电解水制氢

摘要：水电解制氢是一种较为方便的制取氢气的方法。在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气。近年来，随着全球对绿色能源的需求增加，电解水制氢技术得到了广泛关注和应用。在中国，由于“双碳”目标的推动，电解水制氢技术备受瞩目，传统企业扩产，新兴企业入局，外资加速布局中国市场。但由于电解水制氢行业还处于发展阶段，已建成的项目数量较少。据统计，截至2023年10月31日，仅有少部分电解水制氢项目已建成，已建成项目合计年制氢量约5万吨，仅仅占比1%；在建产能67万吨，占比17%；仍处于规划的产能为333万吨，占比82%。考虑到国家和各省份（自治区）产能规划的进度，预计未来两年电解水制氢项目将迎来开工潮。

一、定义及分类

水电解制氢是一种较为方便的制取氢气的方法。在充满电解液的电解槽中通入直流电，水分子在电极上发生电化学反应，分解成氢气和氧气。按照工作原理和电解质的不同，电解水制氢技术可分为4种，分别是碱性电解水技术（ALK）、质子交换膜电解水技术（PEM）、高温固体氧化物电解水技术（SOEC）和固体聚合物阴离子交换膜电解水技术（AEM）。其中碱性电解水技术是最早工业化的水电解技术，已有数十年的应用经验，最为成熟；质子交换膜电解水近年来产业化发展迅速；高温固体氧化物电解水技术处于初步示范阶段，而固体聚合物阴离子交换膜电解水技术才刚刚起步。

二、行业政策

1、主管部门和监管体制

电解水制氢行业行政主管部门包括国家发展和改革委员会、国家工业和信息化部、国家能源局等。国家发展改革委员会主要负责研究制定产业政策和产业发展规划、促进行业体制改革、促进行业技术发展等宏观管理。国家工业和信息化部主要负责研究提出工业发展战略、拟订工业行业规划和产业政策并组织实施、指导工业行业技术法规和行业标准的拟订等宏观管理。国家能源局组织推进能源重大设备研发及其相关重大科研项目，指导能源科技进步、成套设备的引进消化创新，组织协调相关重大示范工程和推广应用氢能相关的新产品、新技术、新设备。

行业的自律组织为中国产业发展促进会氢能分会，其对行业进行技术标准、行业推广等方面的管理，同时负责电解水制氢行业产业及市场研究、向政府部门提出产业发展建议、推动行业对外交流等工作。

2、行业相关政策

电解水制氢作为一种清洁能源生产方式，对于促进能源结构的优化和环境保护具有重要意义。近年来，我国政府出台了针对电解水制氢的利好政策，如《产业结构调整指导目录（2024 年本）》《2024年国家标准立项指南》《<国家工业节能降碳技术应用指南与案例（2024年版）>之十：氢能制取及利用技术》等。此外，各地方政府也积极响应号召，积极推出相关举措，如2024年6月内蒙古自治区人民政府办公厅发布《关于进一步加快推动氢能产业高质量发展的通知》，其中提出打造氢能“制储运加”产业集群，开展电解水制氢装备、液氢储运装备、输氢管道、加氢装备和氢燃气轮机等研发应用。

三、发展历程

中国的电解水制氢产业自20世纪50年代从前苏联援助项目中引进，可分为三个阶段：在1950-1989年的萌芽期，中国利用军工技术研发出加压水电解制氢装置，随着市场经济发展，电解槽从军用转向民用，应用于浮法玻璃、电子、钢铁还原剂等领域；在1990-2019年的启动期，中国加压电解槽的制氢规模得到提升，国产设备基本取代进口设备，并出口进入国际市场，同时“718大裂变”促进了电解水制氢设备企业的市场化进程；在2020年至今的高速发展期，“双碳”目标驱动众多行业聚焦绿色低碳技术，电解水制氢技术备受瞩目，传统企业扩产，新兴企业入局，外资加速布局中国市场，电解槽新品频出，仍以碱性电解槽为主。

行业壁垒

1、技术壁垒

电解水制氢技术涉及电解水制氢原理的理解和应用，包括传统碱性电解、阴离子交换膜电解、质子交换膜电解和高温固体氧化物电解等多种技术路线。每种技术路线都有其特定的技术要求和挑战，如设备制造、工艺控制等，这要求企业具备较高的技术研发能力和专业知识。此外，电解水制氢设备的制造需要高精度的加工技术和专业的材料科学知识，这些都是形成技术壁垒的重要因素‌。

2、资金壁垒

电解水制氢项目的建设和运营需要大量的资金投入，包括设备采购、场地建设、研发费用等。尤其是对于大规模的电解水制氢项目，资金需求更为庞大。因此，对于新进入该行业的企业来说，需要充分考虑自身的资金实力和融资能力，并做好资金规划和管理，以确保企业的可持续发展。

3、市场准入壁垒

电解水制氢行业的市场准入涉及到政策法规、环保要求、安全标准等多个方面。企业需要满足一系列的资质认证和许可要求，才能进入市场。此外，由于电解水制氢设备通常用于大型工业项目，因此还需要与下游企业建立合作关系，这增加了市场准入的难度‌。因此，对于新进入者来说，电解水制氢行业具有较高的市场准入壁垒。

五、产业链

1、行业产业链分析

从行业产业链来看，电解水制氢行业上游主要包括能源电力、电解水设备原材料，其中能源电力包括风电、光伏发电等；电解水制氢设备原材料包括电解槽隔膜、电解液等。中游为电解水制氢行业，是整个产业链的核心环节。下游是指氢能储运及电解水制氢的应用领域，包括主要包括燃料电池、工业应用、发电等应用领域。

电解水制氢行业产业链

风电

中国三峡新能源（集团）股份有限公司

龙源电力集团股份有限公司

中节能风力发电股份有限公司

华能新能源股份有限公司

中国大唐集团新能源股份有限公司

新天绿色能源股份有限公司

光伏发电

国家电力投资集团有限公司

国家能源投资集团有限责任公司

南方电网综合能源股份有限公司

广东电力发展股份有限公司

中国三峡新能源（集团）股份有限公司

北京能源集团有限责任公司

中节能太阳能股份有限公司

电解槽隔膜

云南恩捷新材料股份有限公司

深圳市星源材质科技股份有限公司

中材科技股份有限公司

深圳中兴新材技术股份有限公司

电解液

卧龙电气驱动集团股份有限公司

中山大洋电机有限公司

江西特种电机股份有限公司

哈尔滨电气集团佳木斯电机股份有限公司

宁波德昌电机股份有限公司

深圳市汇川技术股份有限公司

浙江方正电机股份有限公司

上游

宁夏宝丰能源集团股份有限公司

隆基绿能科技股份有限公司

阳光电源股份有限公司

新天绿色能源股份有限公司

中游

氢能储运

燃料电池

工业应用

发电

下游

2、行业领先企业分析

（1）阳光电源股份有限公司

阳光电源是一家专注于太阳能、风能、储能、电动汽车等新能源电源设备的研发、生产、销售和服务的国家重点高新技术企业。主要产品有光伏逆变器、风电变流器、储能系统、新能源汽车驱动系统、水面光伏系统、智慧能源运维服务等，并致力于提供全球一流的清洁能源全生命周期解决方案。

作为国内最早布局氢能领域的新能源企业，阳光氢能致力于提供“高效、智慧、安全”的可再生能源柔性制氢系统及解决方案，拥有PWM制氢电源、ALK和PEM电解槽、气液分离与纯化设备、智慧氢能管理系统等一体化系统设备的研发制造和交付能力，并开发了离网、并网、微网多模式下制氢系统解决方案。2024年以来，公司稳定保障多个项目同时交付，进一步缩短交付周期，同时深度拓展海外市场，积极与全球客户开展合作，为公司业绩增长做出重要贡献。2024年上半年，公司实现营业收入310.20亿元，同比上升8.38%；归母净利润为49.59亿元，同比上升13.89%。

（2）隆基绿能科技股份有限公司

隆基绿能是一家致力于成为全球最具价值的太阳能科技公司，以“善用太阳光芒，创造绿能世界”为使命，秉承“稳健可靠、科技引领”的品牌定位，聚焦科技创新，构建单晶硅片、电池组件、工商业分布式解决方案、绿色能源解决方案、氢能装备五大业务板块，形成支撑全球零碳发展的“绿电”+“绿氢”产品和解决方案。在氢能装备方面，公司于2018年起对氢能产业链进行战略研究；2021年3月成立控股子公司隆基氢能，聚焦电解水制氢设备和可再生能源制氢系统解决方案；2023年2月开发碱性电解水制氢设备，并在氢能装备领域取得了显著成就。这在一定程度上推动公司业绩增长。据统计，2019-2022年公司营业收入及归母净利润保持上升趋势，2023年营业收入微增0.39%至1294.98亿元；归母净利润却同比下降27.41%至107.51亿元，整体处于增收不增利的状态。但到了2024年上半年公司营业收入及归母净利润均处于下降趋势，分别同比下降40.41%、157.13%。这主要受光伏各环节产品价格下降所致。

六、行业现状

近年来，随着全球对绿色能源的需求增加，电解水制氢技术得到了广泛关注和应用。在中国，由于“双碳”目标的推动，电解水制氢技术备受瞩目，传统企业扩产，新兴企业入局，外资加速布局中国市场。但由于电解水制氢行业还处于发展阶段，已建成的项目数量较少。据统计，截至2023年10月31日，仅有少部分电解水制氢项目已建成，已建成项目合计年制氢量约5万吨，仅仅占比1%；在建产能67万吨，占比17%；仍处于规划的产能为333万吨，占比82%。考虑到国家和各省份（自治区）产能规划的进度，预计未来两年电解水制氢项目将迎来开工潮。

七、发展因素

1、有利因素

（1）氢能需求增加为电解水制氢带来广阔的发展空间

随着全球对气候变化的关注加深，各国纷纷提出低碳、零碳发展目标。氢能作为一种清洁、高效的能源载体，在减少温室气体排放、实现碳中和目标方面具有重要意义。近年来，国家积极推动氢能产业发展，包括财政补贴、税收优惠、研发支持等。而电解水制氢作为氢能产业的重要组成部分，其市场需求随着氢能应用场景的增加而增加‌，未来发展空间巨大。

（2）技术水平不断提高

随着技术的不断进步，电解水制氢的技术水平得到了显著提升。例如，电解槽是电解水制氢的核心设备，其设计和材料的选择直接影响制氢效率。随着材料科学的发展，新型的电极材料如贵金属催化剂、碳基材料、过渡金属氧化物等被应用于电解槽中，这些材料具有更高的催化活性和稳定性，能够降低电解过程中的能耗，提高电流密度和制氢效率‌‌。

（3）应用领域不断拓展

电解水制氢的应用领域不断拓展，从传统的工业合成氨、合成甲醇、炼油等，到未来的交通、电力、建筑等领域。特别是在交通领域，氢能汽车、氢能船舶等新型交通工具的研发和推广，带动了氢能需求的快速增长。电解水制氢作为氢能生产的重要方式之一，市场需求也随之增加。

2、不利因素

（1）生产成本高企

尽管电解水制氢技术不断进步，但目前的生产成本仍较高。电解水制氢的主要成本包括电力成本和设备投资，其中电力成本通常占总成本的70%以上，这主要是因为电解水制氢是一个高能耗的过程，每生产一定量的氢气都需要消耗大量的电能；而设备投资也占据较高的比重，不仅包括初始投资成本，还涉及到后续的折旧和维护费用。虽然可再生能源价格逐渐下降，但电解槽和相关设备的成本仍然较高。高昂的生产成本是电解水制氢技术广泛应用的一大障碍。

（2）能源供应的稳定性

电解水制氢依赖于稳定的电力供应。虽然可再生能源在增长，但其间歇性和不稳定性可能会导致电解过程中的电压和电流波动，进而影响氢气的产量和质量。因此，如何保障电力供应的稳定性并有效管理能源波动，是电解水制氢行业需要解决的重要问题。

（3）存储和运输氢气的问题

氢气的密度低，需要在高压或低温的条件下存储和运输，这无疑增加了其应用的难度和成本。虽然研究人员已经开发出了许多种高效的储氢材料和技术，但在实际应用中，仍然面临许多问题，如安全问题是储氢技术在实际应用中面临的首要挑战。由于氢气具有易燃易爆的特性，一旦在存储、运输或使用过程中出现泄漏，就可能引发严重的安全事故。

八、竞争格局

从企业竞争格局来看，电解水制氢行业市场集中度较高，根据数据，2023年国内电解水制氢行业CR3（即市场份额前三名的企业合计占比）达到了72%，表明行业内少数几家企业占据了大部分市场份额。目前，电解水制氢行业正处于发展阶段，市场竞争激烈但尚未达到白热化阶段。随着技术的不断进步和成本的逐步降低，未来将有更多企业进入该领域，市场竞争将进一步加剧。目前，行业内相关企业包括阳光电源、隆基绿能、宝丰能源、新天绿能、华光环能等。

九、发展趋势

未来，电解水制氢行业市场需求将持续增长，这主要得益于“碳达峰、碳中和”目标的提出，氢能在工业、交通、储能等领域的应用前景广阔，电解水制氢行业的需求量将不断增加。同时，质子交换膜电解水制氢（PEM）技术因其高电流密度、快速响应和与可再生能源的良好适配性，被认为具有更大的发展潜力。随着PEM电解槽核心组件和关键技术的不断进步，其成本将逐步降低，市场份额将逐渐提高。此外，电解水制氢项目逐渐大型化也是未来发展重要方向。随着氢能逐渐成为各地产业布局的新亮点，作为氢能产业源头，上游制氢环节成为各方参与者角逐的重要战场，未来，电解水制氢项目将大规模上马，并逐渐大型化发展。