企业竞争图谱：2024年绿氢 头豹词条报告系列

企业竞争图谱：2024年绿氢 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 2024-08-23未经平台授权，禁止转载 工业制品/工业制造 制造业/专用设备制造业 关键词：氢能氢气清洁能源 电解水是绿氢生产的主要技术，包括碱性、质子交换… 行业规模 绿氢行业规模暂无评级报告 绿氢行业相关政策5篇 SIZE数据 摘要绿氢，是指利用可再生能源分解水得到的氢气，其燃烧时只产生水，从源头上实现了二氧化碳零排放，是纯正的绿色新能源。电解水制氢技术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。2019年—2023年，绿氢行业市场规模由0亿元增长至31.76亿元。预计2024年—2028年，绿氢行业市场规模由41.21亿元增长至270.51亿元，期间年复合增长率60.07%。 行业定义[1] 背景：2022年初，国家发展改革委和国家能源局联合发布了《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》，首次将氢能定义为绿色低碳的二次能源。氢能因其丰富的来源、绿色低碳的特性及广泛的应用前景，在构建清洁低碳的高效能源体系和实现碳达峰、碳中和目标中具有重要作用。根据生产来源和排放情况，氢能被分类为灰氢（化石燃料制备）、蓝氢（化石燃料+碳捕获碳碳封存）、粉氢（核能制备）、工业副产氢和绿氢（可再生能源制备）。 定义：绿氢，是指利用可再生能源分解水得到的氢气，其燃烧时只产生水，从源头上实现了二氧化碳零排放，是纯正的绿色新能源。 行业分类[2] 电解水是绿氢生产的主要技术，包括碱性、质子交换膜、阴离子交换膜和固体氧化物四种。碱性制氢技术已成熟并进入工业化，未来将朝向大容量、高效率和智能化发展。PEM制氢面临成本和寿命挑战，需改进电催化剂、膜电极等核心组件。SOEC研究重点在于高性能电极和电解质的开发，以及大功率电堆设计。AEM制氢则专注于高效阴离子交换膜和催化剂的研发，同时降低成本。 绿氢行业基于制取技术的分类 行业特征[3] 绿氢行业特征包括：1.绿氢与绿氨具有一定的协同关系；2.绿氢制取成本偏高，电价是最重要影响因素；3.中国电解槽装机容量处于领先地位，但可能已经产能过剩。 1绿氢与绿氨具有一定的协同关系 氨能源是一种无碳化合物的清洁能源，作为化石燃料的替代品，具有重要的战略价值。氨由水中的氢和空气中的氮合成，并在燃料电池或内燃机中还原为水和空气，因此被视为仅次于氢的理想可再生燃料。氢的来源包括天然气、煤炭、生物质和水，而氨生产所需的氮可直接从空气中获取。随着天然气供应紧张，氢将更依赖生物质和水，这可能增加物理消耗并与能源应用冲突，但氨生产不受此影响。但实际上绿氨和绿氢在当前能源结构中具有紧密的上下游关系。绿氨生产需要大量绿氢，而其特性使其成为绿氢的储运载体。随着绿氨应用扩大，绿氢需求也将增加，形成相互促进的良性循环。 2绿氢制取成本偏高，电价是最重要影响因素 1.对比绿氨：氨的储存和运输技术已比较成熟，将LNG站改为加氨站可提升市场竞争力。液氨运输1千克氢的远洋成本仅为0.1-0.2美元，低于管道和轮船运输氢的成本。液氨相比液氢具有更高的体积能量密度，且更易液化：氨在-33℃即可液化，而氢需低于-253℃。在相同体积下，液氨含氢量比液氢高至少60%。2.对比其它氢能：电解水制氢具有环保、能耗较高，成本在工业制氢中最高，是煤制氢成本的4到5倍。制氢成本主要受电价影响，电价占总成本的70%以上。 3中国电解槽装机容量处于领先地位，但存在产能过剩现象 中国电解槽产能在全球市场中的份额持续增加。2022年，中国电解槽产能为300MW，占全球43%；到2023年，产能增至1,100MW，占全球55%。2023年上半年，挪威公司Hydrogenpro在天津的工厂将产能从300MW提升至500MW。随着国内绿氢项目的加速推进，电解槽的招标需求显著增长，2023年招标量达到1.812MW，同比增长127%。然而，2023年国内电解槽出货量仅为1.5GW。预计到2024年底，中国的电解槽生产能力将超过40GW，远超2025年全球预期需求的10GW，显示出行业产能过剩的趋势。 发展历程[4] 电解水制氢技术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。 上世纪80年代，中国冶金行业和电子行业分别从德国和美国进口了一部分电解水设备。 1992年，中国制造的加压电解槽开始通过包钢、杭氧等企业在苏州推出成套出口。 2014年，欧盟提出PEM水电解制氢技术发展目标。 高速发展期2015~至今 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[5] 绿氢行业产业链上游为制氢环节，主要包括金属制品（电解槽槽体、催化剂、双极板）+化学产品（隔膜、密封垫片）+非金属矿物制品（碳材料）→电解槽（最核心设备）、电气机械和器材+仪器仪表+计算机等其他设 备（电控设备）、通用设备（水循环设备、气体处理设备、其它辅助设备）、土建（厂房和土地）；产业链中游为绿氢储运和加注环节，主要包括储运（高压气氢拖车、储氢罐、液氢槽车、管道气氢）、加氢站（加氢机、卸氢机、压缩机、站控系统、管道及阀门、储氢瓶组、氮气汇流排）；产业链下游为应用环节，主要包括交通（燃料电池汽车、航空燃料等）、工业（合成绿氨、合成绿甲醇等）、发电（天然气掺氢等）、建筑领域（微型热电联供等）。[8] 绿氢行业产业链主要有以下核心研究观点：[8] 随着电解槽成本下降和碳价成本提高，绿氢的经济性有望进一步提升。 绿氢的平准化成本（LCOH）是衡量其经济性的关键指标，涉及电价、电解槽成本和政府补贴等因素。降低LCOH的方法包括提高电解槽效率、降低风光电价、扩展规模以减少采购成本，以及延长设备使用时间。碱性电解槽的电耗和折旧成本分别占总成本的74%和18%，而质子交换膜电解槽的电耗和设备折旧成本分别占50%和44%。近年来，电解槽价格显著下降，提升了绿氢的市场竞争力。此外，中国的碳排放交易市场通过CCER项目支持可再生能源制氢，碳价的上涨进一步推动了绿氢的经济性。随着政策支持和市场机制的完善，绿氢在经济性方面有望持续提升。 短距长管拖车、长距管道运输更经济，未来站内制氢加氢一体化成主流。 氢气运输方式主要包括气态、液态和固体输运，分别通过长管拖车、管道和槽罐车进行。短距离运输中，长管拖车的经济性受运输效率影响，未来可通过提高气瓶压力和技术进步降低成本。长距离运输中，管道运输最具经济性，但受限于技术和市场需求，而槽罐车运输提供了灵活性。预计到2030年和2060年，各种运输方式的成本将显著下降。中国加氢站数量逐年增加，截至2024年6月底达到426座，主要分布在广东等地，并侧重商用车应用。尽管高加注压力站点数量下降，但35MPa站点仍为主流。未来，随着技术进步和绿电使用，加氢站的经济性将进一步提升，利用率和制氢成本均有望改善。 航运碳税推动绿氢应用，短中期化工领域是绿氢主要需求市场。 根据联合国数据，航运业每年排放超过10亿吨二氧化碳，相当于全球前十的排放国。为应对这一问题，国际海事组织计划在2027年实施温室气体排放税，并设定2050年实现净零排放的目标。欧盟也通过碳交易系统和海事燃料法案来降低航运碳排放。实例方面，全球首艘零排放船“能源观察者号”完成环球航行，马士基则通过使用绿色燃料大幅减少碳排放，并计划扩展绿色船队。与此同时，2023年中国氢气供应中电解水制氢占比不足0.5%，预计到2060年将增至89.5%。氢气消费主要集中在工业领域，未来交通、建筑等领域的需求将显著增长。[8] 产业链上游上 生产制造端 制氢 上游厂商 查看全部 产业链上游说明 绿氢经济性：电解槽成本下降趋势显著，绿氢LCOH将进一步下探