实现突破，将从第五期计划设定的0%提高到本次设定的1%（2019年氢/氨发电都还未部署应用），以实现清洁能源多元化美国国家清洁氢能战略和路线图（草案）2022.9宣布投入4700万美元推进清洁氢能技术的研发和示范，以降低氢能成本并改进技术性能，促进氢能基础设施部署，实现氢能在多个部门的应用证券研究报告 请阅读最后一页重要免责声明 7 诚信、专业、稳健、高效 资料来源：毕马威，欧盟地中海国家领导人峰会，美国财政部，美国能源局，欧盟委员会，华鑫证券研究 中国亦积极推进氢能战略。2019 年氢能首次被写进政府工作报告，随后，各部委密集出台各项氢能支持政策，内容涉及氢能制储输用加全链条关键技术攻关、氢能示范应用、基础设施建设等。2022 年 3 月，国家发改委、国家能源局联合印发氢能产业发展中长期规划（2021），明确了氢能是未来国家能源体系的重要组成部分，是战略性新兴产业的重点方向，将氢能产业上升至国家能源战略高度。图表4：中国氢能相关政策 资料来源：毕马威，国家能源局，人民政府网，华鑫证券研究 发布时间 发布机构 政策文件 政策解读2022.10 国家能源局能源碳达峰碳中和标准化提升行动计划内容：开展氢制备、氢储存、氢输运、氢加注、氢能多元化应用等技术标准研制，支撑氢能“制储输用”全产业链发展。重点围绕可再生能源制氢、电氢耦合、燃料电池及系统等领域，增加标准有效供给。建立健全氢能质量、氢能检测评价等基础标准2022.10 国家发改委、商务部鼓励外商投资产业目录（2022年版）内容：目录包括氢能制备与储运、加氢站建设、燃料电池发动机、膜电极等多个氢能领域，中西部地区中7个省市均鼓励氢储能产业2022.09国家发改委、工信部、财政部、生态环境部、交通运输部关于加快内河船舶绿色智能发展的指导意见内容：到2025年，液化天然气（LNG）、电池、甲醇、氢燃料等绿色动力关键技术取得突破，加强船用氢燃料电池动力系统、储氢系统、加注系统等技术装备研发，探索氢燃料电池动力技术在客船等应用，鼓励采用太阳能等可再生能源电解水产生的绿氢2022.06发改委、国家能源局等9部门联合印发“十四五”可再生能源发展规划内容:推动光伏治沙、可再生能源制氢和多能互补开发，推动可再生能源规模化制氢利用意义:明确要推动可再生能源规模化制氢利用，为“十四五”期间氢能产业的发展明确了方向2022.05生态环境部、商务部、发改委等8部门联合引发关于加强自由贸易试验区生态环境保护推动高质量发展的指导意见内容：支撑服务国家区域发展重大战略。支持北京、天津、河北自贸试验区参与碳排放权、排污权交易市场建设；开展绿色能源供应模式试点，在确保安全的前提下，研究试点建设一批兼具天然气、储能、氢能、快速充换电等功能的综合站点2022.03 发改委、国家能源局氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）内容:分析了我国氢能产业的发展现状，明确了氢能在我国能源绿色低碳转型中的战略定位、总体要求和发展目标，提出了氢能创新体系、基础设施、多元应用、政策保障、组织实施等方面的具体规划意义:氢能上升至国家能源战略高度2021.11 国家能源局、科技部“十四五”能源领域科技创新规划内容:攻克高效氢气制备、储运、加注和燃料电池关键技术，推动氯能与可再生能源融合发展意义:就氢能制储输用全链条关键技术提供了创新指引，为氢能的示范应用和安全发展提供了重要指导2021.10 国务院2030年前碳达峰行动方案内容:积极扩大电力、氢能、天然气等新能源、清洁能源在交通运输领域应用意义:明确了氢能对实现碳达峰碳中和的重要意义2021.03 第十三届全国人大中华人民共和国国民经济和社会发展第一四个五年规划和2035年远景目标纲要内容:在氢能与储能等前沿科技和产业变革领域，组织实施未来产业孵化与加速计划，谋划布局一批未来立业意义:氢能作为国家前瞻谋划的六大未来产业之一写“十四五”规划2020.12 发改委、商务部鼓励外商投资产业目录(2020年版)内容:氢能与燃料电池全产业链被纳入鼓励外商投资的范围意义:产业对外开放程度提高2020.04 国家能源局中华人民共和国能源法(征求意见稿)内容:能源，是指产生热能、机械能、电能、核能和化学能等能量的资源，主要包括煤炭、石油、天然气、核能、氢能等意义:首次将氢能列入能源范畴，从法律层面明确了氢能的能源地位2019.03 国务院 政府工作报告内容:稳定汽车消费，继续执行新能源汽车购置优惠政策，推动充电、加氢等设施建设意义:氢能首次被写入政府工作报告证券研究报告 请阅读最后一页重要免责声明 8 诚信、专业、稳健、高效 2、氢能崛起，制氢先行 制氢处于氢能产业链上游，主流制氢方式包括化石燃料制氢、工业副产氢、电解水制氢等。根据氢能制备过程中碳排放程度，可将制氢划分为灰氢、蓝氢、绿氢，化石燃料制氢及工业副产氢碳排放较高，均为灰氢；在灰氢基础上应用碳捕捉、碳封存等技术防止碳排放至大气，可大幅降低碳排放，通过此方式制得氢气为蓝氢；通过可再生能源电解水制氢过程无碳排放，产生“零碳氢气”，即绿氢。氢气制备完成后，将通过高压或液态等方式存储、运输，并进一步通过加氢站等方式传递至下游，氢储运处于产业链中游。最终，氢气可用于交通、工业、发电、建筑等下游领域，实现对传统能源的替代。在氢能大规模应用前夕，制氢设备将逐步放量，率先受益。图表5：氢能产业链 资料来源：毕马威，华鑫证券研究 化石燃料制氢主要包括煤制氢与天然气制氢两种方式，此方式技术成熟，成本较低，为目前全球主流制氢手段，但煤与天然气储量有限，且制氢过程碳排放较高，未来应用比例将逐步降低；工业副产主要通过焦炉气或氯碱制氢，由于使用工业副产物，此种方式成本亦较低，但制氢场所需与化工厂配套建设，建设地点相对受限，且制氢过程存在污染；电解水制氢将水分解为氧气及氢气，全过程没有温室气体排放，且制成氢气纯度高，是未来主要发展方向，但现阶段成本较高，为限制其发展主要因素。图表6：各类制氢方式对比 证券研究报告 请阅读最后一页重要免责声明 9 诚信、专业、稳健、高效 资料来源：毕马威，车百智库，华鑫证券研究 化石燃料为制氢主要方式，电解水制氢占比极低。目前，全球与中国主要制氢方式均为化石燃料制氢，在全球与中国占比分别为 79%、81%，其次为工业副产氢，全球与中国占比分别 21%、18%。电解水制氢目前应用较少，在中国占比仅 1%。图表7：2020 年中国制氢结构 图表8：2020 年全球制氢结构 资料来源：中国煤炭工业协会，华鑫证券研究 资料来源：IEA，华鑫证券研究 反应原理 优点 缺点 适用范围煤制氢 煤焦化和煤气化我国煤炭储量较为丰富，成本较低，技术成熟天然气制氢蒸汽转化法为主，部分氧化法及催化裂解成本较低焦炉气制氢变压吸附法直接分离提纯氢气使用工业副产，成本低空气污染，建设地点受原料供应限制氯碱制氢-氯酸钠尾气:脱氧脱氯、PSA分离纯化-PVC尾气:变压吸附净化、变压吸附PSA提氢产品纯度高、原料丰富建设地点受原料供应限制直流电分解水工艺简单，制氢过程不存在碳排放，制氢纯度高，建设地点较灵活电耗大、成本高电子、有色金属冶炼等对气体纯度及杂质含量有特殊要求的场景制氢方法化石燃料制氢工业副产制氢电解水制氢合成氨、合成甲醇、石油炼制等合成氨、石油炼制等储量有限，制氢过程存在碳排放问题证券研究报告 请阅读最后一页重要免责声明 10 诚信、专业、稳健、高效 展望未来，风光等清洁能源发电成本将持续降低，占比持续提升，带动电价下行。此外，电解水设备技术快速迭代，带动成本下降、效率提升。在此背景下，电解水制氢成本有望持续降低，提升绿氢经济性，带动绿氢占比提升。绿氢有望受益于氢能占能源比重提升、绿氢占氢能比重提升双重逻辑，迎来高速增长。电解水设备受益于绿氢高增速，有望迎来需求爆发。下文中，我们将围绕电解水设备经济性、需求、供给等因素，探讨产业未来演进方向，并进一步做出投资判断。2.1、技术路径：碱性电解槽发展成熟，PEM 徐徐图之 电解水制氢主流技术包括碱性电解、质子交换膜（PEM）电解与固体氧化物（SOEC）电解，其中，碱性电解已大规模应用，PEM 电解则处于小规模应用阶段，SOEC 电解尚处实验室阶段，未商业化，因此在本章节中，我们将重点讨论碱性电解槽与 PEM电解槽技术。碱性电解技术成熟，单台装置规模可达 1000Nm/h 以上，系统寿命长，成本较低，易于实现大规模应用，是目前主流电解技术。PEM 电解相较碱性电解，处于相对早期阶段，成本较高，但其电流密度高、系统转化效率高、能耗低、体积能量密度高、响应速度快、与不稳定电源适配性更强，综合性能更具优势，且未来降本空间更大，渗透率有望逐步提升。图表9：各类电解槽技术对比 资料来源：车百智库，华鑫证券研究 碱性电解 PEM电解 SOEC电解技术成熟度 大规模应用 小规模应用 尚未商业化运行温度 70-90 70-80 600-1000电流密度(A/c)0.2-0.4 1-2 1-10单台装置制氢规模(Nm/h)0.5-1000 0.01-200/电解槽能耗(kWh/Nm)4.5-5.5 3.8-5 2.6-3.6系统转化效率 60-75%70-90%85-100%系统寿命 可达20-30年 已达10-20年/启停速度 较快，分钟级 快，毫秒级 慢动态响应能力 较强 强 较弱电源质量需求 稳定电源 稳定或波动电源 稳定电源负荷调节范围 15-100%额定负荷 0-160额定负荷/系统运维有腐蚀液体，后期运维复杂，运维成本高无腐蚀性液体，运维简单，运维成本低目前以技术研究为主，尚无运维需求占地面积 较大 较小/电解槽价格(元/kW)2000-3000 7000-12000/特点技术成熟、成本低、易于实现大规模应用，但实际电能消耗较大、需要稳定电源可承受差压大、易于实现小型化与轻量化、响应速度快，但成本较高、规模较小高温电解能耗低、可采用非贵金属催化剂，但存在电极材料稳定性问题、需要额外加热与可再生能源的结合适用于装机规模较大的风力发电系统，但需针对不稳定电源特点开发适用于装机规模较小、波动性大的光伏发电系统适用于产生高温、高压蒸汽的光热发电系统证券研究报告 请阅读最后一页重要免责声明 11 诚信、专业、稳健、高效 碱性电解槽在 20 世纪中期便实现商业化，其工作原理为：在电流作用下，水通过电化学反应分解为氢气和氧气，并在电解池的阴极和阳极析出。水是弱电解质，需增强其导电能力，因此通常在水中加入 NaOH、KOH 等碱类物质形成碱性电解质。此外，隔膜为碱性电解槽重要组成，早期，碱性电解槽以石棉作为隔膜材料，但其在碱性电解液中具溶胀性，且石棉对人体有害，现以逐步被耐热性能优异、机械强度高、电性能优良的聚苯硫醚（PPS）替代。PEM 电解槽与 PEM 燃料电池结构类似，主要结构为质子交换膜、阴极/阳极催化层、气体扩散层及双极板。PEM 电解过程中，水在阳极催化分解为氧气和 H+，H+穿过电解质隔膜到达阴极，并在阴极得电子生成氢气。图表10：碱性电解槽工作原理 图表11：PEM 电解槽结构 资料来源：中国制氢技术的发展现状，华鑫证券研究 资料来源：质子交换膜水电解制氢技术现状与展望，华鑫证券研究 根据 IRENA，在碱性电解槽与 PEM 电解槽中，电解电堆组件成本占比均为 45%，电源、去离子水循环、氢气处理、冷却等辅机占比为 55%。在碱性电解槽中，膜片/电极组件为电堆组件核心成本，占比达 57%，其中又以制备成本为主，双极板成本占比较低。在 PEM 电解槽中，双极板与膜电极为电堆组件核心成本，双极板成本占比高达 53%，膜电极则为 24%，在膜电极中，全氟磺酸膜以及 Ir、Pt 等贵金属为核心成本来源。碱性电解槽与 PEM 电解槽成本构成核心差异在于，PEM 电解槽双极板成本占比远高于碱性电解槽，这主要是由于碱性电解槽双极板设计及制造简单，材料便宜（镀镍钢）。此外，全氟磺酸膜及 Ir、Pt 等新材料/贵金属在 PEM 膜电极中成本占比高，碱性电解槽膜/电极核心成本为制备成本。证券研究报告 请阅读最后一页重要免责声明 12 诚信、专业、稳健、高效 图表12：1MW 碱性电解槽成本构成 图表13：1MW PEM 电解槽成本构成 资料来源：IRENA，华鑫证券研究 资料来源：IRENA，华鑫证券研究 展望未来，电解水制氢设备仍有较大降本空间。碱性电解槽而言，目前所用 PPS 隔膜以进口为主，国产化可助力成本下降；PEM 电解槽而言，核心材料质子交换膜、气体扩散层等均依赖进口，国产产品尚存差距，国内企业正加速追赶，国产化将带来较高降价空间。此外，PEM膜电极使用较多Pt、Ir等贵金属，降低贵金属用量亦有助于成本下行。除设备降本外，提升电解水设备转化效率、提升设备利用率、降低电费等均为提升电解水制氢经济性重要因素。下一章节中，我们将围绕电解水制氢经济性进行探讨。2.2、经济性：低电价地区将率先平价 对于电解水制氢是否具备经济性进行判断，首先需要建立合适参考系，我们认为，主要参考系应为：1）氢气售价；2）灰氢、蓝氢等其他方式制氢成本。1）氢气价格 氢气价格相对稳定，目前为 3.11 元/m，对应约 34.6 元/kg。2020 年，氢气价格一度高达4.5元/m，后降低至2.5 元/m水平，现在3.11元/m左右保持稳定。证券研究报告 请阅读最后一页重要免责声明 13 诚信、专业、稳健、高效 图表14：氢气价格走势（单位：元/m）资料来源：百川盈孚，华鑫证券研究 2）灰氢、蓝氢等 灰氢主要包括天然气制氢、煤制氢、工业副产氢等，其中，天然气制氢与煤制氢成本与天然气、煤炭价格关联度较高，在不同原料价格下，二者分别在 7.5-24.3 元/kg、6.77-12.14 元/kg 波动。以 4 元/Nm天然气价格、1000 元/吨煤炭价格计量，天然气制氢与煤制氢成本分别为 20元/kg、12 元/kg。工业副产氢主要包括轻烃利用副产氢、氯碱副产氢、焦炉煤气副产氢、合成氨合成甲醇副产氢等，根据车百智库，四者制氢成本分别为 1.25-1.8、1.2-1.8、0.83-1.33、1.3-2元/Nm，对应约13.9-20、13.3-20、9.2-14.8、14.5-22.2元/kg。此外，根据 IEA，结合 CCUS 的煤制氢所得蓝氢，将增加约 1.1 元/Nm，即约 12.2 元/kg成本，结合1000元/吨煤炭价格，煤制氢+CCUS制氢成本约为24.2元/kg。图表15：天然气制氢成本随天然气价格变化趋势 图表16：煤制氢成本随煤炭价格变化趋势 资料来源：车百智库，华鑫证券研究 资料来源：车百智库，华鑫证券研究 证券研究报告 请阅读最后一页重要免责声明 14 诚信、专业、稳健、高效 图表17：中国工业副产氢制氢成本（单位：元/Nm）资料来源：车百智库，华鑫证券研究 由于电解槽制氢可用于不同场景，若制氢后就地使用，则其成本应与氢气售价对比，即低于 34.6 元/kg 即可实现经济性；若需经过储运，异地使用，则需与其他制氢方式成本进行对比，最低成本为焦炉煤气副产氢的 9.2 元/kg，若低于该成本则可完全实现经济性；各灰氢成本中位数在 15 元/kg 左右，若低于此价格可在大部分场景实现经济性；蓝氢成本约为24.2元/kg，低于此价格可率先替代蓝氢。图表18：电解水制氢经济性对比基准线 资料来源：华鑫证券研究 我们对碱性电解槽及 PEM 电解槽全生命周期制氢成本进行测算，以与灰氢、蓝氢成本对比，判断其经济性。测算基于以下假设：1）电解设备功率为 1000kW；2）年工作时长3000 小时，使用寿命 15 年；3）电费为 0.4 元/kWh；4）年运维费用为 9 万元；5）贴现率为 6%；6）碱性电解设备价格为 1500 元/kW，耗电量为 4.7kWh/Nm，场地建设费用为 40 万元；7）PEM 电解设备价格为5000 元/kW，耗电量为4.8kWh/Nm，场地建设费用为30 万元。基于以上假设，计算得出碱性电解全生命周期制氢成本为 25.79 元/kg，PEM 电解为 32.57元/kg。碱性与 PEM 电解相较氢气售价已具备经济性，且碱性电解与蓝氢成本相近，但相较证券研究报告 请阅读最后一页重要免责声明 15 诚信、专业、稳健、高效 灰氢尚不具备经济性。图表19：碱性电解全生命周期制氢成本测算 资料来源：DNV，车百智库，华鑫证券研究 图表20：PEM电解全生命周期制氢成本测算 资料来源：DNV，车百智库，华鑫证券研究 设备成本与电价为电解水制氢成本的关键变量，我们对其进行敏感度测算，得出结论：1）电解水制氢成本对设备价格敏感度较低，以碱性电解槽为例，在 0.4 元/kWh 电价下，当设备价格由 1500 元/kW 降低至 500 元/kW，制氢成本仅由 25.79 元/kg 降低至 24 元/kg，降幅仅 6.9%，与设备价格 67%的降幅差距极大；2）电解水制氢成本对电价敏感度相对较高，在 1500 元/kW 设备价格下，当电价由 0.4 元/kWh 降低至 0.1 元/kWh，制氢成本由 25.79 元/kg 大幅降低至 10.11 元/kg；3）当电价低于 0.35 元/kWh，碱性电解相较蓝氢具备经济性，当电价低于 0.2 元/kWh，碱性电解成本低于大部分灰氢成本，当电价低于 0.1 元/kWh，碱性电解基本可完全实现经济性。由于各地区、各时段电价存在差异，因此无法对电解水制氢经济性进行直接判断。综合而言，碱性电解制氢在部分场景已可实现经济性。例如，购电侧，广东、江苏等多地谷时电价低至 0.3 元/kWh 以下；上网侧，部分地区及机组在极端条件下报出零电价甚至负电价。由于电费为电解水制氢最主要成本，其对电费敏感度极高，若能够合理利用电价波动性，在特定场景下，电解水制氢已可获得较高盈利空间。0 1 2 3 4 5 15设备及场地支出(元)1900000用电成本(元)1200000 1200000 1200000 1200000 1200000 1200000原料成本(元)4468 4468 4468 4468 4468 4468运维费用(元)80000 80000 80000 80000 80000 80000合计费用(元)1900000 1284468 1284468 1284468 1284468 1284468 1284468产氢量（kg）57383 57383 57383 57383 57383 57383费用净现值(元)1900000 1211762 1143172 1078464 1017419 959829 535964产氢净现值(kg)54135 51071 48180 45453 42880 23944制氢成本（元/kg）25.790 1 2 3 4 5 15设备及场地支出(元)5300000用电成本(元)1200000 1200000 1200000 1200000 1200000 1200000原料成本(元)4375 4375 4375 4375 4375 4375运维费用(元)80000 80000 80000 80000 80000 80000合计费用(元)5300000 1284375 1284375 1284375 1284375 1284375 1284375产氢量（kg）56188 56188 56188 56188 56188 56188费用净现值(元)5300000 1211675 1143089 1078386 1017345 959760 535925产氢净现值(kg)53007 50007 47176 44506 41987 23445制氢成本（元/kg）32.57证券研究报告 请阅读最后一页重要免责声明 16 诚信、专业、稳健、高效 图表21：碱性电解槽制氢成本敏感度测算（单位：元/kg）资料来源：华鑫证券研究 图表22：PEM 电解槽制氢成本敏感度测算（单位：元/kg）资料来源：华鑫证券研究 2.3、需求：氢能重要性凸显，需求将逐步放量 2020 年，全球氢能用量约 9000 万吨，炼油、氨、甲醇、钢铁为四大最主要应用场景。其中，炼油为氢最大消费来源，2020 年用氢量约 3700 万吨，主要用氢降低柴油硫含量，并将重质渣油升级为价值更高的石油产品；制氨为第二大应用场景，用氢量约 3300 万吨，其中 70%用作生产肥料的重要前体物；甲醇 2020 年用氢量约 1300 万吨，用于生产化学甲醛及塑料、涂料等；此外，每年有近 500 万吨氢在钢铁生产中直接还原铁，目前，化石燃料以焦炭形式在炼钢过程中用作还原剂，并用于炼钢及炼铁过程中各热密集阶段，这些未来将被低碳氢逐步取代。未来，随绿氢生产成本、储运氢成本逐渐降低，氢能性价比将提升，未来将被用于储能、燃料电池等更多应用场景。横轴：电费(元/kWh)纵轴：设备价格(元/kW)1500 25.79 23.18 20.57 17.95 15.34 12.72 10.111400 25.61 23 20.39 17.77 15.16 12.54 9.931300 25.43 22.82 20.21 17.59 14.98 12.36 9.751200 25.26 22.64 20.03 17.41 14.8 12.18 9.571100 25.08 22.46 19.85 17.23 14.62 12.01 9.391000 24.9 22.28 19.67 17.05 14.44 11.83 9.21900 24.72 22.1 19.49 16.87 14.26 11.65 9.03800 24.54 21.92 19.31 16.7 14.08 11.47 8.85700 24.36 21.74 19.13 16.52 13.9 11.29 8.67600 24.18 21.56 18.95 16.34 13.72 11.11 8.49500 24 21.38 18.77 16.16 13.54 10.93 8.310.1 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2 0.15横轴：电费(元/kWh)纵轴：设备价格(元/kW)5000 32.57 29.9 27.23 24.56 21.89 19.22 16.554500 31.65 28.99 26.32 23.65 20.98 18.31 15.644000 30.74 28.07 25.4 22.73 20.06 17.39 14.723500 29.82 27.15 24.48 21.81 19.14 16.47 13.83000 28.91 26.24 23.57 20.9 18.23 15.56 12.892500 27.99 25.32 22.65 19.98 17.31 14.64 11.972000 27.07 24.4 21.73 19.06 16.39 13.73 11.061500 26.16 23.49 20.82 18.15 15.48 12.81 10.141000 25.24 22.57 19.9 17.23 14.56 11.89 9.22500 24.32 21.66 18.99 16.32 13.65 10.98 8.310.15 0.1 0.4 0.35 0.3 0.25 0.2证券研究报告 请阅读最后一页重要免责声明 17 诚信、专业、稳健、高效 图表23：全球氢应用场景占比 资料来源：DNV，华鑫证券研究 在碳中和大目标引领、各国家政策支持下，氢能源需求迎来快速增长，电解槽项目招标随之大幅增长。我们对中国电解水制氢项目进行不完全统计，处于招标至投运阶段的项目达 37 个，其中 25 个项目公布电解水设备规模，已公布规模的项目合计功率需求达 2.4GW，而2022 年全球电解槽设备出货仅1GW，高增趋势明确。证券研究报告 请阅读最后一页重要免责声明 18 诚信、专业、稳健、高效 图表24：中国电解水制氢项目梳理 资料来源：氢云链，国际氢能网，CFLP，高工氢电，北极星氢能网，华鑫证券研究 预计 2025 年全球电解水设备新增市场规模达 167 亿元，22-25 年 CAGR 达 106%，2050年累计市场规模近 1.5 万亿。测
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