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氢能设备专题研究：碳中和需“氢”装上阵(二)

新动力300152

2022-06-23

导读：制氢端：燃料制氢仍为主力，水解制氢渐入佳境

（报告出品方/作者：招商证券，刘荣，时文博）

二、制氢端：燃料制氢仍为主力，水解制氢渐入佳境

1、化石燃料制氢：仍为主流工艺，依赖集中化装置

目前的制氢技术依然是化石能源制氢为主，国内占比超过99%。这主要包括煤制氢和天然气制氢，其中天然气制氢全球范围内占比大约70%，在天然气资源较为丰富的地区，制氢成本大约为1.35元/千方米；煤制氢则在我国多煤少气的资源格局下得到广泛应用，在山西、内蒙古等煤炭资源丰富的地区，煤制氢的成本可能低至0.34元/千方米；此外化石能源制氢还包括化工副产物制氢，如丙烷脱氢项目和乙烷裂解项目，均可实现副产并量售氢气。

从煤制氢的角度来看，中国当前通过煤化工的方式制氢的手段已经比较成熟，生产方式主要为煤气化炉利用变压吸附（PSA）技术提纯到燃料电池用氢需求。煤制氢对于资源的密集度和投入规模都有要求，在煤炭资源丰富的地区，煤炭价格可能低至200元/吨，这种情况下煤制氢成本大约6.77元/kg，而当煤炭价格涨至1000元/kg时，煤制氢成本会达到12.14元/kg。此外煤制氢项目一般初期投入巨大，单位投资成本在1~1.7万元/（千方米/小时），因此只有大规模生产的条件下，才能有效摊薄资本投入。

2、水电解制氢：极富潜力的绿氢源泉，设备端仍处初步成长期

除化石燃料制氢外，电解水制氢是另一重要途径，且将是未来制作绿氢的主流方式。目前电解水制氢占全球制氢规模的4%，而在中国尚且不足1%。电解水制氢主要包括碱性制氢、PEM制氢和SOEC制氢三种方式。碱性电解水制氢（AEC）是目前较为成熟的方式，并且已步入早期商业化阶段。AEC一般以碱性溶液（氢氧化钾或氢氧化钠）为电解质，以石棉作为隔膜，起分离气体的作用。阴极与阳极主要由金属合金构成，如Ni-Mo合金。碱性电解的优势在于成本较低，具体来看，受益于碱性条件下如锰、镍等非贵金属的催化剂的广泛使用和规模化生产的经济性，在过去的4年中，电解槽成本已经下降了40%，如今已经占据绿氢制备成本的不足50%比例，且预计未来会进一步下降。

PEM电解技术是近几年以来快速发展的技术，主要采用PEM传导质子，并隔绝电极两侧的气体，相比碱性电解水制氢，PEM电解技术的氢气渗透率极低，因而产生的氢气纯度极高；此外电解槽一般采用零间距结构，欧姆电阻较低，可提升电解过程中的使用效率，并且一定程度上降低电力功耗；且压力调控范围较大，氢气输入压力可达数兆帕，可以适应快速变化的可再生能源的电力输入环境。鉴于PEM相比碱性电解水与可再生能源更为优良的匹配效果，欧盟规划了以PEM电解水逐步替代碱性电解水的路线，且通过立法，如规定电解槽制氢响应时间小于5秒进而达到这一要求。

美国能源部也提出H2@Scale规划，支持Giner、ProtonOnsite等公司开展PEM电解槽制造与规模化技术研发，资助金额均超过400万美元。然而，相比碱性电解水，PEM电解的劣势在于成本过高以及使用寿命较短。在成本方面，制约PEM电解规模化使用的关键在于较高的双极板成本（约占电解槽的48%）和膜电极成本（约占10%），且质子交换膜技术长期被国外少数企业垄断，难以大规模推广；在使用寿命方面，PEM水电解当前的堆寿命低于5万小时，系统寿命处于10-20年之间，均低于碱性水电解。然而，因更大的降本空间和更低的能耗，支持全脱碳的PEM技术未来有望成为水电解技术的重要核心，目前PEM水电解制氢已迈入10MW级别示范应用阶段，100MW级别的PEM电解槽正在开发，自2017年以来，PEM水电解的项目数量就大幅提升，且额定装机功率的平均值也在2020年得到了大幅提高。

聚焦到设备端，电解水制氢主要的设备为电解槽。中国当前的水电解市场主要以碱性水电解技术路线为主，装机总量约为1500~2000套，多数用于电厂冷却用氢的制备，且碱性制备市场的集中度较高，主要集中在718所、苏州竞立和天津大陆三家，三者合计占据60%以上的市场份额。PEM技术路线当前仅718所、阳光电源和中电丰业等公司具备，且较为核心的质子交换膜一般都是全氟磺酸膜，制备工艺复杂，长期被科慕、陶氏、戈尔等企业垄断，国内东岳集团也已研制出短链全氟磺酸膜，可用于水电解制氢和燃料电池。

2019年，全球碱性电解器在全球水电解市场中占据了58%的份额，到2026年，该产品细分市场的规模有望从2019年的1.48亿美元增长至2.26亿美元，与此同时，整体水电解槽市场规模将达到4.31亿美元，碱性电解槽的占比将下滑至52.4%。预计到2050年，碱性电解槽和PEM电解槽的能源转化率将分别达到78%和74%，PEM电解槽的规模占比达到40%，设备价格将降低到800~2000元/kW，碱性电解槽的价格降低到600~1000元/kW，届时电解水制氢的比例也将达到70%，装机量大于500GW，市场规模大于7000亿元。

来源：未来智库

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雄安新动力科技股份有限公司(股票代码300152)作为中国电站动力锅炉自动点火技术的开创者，公司自创立之日起始终坚持科技创新引领公司发展，以节能环保、新能源领域的技术创新为重点，致力成为中国以及全世界环保行业的 “领头羊”。

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