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不同电解水制氢技术路线,并不是非此即彼的关系,而是互相竞合,各有各的适用场景,目前业界也在探索耦合碱性和PEM 各自的优势,共同匹配绿电制氢。上游制氢产业的核心,是为了制备出足够便宜的绿氢,让下游能够用得起氢气,从而实现大规模工业化和消费级的用氢需求,减少二氧化碳排放。
从技术指标切入,理解不同的电解水制氢技术路线。围绕目前主流的碱性电解(ALK)和质子交换膜电解(PEM),选取电流密度/单位电耗、负荷范围/响应速率两组技术指标:①电流密度/单位电耗:电流密度决定设备成本,单位电耗决定能耗成本。电流密度越高,电解槽功率密度越大,单位功率电解槽材料用量越少,设备成本越低;单位电耗越小,每生成1Nm3氢气的耗电量越少,能耗成本越低。提高电流密度,降低单位电耗的核心均在于减少电解槽内阻。②负荷范围/响应速率:负荷范围越宽,响应速率越快→匹配风光耦合性越好。碱性电解槽负荷调节范围仅为20%-100%,难以快速启动停止和变载;PEM 电解槽负荷调节范围达0%-120%,可以实现快速启动停止和快速响应。目前业界也在探索两者耦合共同匹配绿电制氢的方案。
成本是决定碱性/PEM 电解槽渗透率的关键因素。国内出货量中碱性占据绝对主导,海外出货量中碱性略大于PEM;核心在于国内PEM 设备成本是碱性的4-6 倍,海外PEM 仅为碱性1.2-1.5 倍,PEM 的综合性价比优势在海外更为明显。未来,碱性电解槽主要以降低电耗,减少能耗成本为主,提高综合性价比;PEM 电解槽主要以提高电流密度,降低贵金属铱载量,同时通过国产化+规模化,降低设备成本,PEM 电解槽设备的下降路径曲线将更为陡峭。
预计到2030 年,国内用氢需求量将达4500 万吨,按电解水制氢占比15%、年工作小时数3000h 计算,对应电解槽累计装机量将达125GW,到2030 年电解槽市场空间将超1000 亿元。制氢端是氢能产业的核心重要环节,未来电解槽企业的竞争格局仍会不断演化,系统端隆基、三一等风光企业具备极强竞争力,材料端将涌现一批崭新的初创企业。
风险提示:成本下降不及预期、核心技术突破不及预期、产业政策不及预期