简析中国绿电制氢技术趋势

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国家级政策出台，明确重点可再生能源制氢

1. 2025/ 完善的产业发展制度政策环境，初步建立以工业副产氢和可再生能源制氢就近利用为主的氢能供应体系，燃料电池车辆保有量达到 5 万辆，可再生能源制氢量达到 10-20 万吨 / 年，实现二氧化碳减排 100-200 万吨 / 年；
2. 2030/ 完善的清洁能源制氢及供应体系
3. 2035/ 构建以交通、储能、工业、发电为主的应用场景，可再生能源制氢在终端能源消费中的比重明显提升

1. 对发展清洁低碳氢源做出明确部署，发展清洁低碳的氢源，重点发展可再生能源制氢，严格控制化石能源制氢。
2. 以工业，交通，储能领域和分布式发电作为主要的发展领域。
3. 有既定的量化目标，可以达到鼓励各地方积极进行配套政策的制定以及基础设施布局的效果。

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氢源将逐步往绿氢过渡，在“脱碳”的背景下，未来氢气主要需求将集中于工业以及交通领域

• 中国是产氢大国，年产氢量达到 3300 万吨，但氢源严重依赖煤制氢。技术上，煤制氢会产生大量的二氧化碳，显然并不符合政策上描述的发展氢能促进产业脱碳的目的。因此，发展绿氢才是推广氢能的关键。
• 自国家层面发布《氢能产业发展中长期规划（ 2021-2035 年）》后，各地地积极规划可再生能源制氢（绿氢），据大东时代（ TD ）目前统计，到 2030 年规划的绿氢产能将超过 450 万吨。
• 随着绿氢产能的逐步释放以及制氢成本的下降，绿氢的经济性将逐步显现，煤制氢的氢源份额预计将逐步被电解水制氢所蚕食。

• 中国是氢气需求大国，年消费量超 3000 万吨，其主要的消费用途集中于工业领域（以化工合成氨和甲醇为主，部分作为还原剂炼钢以及工业热源）。
• 工业是当前脱碳难度较大，若仅仅通过 CCUS 以及电气化，很难完成既定的目标。而绿氢将在主要在工业脱碳领域发挥重要的作用，主要体现在三方面，①替代一氧化碳作为还原剂炼钢，②替代天然气等化石能源成为高能耗产业的主要热源，③在化工中作为绿色原材料。
• 交通方面的占比将迎来一定的提升，主要原因在于：①随着产业化的发展，零碳排放的 FCEV 在规模化的生产下有较大的降本空间，②性能上较 BEV 更适合在商用车领域的要求，因此相应的氢气需求量将提升。

  

  
  

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中国可再生能源装机容量超过煤电，绿氢规划产能270万吨

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ALK技术

• 目前来说主要的电解水制氢技术路线有 4 种，碱性（ ALK ）、质子交换膜（ PEM ）、阴离子交换膜（ AEM ）、固体氧化物（ SOEC ）；最为成熟且商业化程度最高的时碱性电解水技术， PEM 技术处于商业化早期，而 AEM 和 SOEC 则处于实验室→商业化起步阶段。
• ALK 电解水技术上，其产品技术突破的空间越来越小，以部件性能优化提高为主。 在 PEM 电解水技术，中国存在卡脖子的问题，因此，也意味着突破性的发展空间大。

• 在绿氢制备设备（技术）选择上，由于 ALK 设备相对更加廉价，技术也更为成熟，因此多数电解水项目都会选用 ALK 的技术路线。招投标的统计情况显示，当前 93% 的电解槽都选择以 ALK 技术路线为主，占有行业的绝对地位，而其设备价格仅为 PEM 设备价格的 1/4-1/5 ，因此，经济性更好。
• 而在中标企业中，派瑞氢能，隆基氢能和阳光电源分列前三甲。市场份额的 CR3 约为 70% 左右，与 2022 年差别不大。但 2022 年出货量第一名的厂商考克利尔竞立并未上榜。
  

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PEM电解槽

• 该技术用质子交换膜替代了碱性电解水中的隔膜和电解质，同时起到了隔离气体与离子传导的作用。具有工作电流高，设备体积小，负载灵活，启停快，能耗低的特点。
• 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。

• 耗电成本： 50kwh/kg.H2
• 设备成本： 800~1000 万 /MW 系统
• PEM 产品与国外产品性能存在差距：国外整体更为成熟，单体电解槽规模更大。
• 中国 PEM 设备成本 800~1000 万 /MW ，质子交换膜 / 钛毡 / 钛网被卡脖子

• 质子交换膜产业化技术不成熟，依赖进口厂商产品。
• 钛毡和钛网（气体扩散层材料）产业链目前不成熟，导致成本过高。

• 技术特点上， PEM 电解槽具有启停快，负载范围广，能耗低的特点，因此，更能适应可再生能源发电的波动性。但目前受制于设备成本高昂的原因，难以形成大规模的推广。大东时代智库（ TD ）预计，随着关键零部件国产替代化，贵金属负载量（催化剂）降低等， PEM 制氢的单位氢气成本预计将在 2026 低于 ALK 制氢。
• 在小规模分布式制氢上，预计会以 PEM 为主，而在大规模集中式制氢上，在 2026 年前，预计会以 ALK 为主， PEM 为辅的模式为主，其主要原因在于当 ALK 电解槽负载低于 25% 时，所生产出来的氢气不纯，因此需要使用 PEM 电解槽。

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SOEC电解水制氢技术处于实验室迈向商业化的阶段

• 长期的高温高湿运行环境对材料造成衰减，造成电解槽使用寿命下降。
• SOEC 单电池制备。由于 SOEC 单电池一般很薄，且需堆叠成电堆，因此对制备工艺要求较高。
• 密封技术。频繁的启停，对电池片的密封材料也造成考验，由于 SOEC 的运行环境严酷，需在 650-850°C 的高温下长时间工作，还有启动和停止导致的急速升温和降温，密封材料要在这样的环境中也能稳定发挥性能，保持高度的气密性和耐受性。

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AEM电解水制氢技术商业化应用尚待突破

• AEMWE 制氢原理与传统碱性水电解制氢类似：阳极发生析氧反应，阴极发生析氢反应，电极的催化层通过降低氧 / 氢过电位来提高系统效率；扩散层为电解质转移和生成气体释放提供通道，同时在电解池内部起到结构支撑作用；由阴离子交换膜进行氢氧根的传导，同时隔绝阴阳极阻断氢气和氧气产物的混合；碱液或纯水用作电解液，以促进离子转移。

• 成本低、启停快、耗能少

• 处于初级阶段，目前研究集中在关键核心组件 AEM （阴离子交换膜）， 高效、稳定的 AEM 对实现 AEMWE 的商业化应用十分关键。
• 要实现大规模的推广， AEM 电解槽需达到 PEM 电解槽相似的性能， 即电流密度 >1 A/[email protected] V ，衰减速率 <1 μV/h ； 但目前大部分商业化 AEM 在电化学工况下的稳定性，包括电化学稳定性与化学 / 机械稳定性，仍存在一定的问题。国内的 AEM 的离子电导率已可超过 150 mS/cm(80 ℃) ，碱稳定性达到 2000 h(80 ℃ ， 1 mol/L KOH) 以上，并在 AEMWE 制氢中实现超过 2000 h 的高电流密度 (>0.5 A/cm2) 稳定运行，距离商业化应用要求还有距离。