制氢行业专题报告：碱性槽和PEM并行电解水制氢日渐成熟

股票研究行业专题研究股票研究行业专题研究证券研究报告——制氢行业专题报告石岩(分析师)庞钧文(分析师)马铭宏(分析师)maminghong027534@gtjas.c证书编号本报告导读：2022年我国氢气的产量达到4004万吨，煤制氢是最主要的制氢途解槽制氢成本和PEM电解槽制氢成本的降幅分别达到63.1%和73.8%。碱性电解槽制氢成本的降低主要受益于电耗及电价的降低带新兴能源增持细分行业评级相关报告间广阔》2023.09.25点开花》2023.09.25再迎拓展》2023.09.1620230913》2023.09.14新兴能源《【国君电新】动力电池数据库20230913》2023.09.14请务必阅读正文之后的免责条款部分行业专题研究22of26 32.灰氢是目前最主要的氢气来源 43.工业副产制氢潜在产能超千万吨 6 84.1.碱性电解槽 5.绿氢成本逐渐接近灰氢制备成本 6.1.隆基绿能：构建绿电绿氢一体化可再生能源解决方案 6.3.明阳智能：打造风电制氢一体化 6.4.亿华通：受益材料体系同源性，上游布局P 6.5.科威尔：从燃料电池到制氢端布局电源测试设备 7.投资建议 行业专题研究33of261.政策先行，氢能起势系建设指南发布，涵盖基础与安全、氢制备、氢储存和输运、氢加注、氢能应用五个子体系。随着国家政策的持续加码，氢能将在我国得到长工业、储能、发电等领域试点示范将稳步开展，可再生能源制氢量将达国将逐步建成较为完备的清洁能源制氢及供应体系，对实现碳达峰战略经济、产业适用特点，可再生氢将率先在化工、交通、钢铁等技术成熟表1：我国已制定多项涉及到氢能的政策制定时间制定部门政策标题涉及到氢能的主要内容《中华人民共和国能源法（征求《中华人民共和国国民经济和社明确将氢能列为前沿科技和产业变革重要领《关于完整准确全面贯彻发展理念做好碳达峰碳中和工作的意键技术研发、示范和规模化应用行业专题研究44of26《2030年前碳达峰行动方案《"十四五"工业绿色发展规划》加快氢能技术创新和基础设施建设,推动氢能局《氢能产业发展中长期规划明确了氢能在我国能源绿色低碳转型中的战《产业结构调整指导目录（2023《氢能产业标准体系建设指南国家层面首个氢能全产业链标准体系建设指2.灰氢是目前最主要的氢气来源化石燃料制氢技术成熟度高，成本低，以煤和天然气制氢为主，制氢过程中会排出二氧化碳等温室气体。工业副产制氢是指以包含氢气的工业尾气为原料，通过变压吸附法（PSA法）回收提纯制氢；由于原料属于工业副产品，无需额外的原料投入，因此具有成本低廉的特点。电解水制氢是指通过直流电将水分子分解为氢气和氧气，所产生的氢气纯度高（>99%是未来最主要的绿氢生产方式。制氢方法反应原理优点缺点化催化分解技术不成熟、纯度低碱性电解制氢技术成熟、成本低质子交换膜制氢操作灵活、尺寸小、适合行业专题研究55of26图3：中国氢气产量的62%来源于煤制氢图4：天然气制氢为全球最主要的制氢途径灰氢生产以掌握煤炭、石油、天然气资源的国有企业为主，包括中国神华、美锦能源、东华能源、中石油、中石化等。中国石化在我国氢能源表3：灰氢主要生产区位于山西焦煤产区石化炼油副产氢、电解水绿氢、丙烷脱氢等行业专题研究66of26计算，在考虑碳封存及碳税的影响时，煤制氢和天然气制氢的成本分别图5：煤制氢原料成本占比75%图6：天然气制氢原料成本占比76%表3：化石燃料制氢成本在10.8-14.7元/kg之间，叠加碳排成本上升至1512345注：煤制氢碳排放为19.94kgCO2e/kgH2,假设CCUS封存CO2的量为18.94kg/H2，碳排放为1kg/kgH2；天然气制氢碳排放为3.工业副产制氢潜在产能超千万吨与可再生能源丰富的西北地区相比，工业副产氢可覆盖京津冀、长三角和广东地区，与氢能应用先发地区匹配。目前我国的焦炉煤气、氯碱化行业专题研究77of26工、丙烷脱氢等工业每年能够提供千万吨级的氢气供应，工业副产在氢能产业发展初期提供低成本、分布式的氢源，有利于氢能的快速发表4：工业副产氢技术包括焦化副产氢、氯碱副产氢、丙烷脱氢、技术简述氢气产率潜在产能制氢成本200m3/t-焦炭208m3/t-烧碱元/Nm3元/Nm3行业专题研究出，适合于各种场景下制氢，包括工业制氢、便携制氢和用作电网调幅快速双向工作，但需要高温热源，且设备投资大、寿命短，适用于核电数据来源：电解水制氢储能技术现状与展望，国泰君碱性水电解：水分子在直流电作用下，在电解池两级发生氧化和还原反应，水分子在阴极被还原，生成氢气和氢氧根离子，氢氧根离子穿过物质子膜纯水电解：纯水通过进水通道进入催化层，在直流电源和催化剂的共同作用下，阳极产生氧气和氢离子，氢离子穿过质子交换膜与阴极行业专题研究99of26质子交换膜电解水制氢PEM质子交换膜PFSA镀镍穿孔不锈钢镀镍穿孔不锈钢粗镍网或泡沫镍镀镍不锈钢镀钴不锈钢镀镍钛运行温度(℃)70-80（A/cm2）0.2-0.475-8045-6099.5%-99.9%>99.99%>99.99%（kWh/Nm3）4.5-5.52.6-3.63.8-5.044-强-发展阶段研发和示范阶段碱液污染，石棉致癌模（Nm3/h）-投资成本（元/kW）~10kW度，波动能源适应性强，冷碱液泄露，石棉隔膜被金属离子毒化-司-行业专题研究电解槽是电解水制氢的核心设备，现阶段大多企业聚焦于碱性电解槽。公司名称主要产品/现有项目产研基地现有产能/年预计产能/年纯化设备、智慧氢能管理系统合肥高新区三期2.5GW产能水电解智能产期建设投资2.1亿元津基能康明斯恩泽行业专题研究基绿能刷新最大单体碱性电解水制氢产氢量，达到3000Nm3/h。企业下线时间单槽制氢能力（Nm3/h）项目应用2021.112021.11国华投资宁夏分公司国能宁东可再生氢碳减排示范区一期荣程集团1300Nm3/h光伏绿电制加氢一体化目2022.122022.07目2022.10立2022.12-2023.05-航天科技2023.05-2023.09-4.1.碱性电解槽是电解槽的支撑组件，用于支撑电极和隔膜，主要是由铸铁金属板或不锈钢板制成。隔膜是防止氢气和氧气混合，但允许槽内离子自由移动的控制系统、气液分离系统、纯化系统、碱液系统、补水系统、冷却干燥行业专题研究图7：膜片、电极是电堆组件中成本占比最大的两部分尽管碱性电解槽的系统降本空间不大，目前电解系统的成本在1500元与可再生能源适配等方面，碱性电解槽仍具有较大提升空间，当前重点表8：碱性电解槽仍有降本增效空间碱性电解槽（A/cm2）<1.7催化剂工作温度(℃)催化剂、温度5提升氢气纯度至99.9999%以上从而降99.5-99.9>99.9999提升与可再生能源的47-66/kW）电耗成本和固定成本均摊下降分别将达到78.0表：远期碱性电解槽制氢成本比现阶段下降约63.1%碱性电解槽碱性电解槽折旧年限（年）折旧年限（年）5554年制氢量（万Nm3）人工和维护费用（万元）折旧成本（元/Nm3）0.410.09原料成本（元/Nm3）人工运维成本（元/Nm3）0.072.000.80单位体积氢气成本（元/Nm3）2.6229.47图：远期随着碱性电解槽寿命及产氢量增加，电耗成本将占比82.7%提高电力系统灵活性，正逐渐成为制氢发展和应用的重要方向。图8：PEM电解槽主要包括阴阳极板、气体扩散层、催化剂层和质子交换膜电源、去离子水循环系统、氢气处理系统、冷却系统，其中电源占比接括电解水绿氢项目、制氢加氢一体化项目、氢氨醇一体化项目等，主要序号位/项目状态1123加”氢能综合示范项目2.5康明斯4152.5康明斯6177.589目新能源制氢工程示范项目公示量大多达到200Nm3/h以上，电流密度在1-2.5A/cm2之间，能耗在（Nm3/h）（kWh/Nm3）康明斯3.6-4.34.34.34.34.54（<1.9V）4.55~0.25行业专题研究性和高氧化性的工作环境下运行，依赖于价格昂贵的贵金属材料如铂、表12：PEM电解槽在催化剂、膜等方4-6提升电解效率大约为20%以上，电解效率提升意味着单位时间内可制造更多的氢气从而实现均摊固定成<1.7催化剂、膜工作温度(℃)50-80对耐久性的影响50%-68%催化剂1>10,000膜、复原催化剂提升氢气纯度从而降>99.9%>99.999%膜5%-300%膜提升与可再生能源适47-66催化剂、膜5-8/kW远期PEM电解槽制氢成本比现阶段下降约73.8%。目前1000Nm3/h电解槽约3000万元，而随着关键零部件国产化及电解槽生产降本未来固定资产均摊和电耗成本下降的幅度分别为94.2%和57.8%。行业专题研究折旧年限（年）折旧年限（年）554.5年制氢量（万Nm3）人工和维护费用（万元）折旧成本（元/Nm3）0.09原料成本（元/Nm3）人工运维成本（元/Nm3）0.07单位体积氢气成本（元/Nm3）0.9340.005.绿氢成本逐渐接近灰氢制备成本成氨合成甲醇副产氢的成本较高，约为22元/kg。行业专题研究绿氢制备降本空间大。远期来看，碱性电解槽制氢成本和PEM电解槽制氢成本的降幅分别达到63.1%和73.8%主要受益于电耗及电价的降低带来的运营成本下降，以及寿命的延长带电解槽制氢成本的降低主要受益于电价的下降，以及国产化替代带来的设备成本下降叠加寿命延长带来的均摊成本下降，两者的降幅分别达到94.2%和57.8%。6.主要标的公司构建绿电+绿氢的可再生能源系统解决方案。隆基绿能目前构建了单晶硅片、电池组件、工商业及户用分布式解决方案、绿色能源解决方设备制造和可再生能源制氢系统解决方案，规划到2025年碱性电解槽2020of26隆基氢能新产品能耗最低可达4.0kWh/Nm3，产氢量行业领先达到20%的设备投资以及可以减少20%的原材料。理论分解能耗、过电位损耗、欧姆损耗三个方面分别占电解水制氢电耗的化绿氢示范项目投产，制氢规模达到每年2万吨，制绿氢合成氨一体化示范项目是国家电投集团及吉电股份开启的氢能行业专题研究2121of26多模式制氢系统契合可再生能源波动性。阳光氢能是阳光电源全资子公司，专注于可再生能源电解水制氢技术的研究。阳光氢能主要产品为智慧氢能管理系统，致力于提供“高效、智慧、安全”的绿电制氢系统微网多模式下制氢系统可提供一站式的绿电制氢系统及解决方案，契合可再生能源快速波动特性，可实现能源电力、石油化工、交通、冶金等智能投切策略等，解决了多套制氢系统之间，制氢系统与多种能量来源之间的协调控制，引领新能源制氢进入了数字化时代。它能够根据输入功率变化，在多套系统间智能投切，让其运行于最优效率区间，并减少设备启停次数，实现高效制氢。同时能够通过丰富测点实时监测、多维单体制氢量行业领先。2022年10月，明阳智能推出的碱性水行业专题研究2222of26创新开发示范项目。此外公司在内蒙古投资建设了风电制氢和绿氢合成控制系统，提高了系统温度控制准确性和敏捷性，相比碱液制氢产品，可以实时动态跟随风、光电的瞬时波动性，实现秒级响应速度，最大程统体积只有碱液制氢系统的1/4。该产品相较其他电解水制氢产品提高了产氢压力，电解槽稳定产氢压力可达到4MPa,结构可承受最高6MPa环境温度(℃)拉载斜率（%/s）氢气露点(℃)子公司氢能科技公司与新疆伊宁市启动氢全产业链项目合作，开展光伏行业专题研究2323of26燃料电池重卡的日常运营需求。该项目是新疆首个清洁低碳绿色氢能制储加用一体化创新应用项目，有助于形成绿色能源生产与就地消纳的良6.5.科威尔：从燃料电池到制氢端布局电源测试设备科威尔是一家以测试电源为基础产品，为多行业提供测试系统及智能制造设备的综合性测试装备公司。公司目前主要产品线有测试电源、氢能测试及智能制造装备、功率半导体测试及智能制造装备等。产品主要应用于新能源发电、电动车辆、氢能、功率半导体等工业领域。由于测试电源产品运用的广泛性特点，公司产品还应用于轨道交通、汽车电子、储能、充电桩、燃料电行业专题研究2424of26氢能产品电堆测试系统、电静态测试系统、功率器件热7.