绿氢技能岔路口碱水制氢之后PEM优势与潜力渐显

四大绿氢制备路线中，哪一条代表未来趋势？绿氢降本之路会如何推进？本文将结合行业专家的专访，对这些关键问题做剖析磋商。

电解水制氢四条技能路线

绿氢即电解水制氢，目前市场上紧张有碱性电解（ALK）、质子交流膜电解（PEM）、固体氧化物电解（SOEC）和阴离子交流膜（AEM）四种技能路线。

碱性电解（ALK）技能是目前电解水领域中最成熟的技能，基本事理是水在电流浸染下通过电化学反应被分解为氢气和氧气，二者分别在电解池的阴极和阳极析出。

PEM电解的事情事理是水在阳极通过催化浸染分解为氧气和氢离子（H+），氢离子随后穿越电解质隔膜到达阴极，并在阴极处得到电子天生氢气，反应完成后，氢气和氧气分别通过阴阳极的双极板进行网络并运送；该技能当前处于市场化初期阶段，核心组件涵盖具有出色质子交流能力的聚合物薄膜，以及紧密贴合在电解质薄膜两侧的阴阳极催化层。

AEM电解槽作为一种新型的电解设备，采取阳离子交流膜作为隔膜，能够在更广泛的pH范围内运行。

SOEC电解槽是一种高温电解设备，其制氢事理在于利用固态氧化物作为电解质，并在高温条件下运行，从而实现水或二氧化碳的电化学分解。

四条技能路线在目前发展阶段分别有哪些优缺陷？接管第一财经专访时，中国能建华北电力设计院高等工程师田江南对四种电解水制氢的技能路线进行了剖析比较。

他表示，ALK是目前最主流的技能路线，市场霸占率约95%，紧张是利用镍网作为电极、PPS材料作为隔膜，虽然这种技能已经有上百年的历史，但存在构造性限定成分，比如电极与隔膜之间有较大间距、电流密度较低、隔膜的承压能力差、体积较大等；PEM技能是为理解决ALK的低电密问题而提出的，它采取了零间距的膜电极技能，优点是电流密度较高、相应速率更快，但也存在弊端，比如催化剂须要铂、铱等贵金属，隔膜依赖国外入口材料等，限定了其发展；AEM技能综合了ALK与PEM的上风，具有零间距、电密高、隔膜承压能力大等上风，近半年来发展势头迅猛，已有厂家开始推出AEM产品；SOEC技能目前尚处于实验室阶段，该技能由于须要坚持在800℃旁边的高温状态，因此利用场景受限，紧张适用于有废热产生的场景，间隔商业化较远。

PEM的上风与市场潜力渐显

综合来看，PEM技能是碱水制氢之后最有可能先实现家当化落地的路线。
那么，这种技能相较于碱水制氢有哪些特点？

山东赛克赛斯氢能源公司是海内最早从事PEM纯水电解制氢装备的国家高新技能企业之一，至今已有30余年历史，对PEM技能和设备有着深入研究。
赛克赛斯副总经理丁孝涛在接管第一财经专访时表示，PEM技能相较碱水制氢紧张有三大上风，即具备全生命周期经济性、与可再生能源耦合更好、氢气纯度高延长燃料电池寿命。

首先，从本钱角度出发，目前碱水制氢能够霸占主流，紧张是由于设备本钱低。
然而比拟全生命周期本钱，PEM技能虽然初始设备投资本钱较高，大约是碱水制氢的3-5倍，但由于它的后期掩护本钱低、利用寿命长，全生命周期运行本钱可以与碱水制氢达到持平。

第二，能够适应可再生能源的颠簸性，是PEM技能的关键上风。
丁孝涛表示，PEM技能能够快速相应风光等绿电的颠簸性、间歇性和周期性特色，从而实现更好的耦合匹配。
这紧张由于碱性制氢的差压分离过程在电源颠簸下会产生氢氧互串，产生安全隐患，且碱性制氢设备冷启动须要1小时以上，相应较慢，而PEM在这两方面则具有明显上风。
PEM适配可再生能源的特性决定了其可以更大程度地利用风光绿电，从而享受绿电价格低落带来的收益。

第三，PEM设备产氢的纯度高，杂质种类少，是氢燃料电池或其他高品质用氢场景的最佳供氢办法。
有研究表明，PEM设备生产的氢气不含一氧化碳、硫化物等会对燃料电池造成不可逆危害的杂质，可显著延长氢燃料电池的利用寿命。

此外，中金公司研报还指出了PEM在负荷范围和后期掩护方面的上风。
从负荷范围来看，碱式电解槽功率须要坚持在额定功率的30%（30%~100%）以上，当可再生能源发电溘然减少时会造成一定的摧残浪费蹂躏；PEM电解槽功率负荷范围可以达到5%~125%，更低的功率下限在风光发电较小时节省用电本钱，同时在风光资源发电最有效的时候超负荷运转，将可再生能源的利用率提升至最高。

掩护本钱和环保方面，得益于更小的体积和重量，PEM电解槽在运输、安装及设备改换维修时更为快捷及方便，利用叉车即可完成操作，而碱性电解槽需利用大型起重设备改换；与此同时，碱性电解槽利用碱液，需定期掩护处理，维修本钱更高，且碱液本身会造成环境污染，须要考虑排放问题。

拥有诸多上风的PEM技能，为何规模仍远不及碱水制氢？丁孝涛称，当前市场之以是还没有广泛采取PEM，一个主要缘故原由是氢家当链整体尚处于早期发展阶段，氢储运等后续本钱仍旧偏高，大规模产氢后知足经济性的消纳办法仍在探索，因此大多数企业出于守旧考虑，仍方向选择碱水制氢。
但随着氢能家当的发展和下贱运用的成熟，未来PEM技能的市场潜力巨大。
丁孝涛估量，2026年PEM技能的市场占比将达到20%以上，而绿氢与灰氢本钱持平可能在2030年旁边实现。
同时他也强调，PEM大规模落地不仅须要设备本钱的降落，更须要绿电价格的低落，以及百口当链本钱的降落。

在PEM运用方面，中金研报显示，交通领域是运用占比最高的场景。
中金预测，PEM电解槽凭借其风光耦合性强的特点在外洋化工领域实现了更加广泛的运用，在化工领域的装机量将快速攀升。

关于AEM和SOEC技能，丁孝涛表示，AEM结合了碱水制氢和PEM技能的优点，本钱介于碱水制氢和PEM之间；而SOEC虽然在炼钢等特定运用处景中有潜力，但总体更加早期，二者短期内都缺少大规模家当化能力。

绿氢平价关键：降落设备本钱和电价

氢能想终极成为光伏一样的平价能源，重点在于降本。
田江南表示，实现绿氢工业化与规模化须要多重成分的共同推动，从制氢端来看，降落电价和降落设备本钱是最关键的两点。

他剖析称，第一，电价在电解水制氢的本钱构成中占比约为50%-80%，是最大的可变成本，而电价在绿氢本钱中所占的比例与系统的配置有关，如对电解水制氢设备选择、电源投资占比等，存在降本空间；第二，电解水制氢设备在制氢站固定投资总额中约占70%-90%，是最紧张的固定本钱，目前设备价格较高，降落设备本钱能够有效降落制氢本钱；此外，电解水制氢设备的电解效率目前普遍偏低，提升电解效率意味着花费同样的电可以制得更多的氢气，也是降本增效的主要手段。

碱性电解槽降本已见成效，并且仍有空间。
浙商证券研报显示，碱性电解槽已基本实现国产化，2023年国内外价格分别约为151万/MW、240万/MW，个中膜片/电极在占本钱大头，约57%。
田江南称，目前绿氢项目正在示范过程中，单套1000Nm³/h 的ALK电解水制氢系统的市场价格已较2020年旁边降落了200万~300万元，他估量仍有100万~200万元的降本空间。

比较之下，PEM电解槽价格较高，降本节奏也较慢。
PEM电解槽的紧张成本来源包括双极板、膜电极和催化剂。
浙商证券研报显示，PEM电解槽2023年国内外价格分别约为890万/MW、800万/MW，个中双极板在本钱占比达53%。
而我国PEM电解槽国产化率较低，紧张缘故原由有二：第一，催化剂所需的铂和铱海内储量少，依赖外洋入口；第二，质子交流膜多为全氟磺酸膜，制备工艺繁芜。

电力本钱对绿氢本钱也有着巨大影响。
根据国泰君安研报，随着电价降落，绿氢制备本钱的低落趋势明显，与灰氢、蓝氢比较，当电价分别低于0.15元/kWh和0.25元/kWh时，绿氢具备本钱上风，制氢整天职别为9.89元/kgH2和15.27元/kgH2。

除了降本，电解水制氢的便利性和安全性也是业内的主要议题。
田江南表示，当前制氢设备的体积较大、重量较重，近期部分厂家推出的3000Nm³/h的碱性电解槽荷载超过100吨，不便于设备的运输和安全运行。
另一方面，绿氢的零碳化须要与风力、光伏发电等可再生能源相结合，而可再生能源具有颠簸性、随机性、间歇性等特点，这些特点可能导致电解水制氢设备存在安全隐患。

据悉，电解水制氢设备的隔膜的承压能力有限，ALK制氢设备的膜承压能力大概为几十千帕，PEM制氢设备中膜的承压能力约为一百千帕，当可再生能源的电源不稳定时，可能会超出膜的承压上限，导致氢氧互串，这种安全隐患也有待办理。

多方企业加速布局电解槽

海内碱性电解槽技能源于中船718所，早期718 所、苏州竞立、天津大陆“老三家”企业瓜分市场，发展至今，碱性电解槽玩家紧张包括三类：第一类是“老三家”企业，包括天津大陆、中船派瑞氢能、考克利尔竞立、康明斯等；第二类是跨界布局的新能源企业，包括阳光氢能、隆基氢能、华光环能、天合元氢；第三类是新入局者，包括广东盛氢（昇辉科技子公司）、双良节能、氢器时期、京电设备、长春绿动、氢辉能源等。

近年来，电解槽供给大幅提升。
根据高工氢电家当研究所（GGII）调研统计，2023年海内电解水制氢电解槽出货量达1.2GW（含出口，不含研发样机），同频年夜幅增长61%。
个中，派瑞氢能出货量排名第一，隆基氢能跻身第二，华电重工、航天思卓首次进入前五。
TOP5厂商市占率合计为54%，同比2022年大幅低落25%。
从集中度的低落可以看出，新玩家正在入局，行业处于快速发展阶段。

相较于碱性电解槽，PEM电解槽目前比较小众，主流厂商以外国企业为主，前五核心厂商为Proton On-Site、康明斯、西门子、东芝、山东赛克赛斯，共霸占七成旁边市场份额，集中度较高。
个中大型和中型类的PEM水电解槽霸占市场第一和第二细分。

2023年海内超40家企业发布电解槽新品，电解槽朝着大标方、高电密、低电耗、轻量化的方向不断迭代。
业内人士指出，经由前期的招标以及小规模的培植运营，电解槽出货将进入快速落地期，估量2024年需求将达到3GW，2025年电解槽需求将达到6GW，同比翻倍增长。

从电解槽家当链投资角度来看，受成套设备价格持续低落影响，受益环节正在上移。
田江南指出，在2020年前最先受益的是电解水制氢设备厂家，电解水制氢设备厂家有较大的盈利空间，但是由于短期内大量厂家涌入，削弱了行业的盈利能力，而电解水制氢设备的供应链如电解水制氢的隔膜、电极、机加工、电镀等，仍有较大的盈利空间。

上市公司中，华光环能（600475.SH）2023年内成功下线产氢量1500m³/h的碱性电解槽制氢设备，并完成性能测试鉴定，设备在标准电流密度、1.6MPa压力下的直流电耗为4.2度电每标方氢，处于行业领先水平。
同时，公司智能化、绿色化、数字化特种设备新基地的培植方案中同步方案了500MW电解槽及制氢系统的生产线。

双良节能（600481.SH）在2023年11月发布了新款JSDJ S1系列碱性水电解槽，该产品样机氢气产量达到1001.23m³/h，直流能耗为4.04kWh/Nm³@3000A/m²，气液分离出口氢气纯度为99.99%，利用寿命可达20年。
双良一期年产300套绿电制氢装备已于2023年9月建成投产，投资1.5亿元。
二期年产700套绿电制氢装备已经开工，投资3.5亿元，达产后公司总产能将达1000套。

亿华通（688339.SH）紧张从事氢燃料电池发动机的研发与家当化，2023年，公司通过子公司亿华通氢能科技开始涉足PEM电解水制氢设备生产。
近期，亿华通在张家口搭建了碱液-PEM混联制氢的平台，由风电光伏仿照器、混联制氢系统、氢储能系统、电网仿照器四部分组成。
该平台是面向即将开建的张北200MW风氢一体化项目的氢储能小试验证平台，通过调度算法让碱液制氢稳定平稳运行，同时PEM制氢适应大部分的颠簸，锂电池紧张起调频浸染，高频充放电以坚持微电网电频率和相位的稳定。
在接管第一财经采访时，亿华通表示，公司电解水制氢设备的技能上风在于利用混连系统平衡电网颠簸，最大化利用碱性和PEM的特点，实现取长补短。

(本文来自第一财经)