电气设备行业专题研究：PEM制氢：从0到1，风光制氢理想搭档

PEM制氢：从0到1，风光制氢理想搭档 强于大市（维持） 2023年11月23日 证券分析师：周旭辉证书编号：S1160521050001证券分析师：朱晋潇证书编号：S1160522070001电话：021-23586740 ◆结论：①PEM制氢正实现从0到1突破，即供给端（资本进场、国产技术突破）、需求端（风光消纳痛点、项目激增）和政策端催化，成本下降亦有望加速商业化。②我们预计，2025年乐观情形，国产PEM电解槽设备成本下降40%，叠加电费、电耗下降，2025年制氢成本有望下降四成（相较基准情形）。③碱性+PEM组合，经济性和实用性兼备。 一、PEM制氢：风光制氢理想搭档 ◆原理：以质子交换膜（Proton Exchange Membrane）为电解质，利用电能将水分解为氧气和氢气。 ◆主要部件：膜电极（MEA）、气体扩散层（GDL）、双极板、密封圈。◆膜电极（MEA）三明治结构：阴极催化剂层、阳极催化剂层、质子交换膜。 ◆优势：动态响应速度更快，高安全性、操作温度更低、高电解效率、高纯度、体积小。 《风光运营商：拨云见日，成长+防御属性凸显》2023.11.21 《氢能系列专题二：储运：承上启下，氢能规模化应用的关键环节》2023.11.13《4680量产在即，相关设备有望放量》2023.10.20《固态电池专题研究：产业链初步成形，产业化稳步推进》2023.10.16《IEA发布《全球氢能评论2023》，行业加速发展》2023.09.27 ◆应用：风光耦合制氢，有望应用于分布式加氢站等，也可与碱槽组合，应用于绿氨和供热等能化领域。 二、PEM制氢行业：资本、技术、市场和政策推动发展 ◆供给端：各类型企业开始布局，兆瓦级产品层出+材料国产化。◆需求端：项目激增+风光大基地带来的消纳问题亟待解决。◆政策端：标准出台+技术扶持+资金补助。 三、经济性：2025年制氢成本有望下降四成，商业化可期 ◆基准情形：以1000Nm³/h产能PEM电解槽为例，年工作时间4000h，电解水制氢固定成本5900万元，度电成本0.28元/kwh，电耗4.5kwh/标方，不考虑碳交易，此时单位制氢成本（LCOH）约为33元/kg。 ◆2025年中性情形：若电解水制氢设备成本降低20%，固定成本4900万元，度电成本降低至0.18元/kwh，电耗降至3.6kwh/标方，此时LCOH约为23元/kg，接近天然气制氢上限。 2025年乐观情形：相比于中性，进一步假设设备成本降低40%，固定成本3900万元，度电成本降低至0.18元/kwh，电耗降至3.6 kwh/标方，此时LCOH约为20元/kg，达到天然气制氢上限。 ◆海外：20世纪50年代开始研究PEM技术，先发优势明显，已形成PLUG Power（世界第一产能）、ITM（世界第二产能）、Nel、Siemens、Cummins等行业龙头。 ◆国内：包括技术协同的老牌龙头、崛起的新势力和专注国产化材料研发的企业三大类。◆展望：①国内PEM制氢降本和应用潜力大。②PEM+碱性有望成主流。③《2023中国电解水制氢装备行业蓝皮书》预测，2023年中国PEM电解水制氢装备出货量有望达到0.08GW，到2030年增长至19GW，2022-2030年均复合增长率为124%。 【配置建议】 我们建议关注： ◆技术协同的老牌龙头：阳光电源、赛克赛斯、派瑞氢能、中石化。◆新势力：淳华氢能、长春绿动。◆专注国产化材料研发的企业：东岳集团、鸿基创能。 【风险提示】 ◆下游绿电制氢需求不及预期； ◆政策支持不及预期； ◆AEM、SOEC等新产品替代； ◆PEM电解水制氢降本不及预期。 正文目录 1.PEM制氢：风光制氢理想搭档...........................................................................41.1.构造+原理：独特的质子交换膜.......................................................................41.2.优势：与可再生能源耦合，高安全性.............................................................61.3.应用：风光耦合制氢、绿氢化工、燃料电池、热能.....................................72.PEM行业：政策支持+资本进场+技术创新与突破..........................................82.1．供给端：兆瓦级产品层出+材料国产化........................................................82.2．需求端：项目激增+风光大基地带来的消纳问题亟待解决......................102.3．政策端：标准出台+技术扶持+资金补助...................................................113.经济性：2025年制氢成本有望降四成，商业化可期....................................123.1．能源成本：度电成本下降，电耗有望对标国外........................................123.2．固定成本：规模效应+国产化+技术进步...................................................133.3．测算：2025年有望下降四成，达天然气制氢上限..................................144.格局：海外先发优势明显，国内加速追赶......................................................164.1．历史：海外先发优势明显，产能领先........................................................164.2．现状：国内加速追赶....................................................................................164.3．展望：0到1的突破，前景可期.................................................................185.投资建议..............................................................................................................195.1.老牌龙头：阳光电源、赛克赛斯、派瑞氢能、中石化...............................195.2.新势力：淳华氢能、长春绿动.......................................................................205.3.国产化材料研发的企业：东岳集团、鸿基创能...........................................226.风险提示..............................................................................................................22 图表目录 图表1：PEM电解槽主要组成部分.......................................................................4图表2：PEM电解槽和单体结构...........................................................................4图表3：PEMWE工艺概念图................................................................................4图表4：质子交换膜电解槽工作反应原理............................................................5图表5：碱性与PEM制氢对比..............................................................................6图表6：PEM产业路线...........................................................................................7图表7：国内部分PEM电解槽企业产品及规格..................................................8图表8：国内膜电极主流企业................................................................................8图表9：国内兆瓦级PEM电解水制氢项目一览................................................10图表10：十四五风光大基地布局........................................................................11图表11：1MW（200Nm³/h）的PEM电解槽设备成本组成..........................12图表12：光伏电站投资成本与能源成本............................................................12图表13：西门子电解槽电耗数据........................................................................13图表14：PEM电解槽不同生产规模的成本下降...............................................13图表15：质子交换膜............................................................................................14图表16：基准情形下PEM制氢成本..................................................................14图表17：2025年中性情形下PEM制氢成本....................................................15图表18：2025年乐观情形下PEM制氢成本....................................................15图表19：全球PEM企业部分产能......................................................................16图表20：国内主要PEM制氢设备企业概况......................................................17图表21：国内碱性+PEM项目............................................................................