2022年电解槽技术路线及市场规模分析

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。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

2、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能源发电相匹配，也因此推 动了新的工艺聚合物电解质（SPE

3、）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

4、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 主要是铱(Ir)、钌(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，可以利用热量进行电氢 转换，具有能量转化效率高且不需要使用贵

5、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 /kWh。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，技术进步有望带动电解槽

6、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

7、成本有望降到 0.9 元/Nm3 附近（约合 10 元/kg）。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，20302040 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 8002000 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

8、解槽需求量分别为 3/550GW，假设两个阶段电解槽单价分别为 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。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