电解槽技术路径、经济性及出货量情况如何？

电解水设备技术快速迭代，带动成本下降、效率提升。

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 1000Nm³/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。

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。

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。

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、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/m³，对应约 34.6 元/kg。2020 年，氢气价格一度 高达 4.5 元/m³，后降低至 2.5 元/m³水平，现在 3.11 元/m³左右保持稳定。

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/Nm³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/Nm³，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/Nm³，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。

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。

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/Nm³，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/Nm³，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，但相较灰氢尚不具备经济性。

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。

3.供给：多方势力布局，抢占市场先机

全球电解水设备供给以中国为主，中国市场集中度较高。根据氢能观察，2022 年全球 电解槽市场出货量约 1GW，国内电解槽出货量则近 750MW，中国为全球电解槽设备主要来源。 中国电解槽设备集中度较高，2022 年 CR3 达 80%，派瑞氢能（718 所子公司）、考克利尔竞 立、隆基氢能排名前三。隆基氢能 2022 年电解槽出货快速提升，其 2021 年出货未在前五 名行列。 综合而言，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，在行业 发展前期抢占份额。

718 所、竞立、大陆为传统三巨头，技术同源。上世纪 80 年代，主攻核潜艇大气生命 维持系统的 718 研究所通过技术融合，顺势而为，发展出氢能技术。90 年代，研究所部分 电解槽工程师独立创业，分别创办苏州竞立、天津大陆，至此，我国碱性电解槽行业三足 鼎立格局大致形成。目前，国内新兴电解水制氢企业仍有许多研发人员来自 718 所、苏州 竞立及天津大陆。

中船 718 研究所：718 所 1984 年即利用军工技术开发出加压水电解制氢装置，现已成 为国内外主要制氢装备系统供应商。2008 年，718 所成立全资子公司派瑞氢能，开展电解 水设备相关业务。2022 年，中船 718 所举办全球首台套单体产氢量 2000Nm³/h 水电解制氢 装备发布仪式，派瑞氢能成为北京冬奥会绿氢制氢装置唯一供应商。2023 年，718 所与中 国能建国际集团签署战略合作协议，行业地位。目前，派瑞氢能拥有碱性电解槽产能 350 台，PEM 电解槽产能 120 台，合计产能约 1.5GW。

考克利尔竞立：公司核心团队来自 718 研究所，在苏州竞立时期已着手研发制造多个 大容量电解槽设备，参与国家 973 重大科研项目“大规模非并网风电规模化制氢”。2019 年，比利时 John Cockerill 集团承接苏州竞立制氢设备有限公司全部人员和知识产权，增 大研发力量、更新设备、扩大产能，建立考克利尔竞立。2021 年，公司分别下线国际首台 套 1200Nm³/h 和 1300Nm³/h 的电解水制氢设备，出货量达 160MW。公司现有产能约 1GW，预 计 2023 年将扩充至 1.5GW。 天津大陆：公司成立于 1994 年，由苏州竞立部分工程师北上创业建立。公司 2014 年 生产出 200Nm³/h 电解槽，2018 年生产出 1000Nm³/电解槽，现可生产 0.1-1000Nm³/h 的电解 水制氢设备和 2-1000Nm³/h 的气体纯化设备，是我国生产分立式循环水电解制氢设备的专业 厂家。

多方势力参与角逐，中国企业产能快速扩张。目前，隆基氢能、派瑞氢能、阳光氢能 电解槽产能全球领先，且隆基氢能为主的国内企业产能规划充足，快速扩张。另有希倍优 氢能、氢元科技等新兴势力处于产能 0-1 扩张阶段，带动行业整体产能扩张。海外参与者 主要包括蒂森克虏伯、Nel、HydrogenPro、Sunfire、McPhy 等。

在电解槽相关标的中，隆基绿能技术、出货、产能均处领先地位，2023 年 2 月，隆基 氢能推出 ALK Hi1 系列产品，在直流电耗满载状况下可低至 4.3kwh/Nm³，同时推出 ALK Hi1 plus 产品，直流电耗满载状况下低至 4.1kwh/Nm³，在 2500A/㎡电流密度下，更可低至 4.0kwh/Nm³。隆基氢能 2022 年电解水设备出货排名全国第三，产能达 1.5GW，23 年产能将 进一步扩张至 2.5GW，25 年规划 5-10GW。 阳光电源对碱性电解槽、PEM 电解槽均有布局，二者单机功率分别可达 1000Nm³/h、 200Nm³/h，2022 年底，配备阳光氢能 200Nm³/h PEM 电解槽的长江电力绿电绿氢示范项目产 氢成功，产氢纯度达 99.999%，阳光氢能技术实力已获龙头企业验证。

此外，昇辉科技通过子公司盛氢制氢开展氢能相关业务，业务包括电解槽、零部件及 服务等；华电重工同步布局碱性电解槽与 PEM 电解槽，依托华电集团，产业协同效应高， 获取订单能力强；华光环能则与中石化深度合作，预计将参与中石化在新疆的风光制氢二 期项目，该项目有 120 台电解槽需求；亿利节能在内蒙古有氢能一体化园区，可自行消化 电解槽设备产能，其现有碱性电解槽耗电量为 4.6kWh/Nm³，下一代产品预计将降低至 4.3 kWh/Nm³；双良节能单台电解槽功率可达 1000-1500Nm³/h，现有年产能 100 套。 综合而言，电解水制氢行业增长确定性强，多方参与者积极切入，各具优势，抢占市 场先机，虽目前市场集中度较高，未来格局仍未可知。