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一文了解制氫電解槽國內(nèi)競爭格局
日期:2023-05-04   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_sunmengqian 打印收藏評(píng)論(0)[訂閱到郵箱]
氫能:零碳可持續(xù)的理想能源,前景廣闊;IEA預(yù)計(jì),2030年全球氫能需求將達(dá)到1.8億噸;從我國各地已公布的規(guī)劃目標(biāo)來看,2025年我國氫能產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達(dá)到7000億元。

氫能產(chǎn)業(yè)鏈主要包括制氫、儲(chǔ)運(yùn)、加注和下游應(yīng)用四個(gè)環(huán)節(jié)。

制氫環(huán)節(jié)三大路線并存:化石燃料制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫和電解水制氫三類。化石燃料制氫+CCUS將成為制氫的重要路線之一;可再生能源電解水制氫是“終極路線”。

電解水制氫技術(shù)路線包括堿性電解(ALK)、質(zhì)子交換膜電解(PEM)、固體氧化物電解(SOEC)和陰離子交換膜電解(AEM)等。堿性電解技術(shù)成熟、設(shè)備成本低,是目前的主流路線;PEM技術(shù)制氫效率高、靈活性好,產(chǎn)業(yè)化在即;SOEC和AEM技術(shù)處于研發(fā)階段,存在發(fā)展?jié)摿?。電解槽是制氫的核心設(shè)備。

氫能:零碳可持續(xù)的理想能源


氫能的優(yōu)勢:應(yīng)用端:清潔、高效、便利;供給端:來源廣,承接棄風(fēng)棄光1.1 應(yīng)用現(xiàn)狀:氫主要作為工業(yè)原料使用,中國占全球需求的30%? 氫作為能源應(yīng)用的普及程度不高,現(xiàn)階段主要作為工業(yè)原料使用。2021年,全球氫氣需求超過9400萬噸。分地區(qū)來看,我國是全球最大的氫氣消費(fèi)國,需求量約2800萬噸,占全球的30%;美國、中東和歐洲分別占據(jù)全球14%/12%/9%的需求量。分應(yīng)用來看,氫氣主要用于化工(合成氨/合成甲醇)和煉油,2021年全球交通運(yùn)輸氫氣需求僅3萬噸左右,占比較少。我國氫氣應(yīng)用領(lǐng)域同樣以化工為主,56%的氫氣被用于化工合成,9%用于煉油,16%作為尾氣直接燃燒,氫作為能源的應(yīng)用程度不高。

工業(yè)用氫存在巨大的脫碳潛力。2021年,全球工業(yè)用氫和煉油用氫絕大部分源于化石燃料制氫,產(chǎn)生的直接二氧化碳凈排放量分別為6.3億噸和2.0億噸。工業(yè)合成氨、合成甲醇、煉油等均以氫為主要原料,工藝成熟,存在綠氫替代灰氫的減碳空間;此外,全球各地正在探索氫氣在鋼鐵工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用,綠氫未來有望逐步替代焦炭作為還原材料,推動(dòng)鋼鐵工業(yè)的大規(guī)模脫碳(2019年全球鋼鐵行業(yè)直接碳排放量26億噸,約占全球碳排放總量的7-8%)。

1.2推廣前景:未來氫能可廣泛用于交通、電力、建筑領(lǐng)域?

交通方面,各國積極推廣氫燃料電池汽車,已初具規(guī)模,氫車在商用車領(lǐng)域逐漸滲透;未來在航空、船舶領(lǐng)域也有望進(jìn)行替代。

建筑方面,主要包括天然氣摻氫輸送、燃料電池?zé)犭娐?lián)供等。未來氫氣有望在燃?xì)?、供熱等方面逐步替代天然氣,并為住戶提供部分電力?br />
電力方面,氫可以作為電能儲(chǔ)存的介質(zhì),未來有望用于長時(shí)儲(chǔ)能,或參與全球運(yùn)輸和貿(mào)易,實(shí)現(xiàn)電能在時(shí)間和空間上的調(diào)節(jié)。
IEA預(yù)計(jì),在2050年全球“凈零排放”目標(biāo)下,2030年,全球氫能應(yīng)用規(guī)模需達(dá)到2億噸。

1.3 各國重視氫能的戰(zhàn)略地位,大力推動(dòng)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展

1.4 產(chǎn)業(yè)展望:供應(yīng)端技術(shù)持續(xù)突破、基礎(chǔ)設(shè)施完善;應(yīng)用端萬億市場加速爆發(fā)

制氫環(huán)節(jié):綠氫蓄勢待發(fā)

氫能產(chǎn)業(yè)鏈主要包括制氫、儲(chǔ)運(yùn)、加注和下游應(yīng)用四個(gè)環(huán)節(jié)

2.1 制氫路線:三種制氫路線共存,可再生能源電解水制氫是“終極路線”

三種制氫路線:“成本”短期制約,“可持續(xù)”長期引領(lǐng)。氫氣制備方式主要包括化石燃料制氫、工業(yè)副產(chǎn)氫和電解水制氫三類。

化石燃料制氫是以煤或天然氣為原料還原制氫的傳統(tǒng)方案,技術(shù)成熟、成本最低,但碳排放量高,且化石燃料不可再生,產(chǎn)能擴(kuò)張空間有限,存量產(chǎn)能將逐步結(jié)合CCUS技術(shù),以降低排放。

化工副產(chǎn)氫是氯堿,輕烴利用等化工工藝獲得副產(chǎn)氫的方案,成本較低,但制備規(guī)模取決于主產(chǎn)品制備規(guī)模,擴(kuò)張空間有限,可作為補(bǔ)充性氫源。
電解水制氫是利用水的電解反應(yīng)制備氫氣的技術(shù),可再生電力制氫稱為“綠氫”,是零碳排、可持續(xù)的“終極路線”,但目前成本仍是制約其普及的瓶頸因素,其規(guī)模化應(yīng)用需要產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)推動(dòng)降本。

2.2 全球氫氣產(chǎn)能以化石燃料制氫為主,清潔制氫存在替代空間? 目前全球氫氣生產(chǎn)以化石燃料制氫為主,清潔制氫存在替代空間。

2021年全球氫氣總產(chǎn)量為9400萬噸,其中化石燃料制氫占80%以上,清潔制氫(電解水/化石燃料+CCUS)占比不到1%。

現(xiàn)階段,我國氫氣產(chǎn)能約4100萬噸/年,產(chǎn)量約3300萬噸,產(chǎn)能規(guī)模全球領(lǐng)先,但同樣以化石燃料制氫為主(近80%),清潔制氫存在廣闊的替代空間。

未來清潔制氫方案將成為主要增量。IEA預(yù)測,到2030年,全球氫氣產(chǎn)量將達(dá)到1.8億噸,較2021年的0.94億噸翻倍增長。其中,主要的增量產(chǎn)量將由電解水制氫滿足,電解水制氫產(chǎn)量將從2021年的不到4萬噸大幅增長至6170萬噸;耦合CCUS的化石燃料制氫產(chǎn)量將從2021年的60萬噸增長至3300萬噸,清潔制氫方案將成為主流。2.3 全球市場:電解水制氫步入快速成長期,電解槽裝機(jī)和擴(kuò)產(chǎn)提速?

電解槽裝機(jī)步入高速成長期。電解槽是用于電解水制氫的主要設(shè)備。經(jīng)歷了一定時(shí)間的技術(shù)布局和產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展,全球制氫電解槽裝機(jī)步入快速成長階段,2021年全球新增裝機(jī)209MW,同比增長2.4倍;IEA預(yù)計(jì),2022和2023年全球制氫電解槽新增裝機(jī)將分別達(dá)到0.9和4.1GW,總裝機(jī)分別達(dá)到1.4GW和5.5GW;凈零排放目標(biāo)下,2030年全球制氫電解槽累計(jì)裝機(jī)將達(dá)到720GW。

中國和歐洲引領(lǐng),全球電解槽產(chǎn)能高速增長。IEA統(tǒng)計(jì),2021年全球電解槽總產(chǎn)能8.0GW/年,其中歐洲和中國產(chǎn)能分別為3.5和2.9GW,占比分別為44%和36%。IEA預(yù)計(jì),2023/2025年全球電解槽總產(chǎn)能將分別達(dá)到21.5和45.1GW/年,歐洲和中國電解槽產(chǎn)能合計(jì)占全球的85%/68%;2021-2025年全球電解槽總產(chǎn)能復(fù)合增長率達(dá)到54.1%。

2.4 國內(nèi)市場:電解槽招標(biāo)再創(chuàng)新高,綠氫賽道爆發(fā)在即?

2022年電解槽出貨量同比翻倍。GGII初步統(tǒng)計(jì),2022年國內(nèi)電解水制氫設(shè)備出貨量達(dá)到722MW(含出口,不含研發(fā)樣機(jī)),同比大幅增長106%。其中,中石化新疆庫車綠氫示范項(xiàng)目貢獻(xiàn)比例最大,安裝52臺(tái)單槽制氫能力1000Nm?/h的堿性電解槽,功率規(guī)模約240MW,占全國出貨量的1/3。

2023年一季度,氫電解槽招標(biāo)量已達(dá)到452MW。氫云鏈統(tǒng)計(jì),2023年第一季度國內(nèi)氫電解槽公開招標(biāo)量452MW,相當(dāng)于2022年全年出貨量的60%,已超過2021年全年出貨量。綠氫電解槽賽道爆發(fā)在即。

2.5 商業(yè)模式:風(fēng)光制綠氫模式起量,化工領(lǐng)域綠氫替代加速?

2023年以來,國內(nèi)綠氫項(xiàng)目進(jìn)展加速。根據(jù)公開信息統(tǒng)計(jì)了年初以來(截至2023.4.15)國內(nèi)綠氫項(xiàng)目動(dòng)態(tài)情況,共有30個(gè)項(xiàng)目公布了最新進(jìn)展,包括項(xiàng)目簽約、備案、開工、投產(chǎn)等。上述項(xiàng)目全部達(dá)產(chǎn)后,預(yù)計(jì)綠氫年產(chǎn)能合計(jì)可達(dá)到42.9萬噸。

供電方式:風(fēng)光聯(lián)合供電制氫占據(jù)主流。統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目中,16個(gè)項(xiàng)目為風(fēng)電+光伏聯(lián)合供電,對(duì)應(yīng)綠氫產(chǎn)能共32.86萬噸/年,占統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目規(guī)模的77%。風(fēng)光聯(lián)合供電項(xiàng)目占比高,部分由于本次統(tǒng)計(jì)包含了1月內(nèi)蒙古公示的15個(gè)風(fēng)光制氫一體化示范項(xiàng)目(11個(gè)為風(fēng)光一體,4個(gè)為風(fēng)電),內(nèi)蒙古作為國內(nèi)綠氫基地發(fā)展的主要省份,風(fēng)電資源較為豐富,部分影響了綠氫項(xiàng)目的電源選擇。同時(shí),由于風(fēng)光發(fā)電時(shí)段存在互補(bǔ),風(fēng)光聯(lián)合制氫有助于延長每日制氫時(shí)長、降低耗電成本,助力綠氫項(xiàng)目顯現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性。

應(yīng)用場景:大規(guī)模綠氫制綠氨率先放量。統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目中,14個(gè)項(xiàng)目下游應(yīng)用于合成綠氨,對(duì)應(yīng)綠氫產(chǎn)能32.86萬噸/年,占統(tǒng)計(jì)項(xiàng)目規(guī)模的75%。值得注意的是,公布制氫規(guī)模的22個(gè)項(xiàng)目中,15個(gè)年制氫1萬噸以上,下游均用于化工合成;明確用于交通領(lǐng)域的項(xiàng)目多為小規(guī)模站內(nèi)制氫,產(chǎn)能共0.74萬噸/年。以合成氨為代表的化工應(yīng)用,或?qū)⒊蔀榇笠?guī)模(萬噸級(jí))制氫項(xiàng)目的優(yōu)選應(yīng)用場景。

傳統(tǒng)制氫路線仍存在機(jī)遇

3.1 化石燃料制氫:應(yīng)用廣泛的傳統(tǒng)方案,提純和CCUS環(huán)節(jié)存在設(shè)備投資潛力?

煤氣化制氫和天然氣蒸汽重整(SMR)制氫是化石燃料制氫的兩種主流方案。煤氣化制氫是煤在氣化爐中與水蒸氣發(fā)生分步反應(yīng)制備的氫氣。其原理為:煤(C)在氣化爐中與水蒸氣反應(yīng)生成CO和H2,CO進(jìn)一步與水反應(yīng)生成H2和CO2。天然氣制氫主要為天然氣中的甲烷與水蒸氣發(fā)生分步反應(yīng)生成的H2,反應(yīng)前通常需對(duì)天然氣進(jìn)行脫硫處理,防止催化劑中毒。

我國化石燃料制氫以煤制氫為主。一方面,我國的化石能源儲(chǔ)量呈現(xiàn)“富煤少氣”特點(diǎn),煤儲(chǔ)量更為豐富;另一方面,我國天然氣含硫量高,預(yù)處理工藝復(fù)雜,導(dǎo)致在我國天然氣制氫經(jīng)濟(jì)性低于煤制氫。

煤制氫路線中,制備環(huán)節(jié)設(shè)備投資增量可能有限。煤制氫的核心設(shè)備是煤氣化爐,為大型設(shè)備,固定成本高,適用于大規(guī)模集中化生產(chǎn)?,F(xiàn)階段存量煤氣化爐的制氫潛力較充足,在氫能應(yīng)用的過渡階段可提供補(bǔ)充氫源,但不排除產(chǎn)生增量設(shè)備投資的可能。
提純、碳捕集環(huán)節(jié)帶來廣闊的潛在設(shè)備需求?;剂现茪湫杞?jīng)過提純工序,方可在燃料電池中使用;制氫反應(yīng)產(chǎn)生大量二氧化碳,需要結(jié)合CCUS(碳捕集、封存和利用)技術(shù),以降低碳排放。提純和碳捕集環(huán)節(jié)存在較為廣闊的設(shè)備投資空間。

3.2 CCUS:化石燃料制氫伴隨大量碳排放,需要配合CCUS技術(shù)

CCUS(Carbon Capture,Utilization and Storage)即碳捕獲、利用與封存。CCUS是指將CO2從工業(yè)、能源利用或大氣中分離出來,循環(huán)利用或永久封存的過程,是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)技術(shù)組合的重要構(gòu)成部分。

化石燃料制氫+CCUS將成為制氫的重要路線之一。IEA測算,若全球要在2050年達(dá)到“凈零排放”目標(biāo),2030和2050年全球化石燃料+CCUS制氫產(chǎn)量分別需要達(dá)到0.98和2.01億噸。根據(jù)IEA最新預(yù)測,2030年全球氫氣需求量1.8億噸,耦合CCUS的化石燃料制氫產(chǎn)量將從2021年的60萬噸增長至3300萬噸,經(jīng)過CCUS脫碳的化石燃料氫將在較長時(shí)期內(nèi)作為氫能的重要組成部分。

3.3 CCUS主要參與者:制冷設(shè)備、油氣設(shè)備企業(yè)試水碳捕集與應(yīng)用?

CCUS技術(shù)中,與化石燃料制氫直接銜接的是尾氣碳捕集環(huán)節(jié)。二氧化碳捕集包括捕獲分離、凈化和壓縮等工藝,本質(zhì)是一種氣體分離過程。其技術(shù)路線包括醇胺法、氨法、膜分離法、深冷法等。目前,醇胺法和氨法是國內(nèi)外二氧化碳捕集最成熟的技術(shù),我國醇胺化學(xué)吸收法技術(shù)已達(dá)國際水平?;瘜W(xué)吸收所需設(shè)備主要為吸收塔,捕集和儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)還需要增壓機(jī)組、液化設(shè)備等裝備。

制冷設(shè)備、油氣設(shè)備企業(yè)是CCUS相關(guān)設(shè)備賽道的主要參與者。二氧化碳增壓機(jī)組、二氧化碳制冷機(jī)組及液化設(shè)備是碳捕集領(lǐng)域的重要設(shè)備,冰輪環(huán)境、冰山冷熱等企業(yè)憑借自身技術(shù)積累布局相關(guān)領(lǐng)域;惠博普、廣匯能源等油氣設(shè)備企業(yè)則憑借產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)優(yōu)勢,發(fā)力CCUS整體解決方案,提供從二氧化碳捕集裝置、輸氣管道到驅(qū)油設(shè)施的全套裝備及工藝包。此外,前文提及的變壓吸附和深冷分離賽道相關(guān)企業(yè)也有進(jìn)入CCUS領(lǐng)域的潛力。

3.4 工業(yè)副產(chǎn)氫:經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)良的過渡路線

工業(yè)副產(chǎn)氫指生產(chǎn)化工產(chǎn)品時(shí)同時(shí)得到的副產(chǎn)物氫氣,成本介于化石燃料制氫和電解水制氫之間。焦?fàn)t煤氣、氯堿化工、輕烴利用(丙烷脫氫、乙烷裂解)、合成氨合成甲醇等工業(yè)均會(huì)產(chǎn)生副產(chǎn)物氫氣。目前,國內(nèi)工業(yè)副產(chǎn)氫部分作為化工原材料或鍋爐燃料使用,也存在部分放空,整體使用效率不高。工業(yè)副產(chǎn)氫經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)良,制取成本在9.3元-22.4元/kg之間,低于電解水制氫,可作為制氫的過渡路線。

3.5 提純:化石燃料制氫和化工副產(chǎn)氫均需提純,變壓吸附是主流方法?

化石燃料制氫和化工副產(chǎn)氫均需經(jīng)過提純工序,產(chǎn)品純度和特定雜質(zhì)含符合燃料氫氣標(biāo)準(zhǔn)(GBT37244-2018)后方可用于燃料電池。

現(xiàn)階段氫氣提純主要有變壓吸附(PSA)、深冷分離(低溫精餾)、膜分離、色譜分離和吸收法等方法。其中,變壓吸附法和深冷分離法在工業(yè)生產(chǎn)中技術(shù)最為成熟。

變壓吸附法由于產(chǎn)品純度高、設(shè)備投資成本適中,是目前最廣泛使用的氫氣提純方法;深冷分離法適用于大規(guī)模生產(chǎn),未來在集中制氫環(huán)節(jié)存在一定的推廣潛力提純:關(guān)注變壓吸附工藝提供商、深冷分離設(shè)備商

變壓吸附法(PSA)的核心在于專用吸附劑(分子篩)的研發(fā),設(shè)備環(huán)節(jié)吸附塔結(jié)構(gòu)、閥門和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)對(duì)變壓吸附的效果和系統(tǒng)壽命同樣具有顯著影響。變壓吸附技術(shù)主流供應(yīng)商為掌握吸附劑研發(fā)技術(shù)的化工企業(yè),開發(fā)相應(yīng)的工藝和成套裝置,向下游客戶提供整體解決方案。世界三大變壓吸附技術(shù)供應(yīng)商包括美國UOP、德國林德和我國西南化工研究設(shè)計(jì)院(上市主體為昊華科技)。建龍微納是國內(nèi)分子篩龍頭,已具備制氫分子篩產(chǎn)品,是國內(nèi)少數(shù)具備萬噸制氫分子篩材料產(chǎn)能的企業(yè)、? 深冷分離法采用大型成套設(shè)備,由冷箱、換熱器、精餾塔等組成。設(shè)備企業(yè)掌握深冷工藝及設(shè)備制造能力,可提供整體解決方案。

深冷分離賽道國內(nèi)主要參與者包括蜀道裝備(已擁有煤化工/焦?fàn)t煤氣/煤制乙二醇深冷分離制氫等業(yè)績)、中泰股份(可以做煤制氫和PDH制氫的分離提純)、杭氧股份(主營業(yè)務(wù)為空分設(shè)備,在烷烴脫氫、一氧化碳/氫氣深冷分離等設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)上不斷取得突破)等。

4.1 電解水制氫主要有4種技術(shù)路線

電解水制氫主要有堿性電解(ALK)、質(zhì)子交換膜電解(PEM) 、固體氧化物電解(SOEC)和陰離子交換膜(AEM)四種方法。

堿性電解(ALK)是在堿性電解質(zhì)溶液(通常為KOH)中完成的電解過程,OH-離子經(jīng)隔膜到達(dá)陽極,失去電子產(chǎn)生O2,水在陰極得到電子,產(chǎn)生H2和OH-。
質(zhì)子交換膜電解(PEM)是對(duì)純水進(jìn)行電解,H2O分子在陽極氧化生成氧氣和H+離子,H+(質(zhì)子)在電場作用下通過質(zhì)子交換膜遷移至陰極并發(fā)生還原反應(yīng)生成氫氣的方法。
固體氧化物電解(SOEC)是在高溫狀態(tài)下將水蒸氣電離生成氫離子和氧離子,分別在電極上生成氫氣和氧氣的過程,其反應(yīng)溫度通常在600℃以上,適用于產(chǎn)生高溫、高壓蒸汽的光熱發(fā)電系統(tǒng)。
陰離子交換膜電解(AEM)通常采用純水或低濃度堿性溶液作為電解質(zhì),反應(yīng)過程為:OH-經(jīng)交換膜到達(dá)陽極生成水和氧氣,水分子在陰極生成OH-和氫氣。

電解水制氫工藝路線比較:各有千秋

堿性電解(ALK)特點(diǎn):

優(yōu)勢:目前技術(shù)最成熟、設(shè)備成本低
局限:有腐蝕液體;運(yùn)維成本高;理論效率低于PEM、SOEC等路線;較難應(yīng)用于間歇性電源? 質(zhì)子交換膜電解(PEM)特點(diǎn):
優(yōu)勢:間歇性電源適應(yīng)性高,易于與風(fēng)光等可再生能源結(jié)合;運(yùn)維成本低? 局限:設(shè)備成本高;需使用貴金屬催化劑
固體氧化物電解(SOEC)特點(diǎn):
優(yōu)勢:理論效率高;可使用非貴金屬催化劑
局限:高溫環(huán)境反應(yīng),應(yīng)用場景有限;處于實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段,尚未實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化? 陰離子交換膜電解(AEM)特點(diǎn):
優(yōu)勢:兼具堿性和PEM的優(yōu)勢:材料成本低;電解液為稀堿液或水,腐蝕性低,且無需貴金屬催化劑? 局限:陰離子交換膜量產(chǎn)難度大,仍在研發(fā)階段
電解水制氫的三種主要工藝路線比較

4.2 堿性電解路線成熟,PEM成長性強(qiáng),SOEC、AEM后續(xù)潛力優(yōu)良?

從電解槽的裝機(jī)容量來看,堿性電解是目前的主流路線,PEM路線成長迅速。堿性電解是目前最成熟的路線,IEA根據(jù)現(xiàn)有氫能項(xiàng)目部署情況估算,2022年全球堿性電解槽累計(jì)裝機(jī)量至少為727MW(部分項(xiàng)目未披露技術(shù)路線),占總裝機(jī)規(guī)模的52%。PEM電解槽裝機(jī)占比不斷提升,2022年累計(jì)裝機(jī)至少為366MW,同比增長近200%;2023年累計(jì)裝機(jī)量有望接近堿性電解槽,超過1GW。

PEM、SOEC、AEM方案具有優(yōu)良的降本增效潛力。提高電流密度是降低電解槽設(shè)備單位投資成本的關(guān)鍵因素,但電流密度的提升通常伴隨著電解槽電壓的升高,從而導(dǎo)致電解效率下降。如右下圖所示,PEM、SOEC方案可以實(shí)現(xiàn)更高的電流密度和更低的電壓,降本增效的潛力優(yōu)良,未來技術(shù)成熟后存在替代空間。此外,目前處于研發(fā)階段的AEM路線理論效率與PEM相近,但無需貴金屬催化劑,原材料成本低廉,若可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化,亦存在優(yōu)良的降本推廣潛力。

4.3 堿性電解槽:由電解小室堆疊而成,電極、隔膜和密封墊片是關(guān)鍵材料?

電解槽是電解水制氫的核心設(shè)備。電解水制氫裝置包括主體設(shè)備、輔助設(shè)備(BOP,Balance of Plant)及電控設(shè)備三部分。主體設(shè)備由電解槽和附屬設(shè)備一體化框架組成,電解槽為核心設(shè)備;輔助設(shè)備包括水箱、堿箱、補(bǔ)水泵和氣體減壓分配框架等;電控設(shè)備包括整流柜,配電柜等。電解槽是電解反應(yīng)發(fā)生的主要場所,由多個(gè)電解小室堆疊而成,是一種高度模塊化的系統(tǒng)。

堿性電解槽由多個(gè)電解小室構(gòu)成,電極、隔膜和密封墊片是關(guān)鍵材料。堿性電解槽通常呈圓柱形,可采用串聯(lián)單極性或并聯(lián)雙極性壓濾式結(jié)構(gòu),由螺栓和兩塊端壓板將極板夾在一起,形成多個(gè)分隔的小室,每個(gè)小室由電極、隔膜、墊片、雙極板組成。電極、隔膜和密封墊片是堿性電解槽的關(guān)鍵材料。電極通常采用鎳網(wǎng)或泡沫鎳,其性能對(duì)電流密度和電解效率有決定性影響,其成本約占系統(tǒng)成本的28%;隔膜用于將兩極隔離開,要求保障氣密性的同時(shí),降低電阻以減少電能損耗;密封墊片用于解決極片之間的絕緣問題,其絕緣性能對(duì)電解效率、安全、系統(tǒng)使用壽命均有影響。

4.4 PEM電解槽:結(jié)構(gòu)和性能優(yōu)勢突出,材料成本較高?

PEM電解系統(tǒng)主要由電解槽和輔助系統(tǒng)(BOP)組成。電解槽是電解反應(yīng)制氫的核心裝置,輔助系統(tǒng)則用于原材料(水)的處理、系統(tǒng)循環(huán)和氫氣產(chǎn)物的干燥純化等,主要包括電源供應(yīng)系統(tǒng)、氫氣干燥純化系統(tǒng)、去離子水系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)等部分。

PEM電解槽采用質(zhì)子交換膜作為電解質(zhì),結(jié)構(gòu)和性能具有一定優(yōu)勢。PEM電解槽同樣由多個(gè)電解單元堆疊而成,每個(gè)單元均由質(zhì)子交換膜、催化劑、氣體擴(kuò)散層和雙極板構(gòu)成。PEM電解槽使用質(zhì)子交換膜作為固體電解質(zhì),替代了堿性電解槽使用的隔膜和液態(tài)電解質(zhì)(KOH溶液),內(nèi)阻更小、內(nèi)部結(jié)構(gòu)更為緊湊,電解效率大幅提高,規(guī)模選擇也更為靈活;PEM電解采用純水而非堿液作為電解原料,產(chǎn)氫純度較堿性制氫更好。然而,PEM電解在強(qiáng)酸性環(huán)境下進(jìn)行,需使用貴金屬催化劑,導(dǎo)致成本較高。

4.5 PEM電解槽:質(zhì)子交換膜依賴進(jìn)口,有待國產(chǎn)突破

PEM電解槽關(guān)鍵原材料有待國產(chǎn)化。目前,國內(nèi)PEM電解槽產(chǎn)業(yè)規(guī)模較小,主要原因?yàn)殛P(guān)鍵材料質(zhì)子交換膜生產(chǎn)技術(shù)由歐美、日本等巨頭壟斷,國內(nèi)電解槽廠商使用的質(zhì)子交換膜主要向杜邦進(jìn)口,成本和供應(yīng)鏈均面臨一定壓力。此外,PEM電解槽使用的貴金屬催化劑也存在進(jìn)口依賴性。國內(nèi)PEM電解槽產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,需要國產(chǎn)關(guān)鍵材料環(huán)節(jié)的進(jìn)一步突破。

4.6 電解槽全球競爭格局:中國和歐洲企業(yè)產(chǎn)能規(guī)模領(lǐng)先,主要參與者積極擴(kuò)產(chǎn)從產(chǎn)能布局來看,中國和歐洲企業(yè)產(chǎn)能規(guī)模領(lǐng)先,主要參與者積極擴(kuò)產(chǎn)。2022年11月,BNEF估計(jì)了全球各大電解槽企業(yè)產(chǎn)能規(guī)劃情況,2022、2023年底預(yù)計(jì)產(chǎn)能排名前20企業(yè)分別如下。根據(jù)以上數(shù)據(jù),2022年底,全球電解槽產(chǎn)能Top 20企業(yè)產(chǎn)能共計(jì)14GW,其中中國企業(yè)8家,產(chǎn)能共計(jì)6.7GW,以ALK路線為主;歐洲企業(yè)9家,產(chǎn)能共計(jì)4.7GW。2023年底,預(yù)計(jì)全球電解槽產(chǎn)能Top 20企業(yè)產(chǎn)能共計(jì)26.4GW(同比+89%),其中中國企業(yè)9家,產(chǎn)能共計(jì)9.1GW;歐洲企業(yè)7家,產(chǎn)能共計(jì)10.2GW。

4.7 電解槽國內(nèi)競爭格局:2022年CR3達(dá)到73%,新入者層出不窮?

從出貨規(guī)模來看,考克利爾競立、派瑞氫能和隆基氫能居國內(nèi)企業(yè)第一梯隊(duì)。GGII統(tǒng)計(jì),2022年我國電解水制氫設(shè)備出貨量722MW(含出口),同比增長106%。考克利爾競立出貨230MW,排名維持第一;派瑞氫能位居第二,隆基氫能首次躋身第三。市場玩家增加,國內(nèi)市場集中度有所下降。我國電解槽出貨量TOP3廠商2022年共計(jì)出貨527MW,市占率合計(jì)73%,CR3較2021年下降10個(gè)百分點(diǎn)。這意味著隨著國內(nèi)電解槽參與者增多,市場集中度有所下降。值得注意的是,2022年國內(nèi)出貨量TOP3的電解槽廠商最大訂單均來自中國石化新疆庫車綠氫示范項(xiàng)目,該項(xiàng)目共采購52臺(tái)1000標(biāo)方堿性制氫設(shè)備。因此,若不考慮大訂單,國內(nèi)電解槽市場集中度或許進(jìn)一步下降,市場仍處于高成長、競爭格局未確定的階段。 

原標(biāo)題:一文了解制氫電解槽國內(nèi)競爭格局
 
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