研報 | 水電解制氫行業(yè)回顧與展望

核心觀點

? 水電解制氫設(shè)備作為綠電-綠氫轉(zhuǎn)化的核心工藝裝備，在2022年備受關(guān)注，諸多央企和上市公司積極布局水電解制氫設(shè)備制造，發(fā)布水電解制氫設(shè)備產(chǎn)品。目前，水電解制氫國內(nèi)尚未實現(xiàn)大功率規(guī)?；瘧?yīng)用，國內(nèi)綠氫示范應(yīng)用項目及主流企業(yè)核心產(chǎn)品仍基本以堿性電解槽為主。

? 截止2022年底，全國已有超過100個已建、在建和規(guī)劃中的可再生能源電解水制氫項目，其中堿性電解水制氫規(guī)模合計超過17GW。我們初步預(yù)計，到2025年我國新增可再生能源制取綠氫的供應(yīng)量將達到約50萬噸。

? 2018年以前，718、競立及大陸的主要需求均來自于硅料行業(yè)和電廠。即使隨著這些年可再生能源制氫的發(fā)展，硅料行業(yè)仍是堿性水電解設(shè)備的重要客戶。而根據(jù)硅業(yè)分會的公開數(shù)據(jù)，我國多晶硅行業(yè)在2023年將繼續(xù)擴產(chǎn)，年度將新增120萬噸產(chǎn)能，對應(yīng)水電制氫設(shè)備需求約250-350MW （50-70臺1000Nm³/h）。

? 風(fēng)險提示：技術(shù)革新不及預(yù)期，項目發(fā)展情況不及預(yù)期，成本下降不及預(yù)期，商業(yè)模式形成不達預(yù)期。

1、市場總覽

電解水制氫其基本原理是在直流電的作用下，通過電化學(xué)過程將水分子解離為氫氣與氧氣，分別在陰、陽兩極析出。根據(jù)技術(shù)及結(jié)構(gòu)原理差異，可分為堿水電解（ALK）、質(zhì)子交換膜純水電解（PEM）、陰離子交換膜水電解（AEM）、固體氧化物水電解（SOEC）等方案，前三種反應(yīng)溫度約在70~90攝氏度，SOEC需要在700-800攝氏度的高溫下進行反應(yīng)。其中堿水電解（ALK）、質(zhì)子交換膜（PEM）電解制氫均已實現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，AEM和SOEC尚處在實驗室開發(fā)階段。

經(jīng)過幾十年發(fā)展，目前國內(nèi)堿性水電解技術(shù)成熟度較高，同時沒有貴金屬作為設(shè)備生產(chǎn)原料，因此單價相對較低。相對于堿性水電解，PEM水電解擁有效率高、無堿液、體積小、安全可靠、動態(tài)響應(yīng)好等優(yōu)點，但由于質(zhì)子交換膜等核心零部件仍依賴進口，其成本仍是ALK的約5至6倍，國內(nèi)尚未實現(xiàn)大功率規(guī)?；瘧?yīng)用。當(dāng)前國內(nèi)可再生能源制氫示范應(yīng)用項目及主流企業(yè)核心產(chǎn)品仍基本以堿性電解槽為主。

根據(jù)行業(yè)調(diào)研以及氫促會月刊、高工氫電微信公眾號等發(fā)布的行業(yè)數(shù)據(jù)，2021年中國電解水制氫設(shè)備市場規(guī)模超過9億元人民幣，出貨量超過350MW，2022年估計全年中國堿性電解水制氫設(shè)備的出貨量約780MW，電解槽總出貨量在800MW左右，在2021年基礎(chǔ)上實現(xiàn)翻番。我國頭部電解水制氫裝備制造企業(yè)的市場占有率仍然較高，市場相對集中，全年頭部企業(yè)設(shè)備交付金額超過10億元人民幣，合同簽定量超15億元，Top3企業(yè)電解槽總市場占有率接近80%。

根據(jù)我們自建氫能項目數(shù)據(jù)庫，截止2022年底，全國已有超過100個已建、在建和規(guī)劃中的可再生能源電解水制氫項目，其中超半數(shù)項目公布了電解水制氫的類型和制氫規(guī)模，其中堿性電解水制氫規(guī)模合計超過17GW，這些項目主要分布在西北地區(qū)、華北地區(qū)和華南地區(qū)，三區(qū)制氫規(guī)模占比超95%。由于前述項目規(guī)劃期從2025到2035年不等，綜合考慮土地等因素，我們初步預(yù)計，到2025年我國新增可再生能源制取綠氫的供應(yīng)量將達到約50萬噸。

2022年我國已建和正在建設(shè)中最大的可再生能源制氫示范應(yīng)用項目是中國石化新疆庫車綠氫示范項目，也是全球在建的最大光伏綠氫生產(chǎn)項目。項目共采購1000Nm³/h的堿性電解槽52套，折合制氫用電負荷260MW，占今年我國水電解制氫交付量的接近1/3，投產(chǎn)后年產(chǎn)綠氫可達2萬噸，對推動綠氫產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展、推進能源產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、促進新疆地區(qū)經(jīng)濟社會發(fā)展、保障國家能源安全具有重要意義。根據(jù)公開信息，該項目于2021年11月30日正式啟動建設(shè)，2022年5月6日進行了制氫設(shè)備評標(biāo)結(jié)果公示，由中國船舶重工集團公司第七一八研究所、考克利爾競立（蘇州）氫能科技有限公司等三家企業(yè)共同提供52臺堿性電解水制氫設(shè)備。2022年11月20日，隨著最后一臺電解槽（50t）吊裝就位，標(biāo)志著新疆庫車綠氫示范項目制氫廠大型設(shè)備吊裝完畢，完成所有電解制氫設(shè)備交付，下一步將進入主要設(shè)備安裝階段。

隨著市場的高速增長，市場的規(guī)模化需求也促使水電解制氫設(shè)備不斷往大型化發(fā)展。7月12日，中國華電首套1200Nm³/h堿性電解槽產(chǎn)品下線。8月18日，希倍優(yōu)氫能1400標(biāo)方制氫系統(tǒng)新品下線。12月16日，中國船舶集團第七一八研究所舉辦全球首臺套單體產(chǎn)氫量2000Nm³/h水電解制氫裝備發(fā)布儀式。據(jù)七一八研究所介紹，該設(shè)備實現(xiàn)了高電流密度、寬可調(diào)范圍、低運行能耗、高穩(wěn)定性等多項關(guān)鍵技術(shù)突破。

2、企業(yè)盤點

截止到2022年11月，中國已有百余家企業(yè)布局電解制氫設(shè)備生產(chǎn)，這些企業(yè)主要分布在華東地區(qū)和華北地區(qū)，兩區(qū)總占比近75%。

1）頭部企業(yè)

2022年，國內(nèi)電解制氫設(shè)備市場仍以堿性電解制氫設(shè)備為主，出貨量頭部企業(yè)除了過往三足鼎立的派瑞氫能（718所）、考克利爾競立和天津大陸，光伏企業(yè)也借助新疆庫車項目強勢擠入前三強。

中船（邯鄲）派瑞氫能科技有限公司是中國船舶集團第七一八研究所全資子公司,中國船舶第七一八研究所隸屬于中國船舶集團有限公司創(chuàng)立于1966年，注冊于河北省邯鄲市。是集科研開發(fā)、設(shè)計生產(chǎn)、技術(shù)服務(wù)于一體的國家級軍工科研院所。公司以七一八研究所六十余年在氫能領(lǐng)域的技術(shù)實力和工程經(jīng)驗為依托，是目前國內(nèi)氫能裝備產(chǎn)業(yè)鏈較為完備的科研生產(chǎn)企業(yè)，現(xiàn)有各類專業(yè)技術(shù)人員360人，擁總建筑面積達21500平方米，可年產(chǎn)堿性制氫裝備350臺（套）、PEM純水制氫裝備120臺（套），以及進行各型加氫站建設(shè)。其中水電解制氫裝備在全國市場的占有率保持領(lǐng)先地位。公司從1984年開始利用軍工技術(shù)開發(fā)出加壓水電解制氫裝置，現(xiàn)已形成四大系列，20多種規(guī)格、產(chǎn)氣量0.5Nm³/h～2000Nm³/h的系列水電解制氫裝置，并先后為制氫裝置配套開發(fā)了系列氫氣純化裝置，及系列氧氣純化裝置，到目前為止，公司水電解制氫裝置已生產(chǎn)銷售一千多臺套，氫氣干燥、純化裝置、變壓吸附裝置、甲醇制氫裝置等400多臺套，累計產(chǎn)值超30億元，用戶遍及全國各地，并出口三十幾個國家和地區(qū)。

考克利爾競立（蘇州）氫能科技有限公司是比利時John Cockerill集團在承接了蘇州競立制氫設(shè)備有限公司全部的人員和知識產(chǎn)權(quán)的基礎(chǔ)上，增大研發(fā)力量、更新設(shè)備、擴大產(chǎn)能建立的，專注于堿性電解水制氫設(shè)備的研發(fā)、生產(chǎn)、銷售，定位為John Cockerill集團氫能業(yè)務(wù)在中國區(qū)的總部。2021年公司生產(chǎn)了超50臺產(chǎn)氫量1000Nm³/h電解水制氫設(shè)備，參與了1200Nm³/h和1300Nm³/h電解水制氫設(shè)備的研發(fā)和生產(chǎn)。2022年產(chǎn)能達1GW，具備生產(chǎn)超大型電解水制氫設(shè)備的技術(shù)和能力，預(yù)計下半年將交付1500Nm³/h電解水制氫設(shè)備，公司擁有近50項專利技術(shù)。全球市場占有率超35%（彭博財經(jīng)2021年度數(shù)據(jù)）。

天津市大陸制氫設(shè)備有限公司成立于1994年，公司注冊資本為3000萬元。主要生產(chǎn)堿性水電解制氫設(shè)備和氣體純化設(shè)備，堿性水電解制氫裝置已形成系列化，產(chǎn)氣量最大可達1000Nm³/h，有70名員工，超過400套設(shè)備在全球30多個國家使用，參加了氫能方面9個國家標(biāo)準(zhǔn)的編制工作。

2）新進企業(yè)

除了已經(jīng)入局的國電投氫能公司、華電、中能建等巨頭外，2022年又有數(shù)十家央企和上市公司布局電解制氫設(shè)備制造。據(jù)不完全統(tǒng)計，包括中國華能、寶武集團等央企國企，十余家光伏、風(fēng)電、電力設(shè)備、重型機械等領(lǐng)域的上市公司，以及國富氫能、奧揚科技、華易氫元等科技企業(yè)在內(nèi)的數(shù)十家企業(yè)發(fā)布了堿性電解制氫設(shè)備產(chǎn)品。

3、硅與氫

2018年以前，718、競立及大陸的主要需求均來自于硅料行業(yè)和電廠。即使隨著這些年可再生能源制氫的發(fā)展，硅料行業(yè)仍是堿性水電解設(shè)備的重要客戶。近幾年來，隨著我國光伏行業(yè)的快速發(fā)展，特別是“雙碳”目標(biāo)確立后，硅料價格隨著我國及全球的光伏裝機需求一路高歌猛進至300元每公斤，大批資本也被豐厚的利潤所吸引，一大批高純多晶硅項目陸續(xù)上馬，為水電解制氫設(shè)備提供了大量需求。

目前多晶硅環(huán)節(jié)存在兩種技術(shù)路線：改良西門子法（產(chǎn)物為棒狀硅）和硅烷流化床法（產(chǎn)物為顆粒硅）。其中改良西門子法在1100°C左右的高純硅芯上用高純氫還原高純?nèi)葰涔?，生成多晶硅沉積在硅芯上。而硅烷流化床法一般是以硅烷或氯硅烷作為硅源氣、以氫氣作為載氣，在添加四氯化硅的基礎(chǔ)上，將工業(yè)硅在硅烷流化床內(nèi)轉(zhuǎn)化為顆粒多晶硅。由于改良西門子法生產(chǎn)工藝相對成熟，目前仍為主流多晶硅生產(chǎn)路線。2020年改良西門子法生產(chǎn)的棒狀硅約占全國硅料總產(chǎn)量的97.2%，預(yù)計到2030年硅烷流化床法生產(chǎn)的顆粒硅市場份額可超10%。

以某年產(chǎn)4萬噸的高純多晶硅項目為例，其配套建設(shè)了3套1000Nm³/h的堿性水電解裝置，2用1備。查看其他多晶硅項目建設(shè)規(guī)模，其堿性電解水裝置也大概按1000Nm³/h對應(yīng)2萬噸多晶硅產(chǎn)能配置。

根據(jù)中國有色金屬硅業(yè)分會的公開數(shù)據(jù)，2022年我國多晶硅產(chǎn)能新增了68.4萬噸?？紤]到多晶硅項目建設(shè)周期一般在12-18個月，2022年投產(chǎn)項目的制氫設(shè)備采購絕大部分應(yīng)在2021年完成采購下單，陸續(xù)在2021至2022年中完成設(shè)備交付。按照前述比例估算，在此期間至少采購交付了30至40臺的堿性制氫設(shè)備（按單臺1000Nm³/h估計），折合150-200MW。根據(jù)行業(yè)數(shù)據(jù)，2021年我國水電解制氫合同額約在350-400MW左右，2022年合同額約在780-800MW左右，考慮到制氫設(shè)備采購、交付時間和多晶硅項目投產(chǎn)時間的差異，估計2021-2022年期間，多晶硅行業(yè)訂單約占整個堿性水電解制氫市場30-40%。

而根據(jù)硅業(yè)分會的公開數(shù)據(jù)，我國多晶硅行業(yè)在2023年將繼續(xù)擴產(chǎn)，年度將新增120萬噸產(chǎn)能，對應(yīng)水電制氫設(shè)備需求約250-350MW（50-70臺1000Nm³/h電解制氫設(shè)備）。

4、新年展望

根據(jù)我司整理的國內(nèi)各省氫能規(guī)劃和項目數(shù)據(jù)，預(yù)計我國至2025年將形成50萬噸綠氫產(chǎn)能，按照年制氫3000小時估算，對制氫設(shè)備需求約10000MW。參考2018-2022年水電解制氫設(shè)備的增長率，預(yù)計2023年可再生能源制氫對電解槽需求約950-1050MW，加上前述多晶硅行業(yè)250-350MW的需求，我們預(yù)計2023年國內(nèi)水電解制氫設(shè)備需求將繼續(xù)增長至1200-1400MW水平。

從設(shè)備角度，未來規(guī)?；当疽欢ㄊ侵茪湓O(shè)備的發(fā)展方向，而2021年至2022年單臺制氫能力1000Nm³/h的堿性制氫設(shè)備才逐步獲得大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用，前述1000Nm3/h以上的大型設(shè)備可能會在2023年逐步獲得落地應(yīng)用的機會，但一定只有少數(shù)廠家和設(shè)備型號能從這場日漸激烈的競爭中勝出，成為新的主流規(guī)格。同時，氣液分離系統(tǒng)和純化系統(tǒng)規(guī)格也會同步大型化。此外，可再生能源制氫項目多在三北地區(qū)，其氣候條件和可再生能源的波動性也會對設(shè)備保溫、冷啟動時間、電氣設(shè)備、軟件控制、調(diào)節(jié)能力等配置和參數(shù)提出更高要求。

隨著未來更多電解制氫設(shè)備需求的釋放，龍頭企業(yè)也均在規(guī)劃擴產(chǎn)，2022年9月，派瑞氫能邯鄲新工廠投入運行，2022年10月，考克利爾競立常州工廠正式投入運行，幾大光伏龍頭企業(yè)的制氫設(shè)備制造工廠也在規(guī)劃建設(shè)中。而2023年也將會有更多企業(yè)布局堿性和PEM水電解制氫設(shè)備生產(chǎn)制造和上下游產(chǎn)業(yè)鏈?？梢灶A(yù)見的是，隨著新玩家的不斷加入和產(chǎn)能的持續(xù)擴張，整個行業(yè)的競爭將更趨激烈，也許在不遠的未來，水電解制氫設(shè)備產(chǎn)業(yè)將會迎來新的變革。

5、風(fēng)險提示

風(fēng)險因素：技術(shù)革新不及預(yù)期，項目發(fā)展情況不及預(yù)期，成本下降不及預(yù)期，商業(yè)模 式形成不達預(yù)期。

報告原文如下：

來源：長城證券，分析師：于夕朦