2024年電解制氫行業(yè)研究—產(chǎn)業(yè)鏈篇
引言 氫氣是一種來(lái)源豐富、應(yīng)用廣泛的工業(yè)氣體,同時(shí)兼具能源載體的性質(zhì),是一種無(wú)法直接從自然界獲取的二次能源。綠氫是指利用風(fēng)光等可再生能源電解水制氫或生物質(zhì)等其他環(huán)保方式制氫,全程不產(chǎn)生污染氣體和碳排放。綠氫從生產(chǎn)到應(yīng)用全面擺脫了對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴,能夠有效助力深度脫碳減排,是實(shí)現(xiàn)碳中和愿景的重要路徑,也是新能源行業(yè)閉環(huán)形成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。 隨著風(fēng)光發(fā)電的規(guī)模的不斷增長(zhǎng)和低碳要求的不斷提升,綠氫逐漸擁有更大的發(fā)展空間和市場(chǎng),我國(guó)綠氫項(xiàng)目數(shù)量和規(guī)模都呈現(xiàn)逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì),但綠氫制備的關(guān)鍵設(shè)備電解槽的零部件國(guó)產(chǎn)化率仍有待提升。由于氫氣儲(chǔ)運(yùn)成本仍相對(duì)較高,目前綠氫市場(chǎng)應(yīng)用仍以可就地消納、作為工業(yè)原材料擁有不可替代性的大化工領(lǐng)域?yàn)橹?,交通、建筑等燃料能源領(lǐng)域則以成本優(yōu)勢(shì)相對(duì)明顯、配套設(shè)施較為完善的風(fēng)光電力為主,氫燃料的應(yīng)用推廣仍需靜候佳期。對(duì)此我們從產(chǎn)業(yè)鏈角度梳理了行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀。 電解制氫產(chǎn)業(yè)鏈簡(jiǎn)介
電解水制氫最主要的消耗為電力消耗,其電力主要來(lái)自風(fēng)力、光伏等可再生能源發(fā)電,而電解槽作為電解水制氫的關(guān)鍵設(shè)施倍受關(guān)注,目前僅堿性電解槽和PEM電解槽實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化,AEM和SOEC等制氫技術(shù)仍在試點(diǎn)探索中。對(duì)于堿性電解槽而言,電耗成本是最主要的成本消耗,占比達(dá)到78.44%,單位體積制氫成本約為2.23元/Nm3。PEM電解槽因設(shè)備較貴,設(shè)備折舊成本占比份額大幅提升,電耗成本占比被壓縮至56.74%,但仍占據(jù)主要地位,單位體積成本約2.77元/Nm3。
資料來(lái)源:毛宗強(qiáng)等《制氫工藝與技術(shù)》、張軒等《電解水制氫成本分析》、 煤炭深加工現(xiàn)代煤化工、華寶證券、中盛咨詢整理
電解水制氫中游包括制氫和儲(chǔ)運(yùn)兩個(gè)環(huán)節(jié),是產(chǎn)業(yè)鏈中技術(shù)難度較高的兩個(gè)環(huán)節(jié),也是未來(lái)綠氫能否實(shí)現(xiàn)平價(jià)的關(guān)鍵。下游根據(jù)氫氣的性質(zhì)可劃分為工業(yè)原材料和燃料兩種,工業(yè)原材料的應(yīng)用是目前集中式風(fēng)光發(fā)電制氫的主要應(yīng)用領(lǐng)域,燃料應(yīng)用中,綠氫在交通領(lǐng)域相對(duì)受到了更廣泛的推廣。
資料來(lái)源:中盛咨詢依據(jù)公開(kāi)資料整理 一 產(chǎn)業(yè)鏈上游 01 風(fēng)光發(fā)電規(guī)模增長(zhǎng),平價(jià)發(fā)展有望推動(dòng)電解制氫降本
2024年2月,我國(guó)風(fēng)光利用率分別降至93.7%和93.4%,首次跌破“95%消納紅線”。電解水制氫項(xiàng)目通常與風(fēng)光電廠配套進(jìn)行,理論上電解水制氫可與所有風(fēng)光電場(chǎng)適配,解決風(fēng)光電力的消納問(wèn)題。因此電解水制氫規(guī)模的增長(zhǎng)與風(fēng)光電場(chǎng)的數(shù)量與發(fā)電量呈正相關(guān)。2023年我國(guó)發(fā)電量達(dá)到89,090.8億千瓦時(shí),其中風(fēng)電占比9.08%,發(fā)電量8,090.50億千瓦時(shí),光伏占比3.30%,發(fā)電量2,939.70億千瓦時(shí),2024年1-9月風(fēng)光電力占比再度上漲,分別達(dá)到9.54%和4.36%。
資料來(lái)源:國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、中盛咨詢整理
目前我國(guó)可再生能源電力價(jià)格仍普遍高于傳統(tǒng)火電價(jià)格,在政策驅(qū)動(dòng)下風(fēng)光電力向著平價(jià)化方向發(fā)展。我們根據(jù)部分電力公司公開(kāi)價(jià)格數(shù)據(jù)測(cè)算,2023年底風(fēng)電平均上網(wǎng)電價(jià)為496.51元/兆瓦時(shí),較上年下降了2.06%,約為火電平均上網(wǎng)價(jià)格的1.02倍,光伏上網(wǎng)電價(jià)平均上網(wǎng)電價(jià)為763.48元/兆瓦時(shí),較上年下降了3.64%,約為火電價(jià)格的1.57倍。
02 上游零部件部分國(guó)產(chǎn)化,技術(shù)方面存在較大進(jìn)步空間 堿性電解槽零部件主要分為隔膜和催化劑。目前堿性電解槽廣泛使用的隔膜為以聚苯硫醚(PPS)織物為基底的新型復(fù)合隔膜,有著耐熱性能優(yōu)異、機(jī)械強(qiáng)度高、電性能優(yōu)良的特點(diǎn),日本東麗的PPS隔膜,價(jià)格約在每平米400元左右,長(zhǎng)期占據(jù)著我國(guó)PPS隔膜的主要市場(chǎng)份額。 堿性電解槽的催化劑主要以鎳基為主,電極通常采用鎳網(wǎng)的形式,具有價(jià)格低廉,耐酸耐堿耐高溫等特點(diǎn),國(guó)內(nèi)生產(chǎn)商包括揚(yáng)州玉峰、英凱模等,歐美堿性電解槽所使用的高性能鎳基合金催化劑,是與國(guó)產(chǎn)電解槽價(jià)格、制氫效率、使用壽命等方面拉開(kāi)差距的主要原因之一。 資料來(lái)源:陽(yáng)光電源、氫啟未來(lái)網(wǎng)、高工氫電、碳能科技、中盛咨詢整理 PEM電解槽主要分為質(zhì)子交換膜、電極催化劑、氣體擴(kuò)散層和雙極板四個(gè)部分。其中僅行業(yè)目前常用的石墨雙極板和金屬雙極板可完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化替代,且已向著耐腐蝕的鈦基雙極板展開(kāi)技術(shù)研發(fā),上海治臻和金泉益搭建有PEM電解槽雙極板的生產(chǎn)線并已開(kāi)始出貨。其他零部件生產(chǎn)技術(shù)均與國(guó)際先進(jìn)水平存在一定差距,對(duì)進(jìn)口相對(duì)依賴。 質(zhì)子交換膜生產(chǎn)技術(shù)長(zhǎng)期被歐美和日本國(guó)家所壟斷,國(guó)內(nèi)的工業(yè)級(jí)的PEM產(chǎn)品幾乎全部使用杜邦的NafionTM系列,國(guó)內(nèi)僅東岳未來(lái)氫能、浙江漢丞、通用氫能和科潤(rùn)新材料等少數(shù)企業(yè)擁有生產(chǎn)PEM電解槽質(zhì)子交換膜的能力。 PEM電解槽常用的陰極催化劑為以碳為載體材料的鉑碳催化劑,鉑載量約在0.4-0.6g/c㎡;陽(yáng)極催化劑以氧化銥為主,催化劑中銥載量約為1-2g/c㎡,鉑和銥均為產(chǎn)量稀少的貴金屬,價(jià)格昂貴,催化劑中的貴金屬載量是未來(lái)技術(shù)突破的主要方向。 PEM電解槽的氣體擴(kuò)散層陽(yáng)極選擇耐酸耐腐蝕的鈦氈作為陽(yáng)極氣體擴(kuò)散層的主要材料,陰極碳紙和鈦氈均可以作為氣體擴(kuò)散層材料,國(guó)內(nèi)碳紙氣體擴(kuò)散層存在一定的工藝壁壘,鈦氈氣體擴(kuò)散層生產(chǎn)企業(yè)也相對(duì)較少,工業(yè)級(jí)的質(zhì)子膜電解槽產(chǎn)品國(guó)內(nèi)仍以進(jìn)口品牌使用為主,國(guó)產(chǎn)化率具備較大進(jìn)步空間。 資料來(lái)源:Nel、派瑞氫能、TrendBank、平安證券、中盛咨詢整理 二 產(chǎn)業(yè)鏈中游 01 我國(guó)綠氫產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展,技術(shù)趨勢(shì)明顯 我國(guó)綠氫制取項(xiàng)目呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì),單項(xiàng)目制氫規(guī)模不斷擴(kuò)大。根據(jù)勢(shì)銀能鏈與GGII,截至2023年12月31日,我國(guó)已存在337個(gè)綠氫項(xiàng)目,其中2023年全年新增186項(xiàng),占總量的55.19%;2021-2023年我國(guó)電解水制氫設(shè)備出貨量從350MW增長(zhǎng)至1.2GW,CAGR為85.16%,其中最大單項(xiàng)目制氫規(guī)模2021年僅為160MW,2023年大幅增至750MW。 從電解水制氫設(shè)備招標(biāo)項(xiàng)目技術(shù)路線來(lái)看,2023年堿性技術(shù)路線電解槽招標(biāo)量占據(jù)主導(dǎo)地位,招標(biāo)規(guī)模2,846.5MW占比達(dá)95.7%,PEM技術(shù)路線電解槽招標(biāo)規(guī)模66MW,占比2.2%,SOEC招標(biāo)規(guī)模63MW,占比2.1%。大東時(shí)代智庫(kù)(TD)預(yù)計(jì),在小規(guī)模分布式制氫上會(huì)以PEM為主,而在大規(guī)模集中式制氫上,2026年前會(huì)以ALK為主,PEM為輔的模式。 資料來(lái)源:大東時(shí)代智庫(kù)、中盛咨詢整理 02 氫氣儲(chǔ)運(yùn)降本需求明確,技術(shù)有待突破
現(xiàn)階段氫氣的儲(chǔ)運(yùn)方法主要包括高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)、固體材料儲(chǔ)運(yùn)、低溫液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)和有機(jī)液態(tài)儲(chǔ)運(yùn)四種。
資料來(lái)源:國(guó)際氫能網(wǎng)、中盛咨詢依據(jù)公開(kāi)資料整理
其中高壓氣態(tài)儲(chǔ)運(yùn)是國(guó)內(nèi)最普遍的運(yùn)氫方式,氣氫拖車運(yùn)輸技術(shù)最為成熟但運(yùn)輸效率僅為1-2%,適用于小規(guī)模、200km內(nèi)的短途運(yùn)輸。目前20MPa車約66萬(wàn),30MPa車約166萬(wàn),以20MPa壓力運(yùn)輸,當(dāng)運(yùn)輸距離100km時(shí),運(yùn)輸成本為8.66元/kg,隨著距離增加,運(yùn)輸成本受人工費(fèi)和油費(fèi)推動(dòng)顯著上升,如果運(yùn)輸壓力標(biāo)準(zhǔn)由20MPa提升至50MPa,100km的運(yùn)輸成本可降至5.60元/kg。國(guó)內(nèi)管束儲(chǔ)氫企業(yè)主要有中集安瑞科、浙江藍(lán)能、北京天海、國(guó)富氫能、新興能源裝備、中材科技、眾邦能源等。其他氫能儲(chǔ)運(yùn)方式由于成本或技術(shù)成熟度問(wèn)題,在我國(guó)尚未開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用。
三 產(chǎn)業(yè)鏈下游 01 工業(yè)用氫可就地消納,項(xiàng)目規(guī)模不斷增長(zhǎng)
大化工領(lǐng)域是綠氫主要應(yīng)用場(chǎng)景,終端能源消費(fèi)滲透率逐步提升。據(jù)IEA《Global Hydrogen Review 2024》,2023年全球氫需求超過(guò)97百萬(wàn)噸,其中煉油氫需求達(dá)43百萬(wàn)噸,工業(yè)氫需求達(dá)54百萬(wàn)噸;工業(yè)氫需求中約60%用于氨生產(chǎn),30%用于甲醇生產(chǎn),10%用于冶金。而據(jù)中國(guó)石化《中國(guó)能源展望2060》,2023年,我國(guó)氫氣消費(fèi)量約3,549萬(wàn)噸,在終端能源消費(fèi)總量中的占比不足4%,幾乎全部氫氣用于工業(yè)部門(mén),建筑、交通等部門(mén)用氫合計(jì)不足3%。
資料來(lái)源:IEA、中國(guó)石化、國(guó)海證券、中盛咨詢整理
從我國(guó)綠氫項(xiàng)目建設(shè)情況來(lái)看,根據(jù)2024綠氫產(chǎn)業(yè)大會(huì)上的GGII數(shù)據(jù)顯示,在已建成項(xiàng)目中,從數(shù)量占比來(lái)看,66%項(xiàng)目下游應(yīng)用為交通;從裝機(jī)占比來(lái)看,化工及煉化占比超過(guò)70%。在建及規(guī)劃項(xiàng)目中,從數(shù)量占比來(lái)看,化工與交通約2:1;從裝機(jī)占比來(lái)看,化工應(yīng)用占比高達(dá)92%,其次為交通。
02 交通領(lǐng)域以氫燃料電池車為主,推廣仍需靜候佳期
我國(guó)氫燃料電池的應(yīng)用處于試點(diǎn)階段,多應(yīng)用于大型客車和重型專用車,《中國(guó)零排放貨運(yùn)年度進(jìn)展報(bào)告2022》以49噸氫燃料電池重型貨車為例對(duì)氫燃料電池車生命周期使用成本進(jìn)行了測(cè)算,并與傳統(tǒng)燃油重型貨車進(jìn)行了比較,最終結(jié)果顯示氫燃料電池5年內(nèi)綜合成本為532.35萬(wàn)元,約為傳統(tǒng)燃油車的2.3倍,而一次性購(gòu)置成本為150萬(wàn)元,約為傳統(tǒng)燃油車的3.8倍。
據(jù)中國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)公布燃料電池汽車產(chǎn)銷數(shù)據(jù),2024年6月全國(guó)燃料電池汽車產(chǎn)銷分別完成1,181輛和1,117輛。2024年上半年全國(guó)氫燃料電池汽車產(chǎn)銷數(shù)據(jù)分別為2,773輛和2,644輛,同比增加11.1%和9.7%(2023年上半年產(chǎn)銷數(shù)據(jù)為2,495輛和2,410輛)。 燃料電池車的推廣應(yīng)用離不開(kāi)配套設(shè)施加氫站的建設(shè),目前我國(guó)的加氫站主要以外供氫、氣態(tài)、35MPa壓力加氫站為主,根據(jù)GGII《中國(guó)加氫站數(shù)據(jù)庫(kù)》,2023年國(guó)內(nèi)新建加氫站87座,加氫站分為外供和現(xiàn)場(chǎng)制氫兩種,2023年國(guó)內(nèi)新建加氫站有13座是制氫加氫一體站。外供氫加氫站的電解水制氫和運(yùn)輸成本每公斤高于60元,而現(xiàn)階段灰氫的制備儲(chǔ)運(yùn)成本約為每公斤30元。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)制氫加氫站而言,電解水制氫加氫一體站的建設(shè)成本為外供氫加氫站的3.2倍,是甲醇重整制氫加氫一體站的1.7倍,是天然氣重整制氫加氫一體站的1.6倍。因此氫燃料電池車受購(gòu)置和使用成本影響,目前主要以摸索商業(yè)模式為主,為綠氫降本后的大規(guī)模推廣做前期的準(zhǔn)備。
同類文章排行
- 我國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展迎來(lái)重要窗口期
- 關(guān)于礦用整流柜的使用環(huán)境
- 整流柜有哪些外形特征?
- 關(guān)于高頻開(kāi)關(guān)電源發(fā)展的四大趨勢(shì)
- 國(guó)家能源局:可再生能源,完善綠色電力
- 我國(guó)新能源發(fā)展現(xiàn)狀
- 氫能在工業(yè)領(lǐng)域的妙用:你知道多少?
- 國(guó)家能源局組織發(fā)布《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書(shū)》
- 2023世界氫能技術(shù)大會(huì)中外對(duì)話:氫能國(guó)際合作機(jī)遇與挑戰(zhàn)
- 中國(guó)氫能產(chǎn)業(yè)具備10萬(wàn)億規(guī)模潛力