氫能是可持續(xù)發(fā)展最具潛力的二次清潔能源，根據(jù)制氫工藝所產(chǎn)生的碳排放程度，可分為灰氫、藍(lán)氫、綠氫。灰氫成本較低但污染較大，綠氫通過使用再生能源電解水制取的氫氣，滿足“雙碳”要求，是未來的發(fā)展方向。

　　目前，全球及中國綠氫在氫能占比較低，均不到1%，主要由于綠氫成本高于灰氫成本。未來，隨著風(fēng)電光伏與電解水制氫結(jié)合以及電解槽性價(jià)比逐步提升，制氫成本有望進(jìn)一步下探。根據(jù)測算，理想情況下綠氫成本可達(dá)到5.8元/kg，低于灰氫成本。

　　當(dāng)前，主流電解水制氫技術(shù)包括堿性水電解(ALK)、質(zhì)子交換膜電解(PEM)、高溫固體氧化物電解(SOEC)、固體聚合物陰離子交換膜電解(AEM)四種。電解槽的性能與整個(gè)制氫系統(tǒng)的制氫效率有著直接的關(guān)系，在能耗、安全性方面也有十分重要的影響，所以，電解槽是電解水流程的核心。

　　在電解水制氫的成本中，設(shè)備成本占了14%。電解水制氫系統(tǒng)由電解槽及輔助系統(tǒng)組成，其中，電解槽是電解反應(yīng)發(fā)生的主要場所，輔助系統(tǒng)則包括電力轉(zhuǎn)換、水循環(huán)、氣體分離、氣體提純等模塊。從成本構(gòu)成來看，電解槽在制氫系統(tǒng)總成本中的占比約為50%，設(shè)備在單位時(shí)間內(nèi)的產(chǎn)氫量越大，電解槽所占整個(gè)設(shè)備制造成本的比例就越高，所以，電解槽的成本會(huì)直接影響制氫系統(tǒng)的產(chǎn)品價(jià)格。電解槽的成本是電解水制氫系統(tǒng)生產(chǎn)成本的核心。

　　對于堿性電解槽在新能源發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用，目前國內(nèi)部分堿性電解槽廠商將提高電流密度、采取熱啟動(dòng)作為解決堿性電解槽響應(yīng)速度的重要方式。有示范項(xiàng)目利用多種混合儲(chǔ)能方式進(jìn)行平抑波動(dòng)，優(yōu)化運(yùn)行。利用堿性電解槽可以適應(yīng)高功率和功率快速調(diào)節(jié)運(yùn)行工況但無法長時(shí)間處于低功率工況運(yùn)行的特點(diǎn)，在混合儲(chǔ)能系統(tǒng)協(xié)調(diào)運(yùn)行中，通過設(shè)計(jì)使其在高功率和快速功率調(diào)節(jié)工況中運(yùn)行，同時(shí)，為了保持運(yùn)行安全性和穩(wěn)定性，盡量避免其在低功率工況下運(yùn)行。

　　隨著產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，未來應(yīng)用場景將不斷拓寬，大型化、低成本、低能耗是產(chǎn)業(yè)發(fā)展共識。需要大規(guī)模制氫產(chǎn)能的化工冶金領(lǐng)域?qū)⒊掷m(xù)采用堿性電解槽制氫，而在分布式能源場景中，如現(xiàn)場制氫加氫站這種氫能產(chǎn)量較小的場景，PEM電解槽將具有獨(dú)特優(yōu)勢。

　　相比于堿性電解槽，PEM電解槽由于設(shè)備成本過高，制氫成本相對較高。未來，隨著氫能行業(yè)的發(fā)展、氫氣需求的增加以及技術(shù)的進(jìn)步，會(huì)帶來PEM電解槽成本的下降。疊加可再生能源電力成本的下降和產(chǎn)氫數(shù)量增加的因素，如果考慮土地成本，PEM電解槽更加緊湊，同等規(guī)模下PEM占地面積幾乎為堿性裝置的一半，在土地昂貴的地區(qū)PEM電解槽優(yōu)勢更加明顯。此外，結(jié)合其效率高、能耗少、響應(yīng)快、負(fù)載高等優(yōu)勢，預(yù)計(jì)PEM未來發(fā)展空間大。

　　根據(jù)高工鋰電的數(shù)據(jù)，2022年全球電解槽市場出貨量達(dá)到1GW，其中，中國電解槽總出貨量超過800MW，同比增長129%以上，全球占比超過80%。堿性電解槽設(shè)備憑借運(yùn)行穩(wěn)定、售價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，成為市場的主流選擇。

　　根據(jù)BloombergNEF的數(shù)據(jù)，2023年中國電解槽出貨量將持續(xù)保持高增，出貨量有望達(dá)到1.4-2.1GW，占全球出貨量的60%以上，同比增加75%-163%。

　　當(dāng)前，伴隨電解水制氫性價(jià)比逐步凸顯，推動(dòng)電解槽需求提升。

　　一是電解槽工作時(shí)間不斷延長：通過延長電解槽工作時(shí)間可生產(chǎn)更多綠氫，從而攤薄其固定成本，根據(jù)測算，當(dāng)電解槽工作時(shí)長從2000小時(shí)提升至4000小時(shí)后氫氣成本有望降低4.6%。二是電解槽能量轉(zhuǎn)換效率不斷提升：目前行業(yè)主流的堿性電解槽能量轉(zhuǎn)換效率較低僅為60%-75%，成為阻礙電解水行業(yè)發(fā)展的一大難題，質(zhì)子交換膜電解槽和固體氧化物電解槽可將能量轉(zhuǎn)換效率提升至75%-85%，有望進(jìn)一步降低制氫成本。三是電解槽耗電量逐步下降：電解水的主要成本來源于電費(fèi)，降低電耗一直是困擾行業(yè)多年的難題。未來，隨著電解槽技術(shù)的不斷迭代，耗電量有望繼續(xù)下降。理想情況下，制氫成本可下降80%，達(dá)到5.8元/kg，低于煤炭9.9元/噸的制氫成本。

　　隨著綠氫性價(jià)比提升及政策驅(qū)動(dòng)，預(yù)計(jì)2025年、2030年全球綠氫需求量將分別達(dá)到1583萬噸、4727萬噸;2025年、2030年全球綠氫占比將分別達(dá)到15%、38%。受益于下游綠氫市場需求旺盛，電解槽出貨量有望在未來幾年迎來爆發(fā)期，2023年、2025年電解槽市場規(guī)模將分別達(dá)到1872億元、5280億元。

　　未來，伴隨電解槽產(chǎn)品不斷升級，單臺(tái)設(shè)備投資額有望持續(xù)下降。電解槽技術(shù)的進(jìn)步將掀起綠色氫能浪潮。(作者系華安證券分析師)

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