2022年电解槽技术路线及市场规模分析.docx

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1、2022年电解槽技术路线及市场规模分析1、电解槽技术路线分析：碱性电解槽是目前主流，PEM 电解槽降本是关键工业化水电解技术早在上世纪20年代就开始了在生产应 用中的探索，主要动因是炼化生产的需求。70年代开始，石 油危机的冲击以及环保意识的出现，导致对能源使用理念开 始产生变化，加之太空航天的发展，对氢能的开发和利用逐步 获得重视，开始推动电解水技术的发展。目前，可实际应用 的电解水制氢技术主要有碱性液体水电解与质子交换膜电解 槽两类。碱性液体水电解原理示意图资料来源：电解制氢与氢储能俞红梅、衣宝廉图：碱性液体水电解原理示意图碱性液体水电解技术是以KOH、NaOH水溶液为电解质, 在直流电的

2、作用下，将水电解生成氢气和氧气。但生成的氢 气需要经过脱碱雾处理方可达标，这一技术是最早成熟的电 解水制氢技术，在20世纪中期就实现了工业化。设备方面， 碱性电解槽以含液态电解质和多孔隔板为结构特征，隔膜为 则多采用石棉绒制隔膜。但这一工艺有明显的缺点，一是电 解液容易与空气中的CO2发生反应，形成不易溶于水的碳酸 盐等物质，这些物质可能会阻塞催化层，降低反应效率。二是因为需要保持正负极两侧压力的均衡，碱性液体电解槽启 动或者关闭速度较慢，对制氢速度的调节也存在约束，否则如 果压力偏差较大，可能引发氢、氧气体穿过隔膜发生混合， 容易引起爆炸。基于该点缺陷，碱性液体电解槽很难与波动较大的可再 生

3、能源发电相匹配，也因此推动了新的工艺聚合物电解 质(SPE)水电解技术的快速发展。首先推广应用的是质子交 换膜(PEM)替代石棉膜，质子交换膜可以起到传导质子及 隔绝电极两侧气体的作用，可以较好的克服碱性液体电解槽 的缺陷。同时，PEM水电解池的结构也有助于降低欧姆电阻, 提高电流密度，效率和安全性明显高于碱性液体电解槽。影响PEM电解池效率的主要因素是水电解电极反应中正 负极析氢反应的极化差别。电化学极化主要与电催化剂的活 性相关。此外，电解水反应析出的原子氧具有强氧化性，对 阳极侧的催化剂载体与电解池材料的抗氧化与耐腐蚀要求较高, 理想催化剂的特征是具有较高的比表面积与孔隙率、较高的 电子

4、传导率、良好的电催化性能、长期的机械与电化学稳定 性、小的气泡效应、高选择性、便宜可用与无毒性等。满足上 述条件的析氧催化剂主要是钦(Ir)、钉(Ru)等贵金属及其氧化 物。由于Ir、Ru的价格昂贵且资源稀缺，材料成本也较高， 因此迫切需要寻找替代元素的催化剂。此外，扩散层多采用钛(Ti)基材料并进行耐腐蚀表面处理，扩散层的金属材料成 本占比也较高。由于催化剂与电解池材料的成本较高，现阶 段PEM水电解方式的制氢成本要远高于传统的碱水电解技术。此外，从提高能效的角度，以固体氧化物电解质的固体 氧化物水电解技术(SOEC)采用固体氧化物作为电解质材料, 可在4001000高温下工作，可以利用热量

5、进行电氢转换， 具有能量转化效率高且不需要使用贵金属催化剂等优点，也有 望成为未来技术的发展方向，但目前尚未实现商用。2、2030年“绿氢”或实现成本平价现行技术条件下电解水制氢成本较高，降低成本的途径 之一是新能源发电成本的下降。按照我们前文的测算，预计 到2030年新能源发电成本降至0.2元/KWh时，“绿氢”成本 基本可接近20元/kg的水平。此外，根据国家发改委能源研 究所中国2050年光伏发展展望报告，随着技术的进步和 发电规模扩大，到2050年光伏发电成本有望降至0.13元 /kWho按照制取每公斤氢气消耗5055度电，我们预计远期 制氢的电力成本将降至6.5元/kg。此外，技术进

6、步有望带动电解槽价格的下降和功耗的降 低，从而降低电解水制氢的成本。目前技术的研究重点在与 可再生能源耦合的大规模电解水制氢技术和宽功率波动环境 下的高适应性，以及电极材料、质子交换膜等关键材料的研发和国产化。长期来看，综合考虑电价和技术进步的因素，若 2030年以光伏为代表的可再生能源发电成本如预期降至0.20 元/kWh以内，在碱性电解系统设备价格低于2000元/Kw的假 设下，电解水制氢成本可以降至20元/kg附近，即1.8元 /Nm3,接近工业副产氢气的最高成本。展望2050年，在可再生能源发电成本可降至0.13元 /kWh,而电解槽价格下降50%以上的假设下，电解水制氢成 本有望降到

7、0.9元/Nm3附近（约合10元/kg） o成本的降低 将使得绿氢在氢气制取的能源市场上占据优势地位。我们预计在“碳中和的背景下，2030-2040年绿氢制取 将逐步占主导地位。但是在最近10年，化石能源也必不可缺, 主要是因为低成本的化石能源制氢，可以为行业引入低成本 的氢源，助力产业化提速。3、2022年电解槽设备市场或初具规模根据中国氢能产业发展报告2020中的数据，预计至 2050年PEM电解系统设备价格将降到800-2000元/kw。我们按照2025/2045年氢气需求分别为0.25/1亿吨测算, 预测绿氢占比分别在1%/60%,对应的电解槽需求量分别为 3/550GW,假设两个阶段

8、电解槽单价分别为4000/2000元/kw, 对应电解槽的市场规模分别为127/11050亿元，预计电解槽市 场在2025年即可破百亿，2045年即可破万亿。电解槽市场规模预测电解槽市场规模（亿元）单价（千元/kw）.右轴资料来源：中国氢能产业发展报告2020（中国电动汽车百人会），中信证券研究部预测图：电解槽市场规模预测近两年，在“碳达峰、碳中和”的政策推动下，绿氢项目 逐渐开始落地，但目前多是示范项目，稳定商用的项目是宝 丰能源的光伏电解水制氢项目。整体看，绿氢项目和电解槽 采购的主体也以国企为主。预计2022年在政策的推动下，绿氢项目也将从示范项目 逐步向商用拓展。在减碳和“碳中和”的场

9、景下，绿氢有丰富 的应用场景。一方面可以与新能源电站配合，发挥氢能储能 的作用。另一方面，在工业领域，氢能也可以作为减碳的工具。 工信部发布的“十四五”工业绿色发展规划明确提到了推 进“绿氢开发利用”等新型污染物治理技术装备基础研究，以 及在炼化工业中推广“绿氢炼化等绿色低碳技术”。因此，我们 预计2022年绿氢需求将有明显增加，主要增量来自于工业领 域大型国企减碳的示范项目，同时新能源电站也有望对绿氢 的制取、储能等开展进一步探索。绿氢项目的增加有望直接带 动对电解槽的采购需求，我们预计2022年电解槽销量有望达 到100万千瓦的规模，对应市场空间在3050亿元。目前国内主流路线是碱性电解槽，龙头生产企业主要有 三家：中船718所、苏州考克竞立以及天津大陆，但都没有 上市。兆瓦级PEM电解槽量产企业主要是赛克赛斯。此外， 光伏产业链巨头隆基股份、阳光电源也分别发布了碱性电解槽 和PEM电解槽产品，后续两家公司的量产情况也值得关注。 其他相关的上市公司有滨化股份（参股天津大陆17.5%的股 权）、美锦能源（通过产业基金投资赛克赛斯）。