企业竞争图谱：2024年氢能设备 头豹词条报告系列

企业竞争图谱：2024年氢能设备 头豹词条报告系列 马天奇·头豹分析师 版权有问题？点此投诉 2024-09-26未经平台授权，禁止转载 工业制品/工业制造 行业：能源、采矿业/能源设备与服务/能源设备与服务 关键词：氢能电解槽 摘要氢能设备是用于生产、储存和利用氢气的各种技术和机械，涉及产业链各个环节。1.制氢：水电解制氢设备等；2.氢储运：氢液化设备、氢存储设备、氢运输设备；3.加氢：压缩设备、加氢机、储氢罐、其它核心设备；4.用氢：车载供氢系统、氢燃料电池系统、氢气发电及储能系统等。氢能设备行业产业链上游为能源环节，主要包括括制氢、氢储运、氢加注（加氢站）三个环节；产业链中游为产品环节，主要包括燃料电池电堆、燃料电池系统配件等环节组成；产业链下游为应用环节，主要包括于交通、工业、发电、建筑等应用场景。2019年—2023年，氢能设备行业市场规模由7.74亿元增长至36.70亿元，期间年复合增长率47.55%。预计2024年—2028年，氢能设备行业市场规模由53.27亿元增长至818.48亿元，期间年复合增长率97.98%。 行业定义[1] 氢的优势：作为元素周期表中的首位元素，氢不仅是地球的重要组成部分，也是宇宙中最普遍的物质。氢能源具有多方面的优势：来源多样化，可通过多种途径制取；环境友好，使用过程中仅产生水，实现低碳或零碳排放；能量密度高，转化效率优异；应用范围广泛，涵盖能源、交通、工业和建筑等领域。氢能作为一种清洁、高效的二次能源，不仅可以有效连接不同能源形式，还能与电力系统协同互补，为能源网络优化提供理想解决方案。 对比天然气、汽油蒸汽：氢气虽被列为危险化学品，但其特性实际提供了独特的安全优势。作为最轻的气体，泄漏时迅速上升散逸，难以形成爆炸性混合物。其爆炸下限远高于常见燃料，在开放环境中相对安全。然而，氢气在封闭空间的行为仍需深入研究，以全面评估其安全性。 定义：氢能设备是用于生产、储存和利用氢气的各种技术和机械，涉及产业链各个环节。1.制氢：水电解制氢设备等；2.氢储运：氢液化设备、氢存储设备、氢运输设备；3.加氢：压缩设备、加氢机、储氢罐、其它核心设备；4.用氢：车载供氢系统、氢燃料电池系统、氢气发电及储能系统等。 行业分类[2] 基于设备在不同环节的应用，氢能设备行业可以分为如下类别： 氢能设备行业基于产业链环节的分类（仅列举核心设备） 行业特征[3] 氢能设备行业特征包括;1.全球给予高度重视，氢能发展战略势不可挡；2.人工智能为制氢系统软硬结合提供新方向；3.氢气压缩机等设备国产化率仍需提高，部分技术存在差距。 1全球给予高度重视，氢能发展战略势不可挡 全球氢能产业发展呈现加速态势，30余个国家已制定氢能战略或发展路线图。日本于2017年率先发布《基本氢能战略》，设定2030年具体目标。随后，韩国、欧洲国家及美国相继推出相关政策。欧洲方面，荷兰、德国分别于2020年制定国家氢能政策，欧盟则发布《欧盟氢能战略》，旨在实现2050年碳中和目标并促进经济复苏。中国于2022年3月发布《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，明确了氢能的战略地位及2030年、2035年发展目标，为推动能源、科技和产业变革提供新动力。这些政策举措凸显了各国对氢能作为未来清洁能源的重视和期望。 2人工智能为制氢系统软硬结合提供新方向 氢能产业发展面临制氢途径选择的复杂挑战，涉及多样化的技术、能源来源及地域差异。传统数学建模方法难以全面评估和优化这一复杂系统。计算智能技术，如人工神经网络、模糊德尔菲法等，为解决此问题提供了新思路。这些方法能有效处理大量数据，无需建立精确的数学模型，在制氢系统的产物预测、路径选择与评估、性能优化等方面展现出独特优势。国际研究已证实其在制氢技术评估中的有效性。随着5G技术的发展，人工智能在氢能系统中的应用前景更加广阔。然而，中国在这一领域的研究仍相对有限。鉴于中国氢能产业正处于关键发展期，平衡发展制氢技术与应用人工智能至关重要。 3氢气压缩机等设备国产化率仍需提高，部分技术存在差距 各环节国产化情况不同。制氢：ALK电解水制氢装置国产化率约95%，但核心部件仍有差距。SPE电解水制氢装置国产化率约80%，部分核心部件仍依赖进口；储运氢：长管拖车用氢瓶基本实现国产化，但部分工艺仍需改进。管道运输、天然气管道等方面已有国产化进展，但仍需进一步研究和示范。液氢储运设备（液化装置的氢透平膨胀机等）依赖进口；加氢站：核心部件如加氢机、调压阀等已有国产产品，但可靠性需提升。整体系统集成与控制软件方面仍需改进；压缩机：核心部件如缩机头、膜片仍依赖进口。国产化率约30%，性能特别是可靠性方面与国外有较大差距；燃料电池系统：质子交换膜燃料电池国产化率接近70%，但电堆性能仍有差距。固体氧化物燃料电池(SOFC)国产化率95%以上，但单电池和电堆性能与国外仍有明显差距。 发展历程[4] 随碳中和路径不断加速，电解水制氢进入大众视野中。电解水制氢核心装备电解槽的发展历程可以分为三个阶段。首先是萌芽期（1800年-1939年），这一阶段电解水技术首次被提出并逐步发展，19世纪末到20世纪初，电解槽设计得到改进，工业应用开始出现。接下来是启动期（1940年-2014年），中国在1940年代引进国 外技术，推动国内发展，1960年代至1990年代，技术不断改进并在冶金和电子行业中广泛应用，1990年代实现国产化并开始市场应用。最后是高速发展期（2015年-至今），全球电解水技术快速发展，特别是在中国，技术和规模显著进步，大型项目陆续启动，技术逐渐成熟并实现产业化，近年来在清洁能源领域的应用日益广泛，推动了行业的快速增长。 萌芽期1800~1939 1800年，Nichoson和Carlisle首先以电解法提取了氢气和氧气。 1888年俄国的拉奇诺夫取得第一台单极性电解槽的专利。1900年，施密特发明了第一台工业电解槽。二十世纪开始，德国的Garuti和Schuc Kert提出第一台实用性的单极性电解槽的设计。1924年，Noeggenrath获得了第一台压力电解槽的专利，其压力电解槽可达100bar。1925年，雷尼通过将金属镍和金属硅结合起来，然后用氢氧化钠浸出硅，它能够创造一个巨大的活性催化剂表面。1927年，世界第一台大型压滤式电解槽装置在挪威的诺托登(Notodden)安装，由海德鲁公司(NorskHydro)制造，当时的产氢量规模是10,000m3/h。1939年，世界第一台大型箱式电解槽在加拿大安装，产量规模为17,000m3/h。经过几十年的发展，碱电解已经准备好投入市场。商用系统目前已在模块化生产。 启动期1940~2014 1948年，E.A.Zdansky推出了第一台高压工业电解槽。上世纪50年代-60年代，中国引进前苏联的156个援助项目下的技术。 1951年，Lurgi使用了Lonza的技术，并首次设计了30 bar的压力电解槽。 1958年，印度安装了26,000m3/h压滤式电解槽生产装置。1960年，埃及安装了41,000m3压滤式电解槽生产装置。 1962-1966年，双子座太空计划开启了聚合物膜燃料电池发展的副产品PEM电解(PEMEL)的发展。1965年，毕业于天津大学燃料化学工学专业的许俊明开始从事水电解制氧工艺研究及设备设计研制工作，任水电解制氧装置课题组长。 1966年，中船718所利用军工技术开发出加压水电解制氢装置。 1967年，Costa和Grimes提出了电极排列的零间隙几何结构，目的是通过减小两个电极之间的距离来降低电池电阻。 中国经历了引进技术→军工自主研发→市场化的过程，在加压碱性电解槽领域实现质的飞跃。 高速发展期2015~ 2015年，SIEMENS、Linde Group等公司在德国美因茨能源园区投资建设全球首套MW级风电PEM水电解制氢示范项目。 2017年，挪威Nel收购美国Proton OnSite获取领先的PEM电解技术。2018年12月，赛克赛斯首台兆瓦级50m3/h大型纯水电解制氢设备中标佛山市蓝箭电子股份有限公司项目，进入半导体行业。2019年，阳光电源与中国科学院大连化学物理研究所签订制氢产业化战略合作协议，开始大功率PEM电解制氢技术的产业化研究。 2019年，Shell和ITM Power合作，在德国Rheinland炼油厂建设10MW可再生能源PEM水电解氢工厂，每年可为炼厂提供1,300吨绿氢。 2020年，赛克赛斯承担的国家重点研发计划重点专项“MW级固体聚合物电解质电解水制氢技术”项目完成中期验收。 2021年，赛克赛斯首台套兆瓦级PEM制氢系统开机运行。 2022年，张家口绿色氢能一体化示范基地项目试车（壳牌）。 全球和中国电解槽制氢技术不断突破，实现PEM技术落地，规模上电解槽安装达到GW级别。 产业链分析 氢能设备行业产业链上游为能源环节，主要包括制氢、氢储运、氢加注（加氢站）三个环节；产业链中游为产品环节，主要包括燃料电池电堆、燃料电池系统配件等环节组成；产业链下游为应用环节，主要包括于交通、工业、发电、建筑等应用场景。[7] 氢能设备行业产业链主要有以下核心研究观点：[7] 电解槽降价提升电解水制氢渗透率，储氢瓶轻量化趋势显著。 2023年国内电解槽出货量仅1.5GW，预计到2024年底生产能力将超40GW，远超2025年全球需求的10GW，显示出产能过剩趋势。储氢技术从I型到IV型不断演进，I型和II型瓶采用金属材质，工作压力较低，适用于固定式储气；III型和IV型瓶采用纤维全缠绕技术，提高工作压力，适用于车载应用，材料逐步轻量化。氢的输运方式包括长管拖车、管道运输和槽罐车运输，各有优劣，需根据场景选择。管道运输能耗最低，适合长期固定路线；长管拖车灵活性高，适合城市配送；液氢槽罐车载量大，适合长距离运输，但能耗较高。 提高空压机压力是主要方向，车载储氢瓶向高压IV型发展。 空压机在燃料电池系统中占据核心地位，在燃料电池系统成本中占比约20%。作为氢燃料电池阴极供气系统的关键组件，空压机通过增压提升燃料电池的功率密度和效率，但其高达80%的辅助功耗仍需优化。空压机技术正在从多元化向集中化转变，离心式空压机市场份额已从29%激增至95%。提高燃料电池堆入口压力可提升氧气分压和单电池电压。车载储氢技术正朝着IV型储氢瓶方向发展，因其在安全性、储氢密度和经济性方面具备优势。IV型瓶采用非金属内胆，消除了氢脆和腐蚀风险，储氢密度达6.1wt%，并且制造成本低于III型瓶。预计2025年车用储氢瓶将以35MPa为主，2030年35MPa和70MPa将并存，适用于不同运输需求。国产高阻隔性耐低温改性PA6等材料的技术也在不断突破。 政府补贴助氢燃料电池车过渡，燃料电池在微型热电联供市场成本劣势明显。 中国氢燃料电池汽车产业正快速发展，预计保有量将从2022年的1万辆增至2030年的100万辆。尽管面临资金短缺和成本劣势，政府补贴至2035年前将持续发挥关键作用，各类车型购置成本预计大幅下降，补贴政策呈退坡趋势，但政府总投入预计从50亿元增至800亿元以上。与此同时，燃料电池在微型热电联供系统中展现显著优势，适用于小型应用，具备高电效率和环保性能，以及可靠的耐久性。然而，其高安装成本和长启动时间仍是主要挑战，导致度电成本高于终端电价，限制其在中国居民和工商业用户中的大规模应用潜力。[7] 产业链上游上 生产制造端 制氢、氢储运、氢加注 上游厂商 中国石油化工股份有限公司 查看全部 产业链上游说明 制氢：电解槽有望降价，推动电解水制氢渗透率提升。 制氢技术现状：2023年，中国氢气供应量3,541万吨，其中，煤制氢占比64.6%，电解水制氢占比不足0.5%。煤制氢是当前最主要的制氢工艺，主要原因在于：1.中国煤储备丰富，煤制氢原材料可控；2.煤制氢技术成熟，搭配PSA变压吸附技术，制取氢气纯度最