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制氢电解槽
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李卿云·头豹分析师
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行业定义
电解水是将水分解为氢气和氧气的电化学过程,电解槽是电解水制氢系统的核心,也是电解反应发生的主要场所,由若干个电解小室组成,每个电解小室由电极、隔膜和电解质构成。电解液在阳极发生氧化反应产生氧气,在阴极发生还原反应产生氢气,电解水在制氢过程中无二氧化碳排放,因而被认为是未来最为理想的制氢方式。目前电解水制氢主要应用于浮法玻璃、电子等行业。
AI访谈
行业分类
根据电解液的不同,目前制氢电解槽技术主要分为四类:碱性电解槽(Alkaline Water Electrolysis, AWE)、质子交换膜(Proton Exchange Membrane, PEM)电解槽、阴离子交换膜(Anion Exchange Membrane, AEM)电解槽和固体氧化物电解槽(Solid Oxide Electrolysis Cells, SOEC)。其中AWE和PEM电解槽已实现商业化应用,AEM电解槽和SOEC仍处于研发示范阶段。
AI访谈
行业特征
中国制氢电解槽行业呈现出以碱性电解槽(AWE)为主、以质子交换膜(PEM)电解槽为辅的商业应用状态,阴离子交换膜(AEM)电解槽与固体氧化物电解槽(SOEC)仍在研究示范中。行业集中度较高,2022年出货量Top3企业市场占有率合计达80%。尽管未来增量空间巨大,制氢电解槽行业目前尚处于发展初期,仍面临着国产化程度不足与制氢成本高昂的技术设备风险。
AI访谈
发展历程

制氢电解槽行业

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AI访谈
产业链分析
AI访谈
行业规模
制氢电解槽行业规模
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政策梳理
制氢电解槽行业
相关政策 9篇
AI访谈
竞争格局
中国制氢电解槽行业集中度较高,2022年电解槽出货市占率Top3企业合计占据80%的市场份额,三家企业分别属于传统设备生产商与新能源龙头企业。传统设备生产商包括源自中船718所的考克利尔竞立、中船派瑞氢能、天津市大陆制氢等,由于最早的电解水技术用于军工领域,传统设备生产商建立起较高的技术壁垒,拥有成熟的客户资源。新能源龙头企业包括隆基绿能、阳光电源等,均以成立氢能子公司的形式跨界布局电解槽行业,投资建设国家级电解水制氢示范项目。氢能子公司可为绿电制取绿氢提供大型电解水制氢设备,最终产出“光伏+制氢设备”的交钥匙工程项目,同时也会对外单独出售制氢设备。当前隆基股份、阳光电源的氢能子公司均已下线电解槽产品,并获取大型项目订单。但目前电解水制氢业务在新能源企业的整体营收中仍占比较低,同时具有投资周期长、回报慢、产品技术路线变动的风险。
AI访谈数据图表
摘要
电解水是将水分解为氢气和氧气的电化学过程,电解槽是电解水制氢系统的核心,也是电解反应发生的主要场所。根据电解液的不同,目前制氢电解槽技术主要分为四类:碱性电解槽(AWE)、质子交换膜(PEM)电解槽、阴离子交换膜(AEM)电解槽和固体氧化物电解槽(SOEC),其中AWE和PEM电解槽已实现商业化应用,AEM电解槽和SOEC仍处于研发示范阶段。中国制氢电解槽行业呈现出以碱性电解槽(AWE)为主、以质子交换膜(PEM)电解槽为辅的商业应用状态,行业集中度较高,2022年出货量Top3企业市场占有率合计达80%。随着燃料电池技术的不断成熟与质子交换膜国产化的加速突破,长期来看,PEM电解槽的成本将持续降低,市场份额逐渐提高。尽管未来增量空间巨大,制氢电解槽行业目前尚处于发展初期,仍面临着核心组件国产化程度不足与制氢成本高昂的技术设备风险。2020年以后,在“双碳”目标与能源结构优化的驱动下,中国制氢电解槽行业进入蓬勃发展期,出货量呈高速增长趋势,预计至2025年中国制氢电解槽总出货量有望超过2GW,至2026年总出货量接近4GW,行业规模接近50亿。
制氢电解槽行业定义
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制氢电解槽是一种利用电解法将水分解成氢气和氧气的设备。它是一种基于电化学原理设计、制造的设备,其主要原理是通过电解水来分离氧气和氢气。在制氢电解槽内,水分子被分解成氢离子和氧离子,从而生成氢气和氧气。 然而,制氢电解槽的定义并不止于此。在不同的领域和行业中,对于制氢电解槽的定义有所不同。例如,在化工行业中,制氢电解槽被定义为一种通过电解水将水分子分解成氢气和氧气的设备,用于工业氢的生产。在能源行业中,制氢电解槽被定义为一种利用电力将水分解成氢气的设备,用于能源转换和储存。 此外,制氢电解槽的定义还涉及到其结构和工艺。例如,在制氢电解槽的结构上,常常会根据电极的形状和数量进行分类。在工艺上,制氢电解槽也有不同的操作方式,例如恒流电解和恒压电解等。 因此,制氢电解槽的定义在不同的领域和行业中有所差异。无论在哪个领域,制氢电解槽都是一种通过电解水分解氢气和氧气的设备。随着技术的发展,制氢电解槽的结构和工艺也在不断创新,以满足不同行业的需求。
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电解水是将水分解为氢气和氧气的电化学过程,电解槽是电解水制氢系统的核心,也是电解反应发生的主要场所,由若干个电解小室组成,每个电解小室由电极、隔膜和电解质构成。电解液在阳极发生氧化反应产生氧气,在阴极发生还原反应产生氢气,电解水在制氢过程中无二氧化碳排放,因而被认为是未来最为理想的制氢方式。目前电解水制氢主要应用于浮法玻璃、电子等行业。
[1]
1:中国氢能联盟,《中国氢能源及燃料电池产业发展报告2020》
中国氢能联盟,《中国氢能源及燃料电池产业发展报告2020》
2:中国节能协会氢能专业委员会,《【干货】制氢技术进展及经济性分析》
中国节能协会氢能专业委员会,《【干货】制氢技术进展及经济性分析》
3:全球能源互联网期刊信息服务平台,《“双碳”目标下电解制氢关键技术及其应用进展》
全球能源互联网期刊信息服务平台,《“双碳”目标下电解制氢关键技术及其应用进展》
4:国家标准《压力型水电解制氢系统技术条件》
国家标准《压力型水电解制氢系统技术条件》
5:https://weread.qq.com/web/reader/2ec32a1072a211ec2ec6d4bk1ff325f02181ff1de7742fc
6:http://heic.org.cn/newshow.asp?id=1098
7:https://www.gei-journal.com/cn/journalsDetailsCn/20211207/1468119693524078592.html
8:https://news.bjx.com.cn/html/20190625/988503.shtml
9:中国氢能联盟,《中国氢能源及燃料电池产业发展报告2020》;国家标准《压力型水电解制氢系统技术条件》;全球能源互联网期刊信息服务平台,《“双碳”目标下电解制氢关键技术及其应用进展》
中国氢能联盟,《中国氢能源及燃料电池产业发展报告2020》;国家标准《压力型水电解制氢系统技术条件》;全球能源互联网期刊信息服务平台,《“双碳”目标下电解制氢关键技术及其应用进展》
制氢电解槽行业分类
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Prompt
最主流的制氢电解槽行业分类标准是按照工艺流程进行分类。根据工艺流程的不同,可以将制氢电解槽行业分为传统电解槽制氢和膜法制氢两类。 传统电解槽制氢是指利用电解液电解产生氢气的传统方法。电解槽内通过电流作用,使得水分解成氢气和氧气。传统电解槽制氢具有成本低、技术成熟等优点。但是,由于其操作过程存在一定的危险性,并且产生的氢气不纯,存在安全隐患,因此在一些领域已经逐步被膜法制氢所取代。 膜法制氢是指利用离子交换膜分离氢气和氧气的方法。其工艺流程简单,操作安全,而且产生的氢气纯度高,可以满足高纯度氢气的需求。膜法制氢具有高效、环保等优点,因此在现代制氢电解槽行业中已经成为主流。 除了根据工艺流程进行分类外,还可以根据制氢电解槽的尺寸、用途等进行分类。根据尺寸,可以将制氢电解槽分为小型、中型、大型等不同规格。根据用途,可以将制氢电解槽分为实验室用、工业用等不同类型。 总的来说,传统电解槽制氢和膜法制氢是现代制氢电解槽行业的主流分类。传统电解槽制氢具有成本低、技术成熟等优点,但是存在一定的安全隐患;膜法制氢具有高效、环保等优点,因此在现代制氢电解槽行业中已经成为主流。除此之外,还可以根据制氢电解槽的尺寸、用途等进行分类。
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根据电解液的不同,目前制氢电解槽技术主要分为四类:碱性电解槽(Alkaline Water Electrolysis, AWE)、质子交换膜(Proton Exchange Membrane, PEM)电解槽、阴离子交换膜(Anion Exchange Membrane, AEM)电解槽和固体氧化物电解槽(Solid Oxide Electrolysis Cells, SOEC)。其中AWE和PEM电解槽已实现商业化应用,AEM电解槽和SOEC仍处于研发示范阶段。
制氢电解槽分类
碱性电解槽(AWE)
AWE制氢是一种较为成熟的电解水制氢技术,AWE安全可靠,寿命长达15年,已被广泛商业化使用。AWE技术采用氢氧化钾(KOH)水溶液为电解质,以石棉为隔膜,分离水产生氢气和氧气,效率通常在70-80%。一方面,AWE在碱性条件下可使用非贵金属电催化剂,催化剂造价较低,但产气中含碱液、水蒸气等,需经辅助设备除去;另一方面,AWE难以快速启动或变载,无法快速调节制氢的速度,因而与可再生能源发电的适配性较差。AWE适合大规模制氢,产氢纯度在99.8%以上,派瑞氢能近期发布的AWE单体产氢量已达2,000Nm³/h。
质子交换膜(PEM)电解槽
PEM电解槽技术近年来发展迅速,已进入商业化初期。PEM电解槽以PEM为隔膜,以纯水为反应物,由于PEM的氢气渗透率较低,产氢纯度高达99.99%及以上,仅需脱除水蒸气。电极通常由铂、铱等贵金属组成,造价较高;电解槽采用零间距结构,欧姆电阻较低,电解效率在48-65%,低于AWE,但体积更为紧凑;压力调控范围大,氢气输出压力可达数兆帕,适应快速变化的可再生能源电力输入。PEM电解槽的主要优点在于运行灵活、利于快速变载,与风电、光伏(发电的波动性和随机性较大)具有良好的匹配性。瓶颈环节在于成本和寿命,目前国际先进PEM稳定运行时间为60,000-80,000小时,制氢成本约为每千克氢气3.7美元。PEM电解槽通常用于小规模制氢,单体产氢量在200Nm³/h以下。
阴离子交换膜(AEM)电解槽
AEM电解槽处于研发示范阶段,主要结构由阴离子交换膜和两个过渡金属催化电极组成,一般采用纯水或低浓度碱性溶液用作电解质,并使用廉价非贵金属催化剂和碳氢膜。因此,AEM技术兼具AWE与PEM的优势,产氢纯度高达99.99%及以上,具有成本低、启停快、耗能少的特点,集合了与可再生能源耦合时的易操作性,同时可达到与PEM相当的效率。目前AEM电解槽面临的主要挑战是产品寿命低和制氢规模小。首先,AEM在工作过程中,表面会形成局部强碱性环境,易导致交换膜穿孔破裂,引发电堆短路,影响使用寿命。其次,AEM电解槽缺乏大规模制氢能力,AWE单体产氢量可达2000Nm³/h,PEM电解槽单体产氢量可达200Nm³/h,但AEM电解槽单体产氢量仍停留在0.5—5Nm³/h之间,很难满足大型可再生能源电解水制氢综合示范项目的采购标准。
固体氧化物电解槽(SOEC)
SOEC处于研发示范阶段,使用600-900°C的高温水蒸气电解,效率高于AWE与PEM电解槽,预期效率约为100%,实际效率在80-90%之间。SOEC产氢纯度较高,仅需脱除水蒸气,且可使用廉价催化剂低成本运营。由于SOEC具有能在高温情境下制氢的特点,核能与地热能等可再生能源具备作为蒸汽电解热源的潜力。高温操作可降低电池电压并增加反应速率,但同时也让设备面临着材料热稳定性和密封性的挑战。高温也会导致SOEC启动和磨合时间更长,阻碍系统与间歇性可再生能源耦合,并降低设备的寿命于耐久性。随着技术进步与产业规模化发展,SOEC具有降低成本的巨大增长空间。
[2]
1:http://heic.org.cn/newshow.asp?id=1098
2:https://journal.hep.com.cn/sscae/EN/article/downloadArticleFile.do?attachType=PDF&id=29721
3:https://www.longi.com/cn/innovation-lab/green-energy/1/
4:https://www.gg-fc.com/art-43665.html
5:中国节能协会氢能专业委员会,《【干货】制氢技术进展及经济性分析》;《中国工程科学》2021年第23卷第2期,《电解水制氢技术研究进展与发展建议》;高工氢电网,《AEM制氢“起风”》;《碱性电解槽成本最低》,《石油石化绿色低碳》,2022年第7卷
中国节能协会氢能专业委员会,《【干货】制氢技术进展及经济性分析》;《中国工程科学》2021年第23卷第2期,《电解水制氢技术研究进展与发展建议》;高工氢电网,《AEM制氢“起风”》;《碱性电解槽成本最低》,《石油石化绿色低碳》,2022年第7卷
制氢电解槽行业特征
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中国制氢电解槽行业特征分析 中国制氢电解槽行业是一个新兴的行业,具有极高的发展潜力。从商业模式、竞争环境、用户画像、利润成本、行业周期、供给需求、准入门槛、发展前景等多个维度进行分析,可以看出该行业的特征。 商业模式 制氢电解槽行业的商业模式主要是产品销售和技术服务。制氢电解槽是一种高科技的设备,需要专业的技术支持和服务。企业在产品销售的同时,还需要提供技术服务,满足客户的需求,提高客户满意度。企业可以通过提供技术培训和售后服务等方式,建立起良好的客户关系,增加客户黏性。 竞争环境 中国制氢电解槽行业的竞争环境激烈,主要竞争对手包括国内外企业。国内企业主要集中在华东、华南和华中地区,主要有科瑞泰、丰田、上海电气、中科电气等;国外企业主要包括阿尔斯通、西门子、ABB等。国内企业在技术、市场等方面都存在一定差距,需要加强研发和市场拓展。同时,国外企业在技术和品牌方面具有优势,国内企业需要加强技术研发和品牌建设,提高自身竞争力。 用户画像 中国制氢电解槽的用户主要是制氢企业和燃料电池企业。制氢企业是制氢电解槽的主要用户,主要应用于工业制氢生产。燃料电池企业则是制氢电解槽的潜在用户,随着燃料电池技术的不断发展,燃料电池汽车的市场需求不断增加,燃料电池的应用也将逐渐扩大。 利润成本 制氢电解槽的利润空间主要来自于产品销售和技术服务。制氢电解槽是一种高科技产品,研发和生产成本较高。同时,企业需要提供专业的技术服务,增加了企业的运营成本。但是,随着技术的不断进步和规模效应的逐渐体现,企业的利润空间将逐渐增加。 供给需求 制氢电解槽的供给主要来自于国内外企业。国内企业在技术和市场方面还存在一定差距,但是随着国内市场的逐渐开放和政策的支持,国内企业的供给能力将逐渐提高。同时,随着燃料电池技术的不断发展和应用的逐渐扩大,对制氢电解槽的需求也将逐渐增加。 准入门槛 制氢电解槽行业的准入门槛较高,需要具备较强的技术研发能力和生产能力。同时,还需要具备专业的销售和技术服务能力。因此,行业内企业数量相对较少,市场集中度较高。
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中国制氢电解槽行业呈现出以碱性电解槽(AWE)为主、以质子交换膜(PEM)电解槽为辅的商业应用状态,阴离子交换膜(AEM)电解槽与固体氧化物电解槽(SOEC)仍在研究示范中。行业集中度较高,2022年出货量Top3企业市场占有率合计达80%。尽管未来增量空间巨大,制氢电解槽行业目前尚处于发展初期,仍面临着国产化程度不足与制氢成本高昂的技术设备风险。
1
以碱性电解槽为主
中国制氢电解槽行业呈现出以碱性电解槽(AWE)为主、以质子交换膜(PEM)电解槽为辅的商业应用状态。
2022年中国制氢电解槽总出货量在800MW左右,AWE出货量约为776MW。随着可再生能源电解水制氢逐步成为未来主流的制氢方式,AWE制氢技术快速向大容量(单体产氢量≥1,000Nm³/h)方向发展。PEM电解槽在规模、数量上虽与AWE存在一定差距,但自2022年7月以来,MW级PEM电解槽项目落地速度加快,企业规划的PEM产能项目也已开始向GW级发展。
2
国产化程度不足
中国制氢电解槽行业的材料与技术仍存在国产化程度不足的问题。
中国PEM电解槽已实现初步商业化应用,但电解槽中的质子交换膜较大程度上依赖国外进口,且使用的催化剂主要由铂和铱等贵金属组成,由于全球80%以上的铂金属由南非提供,意味着催化剂也极度依赖进口供应。中国AWE设备国产化率约为95%,但阀门与仪表尚依赖进口。在核心电解槽部件中,隔膜和电极技术水平与国外仍存在差距,关键材料与技术的国产化不足将制约行业的规模化发展。
3
制氢成本高
电解水制氢技术成本高昂,受多种因素影响。
AWE与PEM电解槽在制氢系统设备成本中的占比分别为50%、60%,中国AWE制氢成本约为1,400-2,000元/千瓦,由于质子交换膜和贵金属催化剂等关键组件价格较高,PEM电解槽制氢成本为10,000-20,000元/千瓦。电力成本占制氢总成本的50-90%,电价上涨十倍会导致制氢成本上涨六倍。目前电解水制氢的成本控制主要集中在三个方向:一是产业规模化,二是核心零部件成本下降,三是调整制氢用电的费用定价机制。
4
行业集中度高
中国制氢电解槽行业集中度较高。
2021年,中国电解水制氢设备市场规模超过9亿元,出货量超过350MW,其中考克利尔竞立出货量达160MW,占据45%以上市场份额,排名第一。2022年,中国制氢电解槽总出货量在800MW左右,Top3企业中船派瑞氢能、考克利尔竞立、隆基氢能电解槽市场占有率合计达80%,基于技术成熟度、创新空间与客户资源形成的市场格局短时间难以改变。
[3]
1:https://www.gg-ii.com/art-2693.html
2:https://www.longi.com/cn/news/trendbank-2022-hydrogen/
3:https://www.sohu.com/a/579803155_120104159
4:https://weread.qq.com/web/reader/2ec32a1072a211ec2ec6d4bk1ff325f02181ff1de7742fc
5:http://www.xml-data.cn/KCBHYLY/html/51cf5299-f879-4b7a-b7f1-46f5408b0c45.htm
6:https://h2weilai.com/uploads/files/20220919/7956947c65016fe37395cadc20ab894e.pdf
7:https://new.qq.com/rain/a/20220209A07KRE00
8:https://iea.blob.core.windows.net/assets/9e3a3493-b9a6-4b7d-b499-7ca48e357561/The_Future_of_Hydrogen.pdf
9:https://www.gg-fc.com/art-43244.html
10:https://m.ofweek.com/hydrogen/2022-12/ART-180820-8420-30582047.html
11:高工氢电网,《2021年中国电解水制氢设备市场调研报告》;隆基官网,《2022年中国电解槽出货排名出炉,隆基氢能跻身全国前三》;《中国氢能源及燃料电池产业发展报告2020》,中国氢能联盟;《矿产保护与利用》,《铂资源现状与需求趋势》;《势银氢燃年会|赛克赛斯黄方:设备稳定性、安全性是保证氢能发展的基础技术指标》;香橙会《氢能出海!电解槽产品能否成为我国一张新的名片?》;IEA, The Future of Hydrogen: Seizing Today’s Opportunities
高工氢电网,《2021年中国电解水制氢设备市场调研报告》;隆基官网,《2022年中国电解槽出货排名出炉,隆基氢能跻身全国前三》;《中国氢能源及燃料电池产业发展报告2020》,中国氢能联盟;《矿产保护与利用》,《铂资源现状与需求趋势》;《势银氢燃年会|赛克赛斯黄方:设备稳定性、安全性是保证氢能发展的基础技术指标》;香橙会《氢能出海!电解槽产品能否成为我国一张新的名片?》;IEA, The Future of Hydrogen: Seizing Today’s Opportunities
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