水电解制氢设备专题报告：水电解制氢供需双扩背景下，电解槽有望迎来发展机遇

水电解制氢供需双扩背景下，电解槽有望迎来发展机遇 水电解制氢设备专题报告 氢能 投资评级：推荐（维持） 投资要点 我国绿氢供需规划持续扩张，水电解制氢设备有望迎来产业规模提升：从需求端 来看，中国碳排放要求趋严背景下，工业领域对绿氢的需求将不断增大；各地绿氢 2023年12月05日 证券研究报告|产业深度报告 分析师：张锦 分析师登记编码：S0890521080001电话：021-20321304 邮箱：zhangjin@cnhbstock.com 研究助理：张后来 邮箱：zhanghoulai@cnhbstock.com 销售服务电话： 021-20515355 行业走势图（2023年12月4日） 资料来源：wind，华宝证券研究创新部 相关研究报告 1、《融资渠道收紧资本开支放缓，板块有望边际反转—锂电板块三季度业绩回顾》2023-11-15 2、《进入汽车革命后半场，特斯拉+华为引智能化产业浪潮—新能源车行业专题报告》2023-10-12 3、《解决续航焦虑的最后一棒，快充进程加快催生材料新变化—动力电池行业专题报告》2023-08-17 制取政策持续推出，扩大绿氢生产规模、突破电解水制氢设备关键技术成为政策焦点。从供给端来看，我国电解水制氢项目多点开花，未来电解水制氢投产有望加速落地；投资规模扩张、产品规格升级、产品价格下行有望成为未来电解槽行业的发展趋势。在绿氢供给与需求双端的同时扩张下，我国电解槽行业有望迎来市场规模提升。 我国四种技术类型的主流电解槽发展进程拆解：目前主流电解槽的主要性能要求为氢气纯度高，能耗低，结构简单、制造维修方便便宜且使用寿命长，材料的利用率高。我国主流的电解槽按水电解技术可分为ALK、PEM、AEM、SOEC四种类型，在产业成熟度方面ALK>PEM>SOEC>AEM。细分来看，1）ALK电解槽是目前电解水规模化制氢的首选，但是存在制氢效率低下、制取过程中存在污染且耗电量大的问题，并且ALK电解槽未来依然存在降本空间；2）PEM电解槽目前处于商业化初期，相比ALK电解槽制氢效率更高，耗电量相对较低，且能利用风光发电进行氢能制取，但是由于PEM电解槽制作过程中使用大量贵金属，且单槽产氢规模依然较低，降低成本、扩大生产规模是未来PEM电解槽的发展趋势；3）AEM电解槽的发展优势在于结合ALK电解槽造价较低和PEM电解槽效率较高的优点，能够以较低成本高效制取氢气，但是由于具有高离子电导率和强耐碱特性并存的阴离子交换膜研发难度较大，目前依然处于实验室环节；4）SOEC电解槽目前处于走出实验室放大的阶段，800℃以上高温环境下SOEC制氢效率高于其他三种技术路径，但是由于SOEC的造价成本远高于ALK、PEM，且SOEC与SOFC化学反应过程可逆，未来氢储能有望成为SOEC电解槽的应用方向。 从市场成熟度来看，我国电解槽生产相关公司主要集中在电解槽整槽生产环节，且以ALK、PEM电解槽为主，AEM、SOEC电解槽有望在3-8年内迎来行业发展期：1）我国ALK电解槽产业技术较为成熟，国企卡位电解设备，凭借风光电项目资源优势拥有更强的拿订单能力，未来ALK电解槽制氢规模有望提升，单槽价格有望进一步下行；2）PEM电解槽商业化步伐加速，膜电极、双极板等关键材料受到市场关注，未来国产替代化以及贵金属含量有望进一步下降，迎来行业规模效应；3）AEM电解槽仅有少量2.5-50kW的AEM电解槽产品下线，目前在科研院所、电厂、化工等领域实现小规模应用；4）现阶段国内企业SOEC电解槽制氢功率以千瓦级为主，集中在2-25kW，由于SOFC/SOEC的可逆性极强，SOEC厂商主要由SOFC厂商转型而来。GGII预测2030后SOEC有望迎来行业发展期。 风险提示：行业政策规划落地不及预期、行业技术应用落地不及预期 内容目录 1.我国绿氢供需规划持续扩张，水电解制氢设备有望迎来产业规模提升4 1.1.政府端、企业端绿氢需求在未来2-3年内有望迎来大幅增长4 1.2.随着绿氢项目数量增长、单槽制氢能力提升，未来电解槽生产规模有望进一步扩大8 2.四种类型的电解槽及部件分析10 2.1.ALK电解槽：目前电解水制氢产业化的首选，未来存在降本空间12 2.2.PEM电解槽：性能相比ALK更优，未来制造成本有望进一步降低13 2.3.AEM电解槽：综合ALK的成本与PEM的性能优势，目前处于实验室阶段17 2.4.SOEC电解槽：制氢效率与造价双高，未来有望向氢储能方向发展18 3.我国电解槽相关公司梳理21 3.1.ALK：市场竞争加剧，国企、集团型企业竞争优势逐渐显现22 3.2.PEM：加快商业化步伐，膜电极、双极板等关键组件受到关注23 3.3.AEM：目前尚处实验室阶段，仅有少量产品发布25 3.4.SOEC：目前处于走出实验室放大的阶段，部分公司由SOFC转型而来26 4.投资建议27 5.风险提示28 图表目录 图1：2021-2023年我国CEA成交价及成交量4 图2：2060年工业用氢碳减排预测4 图3：水电解制氢电解槽的基本架构及工作原理11 图4：1MWALK电解水制氢系统的成本构成11 图5：ALK电解槽小室工作原理12 图6：ALK与PEM制氢未来市场与成本空间预测13 图7：PEM电解槽及单体结构14 图8：质子交换膜成本下降曲线（美元/kW）15 图9：全球气体扩散层市场规模及增长率16 图10：1MWPEM电解槽的成本构成16 图11：PEM电解槽扩大生产规模带来生产成本的下降17 图12：AEM阴离子交换膜工作原理示意图18 图13：SOEC电解槽典型建设场景19 图14：制备SOEC电解室的原材料用量、价格和材料成本估算20 图15：基于组件的SOEC电解槽制造成本占比20 图16：ALK、PEM、SOEC技术下生产1Nm3氢气所需要的单位固定投资20 图17：我国四种技术的电解槽企业数量及占比21 图18：生产电解槽及相关环节产品的企业数量（家）21 图19：电解槽企业地区分布（%）22 图20：电解槽企业融资阶段分布（家）22 图21：2023H1电解设备中标企业情况（MW）22 图22：PEM电解槽相关公司地域分布（%）23 图23：从事PEM电解槽相关环节产品生产的企业分布（%）23 图24：电解槽产业链及关键环节代表企业27 表1：2023年我国电解水制氢相关政策（截至2023年11月）5 表2：2023年1-10月我国部分签约/开工/投产绿氢项目8 表3：主流电解水制氢技术路线对比11 表4：PEM电解槽质子交换膜类型14 表5：主流PEM设备催化剂15 表6：SOFC/SOEC系统与LIB储能系统对比21 表7：我国与PEM电解槽核心组件相关的企业（部分）23 表8：我国涉及AEM电解槽制造的相关企业（部分）25 表9：我国涉及SOEC电解槽制造的相关企业（部分）26 1.我国绿氢供需规划持续扩张，水电解制氢设备有望迎来产业规模提升 我国氢气产量持续扩张，2022年政策需求带动下电解水制氢设备需求持续提升。根据中国煤炭工业协会的数据，2022年我国氢气产量约4000万吨，同比增长21%。从产氢结构来看，可再生能源电解水制氢的绿氢规模依然偏小，煤制氢和天然气制氢合计占比约八成。但是2022年在政策带动下，电解水制氢设备需求快速提升，多家企业例如中国华电、国富氢能、奥扬科技、瑞麟科技、希倍优、中国宝武等发布电解水制氢装备新品，其中ALK电解槽由于产业链配套齐全、成本较低，成为2022年电解槽产品主要下线的类型。但是从长期来看，随着设备制造成本的下降和制氢规模的扩张，PEM设备有望开启替代进程。 图1：2018-2022年我国氢气产量及同比图2：2022年发布/下线电解水制氢设备类型占比 资料来源：中国煤炭工业协会，华宝证券研究创新部资料来源：全球氢能公众号，华宝证券研究创新部 1.1.政府端、企业端绿氢需求在未来2-3年内有望迎来大幅增长 中国碳排放要求趋严背景下，工业领域对绿氢的需求将不断增大。近年来，我国通过设立碳市场、进行碳交易等方法实现企业碳排放的合规性和经济效益，其中碳排放配额（CEA）的收紧将导致企业碳排放成本的增加。在碳排放需求较高的工业领域，例如炼油、氨生产、炼钢等，氢不仅可以当作能源，也可以当作燃料实现大规模应用。根据艾瑞咨询的预测，至2060 年我国工业领域预计用氢7.8亿吨，相当于减少53.07亿吨煤炭用量，从而减少月141.1亿吨的碳排放。而电解水设备制氢过程中无碳排放，更符合CEA成交价不断提升的趋势下作为工业用氢的来源。 图1：2021-2023年我国CEA成交价及成交量图2：2060年工业用氢碳减排预测 资料来源：Wind，华宝证券研究创新部资料来源：艾瑞咨询，华宝证券研究创新部 各地绿氢制取政策持续推出，扩大绿氢生产规模、突破电解水制氢设备关键技术成为政策焦点。根据各地政府官网政策的不完全统计，截至2023年11月，我国共有32项政策直接提及绿氢制取、电解槽设备建设等相关环节。例如《青海省氢能产业发展中长期规划（2022-2035年）》提到，要探索与可再生能源耦合发展的电解水制氢技术，构建以经济安全的碱性电解水制氢为基础，以PEM制氢技术为补充，以SOEC、AEM等前沿高效制氢技术为示范的制氢技术体系；开发大型高效PEM电解槽、PEM电解水制氢系统以及适应可再生能源的电解水制氢灵活控制技术，攻关MW级PEM电解水制氢系统、制氢运行控制与调度应用技术。《关于推动能源电子产业发展的指导意见》中也提到，要加快高效制氢技术攻关，突破电堆、双极板、质子交换膜、催化剂、膜电极材料等关键环节的关键技术。与2022年的政策规划相比，2023年的绿氢政策更进一步，落实到产业链的各个环节，直击电解水制氢设备的关键技术。 表1：2023年我国电解水制氢相关政策（截至2023年11月） 时间 政策名称 地区 主要内容 1月3日 《甘肃省人民政府办公厅关于氢能产业发展的指导意见》 甘肃省 1、利用本省铂族金属资源优势，开展电解水高效催化材料研发2、支持贵金属生产企业扩大氢能相关催化材料产能 1月4日 《关于实施创新驱动发展战略大力发展战略性新兴产业的意见》 包头市 1、打造以明阳等为“链主”的风光制氢储能产业集群2、以电解槽、隔膜、电极、氢气压缩机、副产氢提纯装置等为重点，推动华电科工等装备制造企业加速落地，发展制氢设备产业3、推动海卓动力、奥扬科技等项目尽快落地，发展氢能装备制造产业 1月11日 《四川省能源领域碳达峰实施方案》 四川省 1、氢能技术攻关。研究可再生能源制氢技术。研发可再生能源制氢耦合合成氨工艺技术。2、研制70MPa级制氢加氢智能一体化装备。开展长寿命、低铂载量燃料电池膜电极制备技术攻关。 1月12日 《青海省氢能产业发展中长期规划（2022-2035年）》 青海省 1、开展电解水制氢，建设光储氢一体化多能互补示范项目2、探索与可再生能源耦合发展的电解水制氢技术，构建以经济安全的碱性电解水制氢为基础，以高效灵活的质子交换膜（PEM）制氢技术为补充，以固体氧化物电解池（SOEC）、固体聚合物阴离子交换膜（AEM）、太阳能光催化制氢、电光催化制氢等前沿高效制氢技术为示范的制氢技术体系。3、开发大型高效PEM电解槽、PEM电解水制氢系统以及适应可再生能源的电解水制氢灵活控制技术，攻关MW级PEM电解水制氢系统、制氢运行控制与调度应用技术4、引进1-3家电解水制氢装置制造企业及关键零部件生产企业在省内落地，实现制氢核心设备的本地化生产 1月17日 《关于推动能源电子产业发展的指导意见》 全国 1、加快高效制氢技术攻关2、突破电堆、双极板、质子交换膜、催化剂、膜电极材料等燃料电池关键技术 1月28日 《新乡市氢能产业发展中长期规 划（2022—2035年）》 新乡市 1、以装备制造和材料研发为核心，形成高新区氢能产业园为主，多园区协同发展产业格局 1月30日 《西咸新区氢能产业发展三年行 动方案》