勢銀：綠氫產業發展藍皮書（2023）（89頁）.pdf

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1、1 前言 綠氫是通過光伏發電、風電及太陽能等可再生能源電解水制氫或生物質等其他環保方式制氫，與基于碳基原料生產的灰、藍氫相比，綠氫在制氫端實現了低碳甚至零碳排放。根據國際能源署的數據，2021 年全球氫氣基本來自化石能源制氫，綠氫占比僅為0.4。我國是世界上最大的氫能生產和消費國，目前生產的氫氣絕大多數為灰、藍氫，綠氫僅占中國氫氣總產量的不到 1%。政策方面，自 2020 年 9 月“雙碳目標”提出以來，我國國家層面氫能相關政策導向由燃料電池向能源綠色低碳轉型傾斜，綠氫成為我國能源綠色低碳轉型的重要載體。由于目前氫氣被廣泛應用于航空航天、制藥、能源化工、鋼鐵冶金、電子電力、光伏組件、食品等領域

2、，且在燃料電池交通、發電、儲能等領域潛力巨大，使用綠氫將對實現碳中和目標起到極大的推進作用，綠氫成為未來構筑低碳社會的重要環節。市場方面，近年來我國氫電解槽產能和裝機量增長迅速，已布局綠氫項目數量飛速增加，國內綠氫的下游應用主要集中在化工等傳統領域，合成氨和合成甲醇領域的綠氫需求最高。隨著氫能產業的發展和政策的支持，未來我國綠氫產能和需求有望進一步提高。制氫技術方面，國家對研發方向的指引也在不斷細化，重點關注多種電解水技術的研發，并逐漸由電解水制氫技術拓展至電解水制氫技術的下游應用研究。在電解水制氫技術的研發上，項目范圍從堿性電解水制氫技術逐漸向質子交換膜電解水制氫技術、高溫固體氧化物電解水制

3、氫技術、海水制氫技術等多種不同技術轉移。在電解水制氫技術的應用端，項目重點針對電解水制氫技術和可再生能源的互補，并將探索電解水制氫技術在化工領域的示范。2 產業鏈方面，國內已有近兩百企業布局或規劃電解水制氫業務，多集中于堿性和質子交換膜電解水制氫技術，包括在電解水制氫行業深耕多年的傳統企業、近幾年入局的新能源企業和裝備制造企業、以及科研院校背景的氫能初創企業。勢銀（TrendBank）作為國內最早從事氫能與燃料電池產業研究的咨詢機構，深耕氫能產業多年，結合已有研究及產業最新動態編寫本藍皮書，重點介紹綠氫制備技術、市場及產業鏈情況，為業內企業、政府、投資機構等服務，讓業界更多的了解和關注中國綠氫

4、產業。3 目錄 第一章 中國綠氫產業發展概述篇.6 1.1 中國綠氫產業發展背景.6 1.2 國內綠氫產業發展現狀.8 1.3 國外綠氫產業現狀.10 1.3.1 美國.10 1.3.2 歐洲.12 1.3.3 日韓.15 第二章 中國綠氫產業政策篇.17 2.1 國家規劃政策.17 2.2 地方規劃政策.21 2.3 其他支持政策.23 第三章 中國綠氫產業技術篇.27 3.1 不同電解水制氫技術發展現狀.27 3.1.1 堿性電電解水制氫技術.29 3.1.2 質子交換膜電解水制氫技術.36 3.1.3 高溫固體氧化物電解水制氫技術.45 3.1.4 固體聚合物陰離子交換膜電解水制氫技術.

5、48 3.2 其他綠氫技術發展現狀.50 4 第四章 中國綠氫產業市場篇.52 4.1 國內綠氫產業市場現狀.52 4.2 國內綠氫產業市場規模.54 第五章 中國電解水制氫產業供應鏈篇.55 5.1 堿性電解槽企業分析.55 5.1.1 布局方面.55 5.1.2 產品方面.56 5.1.3 產品性能方面.58 5.1.4 產能布局.59 5.1.5 產品應用方面.60 5.2 堿性電解槽部分企業.60 5.3 堿性電解槽部材部分企業.63 5.4 質子交換膜電解槽企業分析.65 5.4.1 質子交換膜電解水制氫技術企業布局情況.65 5.4.2 質子交換膜制氫設備產能情況.67 5.4.3

6、 質子交換膜制氫裝置應用.68 5.5 質子交換膜電解槽部材部分企業.69 5.5.1 質子交換膜生產企業.71 5.5.2 催化劑生產企業.73 5 5.5.3 氣體擴散層生產企業.74 5.5.4 雙極板.75 5.6 高溫固體氧化物電解水技術部分企業.76 5.6.1 國外 SOEC 企業.76 5.6.2 國內 SOEC 科研院所及企業介紹.77 5.7 固體聚合物陰離子交換膜電解設備部分企業.79 5.7.1 國外 AEM 企業.79 5.7.2 國內 AEM 企業.80 第六章 中國綠氫產業應用篇.82 6.1 化工合成.83 6.2 鋼鐵冶煉.85 6.3 儲能和發電.87 6

7、第一章 中國綠氫產業發展概述篇 1.1 中國綠氫產業發展背景 自 2020 年 9 月“雙碳目標”提出以來，我國國家層面氫能相關政策導向由燃料電池向能源綠色低碳轉型傾斜，綠氫成為我國能源綠色低碳轉型的重要載體。我國是世界上最大的氫能生產和消費國，2022 年各類氫氣年產量約 4000 萬噸，同比增長 32%。圖 1 2016-2023 年中國氫氣產量統計 數據來源：中國煤炭工業協會 綠氫是通過光伏發電、風電及太陽能等可再生能源電解水制氫或生物質等其他環保方式制氫，與基于碳基原料生產的灰氫、藍氫相比，綠氫在制氫端實現了低碳甚至零碳排放。185019152100220025003342400445

8、75050010001500200025003000350040004500500020162017201820192020202120222023E產量：萬噸7 表 1 不同制氫方式比較 制氫方式 原料 優點 缺點 化石能源 煤 技術成熟，成本低，來源廣泛，國內大規模穩定制氫方式 污染嚴重、灰氫 天然氣重整 產量大，技術成熟，國外主流制氫方式 能耗和溫室氣體排放大 工業副產氫 焦爐煤氣、化肥、氯堿等 成本低，近期理想氫源 純度低、提純難 電解水 電、水 綠氫，工藝簡單、無碳排放，最具發展潛力 耗電量大、未規?；瘧?、成本高 其他方式 熱化學、生物質、光催化等 原料豐富 技術不成熟，初期研究階

9、段 由于目前氫氣被廣泛應用于航空航天、制藥、能源化工、鋼鐵冶金、電子電力、光伏組件、食品等領域，且在燃料電池交通、發電、儲能等領域潛力巨大，使用綠氫將對實現碳中和目標起到極大的推進作用，綠氫成為未來構筑低碳社會的重要環節。根據國際能源署的數據，2021 年全球氫氣產量達到 9400 萬噸，基本來自化石能源制氫，綠氫占比僅為 0.4。目前我國生產的氫氣絕大多數為灰氫，其中，煤制氫和天然氣制氫占比約 80%，焦爐煤氣、氯堿、丙烷脫氫等工業副氫占比約 19%，綠氫僅占中國氫氣總產量的不到 1%。2019-2022 年，我國氫電解槽裝機量增長迅速。勢銀（TrendBank）預計，2025 年我國綠色可

10、再生氫氣的需求量將達到約 130 萬噸以上，2023-2025 年的電解水制氫設備累計出貨量預計達到 17GW 以上。隨著氫能產業的發展和政策的支持，我國綠氫產能和需求有8 望進一步提高。1.2 國內綠氫產業發展現狀 2023 年，我國綠氫發展火熱程度持續高漲。截至目前全國范圍內已布局綠氫項目超 200 個，目前多數綠氫項目仍處于前期規劃狀態，距離投產仍需要很長時間。已建成的項目中，實際運行的項目少之又少，因為當前大量綠氫項目面臨的“運行即虧損”的問題依然需要產業共同去解決。盡管綠氫項目現階段在經濟性、穩定性、壽命等各方面存在很多問題，但項目的火熱程度在 2023 年并未減少，據勢銀（Tren

11、dBank）統計，2023 年 1-3 月確定已開標或開建的大規模綠氫項目新增 1066MW 電解槽需求，對應 1000 Nm3/h 堿性電解槽的需求量超過 200 套。表 2 2023 年 1-3 月確定已開標或開建的大規模綠氫項目 1 月 6 日 國能寧東可再生氫碳減排示范區一期項目 國華投資寧夏分公司 5000Nm3/h(25MW)ALK 1 月 16 日 淶源縣 300MW 光伏制氫項目 淶源氫陽新能源開發有限公司 2x600Nm3/h(6MW)ALK 1 月 28 日 海水制氫產業體化示范項目 大連潔凈能源集團有限公司 60MW 2 月 11 日 平涼海螺崆峒區峽門100 兆瓦風力發

12、電及制氫項目 平涼海螺水泥有限責任公司 ALK 2 月 16 日 鄂托克前旗上海廟經濟長江勘測規劃設9000Nm3/h ALK 9 開發區深能北方光伏制氫項目 計研究有限責任公司(45MW)2 月 16 日 鄂爾多斯市風光融合綠氫示范項目 中石化新星內蒙古綠氫新能源有限公司 390MW ALK 2 月 18 日 七臺河勃利縣 200MW風電制氫項目 七臺河潤沐新能源有限公司 1500Nm3/h(7.5MW)ALK 2 月 23 日 大安風光制綠氫合成氨一體化示范項目 吉林電力股份有限公司 391000Nm3/h(195MW)ALK 2 月 24 日 華能彭州水電解制氫科技創新示范項目 華能集團

13、 21300Nm3/h（13MW）ALK 3 月 14 日 中能建松原氫能產業園（綠色氫氨一體化）項目 中能建氫能源有限公司 651000Nm3/h(325MW)ALK 數據來源：公開資料，勢銀（TrendBank）整理 據勢銀（TrendBank）調研分析，綠氫火熱程度持續高漲的具體原因有三方面，其一是由中石化、中能建、國家電網、國電投、國家能源、三峽能源等央企國企在推動國內綠氫項目的發展；其二是眾多地方政府政策將綠氫項目和風光項目指標進行綁定，鼓勵企業在風光項目落地的同時配套綠氫項目；第三是對綠氫項目直接支持的政策力度也不斷加大。10 1.3 國外綠氫產業現狀 1.3.1 美國 美國的綠氫

14、項目布局較為穩健，政策導向更傾向于提高綠氫經濟性。2022 年 8 月，通脹削減法案（IRA）為綠氫提供了開創性稅收減免和可直接用于付款的條款，綠氫的經濟性大幅提升。2020 年美國推出氫能發展規劃，提出了氫能關鍵技術指標，旨在從技術層面降低氫能成本。根據勢銀（TrendBank）對近年來美國氫能重點政策的梳理，美國不急于推動綠氫大規模應用，而將氫能的制、儲、運、用過程中的成本和性能列為主要目標，以期通過技術優勢實現氫能的經濟性和國際競爭力。成本方面，美國出臺了一系列優惠政策刺激綠氫的發展。2021 年 6 月，美國能源部宣布撥款 5250 萬美元資助 31 個項目，以推進下一代清潔氫技術并支

15、持其氫能全球計劃，預計在 10 年內將清潔氫成本降至 1 美元/kg。2021 年 11 月簽署的兩黨基礎設施法（BIL），計劃投資 80 億美元用于大型區域性清潔氫能中心建設，投資 10 億美元用于清潔氫電解計劃和 5 億美元用于清潔氫制造和回收計劃。2022 年 8 月 通脹削減法案（IRA）中，對碳封存和清潔氫生產商進行稅收抵免，使用 CCS 制備藍氫和電解水制備綠氫的成本進一步降低。2020 年，美國堿性電解水制氫的平均 LCOH 為 4.6 美元/kg，PEM 為 4.5 美元/kg，SOEC 為 6.3 美元/kg。電解水制氫最便宜的州（3.5-3.7 美元/kg）是工業電價最低的

16、州，如俄克拉荷馬州、路易斯安那州、德克薩斯州和華盛頓州；電解水制氫價格最高的州（8-14 美元/kg）是夏威夷、阿拉斯加、羅德島州、馬薩諸塞州和加利福尼亞州。11 圖 2 美國五州 ALK、PEM、SOEC 電解水制氫成本 數據來源：Analysis of Hydrogen Production Costs across the United States and over the next 30 years 根據 IRA 法案，對于 2033 年以前開始建設的制氫項目，項目運營的前 10 年將獲得 5倍的稅收抵免額度，即 0.6-3 美元/kg 氫氣，綠氫可享受 3 美元/kg 補貼，且 1

17、0 年后將繼續受益 0.12-0.6 美元/kg 的標準稅收抵免額度。抵免將通過直接補貼的形式發放，且稅收抵免額度可以轉讓，這使得無稅收的公司亦可獲得直接收益?？紤]補貼后，目前在工業電價低的州，綠氫可以達到與灰氫、藍氫平價，則綠氫在化工、鋼鐵、儲能等領域的應用將大大增加。據美國國家清潔氫能戰略和路線圖（草案），2050 年，清潔氫能將貢獻約 10%的碳減排量，到 2030 年清潔氫的產能將達到 1000 萬噸/年以上，對應電解制氫能力約121GW；到 2040 年增加到 2000 萬公噸/年；到 2050 年增加到 5000 萬噸/年。12 美國綠氫項目目前多處于規劃中，按計劃將在 2024

18、年至 2026 年逐步投產。據美國能源部，截至 2022 年 5 月，美國建成和在建的 PEM 電解水制氫產能合計 621MW，相對2021 年的 170MW 增長 265%。圖 3 2022 年美國運行和在建 PEM 電解水制氫產能 數據來源：美國能源部 1.3.2 歐洲 歐洲作為發達國家最多的大洲，政府和民主環保意識高，發展可再生能源的現實需求和意愿都很強烈。雖然 2022 年俄烏沖突讓歐盟的氣候政策無奈讓步于“能源安全”，化石燃料的返場也在一定程度上影響了歐盟碳中和實現的進度，但勢銀（TrendBank）認為，歐盟對煤電的“妥協”是短期需求，其長期碳中和方向并未改變，能源危機實則加快了歐

19、盟可再生能源尤其是綠氫的發展步伐。2019 年 12 月，歐盟發布歐洲綠色協議，描繪了歐洲長期綠色發展戰略的總體框架。2020 年 7 月，歐盟發布 歐盟氫能戰略，提出了歐洲長期發展綠氫的戰略藍圖。202113 年，歐盟出臺了“Fit for 55”一攬子計劃來支持歐洲綠色協議落到實處。歐盟委員會認為，氫能是實現歐洲綠色協議和歐洲清潔能源轉型的關鍵選項。表 3 歐洲綠氫主要政策匯總 時間 政策名稱 相關內容 2019 歐洲綠色協議 歐盟實現 2050 碳中和目標的指導性協議 2020 歐盟氫能戰略 在第一階段，即 2020 年至 2024 年，歐盟將安裝至少 6 吉瓦的電解槽，并生產多達 10

20、0 萬噸的綠氫；在第二階段，即 2025 年至 2030 年，歐盟安裝至少 40 吉瓦的電解槽，以及生產多達 1000 萬噸的綠氫；在第三階段，即 2030 年至 2050 年，綠氫技術應成熟并大規模部署，可以覆蓋所有難以脫碳的領域 2021 Fit for 55（減碳 55%一攬子計劃）2030 年前，工業中使用的綠氫份額要達到 50%2022 REPowerEU 能源計劃 加碼綠氫發展，預計到 2025 年建造 17.5GW 的電解槽，為歐盟工業企業提供 1000 萬噸綠氫；到2030 年，實現綠氫生產 1000 萬噸，進口 1000 萬噸 14 注：“綠氫”為勢銀（TrendBank）譯

21、述，原文為“Renewable hydrogen”。2022 年俄烏發生沖突后，為應對歐洲能源安全問題并盡快擺脫對俄羅斯天然氣的依賴，歐盟正式通過了 REPowerEU 計劃，加碼支持歐盟綠氫產業的發展。REPowerEU 從近期利用現有資源、中期開展工業碳減排改造和電解水制氫示范工程建設、長期聚焦綠氫發展等三個階段和多種渠道，削減和抵消俄羅斯天然氣進口量。該計劃共投資約 3000 億歐元，其中 1130 億歐元用于發展綠氫上下游。此外，歐盟還積極構建綠氫市場框架，在 REPowerEU 計劃中提出，要建設首個歐洲可再生氫交易中心，開展歐元-綠氫交易，以跳出美元石油框架。2022 年 12 月

22、，歐盟“碳稅”登場，歐委會、歐洲議會及歐理事會達成臨時協議，宣布將氫氣納入歐盟碳邊界調整機制（CBAM/碳關稅），并于 2023 年 10 月份試運行（進口商有報告義務），2026 年正式實施。屆時，灰氫、藍氫等產品均需面臨高額碳關稅，綠氫將更具經濟性。2023 年 2 月，歐盟通過了可再生能源指令要求的兩項授權法案，提出了詳細的規則來定義歐盟可再生氫的構成，為氫氣生產商提供監管的確定性?？梢哉f，歐盟綠氫產業已進入實質發展階段。根據麥肯錫氫能洞察 2022，目前歐洲能源公司已開始大舉布局氫能項目，截至 2030 年規劃項目的合計氫氣產量已超 470 萬噸。2023 可再生能源指令要求的兩項授權

23、法案 規定了三種可以被計入可再生能源的氫氣：直接連接新的可再生能源發電機組所產生的氫氣，在可再生能源比例超過 90%的地區采用電網供電所生產的氫氣，以及在低二氧化碳排放限制的地區簽訂可再生能源電力購買協議后采用電網供電來生產氫氣 15 1.3.3 日韓 日本計劃加快氫和氨的布局以加倍削減排放并在 2050 年實現碳中和。根據 2023 年 4月 4 日日本內閣秘書處的一項提議，日本將考慮更新其基本氫能戰略，將考慮在未來 15 年內撥出 15 萬億日元（1130 億美元）的公共和私營部門資金，用于創建氫和氨供應鏈，詳細的戰略修訂計劃將在 5 月底前制定。日本嚴重依賴能源進口，長期以來致力于掌握新

24、興能源市場話語權。早在 2003 年日本就提出了“氫能社會構想”，將綠氫作為該構想的最終發展階段，同時還致力于構建國際氫能供應鏈。2021 年日本更新2050 碳中和綠色增長戰略，計劃未來 10 年投入 3700 億日元扶持氫能產業，從預算、稅收、金融、監督改革、標準化、國際合作等各方面推動氫能發展，目標實現 2030 年將氫能年度供應量增加到 300 萬噸，其中清潔氫供應量力爭超過德國2030 年可再生氫供應目標（約 42 萬噸/年）水平，到 2050 年氫能供應量達到 2000 萬噸/年。力爭在發電和交通運輸等領域將氫能成本降低到 30 日元/立方米（約合人民幣 17 元/kg），到 20

25、50 年降至 20 日元/立方米（約合人民幣 11.6 元/kg）。受限于自然資源稀缺、土地面積受限，日本可再生能源制氫成本較高，因此需要依賴海外進口。日本已與澳大利亞、文萊、挪威和沙特阿拉伯就氫燃料采購問題進行合作，主要依靠海上運氫，構建液化氫+甲基環己烷（MCH）運輸鏈。與日本類似，韓國能源依賴進口，同樣在能源戰略上選擇從化石燃料轉向氫氣。2020 年 2 月，韓國頒布全世界首部 促進氫經濟和氫安全管理法，圍繞氫定價機制、氫能基礎設施以及氫全產業鏈的安全管理提出了系統的法律框架。政府計劃 2030 年構建100 兆瓦級綠氫量產體系，2040 年建立海外制氫基地，通過進口滿足綠氫需求，成本下

26、降到 3000 韓元/kg（約合人民幣 16 元/kg）以下，2050 年氫進口代替原油進口、氫能覆蓋16 大型工業用能的發展目標。韓國同樣面臨著生產綠氫成本較高的難題，需要依賴海外進口以滿足國內需求。17 第二章 中國綠氫產業政策篇 2.1 國家規劃政策 從 2022 年我國國家層面的政策規劃和重點研發項目來看，我國對綠色氫能“技術”方面的重視程度顯著增加?？臻g布局上來看，我國鼓勵山西、內蒙古、河南、四川、陜西、寧夏等省區綠氫生產，加快煤炭減量替代。2022 年 2 月，國家發改委、國家能源局發布關于完善能源綠色低碳轉型體制機制和政策措施的意見，要求加快構建清潔低碳、安全高效的能源體系。隨后

27、，2022 年 3 月發布的氫能產業中長期發展規劃（2021-2035 年）明確了氫能在我國能源綠色低碳轉型中的戰略定位，同時明確提出了綠氫發展的三個階段性目標：要求到 2025 年實現綠氫產能10-20 萬噸/年，2030 年實現綠氫的廣泛應用，2035 年綠氫在終端消費中的比重明顯提升。表 4 中國綠氫主要政策匯總 2021.10 2030 年前碳達峰行動方案 國務院 要求加快氫能在鋼鐵、石化、交通運輸、交通基礎設施等領域的應用,加強氫能科技創新水平,加快低成本可再生能源制氫（綠氫）的技術創新和推廣應用 2022.02“十四五”新型儲能發展實施方案 國家發改委、國家能源局 探索風光氫儲、風

28、光火儲等源網荷儲一體化和多能互補的儲能發展模式。探索利用可再生能源制氫，支撐大規模新能源外送 18 2022.02 關于完善能源綠色低碳轉型體制機制和政策措施的意見 國家發改委、國家能源局 加快構建清潔低碳、安全高效的能源體系，促進能源高質量發展和經濟社會發展全面綠色轉型 2022.03“十四五”現代能源體系規劃 國家發改委、國家能源局 積極開展風電、光伏發電制氫示范 2022.03 氫能產業中長期發展規劃（2021-2035年）國家發改委、國家能源局 明確了氫能在我國能源綠色低碳轉型中的戰略定位；研究探索可再生能源發電制氫支持性電價政策，完善可再生能源制氫市場化機制 2022.04 關于“十

29、四五”推動石化化工行業高質量發展的指導意見 工信部、國家發改委等六部委 鼓勵石化化工企業因地制宜、合理有序開發利用“綠氫”，推進煉化、煤化工與“綠電”、“綠氫”等產業耦合示范；適度增加輕質低碳富氫原料進口 2022.08 科技支撐碳達峰碳中和實施方案（2022-2030 年）科技部 研發可再生能源高效低成本制氫技術、大規模物理儲氫和化學儲氫技術、大規模及長距離管道輸氫技術、氫能安全技術等；探索研發新型制氫和儲氫技術；前沿和顛覆性低碳技術中提到新型綠色氫能技術，研究基于合成生物學、太陽能直接制氫等綠氫制備技術 19 中國不僅在政策規劃上對可再生能源制氫做出了規劃，同時也積極開展電解水相關科技研發

30、。下表是自 2018 年起，國家科技部開展的電解水制氫相關項目申報匯總。表 5 2018-2022 年國家重點研發項目-水電解制氫技術相關項目匯總 2018 年 MW 級固體聚合物電解質電解水制氫技術 中國科學院長春應用化學研究所 大規模風/光互補制氫關鍵技術研究及示范 國家能源投資集團有限責任公司 2020 年 堿性離子交換膜制備技術及應用 中國科學技術大學 2021 年 PEM 電解水制氫催化劑與界面結構的多尺度設計及集成應用研究 湖南大學 低能耗、高穩定性連續海水電解制氫關鍵材料和系統 北京化工大學 基于固體氧化物電解池的高溫電催化研究 中國科學院大連化學物理研究所 光伏/風電等波動性電

31、源電解制氫材料和過程基礎 全球能源互聯網研究院有限公司 低成本 PEM 電解水關鍵材料制備技術及其制氫應用示范 南開大學 高效大功率堿水電解槽關鍵技術開發與裝備研制 中國科學院大連化學物理研究所 可再生能源電解制氫-低溫低壓合成氨關鍵技術及福州大學 20 應用 十萬噸級可再生能源電解水制氫合成氨示范工程 清華四川能源互聯網研究院 2022 年 兆瓦級電解水制氫質子交換膜電解堆技術 山東賽克賽斯氫能源有限公司 電解水制高壓氫電解堆及系統關鍵技術 中國科學院大連化學物理研究所 固體氧化物電解水蒸汽制氫系統與電解堆技術 廣東電網有限責任公司 質子交換膜電解水制氫測試診斷技術與設備研發 國家能源集團氫

32、能科技有限責任公司 分布式高效低溫氨分解制氫技術開發與加氫灌裝母站集成示范 湖南大學 高溫質子導體電解制氫技術 中國科學技術大學 新型中低溫固體電解質氨電化學合成與轉化技術 清華大學 耦合電解水制氫的電催化選擇性氧化關鍵技術 北京化工大學 資料來源：國家科技部、勢銀（TrendBank）從國家最近 5 年的重點研發項目來看，國家對電解水制氫技術的重視程度顯著提升。電解水制氫技術相關的研發項目共有 18 個，其中 2018 年至 2020 年僅有 3 個電解水制氫技術的研發項目，2021 年至 2022 年則開展了多達 16 個電解水制氫相關研發項目。國家對電解水技術的研發方向也在不斷細化，重點

33、關注多種電解水技術的研發，并逐漸由電解水制氫技術拓展至電解水制氫技術的下游應用研究。在電解水制氫技術的研發上，項目范圍從堿性電解水制氫技術逐漸向質子交換膜電解水制氫技術、高溫固體氧化物電解水制21 氫技術、海水制氫技術等多種不同技術轉移。在電解水制氫技術的應用端，項目重點針對電解水制氫技術和可再生能源的互補，并將探索電解水制氫技術在化工領域的示范。2022 年 12 月，工信部、國家發改委、住建部、水利部 4 部門發布關于深入推進黃河流域工業綠色發展的指導意見，提出鼓勵氫能等替代能源在鋼鐵、水泥、化工等行業的應用。統籌考慮產業基礎、市場空間等條件，有序推動山西、內蒙古、河南、四川、陜西、寧夏等

34、省區綠氫生產，加快煤炭減量替代。2.2 地方規劃政策 國家發改委在國家氫能規劃中提及的 2025 年可再生能源制氫年產量目標為 10-20 萬噸，截至 2023 年 3 月 31 日，我國多個地方政府已規劃的可再生能源制氫產量合計超過 90萬噸，遠超國家規劃總量。圖 4 2025 年中國各省可再生能源制氫規劃量（萬噸）資料來源：公開資料、勢銀（TrendBank）22 據勢銀（TrendBank）統計，目前內蒙古自治區、甘肅省、寧夏回族自治區、吉林省、四川省成都市、青海省和江西省都在相應的政策中明確了 2025 年可再生能源制氫產量，合計年產量為 91.1 萬噸。由于不同產業存在地域性分布的差

35、異，各省市對可再生能源制氫的應用規劃也存在顯著的差異。東部地區，例如上海和廣東等，對于可再生能源制氫在交通領域，尤其是制氫加氫一體站的應用更為關注。2022 年 8 月廣東發改委發布的廣東省加快建設燃料電池汽車示范城市群行動計劃（2022-2025 年）中，提及將推動加氫站內電解水制氫，允許加氫站內開展電解水制氫，允許發電廠利用低谷時段富余發電能力，發展谷電電解制氫等。西部地區的政策更加側重于強調可再生能源制氫在工業領域的應用。在內蒙古、寧夏等地區，既擁有大量的可再生能源，也匯聚了大量的高碳排放企業，例如煉化企業、化工企業和鋼鐵企業等，電解水制氫技術的應用為這些高碳排放企業提供了低碳解決方案。

36、以內蒙古為例，在 2022 年 3 月內蒙古自治區發布的內蒙古自治區“十四五”氫能發展規劃中，內蒙古政府對化工、冶金和熱電聯供等多個領域提出了要求，將探索綠色氫氣在儲能、冶煉、化工和熱電聯產等領域的示范應用：在化工領域，政府鼓勵采用傳統制氫工藝（煤制氫或天然氣制氫）的企業使用可再生能源制氫作為原材料進行生產活動，逐步推動煤化工產業的綠色轉型。政府將重點在包頭、烏海和鄂爾多斯等地區開展綠氫化工示范，建設綠氫化工示范項目；在冶金領域，政府鼓勵開展氫能代替焦炭作為還原劑的示范應用，改進傳統工藝。政府將重點在包頭、烏蘭察布、烏海等地區開展綠氫冶金，探索拓展低成本的綠色氫氣在鋼鐵、冶金等行業作為高品質原

37、材料的應用。在建筑領域（熱電聯供），政府將優先在鄂爾多斯、呼和浩特等園區內探索以綠氫23 為紐帶的多能互補模式。2.3 其他支持政策 長期以來，我國將氫氣作為?；愤M行管理，氫氣應用領域受限。為了推廣氫能的大規模開發和利用，2022 年以來，我國各地非化工園區制氫相關文件的出臺明顯加速，支持非化工園區制氫。據勢銀（TrendBank）統計，目前已有吉林省、廣東省、山東省、河北省、唐山市、武漢市、上海臨港等地區發布非化工園區制氫“松綁”政策。表 6 中國綠氫產業制氫政策 省級 2022 吉林 支持氫能產業發展若干政策措施（試行）開展分布式可再生能源制氫加氫一體站在非化工園區示范建設 省級 202

38、2 廣東 廣東省加快建設燃料電池汽車示范城市群行動計劃（2022-2025 年）、廣東省燃料電池汽車加氫站管理暫行辦法 允許站內制氫，鼓勵谷電制氫，允許發電廠用低谷富余電力制氫；允許在非化工園區建設制氫加氫一體站 省級 2022 山東 2022 年“穩重求進”高質量發展政策清單（第二批）的通知 探索可再生能源制氫、制氫加氫一體站試點項目不在化工園區發展 省級 2022 河北 關于調整化工建設項目備案除風力發電配套制氫、海水提溴24 權限的通知 等不適合入園項目外,園區外不得新建、擴建化工項目 市級 2022 唐山 唐山市燃料電池汽車加氫站建設管理暫行辦法 支持在非化工園區建立光伏制氫、風電制氫

39、項目,并依托開展制氫工廠加氫站一體的制.氫加氫項目 市級 2022 武漢 關于支持氫能產業發展的意見 探索在非化工園區滿足安全生產條件的區域開展能源型気氣制取項目。市級 2021 上海臨港 中國（上海）自由貿易試驗區臨港新片區關于加快氫能和燃料電池產業發展及示范應用的若干措施 探索在非化工園區現場制氫、制儲加一體化加氫站及非固定式加氫站建設等領域改革.創新。除制氫制度改革類政策以外，我國出臺綠氫補貼類政策的省市較去年同期也大大增加，多數政策集中發布于 2022 年下半年。據勢銀（TrendBank）統計，吉林省、濮陽市等地區對綠氫直接給予生產補貼；另有湖北省、成都市等地發布針對綠氫的電價優惠和

40、配套獎勵政策。從政府出臺支持政策的類型分析可以簡單分為三大類，主要是制氫補貼支持類、電價優惠支持類、配套風光指標獎勵類。25 表 7 中國綠氫產業支持政策 制氫補貼 2022.12 吉林 支持氫能產業發展若干政策措施（試行）對年產綠氫 100 噸以上（含 100噸）的項目，以首年每公斤 15 元的標準為基數，采取逐年退坡的方式（第 2 年按基數的 80%、第 3 年按基數的 60%），連續 3 年給予補貼支持，每年最高補貼 500 萬元 2022.07 濮陽 濮陽市促進氫能產業發展扶持辦法的通知 對綠氫出廠價格不高于同純度工業副產氫平均出廠價格,且用于本市加氫站加注的,按照年度累計供氫量給予補

41、助。首年給予每千克 15 元補貼,此后逐年按 20%退坡,每年最.高不超過 500 萬元。對綠氫制備企業給予一定風電、光伏等指標配備支持。電價優惠 2022.06 成都 成都市優化能源結構促進城市綠色低碳發展行動方案 加快建設“綠氫之都”，對綠電制氫項目市、區（市）縣兩級聯動給予 0.15-0.2 元/千瓦時的電費支持 2022.05 攀枝花 關于支持氫能產業高質量發展的若干政策措施（征求意見稿）支持制氫產業發展,其增量用電量執行單一制輸配電價 0.105 元/kwh(含線損),電解氫項目建成后次年納入全水.電交易范圍。26 2022.08 廣東 廣東省加快建設燃料電池汽車示范城市群行動計劃（

42、2022-2025年）落實燃料電池汽車專用制氫站用電價格執行蓄冷電價政,策。2022.07 深圳 深圳市氫能產業創新發展行動計劃 2022-2025 年)(征求意見稿)站內電解水制氫用電價格執行蓄冷電價政策,電解制氫設施谷期用電量超過 50%的免收基本電費。配套獎勵 2022.11 湖北 關于支持氫能產業發展的若干措施 對在可再生能源富集地區發展風光水規模電解水制氫,按照1000Nm3/h 制氫能力、獎勵50MW 風電或光伏開發資源并視同配置儲能 數據來源：公開資料，勢銀（TrendBank）整理 綜合制氫制度改革政策來看，綠氫產業四大類支持政策直擊“非化工園區制氫受限”和“綠氫制氫成本高企”

43、兩大痛點，進一步推動國內綠氫產業落地，行業進入快速發展期。27 第三章 中國綠氫產業技術篇 3.1 不同電解水制氫技術發展現狀 按照制氫技術路線分類，電解水制氫技術可分為以下四種：堿性水電解技術（ALK）、質子交換膜水電解技術（PEM）、高溫固體氧化物水電解技術（SOEC）和固體聚合物陰離子交換膜水電解技術（AEM）。從 2023 年綠氫項目的招標情況來看，堿性水電解技術（ALK）仍為當前的市場主流，質子交換膜水電解技術（PEM）提升空間較大；高溫固體氧化物水電解技術（SOEC）相較往年發展破冰，已處于小規模示范階段；相比之下，固體聚合物陰離子交換膜水電解技術（AEM）仍然處于研發和測試階段。

44、表 8 電解水技術路線對比 電解水 技術路線對比 發展階段 效率 占地 維護 成本 電源 穩定性 電解槽 功耗 質子交換膜（PEM）小規模商業化 7487%3.85.0 小 低 穩定或波動電源均可 堿性電解水（ALK）大規模商業化 5282%4.55.0 大 高 需穩定電源 固體氧化物（SOEC）小規模示范 85100%2.63.6 尚未商業化 尚未商業化 需穩定電源 陰離子交換膜電解水（AEM）實驗階段 N/A N/A 尚未商業化 尚未商業化 可快速啟動 28 由于堿性電解槽設備投資成本低、壽命較長，其商業化進程最快。但因其動載性能差、電流密度低，ALK 較適合大規模穩態工業化制氫；用于電網

45、調幅時需要大幅提升動載性能。相較之下，PEM 電解槽的電流密度較高，冷啟動性能優于 ALK，但成本偏高。適用于各種制氫，包括工業制氫、便攜制氫和用作電網調幅的動態負載。圖 5 ALK 和 PEM 制氫技術參數對比 數據來源：勢銀（TrendBank）SOEC 是在高溫下將電能和熱能轉化為化學能的電解設備，效率高，熱機狀態動載性能好，可快速雙向工作，但需要高溫熱源。相比常溫電解水，SOEC 高溫電水解可以提供更高的能源轉化效率，但設備投資大、壽命短，適用于核電制氫及大規模熱電聯供等。AEM 水電解技術是目前較為前沿的水電解技術之一，全世界只有極少數的公司在嘗試將其商業化，相關的應用和示范項目也很

46、少。勢銀（TrendBank）認為，商業化程度、技術成熟度、單槽產能、負載范圍、響應速度和經濟性（LCOH）等參數是影響電解水工藝選擇的主要因素。電流密度（A/m2）負載范圍（%）冷啟動時間電解池效率（LHV）最大單槽制氫規模（Nm3/h）商業化程度壽命(h)投資成本（/kW）ALKPEM29 3.1.1 堿性電電解水制氫技術 3 3.1.1.1.1.1.1 技術發展方向 據勢銀（TrendBank）調研，2022 年，行業對堿性電解水制氫系統的關注點主要集中于設備成本；今年以來，堿性電解槽運行的穩定性、壽命及能耗受到的關注度大大增加，綜合性價比成為客戶關注的主要因素。綜合來看，2023 年堿

47、性電解水制氫系統的主要技術攻關方向包括以下幾點：降低電耗；提高電解槽壽命和運行穩定性；提高單槽產氣量；提高響應速度；優化設備結構設計。以上技術水平的提升將對電解槽廠家的制造工藝，以及上游關鍵部材的性能提出更高要求，電極、隔膜、極板尤為重要。單槽產氫量方面，目前大部分綠氫項目規劃的年產氫量均在萬噸/年以上，對電解水制氫設備也提出了“大標方”化的需求。2023 年 3 月 17 日，伊寧市光伏綠電制氫源網荷儲一體化項目開工建設。該項目總體建設范圍包括 1000MW 光伏電站，配套 70 套堿性水電解制氫成套設備（單套制氫能力1000Nm3/h），設備總制氫能力為 70000Nm3/h。提升單槽產氫

48、量將在一定程度上降低采購成本，電解水制氫設備向單體大型化迭代升級。目前多數堿性電解槽廠商已具備 1000 Nm/h 制氫裝備的生產能力。2022 年 10 月，明陽智能推出的堿性水電解制氫裝備單體產氫量為 1500-2500Nm/h，刷新了已發布30 ALK 產品中最大單槽產氫量的記錄。據勢銀（TrendBank）統計，2023 年第一季度發布的堿槽新品的平均單槽產氫量為1363 Nm/h，高于 2022 年上半年的 667 Nm/h 和 2022 年下半年的 1127 Nm/h。堿槽大標方化已成為新品迭代升級的一大趨勢。能耗方面，降低直流電耗是目前直接降低電解水系統運營成本的有效路徑之一。目

49、前行業的普遍電耗水平為 4.5-5.0kWh/Nm。2023 年 2 月 14 日，隆基氫能發布全新一代堿性電解水制氫設備，從經濟性（LCOH）層面打造產品核心競爭力，有力推動了產業的快速發展。ALK Hi1 產品在直流電耗滿載狀況下可低至 4.3kWh/Nm；同時推出的 ALK Hi1 plus產品，直流電耗滿載狀況下低至 4.1kWh/Nm，在 2500A/電流密度下，更可低至4.0kwh/Nm。按照電耗 4.0kwh/Nm，電價 0.1 元/kWh 計算，則綠氫單位制氫成本可低至 14.8 元/kg，基本可與天然氣制氫平價。若綠氫與風光、風電耦合，年利用小時提高至 4000 小時以上，則

50、成本有望進一步下降至 10 元/kg 左右，基本可以實現與煤制氫平價。堿性電解槽的電極，是電化學反應發生的場所，也是決定電解槽制氫效率的關鍵。電極的主要性能指標為電流密度，目前業內相關廠家電極產品的電流密度基本可達到3000A/m-3500A/m左右。在保時來、莒納科技、輝瑞絲網、盈銳優創、力炻電極、圖靈科創等一眾企業的推動下，國內堿液電極正在向“高電密”邁進。勢銀（TrendBank）認為，降低電耗、提高綜合性價比是電解槽走向規?；年P鍵，未來 5 年，綠氫降本路徑清晰可見，中國綠氫產業將迎來快速發展周期，企業競爭也將加劇。3 3.1.1.2.1.1.2 關鍵部材關鍵部材技術路線 堿性電解水

51、制氫系統主要包括堿性電解槽主體和 BOP 輔助系統。31 圖 6 堿性電解水制氫系統組成 來源：勢銀（TrendBank）堿性電解槽主體是由端壓板、密封墊、極板、電極、隔膜等零部件組裝而成。電解槽包括數十甚至上百個電解小室，由螺桿和端板把這些電解小室壓在一起形成圓柱狀或正方形，每個電解小室以相鄰的 2 個極板為分界，包括正負雙極板、陽極電極、隔膜、密封墊圈、陰極電極 6 個 部分。圖 7 堿性電解槽結構示意圖 來源：碳能科技 極板和極框 32 極板是堿性電解槽的支撐組件，其作用是支撐電極和隔膜以及導電。國內極板材質一般采用鑄鐵金屬板、鎳板或不銹鋼金屬板，加工方式為：經機加工沖壓成乳突結構，和極

52、框焊接后鍍鎳而成。其中鎳是非消耗性電極，在堿液里面不易被腐蝕。乳突結構有支撐電極和隔膜的作用，電解液可以在乳突與隔膜布形成的流道中流動、同時乳突還有輸電的作用。極框上分布有氣道孔和液道孔，與主極板焊接的部分被稱為舌板，極框最外側為密封線區，其余為隔膜和密封墊的重合區。極框整個寬度為密封線寬度、流道區域寬度、隔膜和密封線重合區域寬度、舌板寬度。圖 8 極板實例圖片及剖面圖 來源：勢銀（TrendBank）、北京化工大學 隔膜 堿性電解槽在電解過程中，陽極產生氧氣，陰極產生氫氣，隔膜的作用是防止氫氣和氧氣的混合。適用于堿性電解槽的隔膜應具備以下要求：保證氫氣和氧氣分子不能通過隔膜，但允許電解液離子

53、通過；能夠耐高濃度堿液的腐蝕；33 具有較好的機械強度，能夠長時間承受電解液和生成氣體的沖擊，隔膜結構不被破壞；為了降低電能損耗，隔膜必須要有較小的面電阻，因此隔膜孔隙率要盡可能高；在電解溫度和 PH 條件下隔膜能夠保持化學穩定；原料易得、無毒、無污染，廢棄物易處理。用于堿性電解槽的隔膜最早使用石棉隔膜，目前主流使用的是聚苯硫醚 PPS 隔膜，高性能隔膜采用的是 PPS 涂覆無機層的復合膜，另外科研院所研發的重點隔膜還有聚四氟乙烯樹脂改性石棉隔膜、聚醚醚酮纖維隔膜、聚砜纖維隔膜等。（1）石棉隔膜 石棉是最早用于電解水制氫隔膜的材料。石棉隔膜的優點：具有耐化學腐蝕、耐高溫、高抗張強度、親水性強等

54、優點。石棉隔膜的缺點：具有溶脹性，使電解能耗升高；限制電解溫度，使電流效率無法提高；對人體有毒性，在石棉的開采、制作以及應用過程中，石棉細小纖維通過呼吸與肺部接觸，可能引起矽肺病，許多國家都已經限制石棉材料的使用。（2）聚四氟乙烯樹脂改性石棉隔膜 針對石棉隔膜的弊端，對石棉隔膜進行改性，其中通過共混的方法在石棉纖維中摻雜聚四氟乙烯樹脂制備聚四氟乙烯改性隔膜是較為成熟的石棉隔膜改性工藝。優點：聚四氟乙烯包覆石棉纖維的隔膜結構增強了隔膜的耐腐蝕性和機械強度，也降低了石棉的溶脹性，有效地克服了石棉隔膜溶脹和易遭受堿腐蝕的缺點。缺點：由于聚四氟乙烯樹脂親水性差，加入聚四氟乙烯的石棉隔膜親水性大大降低，

55、使得電流效率降低能耗升高，加入量越大隔膜親水性也下降得越多。（3）聚苯硫醚隔膜 34 聚苯硫醚隔膜（簡稱 PPS），用于堿性電解槽中，其性能優點：耐熱性能優異：可以在 200 長期使用，短期耐熱性和長期連續使用的熱穩定性都很優越；機械性能好：剛性極強，表面硬度高，具有優異的耐蠕變形和耐疲勞性，耐磨性突出；耐腐蝕性強：堿和無機鹽的水溶液，即使在加熱條件下，對 PPS 幾乎沒有腐蝕作用；尺寸穩定性好：成型收縮率小，線形熱膨脹系數小，因此，在高溫條件下仍表現出良好的尺寸穩定性；電性能優良：高溫、高濕、高頻率下仍具有優良的電性能。缺點：PPS 隔膜電阻高。由于 PPS 親水性差，電解液不能充分進入到隔

56、膜孔隙中，在電解過程中隔膜表面出現微小氣泡聚集的現象，這些現象會增加隔膜電阻，導致能耗增加。國內科研院所目前正在研究對 PPS 進行改性，降低與水的接觸角，增加潤濕度，改善親水性的同時，維持耐高溫、耐濃堿等特性基本不變。如果能在不降低 PPS 隔膜優良的物理化學性能的前提下，改善 PPS 隔膜的親水性能，PPS 隔膜將成為最有前景的堿性電解槽隔膜之一。（4）聚砜類隔膜 聚砜類材料（簡稱 PSF），是應用比較早、比較廣泛的一類隔膜材料，也是隔膜材料研究的熱點之一。聚砜類樹脂主要有雙酚 A 型聚砜、聚醚砜、聚醚砜酮、聚苯硫醚砜等。PSF 隔膜優點：具有優良的抗氧化性、熱穩定性和高溫熔融穩定性，同時

57、具有優良的機械性能、耐高溫、耐酸堿、耐細菌腐蝕、原料價廉易得，pH 值應用范圍廣等。35 PSF 隔膜缺點：親水性能差，使隔膜的水通量低，抗污染性能不理想，影響其應用范圍和使用壽命。因此，對 PSF 隔膜材料的改性工作，多集中在提高其親水性上，主要通過向其中引入親水性物質，來改善 PSF 隔膜材料的親水性。（5）聚醚醚酮隔膜 聚醚醚酮（簡稱 PEEK），是一種具有耐高溫、耐化學腐蝕的高分子材料，可用作高溫結構材料、電絕緣材料、增強材料等。近年來也逐漸應用于堿性水電解槽的隔膜材料。市場上常見的 PEEK 隔膜是由 PEEK 纖維通過機織制得，隔膜的性能與隔膜的厚度和編織方式有關。電極 堿性電解槽

58、的電極，是電化學反應發生的場所，也是決定電解槽制氫效率的關鍵。目前國內大型堿性電解槽使用的電極，大多是鎳基的，如純鎳網、泡沫鎳或者以純鎳網或泡沫鎳為基底噴涂高活性催化劑。鎳網一般是由 40-60 目的鎳絲網經過裁圓而成，鎳絲的直徑大約在 200m 左右。鎳網產品比較成熟，價格低廉，具有良好的耐酸、耐堿、耐高溫等性能。泡沫鎳價格低廉、產品成熟，電極材料內部充滿大量微孔，表面積非常大，溶液與電極的接觸面積因此大大增大，縮短了傳質距離，極大地提高電解反應效率。涂層催化劑種類主要有兩種：一種是高活性鎳基催化劑，目前常見的有雷尼鎳、活化處理的硫化鎳、鎳鉬合金或者活化處理的鎳鋁粉等；一種是含有貴金屬的催化

59、劑（鉑系催化劑，釕系催化劑，銥系催化劑等）。涂層方式有噴涂、滾涂、化學鍍等方式，不同方式性能和成本也會有差異。國內電解槽電極噴涂分三種：只噴涂陽極、只噴涂陰極和陰陽極全部噴涂。36 圖 9 電極圖片 來源：勢銀（TrendBank）3.1.2 質子交換膜電解水制氫技術 3 3.1.2.1.1.2.1 技術發展方向 為滿足下游工業領域對氫氣的大規模需求，同時更好的與上游光伏、風力和水力發電等可再生電力配套，質子交換膜電解槽逐漸向大功率發展，包括提高單個模塊化產品的功率和基于模塊化產品組成的電解槽系統的功率。如 Cummings 的 HyLYZER-1000 系統即由 2個 2.5MW 的電解槽組

60、成，ITM 的 10MW 標準模塊也基于 3MEP CUBE 組成的。賽克賽斯氫能也將繼 1MW 電解槽后，推出其單槽規模為 5MW 的電解槽。部分企業的質子交換膜37 電解槽裝置指標如下表所示。表 9 質子交換膜電解槽裝置指標（部分）Cummings ITM HyLYZER-1000 3MEP CUBE NA.SDQ-300 SHT200P 額定功率（MW）5 2 6 1.5 1 額定產氫量（Nm/h）1000 400 1200 300 200 最大工作壓力（MPa）3 3 3 3.2 3 工作溫度（）655 NA.5-50 542 605 負荷條件范圍（%）5-125 NA.NA.10-1

61、00 5-110 數據來源：各公司官網，勢銀（TrendBank）整理 隨著 PEM 電解槽向大功率、高電流密度和低成本等方向不斷發展，對核心部材也提出了新挑戰。如開發基于膨體聚四氟乙烯或聚醚醚酮等多孔支撐材料的全氟磺酸復合膜，降低質子交換膜的厚度，提高機械強度；開發銥合金等低銥催化劑，提高催化活性，降低銥用量；優化氣體擴散層的結構和表面涂層，提高氣液傳輸效率等；優化雙極板流場機構和表面涂層，提高水氣擴散能力、均勻性、導電和耐腐蝕性等。3.1.2.2 3.1.2.2 關鍵部材技術分析關鍵部材技術分析 PEM 電解槽是 PEM 電解水制氫裝置的核心部分。電解槽的最基本組成單位是電解池。取決于功率

62、的大小，一個 PEM 電解槽包含數十甚至上百個電解池。每個電解池由 5 部分組成，由內而外分別為質子交換膜、催化劑、氣體擴散層和雙極板。38 圖 10 PEM 電解槽內部結構示意圖 來源：勢銀（TrendBank）質子交換膜 質子交換膜是 PEM 電解槽的核心零部件之一。在 PEM 電解槽中，質子交換膜即充當質子交換的通道，又作為屏障防止陰陽極產生的氫氣和氧氣互相接觸，并為催化劑涂層提供支撐。因此，質子交換膜需要具備極高的質子傳導率和氣密性，極低的電子傳導率。與此同時，質子交換膜還需要具備良好的化學穩定性，可以承受強酸性的工作環境；較強的親水性也必不可少，這可以預防質子交換膜局部缺水，避免干燒

63、。質子交換膜的性能好壞，直接影響著 PEM 電解槽的運行效率和壽命。質子交換膜的加工上仍然存在難度，和燃料電池使用的質子交換膜（厚度10微米左右）相比，PEM 電解槽使用的質子交換膜更厚（150-200 微米），在加工的過程中更容易發生腫脹和變形，膜的溶脹率更高，加工難度更大。目前使用的質子交換膜大多采用全氟磺酸基聚合物作為主要材料。國內外使用最為廣泛的主要為杜邦（科慕）的 NafionTM系列，例如Nafion 115 和 117 系列質子交換膜，其他膜產品包括陶式的 XUS-B204 膜以及旭硝子的39 Flemion膜等。但由于全氟磺酸樹脂存在合成工藝較為復雜且存在一定的毒性，所以非氟磺

64、酸復合膜也逐漸成為相關研究機構和企業的研究方向之一，其對生物和環境的影響也逐漸引起相關機構的重視。如 2021 年，日本 NEDO 資助東麗與西門子等企業，合作開發基于東麗的烴基電解質膜的低成本 PEM 水電解系統，2023 年 3 月，歐盟的歐洲化學品管理局（ECHA），將對擬限制 PFAS 的提案進行為期 6 個月的廣泛調研和評估。表 10 杜邦 NafionTM 系列膜參數 來源：杜邦 國內的 PEM 電解槽生產企業對于進口質子交換膜仍然具有很高的依賴性。由于質子交換膜生產技術長期被歐美和日本國家所壟斷，國內的工業級的 PEM 產品幾乎全部使用杜邦的 NafionTM 系列質子交換膜。目

65、前，國內僅東岳未來氫能、浙江漢丞、通用氫能和科潤新材料等少數企業有能力生產應用于 PEM 電解槽的質子交換膜產品。質子交換膜主要有熔融擠出法和澆筑成膜法等幾種加工方式。如何在減少膜的厚度的同時，保持膜的機械穩定性，是膜技術開發的重點之一，如開發基于膨體聚四氟乙烯或聚醚醚酮等多孔支撐材料的全氟磺酸復合膜。膜的厚度會影響 PEM電解槽的歐姆內阻，厚度過高會加大極化損失，增加制氫能耗。盡管如此，考慮到質子交換40 膜需要在高壓環境中工作，為了保持質子交換膜的機械穩定性，防止氣體交叉滲透的現象發生，行業內大多仍然采用厚度超過 100 微米的膜。未來，質子交換膜的技術開發必須注重質子傳導率、氣體交叉滲透

66、和高壓機械穩定性三者之間的平衡。催化劑 陰、陽極催化劑是 PEM 電解槽的重要組成部分。由于陰、陽極催化劑是電化學反應的場所，催化劑需要具備良好的抗腐蝕性、催化活性、電子傳導率和孔隙率等特點，才能確保PEM 電解槽可以有穩定運行。和燃料電池相比，PEM 電解槽在催化劑的使用上更加依賴貴金屬材料。在 PEM 電解槽的強酸性運行環境下，非貴金屬材料容易受到腐蝕，并可能和質子交換膜中的磺酸根離子結合，降低質子交換膜的工作性能。目前常用的陰極催化劑為以碳為載體材料的鉑碳催化劑。在酸性和高腐蝕性的環境下，鉑仍然可以保持較高的催化活性，確保電解效率；而碳基材料即為鉑提供了載體，也充當著質子和電子的傳導網絡

67、。催化劑中的鉑載量約在0.4-0.6g/cm2，鉑的質量分數約在 20%-60%之間。陽極的反應環境比陰極更加苛刻，對催化劑材料的要求更高。由于陽極電極材料需要承受高電位、富氧環境和酸性環境的腐蝕，燃料電池常用的碳載體材料容易被析氧側的高電位腐蝕降解，因此一般選用耐腐蝕且析氧活性高的貴金屬作為 PEM 電解槽陽極側的催化劑。結合催化活性和材料穩定性來看，銥、釕及其對應的氧化物（氧化銥和氧化釕）是目前最適合作為 PEM 陽極側催化劑的材料。相比氧化銥，雖然氧化釕的催化活性更強，但在酸性環境下氧化釕容易失活，穩定性比氧化銥稍差。因此，氧化銥是目前應用最廣泛的陽極催化劑。催化劑中的銥載量約為 1-2

68、g/cm2。據勢銀（TrendBank）調研，應用于析氧側的含銥催化劑主要分下列三大類：銥的氧化物：傳統的氧化銥產品，在應用過程中粉末顆粒容易解析，影響使用壽命；41 氧化銥/氧化鈦：相較單純的氧化銥而言，加入氧化鈦提升了催化活性；但由于鈦本身的特性，耐久仍然受到影響；氧化銥/氧化鈮：目前市場上少數可以兼顧催化活性和耐久性的產品。PEM電解槽催化劑對貴金屬的依賴可能是阻礙PEM快速推廣的因素之一。應用于PEM電解槽的催化劑鉑、銥、釕等貴金屬產量稀少、成本高昂。銥作為 PEM 電解槽陽極最重要的催化劑材料，供應上存在很大的制約。目前全球銥的產量約為 7 噸/年，遠遠少于其他貴金屬（2021 年鉑

69、的年產量在 180 噸左右），其中 85%左右的銥產自南非。銥的價格也相當高昂，目前已經達到 1000 元/g 以上。降低催化劑中貴金屬的含量已經成為了目前催化劑技術開發的主要方向。針對陰極催化劑，開發方向集中于降低鉑在催化劑中的用量。在催化劑中加入非貴金屬基化合物，例如非貴金屬的硫化物、氮化物、氧化物等，可以在保持催化活性的前提下，降低鉑的使用量。陽極催化劑的技術開發方向包括使用載體材料或設計新的催化劑結構：使用高比表面積的材料作為銥的載體，可以將銥顆粒高度分散在載體材料上，從而提高銥的利用率和活性，借此減少銥的負載量。由于陽極的反應條件苛刻，為了確保催化劑的耐久性，陽極材料需要具備耐腐蝕性

70、、導電性和高比表面積等特性。目前常用的載體材料有氧化鈦和摻雜鈮的氧化鈦等；設計新的催化劑結構，例如采用核殼式結構，也是可以減少銥的用量。由于催化反應集中于材料表面的活性電位，陽極催化劑可以采用核-殼式結構在外層的殼上使用銥，在內層的核使用非貴金屬材料。這樣既可以減少銥的用量，也不會影響銥的催化活性。國內已經有少數企業有能力生產 PEM 電解槽使用的催化劑，包括中科科創、濟平新能源等。國外企業有優美科、賀利氏等。下圖為質子膜電解水用催化劑實例圖片。42 圖 11 催化劑圖片 來源：中科科創 氣體擴散層 氣體擴散層（國外簡稱 GDL 或 PTL），又稱多孔傳輸層或集流器，是夾在陰陽極和雙極板之間的

71、多孔層。氣體擴散層作為連接雙極板和催化劑層的橋梁，確保了氣體和液體在雙極板和催化劑層之間的傳輸，并提供有效的電子傳導。在陽極，液態水通過氣體擴散層傳導至催化劑層，被分解為氧氣、質子和電子。生成的氧氣通過氣體擴散層反向匯流至雙極板，質子通過質子交換膜傳導至陰極，電子則通過氣體擴散層傳導至陽極側雙極板后進入外部電路。在陰極，電子從外部電路通過氣體擴散層進入陰極催化劑層，和質子反應后產生氫氣。產生的氫氣通過氣體擴散層匯流至雙極板。因此，為了確保氣/液運輸效率和導電性能，氣體擴散層既需要擁有合適的孔隙率，也需要擁有良好的導電性，確保電子傳輸效率。PEM 電解槽的氣體擴散層材料選擇和燃料電池的氣體擴散層

72、選擇有所不同。燃料電池通常選擇碳紙作為陰極和陽極的氣體擴散層材料。在 PEM電解槽中，由于陽極的電位過高，高氧化性的運行環境足以氧化碳紙材料，通常選擇耐酸耐腐蝕的鈦基材料作為 PEM 電解槽陽極氣體擴散層的主要材料，并制作成鈦氈結構以確保氣液傳輸效率。鈦基材料在長時間的使用下容易鈍化，形成高電阻的氧化層，降低電解槽的工作效率。為了防止鈍化現象的發生，通常會在鈦基氣體擴散層上涂抹一層含有鉑或者銥的涂層進行保護，確保電子傳導效率。PEM 電解槽的陰極電位較陽極更低，碳紙或鈦氈都可以作為氣體擴散層的材料。43 鈦氈式氣體擴散層的制作工藝較為復雜。高純的鈦材料需要經過一系列的工藝，包括鈦纖維制作、清洗

73、、烘干、鋪氈、裁剪、真空燒結、裁剪、涂層等一系列的工藝，才可以入庫保存。未來，氣體擴散層優化的關鍵在于保持系統的動態平衡。隨著水電解反應的持續推進，陽極生成的氧氣會逐漸積聚在氣體擴散層的通道內，阻塞流道，對液態水的運輸產生潛在的影響。這可能會導致氣液運輸效率下降，對 PEM 電解槽的工作效率產生負面影響。在氣液逆流的情況下，減少氣液阻力，及時移除陽極產生的氧氣，并將液態水及時運輸至陽極催化層，將是氣體擴散層優化的方向?？紫堵?、孔徑尺寸和厚度等指標都是未來需要研究的重點。國內目前可以生產鈦基氣體擴散層的企業較少。浙江玖昱、菲爾特已經搭設了 PEM 電解槽用氣體擴散層的相應產線；西安菲爾特也已擁有

74、氣體擴散層的生產技術，并展開了相應產品測試。工業級的質子膜電解槽產品國內仍以進口品牌使用為主，國產的在民用領域取得應用，隨著西部菲爾特等企業的加入，勢銀（TrendBank）預測氣體擴散層國產化率會逐步提升。下圖為氣體擴散層鈦氈實例圖片。圖 12 鈦氈實例圖片 來源：西安菲爾特 44 雙極板 雙極板不僅是支撐膜電極和氣體擴散層的支撐部件，也是匯流氣體（氫氣和氧氣）及傳導電子的重要通道。陰陽極兩側的雙極板分別匯流陰極產生的氫氣和陽極產生的氧氣，并將它們輸出。因此，雙極板需要具備較高的機械穩定性、化學穩定性和低氫滲透性。陽極產生的電子經由陽極雙極板進入外部電路，再通過陰極雙極板進入陰極催化層。因此

75、，雙極板還需要具備高導電性。PEM 電解槽雙極板和燃料電池雙極板的結構和使用材料有很大的區別。在結構方面，PEM 電解槽雙極板不需要加入冷卻液對設備進行冷卻，使用一板兩場的結構就可以滿足運行需求，相比于燃料電池雙極板兩板三場的結構更為簡單。在材料方面，PEM 電解槽中陽極的電位過高，燃料電池常用的石墨板或者不銹鋼制金屬板容易被腐蝕降解。使用鈦材料可以很好的避免金屬腐蝕導致的離子浸出，預防催化劑的活化電位收到毒害。但由于鈦受到腐蝕后，容易在表面形成鈍化層，增大電阻，通常會在鈦板上涂抹含鉑的涂層來保護鈦板。鈦基雙極板目前有沖壓工藝、蝕刻工藝等。相比之下，沖壓工藝的單位加工成本更低，更適合于大規?；?/p>

76、生產，可能會成為未來主要工藝路線。國內目前能制造 PEM 電解槽雙極板的企業數量相對較少。上海治臻和金泉益都已經搭建了 PEM 電解槽雙極板的生產線，并已經開始出貨。圖 13 雙極板實例圖片 45 來源：上海治殝 3.1.3 高溫固體氧化物電解水制氫技術 SOEC（solid oxide electrolysis cell）是高溫固體氧化物電解池的簡稱，是在高溫下將電能和熱能轉化為化學能的電解設備。相比常溫電解水，SOEC 高溫電水解可以提供更高的能源轉化效率；此外，由于不需要使用貴金屬催化劑，SOEC 還具備材料成本低廉的優勢。2023 年，國內市場已多次釋放出 SOEC 制氫設備采購訂單，

77、越來越多的企業與高校開始布局 SOEC 賽道，國內 SOEC 技術的發展從“實驗研發階段”進入“小規模示范階段”。不過，目前國內 SOEC 企業的技術水平相較國外發展水平仍有較大差距。主要體現在以下幾點：關鍵材料性能提升：高溫運行條件下保持良好的熱穩定性和化學穩定性，同時保證材料易于加工、控制成本；建立完備的供應鏈：目前 SOEC 原材料體系均由廠家獨自設計制造，每家設計的SOEC 產品支撐結構、配套的原材料都不一樣，不利于 SOEC 的整體開發；46 BOP 國產化供應：目前國內尚未形成成熟的 BOP 供應鏈，產品仍處于定制化階段，導致 BOP 的成本居高不下。2022 年，固體氧化物電解水

78、蒸汽制氫系統與電解堆技術（共性關鍵技術類）被列入科技部“氫能技術”重點專項 2022 年度項目申報。項目主要研究內容包括：針對固體氧化物電解水蒸汽制氫（SOEC）技術實用化問題，研究大功率固體氧化物電解制氫電解堆與系統集成技術。具體包括：大面積、高強度的超薄電解質設計與制備技術；高活性、長壽命電極設計與制備技術；電解池電連接、串接密封及其成堆技術；電解堆模組流場和熱控設計與集成技術；水熱等運行條件對電解堆性能影響規律、優化運行策略及 SOEC 系統集成技術。以上技術指標與 SOEC 電解系統關鍵材料息息相關，其構成如下圖所示：圖 14 SOEC 電解水系統構成圖 來源：Sunfire、勢銀（T

79、rendbank）SOEC 電解系統的最基本組成單元是 SOEC 電解池，多個電解池組裝在一起成為 SOEC電堆。多個電堆和氣體處理系統、氣體輸送系統一起可以組合成 SOEC 電解模塊。最終多個模塊可以組合成一個完整的 SOEC 系統。由于各個 SOEC 設備制造公司的技術和工藝存在差異性，組成 SOEC 電解電堆的電解池數量、組成 SOEC 電解模塊的電堆數量和組成 SOEC電解系統的模塊數量也會存在不同。電解質、陰極和陽極是 SOEC 電解池的核心組成部分，直接影響著 SOEC 設備的工作47 性能和工作效率。電解質 電解質的性質決定了 SOEC 的技術路線和陰、陽極材料的選擇（高溫下熱膨

80、脹系數需保持一致）。電解質的主要作用是將在陰極產生的氧離子傳導至陽極，阻隔電子電導，并防止陰陽極產生的氫氣和氧氣相互接觸。因此，電解質層需要有極高的離子傳導率和極低的電子傳導率。為了防止陰極的氫氣滲透進入陽極，電解質層的氣密性必須高。此外，為了減少電解池的歐姆損失，電解質層的厚度要盡可能減小。電解質材料通常選用導電陶瓷材料。在 800-1000的高溫運行環境下，常用的電解質材料有釔穩定的氧化鋯（YSZ）和鈧穩定的氧化鋯（ScSZ）。由于 YSZ 即可以提供優良的氧離子電導率，相比 ScSZ 又具備一定的成本優勢，已經成為了最常用的電解質材料。在600-800的中溫運行環境下，鑭鍶鎵鎂（LSGM

81、）、釤摻雜的氧化鈰（SDC）和釓摻雜的氧化鈰（GDC）也是較為常用的電解質材料。陰極 陰極是原料水分解的場所，并提供電子傳導通道。這要求陰極材料具有良好的電子導電率、氧離子導電率和催化活性，以確保反應的順利進行。與此同時，由于陰極需要和高溫水蒸氣直接接觸，陰極材料需要在高溫高濕下具備化學穩定性。材料還必須具備合適的孔隙度，保證電解所需水蒸氣的供應和氫氣產物的輸出。由于在高溫下，熱膨脹系數不匹配會導致過高的機械應力，最終使材料破碎。因此，陰極材料必須和電解質材料具有類似的熱膨脹屬性。陰極材料通常選用金屬陶瓷復合材料。鎳（Ni）、鈷（Co）、鉑（Pt）、鈀（Pd）都滿足 SOEC 對陰極材料的要求

82、。鎳的成本較低，對水的分解反應具有良好的催化活性，用Ni 和 YSZ 制造的金屬陶瓷復合材料成為了最常用的陰極材料。使用 YSZ 和 Ni 作為陰極材料，可以使陰極的熱膨脹系數接近以 YSZ 為主要材料的電解質，保持 SOEC 的機械穩定性。48 YSZ 還可以提高界面的電化學反應活性，確保 SOEC 的工作效率。陽極 陽極是產生氧氣的場所。陽極材料必須要在高溫氧化的環境下保持穩定。與此同時，為了確保氧氣的順利生成，陽極材料必須具備優良的電子導電率、氧離子導電率和催化活性；材料必須采用多孔結構，便于氧氣的流通。最后，為了保持高溫下的機械穩定，陽極材料的熱膨脹系數也必須和電解質相匹配。使用鈣鈦礦

83、氧化物制備的導電陶瓷材料是目前最常用的陽極材料。其中，摻雜鍶的錳酸鑭（LSM）的化學催化活性高，和 YSZ 電解質的熱膨脹系數接近，是其中最具代表性的材料之一。3.1.4 固體聚合物陰離子交換膜電解水制氫技術 雖然固體聚合物陰離子交換膜電解水制氫技術（AEM）可以同時兼具 PEM 和 ALK 的技術優勢，但由于處于發展初級階段，相關產品在壽命、產氫規模等方面是否能夠滿足商業化運行仍然存疑。目前我國 AEM 制氫技術的開發難點主要集中于：提高設備壽命：AEM 在工作過程中，陰離子交換膜表面會形成的局部強堿性環境，使得 AEM在OH的作用下發生降解帶來的穿孔會引發電堆短路，影響使用壽命；開發合適高

84、效的聚合物陰離子交換膜：在保持工作效率的同時兼顧使用壽命；產品大標方化：目前我國 AEM 電解槽單槽產品還停留在 0.5-5Nm/h 之間，很難滿足我國西北、西南等地區大型可再生能源電解水制氫綜合示范項目的采購標準。陰極材料、陽極材料和陰離子交換膜是 AEM 電解池的核心構成，直接影響著 AEM 電解池的工作效率和設備壽命等。49 陰離子交換膜 陰離子交換膜是 AEM 電解池中最重要的部分，直接決定著 AEM 電解設備的工作效率和運行壽命。陰離子交換膜的作用是將氫氧根離子從陰極轉導至陽極。因此，構成陰離子交換膜的材料需要具備較高的陰離子傳導性和極低的電子傳導性。由于在 AEM 電解設備中，局部

85、區域會出現高堿性，理想條件下，陰離子交換膜需要具備優秀的化學和機械穩定性。與此同時，為了隔絕陰極和陽極，防止氫氣和氧氣相互接觸產生爆炸，陰離子交換膜必須具備極低的氣體滲透性。目前的陰離子交換膜通常選用聚合物作為其主要材料。由于 AEM 水電解技術還處于研發階段，現階段仍未找到最合適的材料，在研發中使用較多的有芳香族聚合物。目前材料的選擇仍然存在許多問題：1、芳香族聚合物在堿性環境中長期運行時，尤其是在加入了稀 KOH溶液作為輔助電解質的情況下，會慢慢被降解，影響AEM水電解設備的穩定性和系統壽命；2、由于氫氧根離子在陰離子交換膜中的傳導性比質子在質子交換膜中的傳導性低的多，為了保持 AEM 電

86、解池的工作效率，研發機構傾向于制作更薄的陰離子交換膜，以減少氫氧根離子傳導時收到的阻力，但這也會降低陰離子交換膜的機械穩定性，使它容易出現孔洞。陰極材料和陽極材料 陰極材料和陽極材料的主要作用是催化水的分解反應，并將產生的氫氣與氧氣及時輸出。因此，陰極和陽極材料必須具備較強的催化活性，和多孔性。為了電極反應的順利進行，陰極和陽極材料必須具備較高的陰離子傳導性和電子傳導性?，F階段使用最多的陰極材料主要是鎳，陽極材料主要是鎳鐵合金。鐵和鎳不但對水的分解有較強的催化活性，而且來源廣、成本低。由于 AEM 不需要在高腐蝕性的環境下運行，因此陰陽極材料中不需要加入釕元素等貴金屬催化劑和鈦，大大降低了 A

87、EM 設備的制造成本。50 目前開發的陰離子交換膜仍然無法兼顧工作效率和設備壽命。因此，有關 AEM 的研究主要聚焦于開發合適高效的聚合物陰離子交換膜。其次，在實驗室研發階段，電極材料中仍然會加入少量的貴金屬。因此，開發低成本的高效非貴金屬催化劑也是 AEM 研究的重點之一。3.2 其他綠氫技術發展現狀 生物質制氫技術發展現狀 生物質制氫技術可分為生物質熱轉化制氫、微生物發酵制氫兩種。對于含有較多紙板和塑料等物質的城市垃圾，可以使用熱解氣化技術制氫；對于含水率較高的生物質或者垃圾，如廚余垃圾等，可以使用生物發酵技術制氫。按不同的菌種分類，生物發酵技術又可分為兩種技術路線，甲烷菌和產氫菌。目前甲

88、烷菌應用于沼氣制氫技術比較成熟，已經開始商業化推廣，國內已有數十套小型的撬裝式沼氣制氫裝置運行，國內大型的沼氣制氫裝置也可達到 50000 標方每小時。產氫菌的應用此前一直處于實驗室研發階段，距離商業化應用尚有一段距離。2023 年2 月，生物制氫產氫菌在國內有了重要突破，國內首個生物制氫及發電一體化項目在哈爾濱市平房污水處理廠完成入場安裝、聯調，啟動試運行。項目包括制氫、提純、加壓、發電、交通場景應用、發酵液綜合利用等六大系統。制氫采用生物質-垃圾發酵制氫技術，以農業廢棄秸稈、園林綠化廢棄物、餐廚垃圾、高濃有機廢水等為發酵底物，以高效厭氧產氫菌種作為氫氣生產者。熱解氣化制氫技術方面，由于氣體

89、處理過程復雜，生物質-垃圾熱解氣化制氫目前在國內暫時沒有商業化運行項目。國內企業如東方鍋爐、大唐集團等正在布局熱解氣化制氫領域。2022 年 10 月，國內首臺套生物質氣化化學鏈制氫多聯產應用研究中試項目在中國大51 唐集團有限公司安徽馬鞍山當涂發電公司“點火”成功?？傮w來說，生物質制氫現階段的商業化推廣比較少，未來是否有發展潛力取決于四項關鍵點：是否能提高產氫效率；是否能實現連續流產氫，進而實現工業化生產；裝備能否規?；?；是否能獲取廉價原料。政策方面，2023 年 2 月，歐盟重新定義可再生氫，生物質被排除在外。歐盟可再生能源指令要求的兩項授權法案，規定了三種可以被計入可再生能源的氫氣：直接

90、連接新的可再生能源發電機組所產生的氫氣，在可再生能源比例超過 90%的地區采用電網供電所生產的氫氣，以及在低二氧化碳排放限制的地區簽訂可再生能源電力購買協議后采用電網供電來生產氫氣。太陽能制氫技術發展現狀 太陽能制氫可分為光電解水制氫、光催化分解水制氫和太陽能熱化學循環制氫，目前均處于研發階段，國內相關指標如“太陽能到氫能轉化效率”尚未達到可規?；痉兜闹笜?，較國際上還有一定差距。太陽能制氫未來研發的關鍵是產氫材料的效率及穩定性。52 第四章 中國綠氫產業市場篇 4.1 國內綠氫產業市場現狀 據勢銀（TrendBank）統計，截至 2023 年 3 月底，全國已有超 200 個運行、在建和規劃

91、的綠氫項目，其中 177 項為電解水制氫項目，基本實現覆蓋全國。圖 15 中國電解水項目分布 數據來源：勢銀（TrendBank）數據庫 目前多數綠氫項目仍處于前期規劃狀態，距離投產仍需要很長時間。已建成的項目中，實際運行的項目少之又少，究其原因，當前大量綠氫項目面臨的“運行即虧損”的問題依然需要產業共同去解決。盡管綠氫項目現階段在經濟性、穩定性、壽命等各方面存在很多問題，項目的火熱程度在 2023 年并未減少。據勢銀（TrendBank）統計，2023 年 1-3 月確定已開標或開建的大規模綠氫項目新增 1066MW 電解槽需求，對應 1000 Nm3/h 堿性電解槽注：數據更新至 2023

92、 年 3 月 53 的需求量超過 200 套。2023 年 4 月，位于吉林大安的“風光制氫合成氨一體化項目“公開中標候選人。項目共計招標 39 套 1000Nm/h 的堿性電解水制氫系統，招標分為 4 個標段，中標候選人包括隆基氫能、陽光電源、三一氫能、派瑞氫能。從地域分布上看，2023 年第一季度，我國綠氫項目增量主要集中于“西北、東北、華北”地區。截至 2023 年 3 月底，“三北”地區項目數量合計占比 75%，較 2022 年 11 月的 70%進一步提升。圖 16 中國電解水項目地區分布 數據來源：勢銀（TrendBank）數據庫 相較于中國其他地區，“三北”地區在可再生能源制氫上

93、具備獨特的優勢。第一，“三北”地區擁有豐富且廉價的可再生電力資源以及大量的風光指標；第二，“三北”地區擁有大量的化工企業（合成氨/合成甲醇）和煉化企業可以作為綠氫的終端應用場景，實現短距離運輸應用或就地消納。勢銀（TrendBank）預計，“三北”地區將在未來三年內成為中國西北華北東北華東華南華中西南其他西北華北東北華東華南華中西南54 的綠氫生產中心。4.2 國內綠氫產業市場規模 據勢銀（TrendBank）統計，2023 年 1-3 月確定已開標或開建的大規模綠氫項目新增1066MW 電解槽需求，預計 2025 年綠色可再生氫氣的需求量將達到約 130 萬噸以上，2023-2025 年的電

94、解水制氫設備累計出貨量預計達到 17GW 以上。圖 17 2021-2025 年電解水制氫設備年出貨量預測 來源：勢銀（TrendBank）目前我國綠氫項目年規劃產量都在萬噸以上，其中最大的項目年綠氫規劃產量達到了25 萬噸（搭配 632 臺 1000Nm3/h 的堿性電解槽）。這些項目大多用于大規模綠色合成氨，預計將于 2025 年逐步開始投產。根據勢銀（TrendBank）的預測，未來電解水制氫設備的出貨量可能在 2025 年迎來井噴式增長。2023-2025 年中國電解水制氫設備預計累計出貨17GW，其中 2025 年中國電解水制氫設備的年出貨量預計將超過 11GW，占比達到 65%，遠

95、遠高于 2023-2024 年的年出貨量。0%50%100%150%200%250%300%024681012202120222023E2024E2025E年增長率電解水制氫設備年出貨量（GW）年份年出貨量年增長率55 第五章 中國電解水制氫產業供應鏈篇 5.1 堿性電解槽企業分析 5.1.1 布局方面 據勢銀（TrendBank）統計，國內已有一百五十多家企業布局或規劃堿性電解槽的研發或生產，包括在堿性電解水制氫行業深耕多年的傳統企業、近幾年入局的新能源企業和裝備制造企業、以及科研院校背景的氫能初創企業。150 多家企業中，有 20 家左右為 2023 年 1 月份至 4 月份新入局的企業。

96、勢銀（TrendBank）估計大部分企業已于 2022 年“跑步入場”，2023 年仍有一定新增但增速將放緩。下表為部分企業列表，非公開的未列入。表 11 部分堿性電解槽企業列表 1 中船（邯鄲）派瑞氫能科技有限公司 16 中集氫能科技有限公司 2 考克利爾競立（蘇州）氫能科技有限公司 17 海卓動力（青島）能源科技有限公司 3 天津市大陸制氫設備有限公司 18 揚州吉道能源有限公司 4 西安隆基氫能科技有限公司 19 湖南氫氫松松科技發展有限公司 5 陽光氫能科技有限公司 20 無錫華光環保能源集團股份有限公司 6 山東奧揚新能源科技股份有限公司 21 蘇州蘇氫制氫設備有限公司 7 深圳市凱

97、豪達氫能源有限公司 22 中國華電集團有限公司 56 8 江蘇國富氫能技術裝備股份有限公司 23 中國華能集團 9 明陽智慧能源集團股份公司 24 億利潔能股份有限公司 10 蘇州希倍優氫能源科技有限公司 25 廣東盛氫制氫設備有限公司 11 江蘇雙良新能源裝備有限公司 26 溫州高企氫能科技有限公司 12 深圳市瑞麟科技有限公司 27 揚州中電制氫設備有限公司 13 三一重工股份有限公司 28 北京漢氫科技有限公司 14 江蘇天合元氫科技有限公司 29 上海氫器時代科技有限公司 15 北京中電豐業技術開發有限公司 30 海德氫能源科技（江蘇）有限公司 5.1.2 產品方面 2022 年全年，

98、共有 14 家企業發布了堿性電解槽新品；2023 年第一季度，發布堿性電解槽新品的企業數量已達 8 家，超過去年全年的一半。2023 年企業在新品發布方面的火熱程度較 2022 年更勝一籌。2022 年上半年和 2022 年下半年，發布的新品的平均單槽最大產氫量分別為 667 Nm/h、1127 Nm/h，2023 年第一季度進一步增至 1363 Nm/h，“大標方”成為各家爭搶的制高點。截至目前，已發布產品中最大單槽產氫量已達到 2500Nm/h。堿性電解槽的單體大型化迭代升級，正在加速發展。表 12 新發布的堿性電解槽產品匯總 (Nm3/h)湖南 湖南氫氫松松科技發展有限公司 2019.1

99、2 氫能初創企業 2022.02 500 57 江蘇 江蘇國富氫能技術裝備股份有限公司 2016.06 氫能產業鏈企業 2022.04 1000 廣東 深圳市瑞麟科技有限公司 2008.06 氫能傳統企業 2022.06 500 北京 華電重工股份有限公司 2008.12 工程、裝備制造企業 2022.07 1200 江蘇 蘇州希倍優氫能源科技有限公司 2021.07 裝備制造企業 2022.08 1400 山東 山東奧揚新能源科技股份有限公司 2022.02 氫能產業鏈企業 2022.08 1200 廣東 廣東盛氫制氫設備有限公司 2022.05 氫能產業鏈企業 2022.08 100 江蘇

100、 江蘇雙良新能源裝備有限公司 2007.11 光伏及產業鏈企業 2022.09 1000 北京 內蒙古億利氫田時代技術有限公司 2022.08 光伏及產業鏈企業 2022.09 1000 廣東 明陽智慧能源集團股份公司 2006.06 風電及產業鏈企業 2022.10 2500 上海 上海舜華新能源系統有限公司 2004.08 氫能產業鏈企業 2022.11 500 湖南 湖南盈德氣體有限公司 2001.11 工業氣體企業 2022.12 500 河北 中船（邯鄲）派瑞氫能科技有限公司 2008.03 氫能傳統企業 2022.12 2000 江蘇 江蘇天合元氫科技有限公司 2021.11 光伏

101、及產業鏈企業 2022.12 1000 廣東 廣東盛氫制氫設備有限公司 2022.05 氫能產業鏈企業 2023.01 1000 深圳 中集集電（廣東）科技發展有限公司 2022.10 風電及產業鏈企業 2023.01 1200 江蘇 蘇州蘇氫制氫設備有限公司 2014.09 氫能傳統企業 2023.01 2000 北京 中集氫能科技（北京）有限公司 2005.12 設備制造企業 2023.01 1200 北京 北京中電豐業技術開發有限公司 2007.07 氫能傳統企業 2023.01 2000 上海 上海氫器時代科技有限公司 2022.11 設備制造企業 2023.01 1500 58 陜西

102、 西安隆基氫能科技有限公司 2021.03 光伏及產業鏈企業 2023.02 1500 江蘇 蘇州綠萌氫能科技有限公司 2014.09 氫能傳統企業 2023.03 500 5.1.3 產品性能方面 國內主流的堿性電解槽企業，均具備單體大型化電解槽的生產能力，負載可調節范圍廣，產品成熟度高，新品研發重點在于實現“大規模、低能耗、高穩定性”三者的統一。表 13 代表企業電解槽產品參數對比 CDQ 系列 DQ 系列 LHy-A 系列 FDQ 系列 AQ 系列 2000 1500 1500 1000 1200 955 905 905 905 905 99.8%99.8%99.9%99.9%99.9%

103、99.2%98.5%98.5%99.5%98.5%1.5-2.5 1.6 1.6-3.0 3.0 1.6 50%-100%20%-115%25-115%40-100%20-110%59 4.3 4.4 3.9-4.4 4.4 4.4 5.1.4 產能布局 據勢銀（TrendBank）統計，截至目前，國內堿性電解槽企業已披露產能超過 11GW。表 14 已披露的堿性電解槽產能 2022 河北 中船（邯鄲）派瑞氫能科技有限公司 1.5GW（ALK+PEM）陜西 西安隆基氫能科技有限公司 1.5GW 安徽 陽光氫能科技有限公司 1.1GW（ALK+PEM）江蘇 考克利爾競立（蘇州）氫能科技有限公司

104、1GW 天津 天津市大陸制氫設備有限公司 1GW 山東 山東奧揚新能源科技股份有限公司 1GW 江蘇 江蘇國富氫能技術裝備股份有限公司 0.5GW 北京 北京中電豐業技術開發有限公司 0.5GW 北京 航天思卓氫能科技有限公司 0.5GW 北京 北京華易氫元科技有限公司 0.35GW 廣東 深圳市瑞麟科技有限公司 0.3GW 廣東 深圳市凱豪達氫能源有限公司 0.3GW 內蒙古 內蒙古億利氫田時代技術有限公司 0.25GW 60 5.1.5 產品應用方面 就產品應用情況而言，堿性電解槽四家主流企業均涉足電力、冶金、化工等應用領域。從客戶分布來看，各家的堿性電解槽除了中國市場，在海外市場也有廣闊

105、的空間，國內堿性電解槽產品在國際上也具備較強的競爭力。表 15 堿性電解槽主流企業的產品應用情況 中船（邯鄲）派瑞氫能科技有限公司 電力、石化、醫藥、冶金、多晶硅、氣象、航天等領域及各大氣體公司 中國、美國、德國、挪威、瑞典、瑞士、西班牙等三十余個國家 考克利爾競立（蘇州）氫能科技有限公司 電力、電子、冶金、建材、化工、氣象、航天及新能源 中國、俄羅斯、白俄羅斯、菲律賓、印尼、印度、孟加拉、土耳其、南非等三十余個國家 天津市大陸制氫設備有限公司 電力、電子、半導體材料、光纖、冶金、建材、原子、化工、宇航、氣象、醫藥等行業 中國、美國、丹麥、冰島、挪威、希臘、俄羅斯、保加利亞、韓國、埃及、科威特

106、、阿聯酋、沙特、印度尼西亞、印度、菲律賓、阿爾及利亞、巴基斯坦、坦桑尼亞等國家 隆基氫能科技有限公司 煤化工、石油化工、鋼鐵冶金、交通運輸、能源電力及其他工業等領域 中國、英國、法國、德國、荷蘭、中東、北美等國家和地區 5.2 堿性電解槽部分企業 考克利爾競立（蘇州）氫能科技有限公司 考克利爾競立（蘇州）氫能科技有限公司（Cockerill Jingli Hydrogen，簡稱 CJH）是蘇州競立制氫設備有限公司和 John Cockerill 集團于 2018 年合資成立的公司。John 61 Cockerill 集團在承接了蘇州競立制氫設備有限公司的專業技術和生產經驗的基礎上，增加研發力量

107、、更新生產設備、擴大產能、提升質量標準，打造全新“考克利爾競立”品牌，專注于各類行業制氫設備的設計、研發、制造和銷售等?？伎死麪柛偭⑹且患覍I研發、生產水電解制氫設備及氣體后處理設備的高科技企業，是目前國內技術最先進的制氫企業之一，能提供 2Nm3/h-1500Nm3/h 的堿性電解水制氫設備。自從 2017 年研制出全球首臺套產氫量 1000Nm/h 的制氫設備以來，該型號產品已成為目前行業主流產品，被廣泛應用于光伏材料、鋼鐵、玻璃等行業，以及國內首個液態太陽燃料合成示范項目中。2021 年，考克利爾競立分別下線國際首臺套 1200Nm3/h 和1300Nm3/h 的電解水制氫設備，是我國“

108、綠氫”制備向大規模邁進的重要標志。2022 年，考克利爾競立加速堿性電解槽工藝升級，推動二對一、四對一模塊化系統在實際項目中應用。2022 年以來，考克利爾競立中標多個項目。2022 年 5 月，以排名第一的成績入圍中石化新疆庫車綠氫項目，并中標總訂單量的 50%；10 月，考克利爾競立成功入圍氫能領跑者行動白名單，成為首批入圍的五家企業之一；2023 年一季度接連簽下 7 個國內外制氫系統訂單，簽訂型號包含 10、50、80、200 和 600Nm3/h，一系列產品將應用于新能源、氣體、玻璃等多個行業，推動全球能源轉型發展?？伎死麪柛偭⒁丫邆渖a超大型電解水制氫設備的技術和能力，其生產的堿性

109、電解水制氫設備已成功在國內外幾十家企業投運，產品除覆蓋國內，還遠銷俄羅斯、白俄羅斯、菲律賓、朝鮮、印尼、伊朗、印度、孟加拉、土耳其、南非及“一帶一路”沿線等三十多個國家和地區。為全球客戶節約了能源消耗，減少了廢氣及溫室氣體排放，在保護自然環境的同時降低了企業的生產成本。陽光氫能科技有限公司 陽光氫能科技有限公司是陽光電源全資子公司，專注于可再生能源電解水制氫技術的研62 究。陽光氫能主要產品為 IGBT 制氫電源、堿性水電解槽、PEM 電解槽、氣液分離與純化設備、智慧氫能管理系統，致力于提供“高效、智慧、安全”的綠電制氫系統及解決方案。產品技術方面，陽光氫能堅持“雙線制氫”并疊加科技賦能。其目

110、前已擁有堿性水電解制氫和 PEM 電解制氫兩種技術路線，同步開發的離網、并網、微網多模式下制氫系統可提供一站式的綠電制氫系統及解決方案，契合可再生能源快速波動特性，綜合實現能源電力、石油化工、交通、冶金等場景下的多元應用。針對制氫重要設備電解槽，陽光氫能特設材料研究實驗室，配備電化學工作站、X 射線熒光光譜儀、體視顯微鏡、隔膜電阻率測試儀等設備，用以對電解槽核心材料進行性能研究、分析評價及先進技術跟蹤。通過材料和設計創新，陽光電源在電解槽性能難題的研究上逐個突破，實現了核心性能指標的提升?？蒲信c人才方面，陽光氫能自成立始，堅持研發投入和技術創新雙驅動戰略，打造了一支自主創新能力強、經驗豐富的專

111、業研發隊伍，主導和參與制定多個行業標準、申請專利 200多項，建成國內領先的電解水制氫系統綜合測試平臺。同時，陽光氫能始終保持與國內高等院校的密切交流，先后與上海交通大學、中國科學技術大學、中國科學院等院?？蒲袉挝婚_展系列研究合作。項目應用方面，陽光氫能的產品在各大風電、光伏制氫項目中得到應用。2022 年以來，陽光氫能陸續為國網六安、內蒙古綜合能源站、寧夏、長江電力等項目提供電解水制氫設備，逐步推動“技術優勢”變為“市場優勢”。四川亞聯氫能股份有限公司 四川亞聯氫能股份有限公司成立于 2000 年 9 月 18 日，22 年一直堅持并專注于以新能源解決方案和先進的制氫技術為研發主導方向，并延

112、伸至氫能領域的產品開發。公司ALKEL 系列水電解制氫技術，由亞聯氫能與北京化工大學團隊合作研發，有效降低電解電壓，減少電解過程的整體能耗，提升電解效率。水電解槽及系統結構由亞聯氫能自主設計。63 該產品技術特點如下：密封墊片采用新型高分子材料保證了電解槽的密封性。采用無石棉隔膜布的電解槽可降低能耗、綠色環保、不含致癌物，不用清洗過濾器等優勢。完善的聯鎖報警功能。采用獨立的 PLC 控制，故障自恢復功能。占地小，設備布置緊湊。運行穩定,可全年連續運行不停車。自動化水平高，可實現裝置現場無人管理。在 30%-100%流量下，負荷調節自如、安全穩定運行。設備使用壽命長，可靠性高。公司開發德全套制氫

113、系統為 PLC 程序控制全自動運行。具有自動停機、自動檢測、報警、聯鎖等控制功能，做到一鍵開機的自動化水平。當 PLC 發生故障時，系統能手動操作，確保系統連續用氯。5.3 堿性電解槽部材部分企業 堿性電解槽隔膜的代表性企業 國內堿性電解槽企業使用 PPS 隔膜居多，PPS 隔膜絕大部分又依賴進口品牌供應，部分企業開始使用復合膜，隔膜生產制造企業主要有東麗（中國）投資有限公司、Agfa-Gevaert Group 及碳能科技（北京）有限公司。碳能科技的新型無機有機復合隔膜（簡稱復合隔膜），是由陶瓷粉體和支撐體組成，對標歐洲某公司的復合隔膜。復合隔膜表面納米多孔，內部為微米孔道結構，阻斷氫氣穿越

114、64 能力強，同時透過電解液離子，具有永久親水性，與進口隔膜性能相當，具有較好的電解性能和使用壽命。目前復合隔膜最大寬幅可達 2 米，可以滿足大型電解槽尺寸需求。堿性電解槽鎳網的代表性企業 安平縣輝瑞絲網制造廠（簡稱：輝瑞絲網），輝瑞絲網生產的鎳網，主要編織工藝為平紋編織和斜紋編織，抗壓能力強；采用高純鎳絲編織，鎳網的抗腐蝕能力強。堿性電解槽用鎳網目前全部國產化，企業分布在河北較多。堿性電解槽電極噴涂的代表性企業 保時來從事堿性電解槽鎳網催化劑噴涂已有二十余年，主要采用離子熔射工藝，噴涂材料目前推出第二代技術：陰極專用的鎳鉑鈉涂層，此種技術的優點是高電密、低電壓、低成本、高壽命。目前保時來正在

115、推進其 8000A/m-10000A/m第四代電極網的研發。莒納科技是新一代的綠氫電極材料與解決方案供應商。2023 年 1 月，莒納科技首款堿液電極 JA 系列產品、首條堿液電極中試產線正式發布與啟用，電流密度最高可達11900A/m，有望助力堿性電解槽單槽產氫量 3000Nm/h 以上。莒納科技的技術人員提出了下一代電解槽的性能目標：性能達到 11900A/m2.0V85C；電流密度調節范圍達到 1000-11900A/m；電密在 3000A/m情況下，直流電耗降低至 4.0kWh/NmH以下。北京盈銳優創氫能科技有限公司是盈銳源創科技有限公司旗下專業研發、生產和銷售氫能催化電極的高新技術

116、企業，從熱噴涂材料的研發生產到電極涂層設計，再到熱噴涂加工和活化全流程工藝，為電解槽設備企業提供催化電極成品和整套解決方案。公司催化電極已經電解槽廠商、科研機構、高校等多方測試，并應用于制氫頭部企業 1000 標方電解槽。65 5.4 質子交換膜電解槽企業分析 5.4.1 質子交換膜電解水制氫技術企業布局情況 布局質子交換膜電解槽的企業主要分布在中國、美國、德國和挪威等國家，除傳統專注于電解槽開發的企業外，還包括能源化工、工業氣體、電力相關、傳統汽車、內燃機、燃料電池、研究機構技術孵化等等類型企業，通過自主研發、參股或收購等手段來實現布局，加速企業轉型，且多集中在近幾年完成布局。相關企業如 C

117、ummins（康明斯）、GTT（法吉泰）、Linde（林德）、MAN Energy Solutions（曼恩能源方案）、Nel、Plug Power（普拉格能源）、Rolls-Royce（勞斯萊斯）、Schaeffler（舍弗勒）、Siemens（西門子）、Toyota（豐田）、中國石化、賽克賽斯、中船派瑞氫能、中科院大連化物所、陽光電源、國家電投、上海氫器時代、氫晨科技、清能股份、金宏氣體等，具體如下表所示（排名不分先后）。表 16 質子交換膜電解槽企業（部分）1 Cummins 美國 26 中電豐業 中國 2 Elogen 法國 27 國富氫能 中國 5 H2B2 西班牙 28 廣東卡沃羅

118、 中國 4 Hitachi Zosen 日本 29 威孚高科 中國 5 Hoeller Electrolyzer 德國 30 氫晨科技 中國 6 H-TEC SYSTEMS 德國 31 清能股份 中國 7 Hystar 挪威 32 氫器時代 中國 8 iGas Energy 德國 33 青島創啟信德 中國 9 ITM Power 英國 34 鷺島氫能 中國 10 ITM Linde Electrolysis 德國 35 淳華氫能 中國 11 Nel Hydrogen 挪威 36 索拉爾綠色能源 中國 12 Siemens Energy 德國 37 融科氫能 中國 66 13 Thyssenkr

119、upp 德國 38 瑞麟科技 中國 14 Tokyo Gas 日本 39 綠航星際研究院 中國 15 Toyota 日本 40 上海澎籃新能源 中國 16 Ohmium 美國 41 率氫技術 中國 17 Plug Power 美國 42 江蘇興燃科技 中國 18 中石化石科院&燕山石化 中國 43 時代氫源科技 中國 19 中石化石油機械 中國 44 暗流科技 中國 20 康明斯恩澤 中國 45 安徽清技氫能 中國 21 賽克賽斯 中國 22 中船派瑞氫能 中國 23 中科院大連化物所 中國 24 陽光電源 中國 25 長春綠動 中國 自 2022 年下半年到 2023 年初，入局質子交換膜電

120、解水的企業越來越多，將加速質子交換膜電解水技術的商業化進程，部分企業動態如下。表 17 質子交換膜電解水企業動態（部分）2022 年 6 月 Rolls-Royce、Hoeller Electrolyzer Rolls-Royce 收購了 PEM 電解槽企業 Hoeller Electrolyzer 54%的股權，后者的創新技術將成為Rolls-Royce 動力系統部門新 mtu 電解槽系列產品的基礎，其電解槽預計于 2023 年在腓特烈港的驗證中心投入運行 2022 年 11 月 賽克賽斯 賽克賽斯的 6MW 的 PEM 純水電解制氫設備發往內蒙古金麒麟新能源股份有限公司在內蒙古打造的風電制

121、氫就地消納項目。該項目由風力發電結合 PEM純水制氫技術生產氫氣，通過高壓氣態運輸方式供給當地化工企業進行消納。實現了氫能源制、儲、運、用氫體系的商業化。67 2022 年 11 月 國富氫能與卡沃羅 國富氫能與卡沃羅聯合開發的 100Nm/h（0.5MW）PEM 電解槽正式下線，并將集成為1MW 制氫系統。該臺 PEM 電解槽為廣東省首臺PEM 電解槽，其設計依據現行國家標準和 ISO 國際標準，擁有自主知識產權，且性能對標國內領先和國際先進水平。2023 年 1 月 金宏氣體、索拉爾綠色能源 金宏氣體在 2023 年初成立索拉爾綠色能源（蘇州）有限公司，聚焦 ALK 堿性，PEM 質子交換

122、膜和 AEM 陰離子交換膜電解水制氫裝備的研發、制造、銷售和技術服務等 2023 年 3 月 嘉庚創新實驗室、鷺島氫能 嘉庚創新實驗室的“高性能百千瓦級 PEM 制氫電解槽及其核心材料”項目已通過廈門市促進科技成果轉化中心組織專家評價?；谠摽萍汲晒趸纬傻墓?，鷺島氫能已推出高性能百千瓦級 PEM 制氫電解槽產品，并在窯爐、離網制氫系統等多種場景開展應用測試，在此基礎上開發的兆瓦級 PEM 制氫系統產品也正在籌備開展應用測試工作。2023 年 3 月 Toyota Toyota 開發了使用燃料電池電堆和 Mirai 的其他技術從電解水中產生氫氣的新型電解設備。該設備將于今年 3 月在電裝福

123、島公司的工廠投入使用，該工廠將作為技術實施場所，以促進其未來的廣泛使用。5.4.2 質子交換膜制氫設備產能情況 目前質子交換膜電解槽仍處于商業化推廣的前期階段，但從相關企業的產能設計方面可以看出，各企業均較為看好未來幾年 PEM 電解槽的大規模應用，到 2025 年附近的產能規劃大部分多為 500MW 或 GW 級別。表 18 質子交換膜制氫設備產能（部分）Cummins 在美國新設工廠的 PEM 電解槽產能為 500MW，未來可擴展到 1GW，比利時工廠的 PEM 電解槽產能擴大至 1GW，并為其位于加拿大密西沙加的工廠增加了空間，還在西班牙和中國建設兩家新的電解槽工廠，每家工廠的產能為 5

124、00MW，可擴展至 1GW 68 ITM 在英國謝菲爾德 PEM 電解槽產能為 1GW Nel 到 2025 年，在美國康涅狄格州的 PEM 電解槽產能擴大為 500MW 賽克賽斯氫能 現有年產能達 50MW，在建的年生產能力達 GW 級 長春綠動氫能 建設年產百千套 PEM 制氫設備生產線（GW 級）中船派瑞氫能 年產 120 套 PEM 制氫設備 氫器時代 預期 2025 年 PEM 電解制氫裝備達到百 MW 級產能 卡沃羅 一期規劃建設 PEM 電解槽 1GW 的智能化生產線 數據來源：公開資料，勢銀（TrendBank）整理 5.4.3 質子交換膜制氫裝置應用 根據質子交換膜制氫裝置規

125、模的不同，其應用領域也不一樣。其中百千瓦級的質子交換膜制氫裝置多用于電子加工、半導體、電力、金屬粉末加工和高校實驗室等領域，MW 級以上的質子交換膜制氫裝置可用于加氫站、氫電耦合、合成綠氨、e-fuel 及其他領域。其中歐盟擬允許在 2035 年后銷售使用 e-fuel 的內燃機乘用車及輕型商用車，利于質子交換膜制氫裝置的應用。國內外相關項目大多數仍為技術驗證的示范項目，由各國政府推動或支持，雖多處于建設階段，但近期披露出的相關項目數量較多且裝機規模較大，質子交換膜電解水項目從 MW級向百 MW 級規模的發展趨勢較為明顯。2023 年 1 月 30 日，ITM Power 與 Linde 簽署

126、兩份合同，每份合同都將向 Linde 出售一套由100MW的PEM電解槽組成的制氫工廠，也是ITM Power將首次部署基于其3MEP CUBE 組成的 10 MW 標準模塊。這兩座制氫工廠將安裝在萊茵集團在德國林根的燃氣發電廠。第一座工廠預計將于 2024 年投產，第二座工廠計劃在 2025 年開始運營。69 2023 年 3 月 20 日，吉電股份發布關于公司全資子公司與長春綠動氫能科技有限公司簽訂大安風光制綠氫合成氨一體化示范項目 PEM 制氫設備供貨合同暨關聯交易的公告，合同價格為 29000 萬元，共涉及 10000Nm/h 的 PEM 電解水制氫系統，將分三批交付。同日，Cummi

127、ns 宣布，將為加拿大魁北克碳回收項目提供共計 90MW 的 PEM 電解槽，該項目由 4 個 HyLYZER-5000 組成，也將是 HyLYZER-5000 首次安裝，其制氫能力是現有 PEM 電解水制氫設備的五倍。工廠目前正在建設中，計劃于 2025 年投入運營。其他質子交換膜電解水制氫項目如下表所示。表 19 質子交換膜電解水制氫項目（部分）/MW 六安兆瓦級氫能綜合利用示范站 運行投產 中國安徽 1 氫電耦合 長江電力綠電綠氫示范項目 運行投產 中國湖北 1 加氫 金麒麟新能源公司 PEM 純水電解制氫項目 建設中 中國內蒙古 6 化工原料 大安風光制綠氫合成氨一體化示范項目 建設中

128、 中國吉林 50 綠氨 加拿大碳回收項目 建設中 加拿大魁北克 90 e-fuel 旗艦一號甲醇項目 建設中 瑞典西諾爾蘭省 70 e-fuel GET H2 Nucleus 項目 建設中 德國林根 100 化工原料 5.5 質子交換膜電解槽部材部分企業 目前質子交換膜電解槽用膜電極以 CCM 制備工藝為主，包括熱壓轉印、噴涂，刮涂工70 藝等，直涂工藝仍在開發過程中。質子交換膜電解槽企業多自制膜電極，同時第三方膜電極企業也有批量出貨。部分相關企業如下表所示。表 20 膜電極相關企業（部分）Johnson Matthey（莊信萬豐）、De Nora（迪諾拉）賽克賽斯氫能、中船派瑞氫能、中科院大

129、連化物所、長春綠動、鴻基創能、擎動科技、唐鋒能源、億氫科技、武漢理工氫電、枡水新能源、中科科創、氫輝能源、青島創啟信德新能源 莊信萬豐持續專注于開發下一代技術，包括膜電極組件(MEA)，催化劑涂層膜(CCM)，燃料電池/電解水催化劑和質子膜技術，驅動燃料電池和 PEM 電解水核心材料性能的提升。在過去的兩年中，JM 一直在建設綠氫業務。通過收購牛津的 Oxis Energy 工廠擴大產能，并宣布與行業領先企業如：Plug Power、Hoeller Electrolyzer 和 HyStar 建立合作伙伴關系，繼續發展技術產品和相關業務，JM 將繼續在綠氫領域進行深耕。中科科創依托于中科院上海

130、高等研究院人才隊伍和技術優勢，致力于自主知識產權的燃料電池電催化劑及膜電極研發、規?；a及應用。在 PEM 電解水膜電極方面，通過采用自動化程序控制噴涂的工藝制備 PEM 膜電極，可實現單片面積為 60cm60cm 的膜電極制備，相應產品已實現批量出貨，并在百千瓦的電堆上實現應用，目前正在籌劃新工藝和產線建設，將持續在 PEM 制氫方面發力。枡水新能源主要產品涵蓋 PEM 電解制氫催化劑、膜電極與氫燃料電池催化劑等，在膜電極方面已實現大尺寸 PEM 電解水制氫膜電極規模量產，最大可加工尺寸活性面積 5000cm2，年產能500m2，且正在規劃 500MW 級的膜電極產線建設。武漢理工氫電除燃

131、料電池外，自主研發面向制氫領域的 PEM 電解水膜電極，相應產品除向國內多家 PEM 電解水制氫設備企業供貨外，還出口至歐洲市場，用于當地可再生能源71 制氫工程。氫輝能源已經完成產能為 10 萬平米/年的 PEM 膜電極連續涂布生產線建設，其膜電極產已在國內外多家電解水公司的進行性能及壽命驗證，目前正小批量的給相關 PEM 電解槽公司供貨。鴻基創能在 2022 年 6 月，建設了國內首條電解水制氫 CCM 卷對卷生產線，年產能規模達到 30 萬平米。5.5.1 質子交換膜生產企業 目前質子交換膜電解槽使用的膜多為全氟磺酸均質膜，國內外使用最為廣泛的為科慕的Nafion 115 和 Nafio

132、n117 系列質子交換膜，厚度均在 100m 以上。其他如 Fumatech（富馬）、Solvay（索爾維）、AGC（艾杰旭）、東岳未來氫能、漢丞科技、科潤新材料、通用氫能、國潤儲能等企業同樣有相應產品布局。部分企業如下表所示。表 21 質子交換膜企業（部分）Chemours（科慕）、Fumatech（富馬）、Solvay（索爾維）、AGC（艾杰旭）東岳未來氫能、漢丞科技、科潤新材料、通用氫能、武漢綠動、國潤儲能 東岳未來氫能主營業務包括全氟磺酸樹脂，燃料電池、水電解和液流電池三大應用領域用質子交換膜及 ePTFE 基膜等，其水電解用質子交換膜已通過國內下游龍頭企業的技術驗證，已開啟小規模批量

133、化采購并應用于商業化項目，正在規劃設計連續化大規模電解制氫質子交換膜生產線。漢丞科技以海歸科學家為核心，以高科技為先導，主要致力于研發、生產、銷售氫能用72 含氟新材料、增強型納米微孔膜等產品，在 PEM 制氫方面，針對小型和大型電解槽分別推出了不同牌號的全氟磺酸復合膜。通用氫能的主要業務包括氣體擴散層、質子交換膜等氫能關鍵材料的研發與批量化制造。其質子交換膜和氣體擴散層（碳基）已在相應客戶處進行測試驗證?？茲櫺虏牧显跉浣】殿I域和工業制氫方面均有相應產品，其中在工業制氫上，科潤新材料已有的成熟產品主要有 NEPEM-115、117 系列膜。為提高質子交換膜電解槽效率，通過降低質子交換膜厚度來降

134、低內部的歐姆電阻損耗是未來的開發方向之一，如開發基于膨體聚四氟乙烯或聚醚醚酮等多孔支撐材料的全氟磺酸復合膜，Fumatech、東岳未來氫能、漢丞科技、通用氫能、科潤新材料等企業同樣有相關布局。但開發全氟磺酸復合膜的同時仍需保持質子交換膜的機械穩定性和氫氣滲透率，以保證電解槽的安全及壽命。部分產品指標如下表所示。表 22 質子交換膜產品指標（部分）Chemours Chemours Fumatech Fumatech Nafion N-115 Nafion N-117 FS-960-RF FS-990-PK 厚度 m 127 183 54-66 90-105 基重 g/250 360 136-1

135、42 140-180 質子電導率 mS/cm 83 83 40 60 離子交換容量 meg/g 0.89 0.89 1.15 1.11-1.22 有無增強 無 無 微孔 PEEK 織物 73 5.5.2 催化劑生產企業 催化劑是 PEM 電解槽的核心部材，其性能對 PEM 電解槽的性能影響較大，且速率控制步驟主要由在陽極發生的析氧反應（OER）決定。PEM 電解槽的陽極催化劑通常為 Ir 基催化劑，如 Ir 黑、IrO2 等，負載量在 1-1.5mg/cm2，陰極催化劑通常為 Pt/C 催化劑。PEM 電解槽催化劑可從 Heraeus（賀利氏）、Umicore（優美科）、BASF（巴斯夫）等企

136、業購買，國內中科科創、濟平新能源、擎動科技、枡水新能源、氫電中科、中自科技等企業正積極推動相應產品開發和客戶驗證，并實現小規模出貨。催化劑相關企業如下表。表 23 催化劑相關企業（部分）Heraeus（賀利氏）、Umicore（優美科）、BASF（巴斯夫）、TKK（田中貴金屬）中科科創、濟平新能源、氫電中科、擎動科技、武漢理工氫電、枡水新能源、中自科技、龍蟠氫能源、青島創啟信德新能源、中石大新能源、合肥動量守恒 中科科創在質子交換膜水電解制氫催化劑方面，先后推出了氧化銥、銥黑和銥釕黑等相關催化劑產品，并且已經具備了單批次公斤級的生產能力，且與多家質子交換膜制氫設備生產企業達成了合作和產品交付。

137、濟平新能源生產的催化劑在燃料電池和水電解制氫上都有相關應用。在水電解制氫領域，濟平新能源目前主要推廣的產品有 PEM 電解槽陰陽極催化劑和堿性電極材料，其中 PEM催化劑滿產年產能可以達到 1000 千克。在 2022 年 12 月，濟平新能源向清能股份交付了公斤級 PEM 電解催化劑。氫電中科主營產品有燃料電池催化劑和電解水催化劑，其中電解水催化劑主要包含有析74 氫的鉑和鉑碳系列催化劑和析氧的銥基系列催化劑，相關產品已經在電解水領域商業化銷售。5.5.3 氣體擴散層生產企業 氣體擴散層起到傳輸水、氫氣、氧氣、傳遞電子和為催化劑層提供機械支撐等作用。PEM電解槽的陰極氣體擴散層可為碳紙、碳氈

138、或鈦氈，而由于陽極過電位較高，陽極氣體擴散層多為鈦氈，且為防止在長期運行中鈦被氧化，導致電導率降低，其表面還需涂覆貴金屬涂層。目前 Bekaert（貝卡爾特）、西安菲爾特、浙江菲爾特、惠同新材、安泰環境等企業可提供相應產品。相關企業如下表所示。表 24 氣體擴散層相關企業（部分）Bekaert（貝卡爾特）、MeliCon GmbH（梅利夫）、GKN Sinter Metals（吉凱恩）浙江菲爾特、西安菲爾特、惠同新材、通用氫能（碳基）、中鈦國創、安泰環境、金通科技、合肥動量守恒、玖昱科技 西安菲爾特金屬過濾材料股份有限公司是另一家有能力生產質子交換膜電解槽氣體擴散層的企業。目前西安菲爾特的產品

139、處于試驗階段且已經和多家 PEM 電解槽頭部企業開展合作，對相關產品進行測試。浙江菲爾特過濾科技股份有限公司在電解水方面可提供，金屬雙極板、氣體擴散層（PEM 用鈦氈、ALK 泡沫鎳氈）、表面導電防腐涂層等相關產品。浙江菲爾特通過采用直徑為微米級的鈦合金纖維生產鈦氈。目前已建有 500 平方米/月的氣體擴散層產線。未來隨著質子交換膜制氫設備的應用推廣，浙江菲爾特會將相應產線擴建至 1 萬平方米/月。75 5.5.4 雙極板 雙極板與氣體擴散層作用類似，同樣起到傳輸水、氫氣、氧氣、傳遞電子和為催化劑層提供機械支撐等作用。PEM 電解槽的雙極板通常為鈦基雙極板，表面鍍有 Pt 或 Au 等貴金屬涂

140、層或進行其他表面處理。目前治臻新能源、金泉益、浙江菲爾特、西安泰金等企業可提供相應雙極板產品。涂層企業包括 Nanofilm（納鋒科技）、Impact Coatings（毅湃）、常州翊邁等。相關企業如下表所示。表 25 雙極板相關企業（部分）DANA（德納）、Grabener（格雷伯）、Feintool（法因圖爾）、涂層：Nanofilm（納鋒科技）、Impact Coatings（毅湃）治臻新能源、金泉益、浙江菲爾特、西安泰金、博遠新能源、三佳機械、中鈦國創、安泰環境、涂層：常州翊邁、北京實力源、上海福宜、中科邁格、匯成真空 治臻股份目前在蘇州常熟的生產基地擁有 350 萬片/年的雙極板產能

141、，為燃料電池用雙極板和電解水制氫用雙極板的混合產線，將根據公司的業務方向調整不同產品的產量。上海治臻生產的雙極板采用工業級鈦合金作為主要材料，通過沖壓工藝制備雙極板，可使用0.4mm 以下薄板，降低原材料成本，同時還開發有非貴金屬涂層技術，減少對貴金屬的依賴。深圳金泉益科技有限公司依托公司在金屬蝕刻方面的技術積累，專注于燃料電池金屬雙極板和 PEM 電解槽鈦極板的布局和生產，是國內少數可以提供 PEM 電解槽鈦板解決方案的企業之一。目前，金泉益已經具備 150 萬片/年的燃料電池雙極板產能和 7 萬片/年的 PEM電解槽雙極板產能，未來將繼續在氫能領域發力。76 西安泰金是西北有色金屬研究院控

142、股子公司，致力于成為全球綠色智能電解成套整體解決和服務方案的領跑者。在 PEM 水電解方面，已產業化的產品可滿足雙極板設計、流道刻蝕、激光焊接、鍍層處理全工藝流程，鍍層厚度 0.25m，鍍層均勻不脫落。5.6 高溫固體氧化物電解水技術部分企業 目前 SOEC 電解設備的總體產業化程度不高，推出的商業化產品較少，仍處于研發階段。相比國內，國外推出的產品數量相對較多。5.6.1 國外 SOEC 企業 目前國外可以生產SOEC電解水制氫設備的企業主要有德國Sunfire公司、美國Bloom Energy 公司和丹麥 Topsoe 等。表 26 部分國外 SOEC 企業產品介紹 來源：勢銀（Trend

143、Bank）目前國外 SOEC 企業在成本控制和生產能力方面優于我國。BLOOM ENERGY（BE）的 1kW 電堆的成本可做到萬元人民幣以下，遠低于我國的 3-5 萬元；丹麥 Topsoe 正在丹麥海寧建設世界上最大的 SOEC 電解槽工廠，年產能為 500 兆瓦，將于 2024 年投入運營。77 5.6.2 國內 SOEC 科研院所及企業介紹 國內 SOEC 行業的發展已從“實驗研發階段”進入“小規模示范階段”。越來越多的企業與高校開始布局 SOEC 賽道，部分已經推出示范項目，落地產線。下表列出國內 SOEC 相關企業及企業進展。表 27 國內 SOEC 企業產品信息（部分）78 來源：

144、勢銀（TrendBank）表 28 國內 SOEC 企業相關進展 79 來源：勢銀（TrendBank）5.7 固體聚合物陰離子交換膜電解設備部分企業 5.7.1 國外 AEM 企業 AEM 電解設備的總體產業化程度較低，仍處于前期研發階段，全球僅有少數幾家企業在嘗試將 AEM 技術商業化。意大利 Enapter 公司是少數成功生產出商業化 AEM 制氫設備的企業。Enapter 公司于2018年德國漢諾威工業博覽會上首次公布了AEM電解水模塊，制氫規模達到0.5Nm3/h。2021 年，Enapter 公司推出了 AEM 電解水制氫系統，系統由 420 個制氫模塊組成，制氫規模達到 0.5N

145、m3/h。表 29 Enapter 公司 AEM 產品參數 80 來源：Enapter Enapter 公司于 2021 年開始 AEM 產線的建設。工廠每月可以生產 10000 臺 AEM 水電解標準化模塊。2023 年 4 月，Enapter 首批水冷 AEM 電解槽 EL 4.0 交付給歐洲客戶Umstro GmbH 和 ja gasttechnology。Enapter 公司的 AEM 電解槽下游應用領域包括加氫站項目、儲能領域、住宅，以及氫發動機的測試和研究等。5.7.2 國內 AEM 企業 中國在 AEM 制氫領域布局的企業相對較少。當前，清華大學、吉林大學、山東東岳集團、山東天維

146、膜技術有限公司進行了陰離子交換膜研制相關工作，中科院大連化物所重點開展了催化劑的研發工作，中船 718 所開展了 AEM 電解槽的集成與基礎研發工作。北京未來氫能、深圳穩石氫能則在大力推進 AEM 的產業化。2023 年入局 AEM 制氫領域的企業有所增加，例如臥龍集團與德國 Enapter 公司簽署合作備忘錄，將在中國共同開展氫電解槽及相關業務。81 表 30 中國 AEM 相關企業動態 北京未來氫能科技 于 2022 年 8 月開始建設 AEM 制氫設備中試基地，包含陰離子交換膜、金屬雙極板和催化劑等關鍵部材產線 穩石氫能 2023 年 2 月，推出國內首款 2.5kW AEM 電解槽新品

147、和集成系統。公司介紹新品直流功耗為 4.3kWh/Nm，輸出壓力為3MPa，最大產氫量達 600L/h；熱啟動時可在 60 秒內達到 0-100%，冷啟動時間不超過 5 分鐘；電解槽工作壽命30000h；系統壽命可達 10 年；計劃將在 2024 年開建首個超級工廠于 2025 年正式投產；并在2026 年開建第二個超級工廠，同時擬開啟 IPO 臥龍集團 2023 年 3 月，與德國 Enapter 公司簽署合作備忘錄，將在中國共同開展氫電解槽及相關業務 承德新新釩鈦儲能科技有限公司 2023 年 4 月，攜 AE 制氫機亮相 2023 儲能國際峰會 來源：勢銀（TrendBank）82 第六

148、章 中國綠氫產業應用篇 根據國際能源署（IEA）全球氫能評論 2022，近兩年，全球氫能需求增量大部分仍來自于煉化和工業等傳統應用領域。從 2021 年消費數據看，得益于技術進步，氫能在治金、交通、電力等新應用領域的需求量雖然只有約 4 萬噸，但同比 2020 年大增 60%。到 2030年，預計這一需求將增長至約 200 萬噸。國內綠氫的下游應用也主要集中在化工等傳統領域。根據勢銀（TrendBank）的統計，從已知綠氫項目的下游應用領域來看，化工領域對綠氫的需求量最高，主要集中于合成氨和合成甲醇領域。圖 18 中國綠色氫氣應用領域分布 來源：勢銀（TrendBank）本篇將主要介紹綠氫在化

149、工、鋼鐵、儲能及發電領域的應用情況。合成氨合成甲醇煉化交通鋼鐵儲能83 6.1 化工合成 國際上主要使用天然氣作為甲醇和合成氨的主要生產原料。由于中國“富煤少氣”的能源結構，國內主要使用煤炭為生產原料。根據勢銀（TrendBank）的統計，從已知項目的下游應用領域來看，化工領域對綠氫的需求量最高，主要集中于合成氨和合成甲醇領域。合成甲醇 我國煤制甲醇的產能占到了甲醇總產能的 75%以上。2020 年中國甲醇總產量約 6500萬噸。假設 75%的甲醇來源于煤化工產業，則 2020 年煤制甲醇的碳排放約為 1.9 億噸。直接使用低碳氫與傳統工藝耦合可減少煤炭資源的消耗，并降低碳排放，截至 2023

150、 年1 月，我國綠氫制甲醇項目已達 6 項。寧夏寶豐能源項目是中國首個綠色甲醇生產項目，該項目位于寧夏寧東能源基地，利用光伏發電（200MW）制取綠氫替代煤制氫。生產的綠色氫氣將運輸至寶豐能源的甲醇合成裝置中，作為甲醇合成的原料氣之一。項目制氫總規模150MW，目前正在運行中。合成氨 我國 2020 年合成氨產量為 5117 萬噸，大約 3900 萬噸產自煤炭，估計直接和間接二氧化碳排放接近 2.2 億噸。使用低碳氫氣替代高碳排放氫氣是降低合成氨行業碳排放的途徑之一，截至 2023 年 1月，我國綠色氫氣制合成氨項目已達 22 項。內蒙古包頭市達茂旗風光制氫與綠色靈活化工一體化綠氫制合成氨（綠

151、氨）項目于 2022 年 8 月開工建設，預計投產時間為 2023 年 12月。項目預計每年生產氫氣 1.78 萬噸，合成氨年產量預計 10 萬噸；風光工廠預計每年可節約標煤 37.78 萬噸，節水 162.35 萬噸，減碳 104.96 萬噸，減少灰渣 14.92 萬噸；綠色化工預計減碳 50 萬噸。國外項目方面，Haldor Topsoe 合成氨示范項目是 Haldor Topsoe 主導的示范項目。84 目前傳統合成氨工藝的氫氣來源主要是煤和天然氣，在國外以天然氣為主要原料，在中國以煤炭主要原料。在使用煤和天然氣制取氫氣的過程中，二氧化碳作為副產物之一將大量生成并排放到大氣中。在碳中和的

152、大背景下，Haldor Topsoe 使用德國和丹麥海岸附近豐富的風電資源，配合 SOEC 水電解制取綠色氫氣替代傳統的天然氣重整制氫。值得一提的是，SOEC 設備運行時所需要的的熱能由合成氨反應時釋放的反應熱提供。由于氨的合成是放熱反應，通過利用氨合成塔的余熱加熱原料水可以達到提高能源效率的目的。SOEC 電解設備由將由 Haldor Topsoe 自行研發和生產。圖 19 Haldor Topsoe 合成氨工藝示意圖 來源：Haldor Topsoe SOEC 不僅可以生產氫氣，還能起到分離空氣中氧氣和氮氣的作用。氧氣在 SOEC 的陰極得到電子后轉化成氧離子，并通過氧離子電解質移動至陰極

153、。最終，氮氣會和水電解生成的氫氣一起組成合成氣進入到下一工序，而空氣中分離出的氧氣則會和水電解產生的氧氣一起在陽極作為副產品收集起來。因此，Haldor Topsoe 公司在綠氫合成氨工藝中取消了空氣分離裝置。圖 20 合成氨工藝中 SOEC 運行示意圖 85 來源：Haldor Topsoe 按照 Haldor Topso 的工藝路線，使用 SOEC 生產綠色氫氣，慢慢代替傳統制氫方式，即可以減少碳排放，又可以省去空氣分離設備的投資，將成為未來合成氨工藝的方向之一。6.2 鋼鐵冶煉 傳統的鋼鐵冶煉技術使用焦炭作為鐵礦石的還原劑。因此，在鋼鐵冶煉過程中，二氧化碳作為生產過程的主要產物之一被大量

154、排放至外界環境中。鋼鐵行業要實現大幅碳減排，需要對傳統冶煉工藝進行創新性變革，氫能在冶金領域的創新與應用，將推動傳統“碳冶金”向新型“氫冶金”轉變，國內企業如寶武、河鋼、鞍鋼正在推進相關研究與示范。受制于氫存儲和經濟性問題，國內氫冶金多以研發示范為主，尚未有正式運營的商業化項目，相關項目進展較慢。國內項目方面，位于內蒙古的國際氫能冶金化工產業示范區項目已簽約，將建設 5GW的風力發電，1.5GW 的光伏發電和年產 30 萬噸的水電解制氫項目。在冶金方面，項目以綠氫為還原劑，建設 2*55 萬噸直接還原鐵項目和 80 萬噸的鐵素體不銹鋼項目；在化工方面，項目以綠氫為原料，建設年產 120 萬噸的

155、綠色氨項目。國外項目方面，GrInHy2.0項目是德國第二大鋼鐵生產公司薩爾茨吉特（Salzgitter AG）和德國 SOEC 設備制造企業 Sunfire 公司聯合參與的綠色鋼鐵生產示范項目。通過使用薩86 爾茨吉特發明的綠色低碳鋼鐵冶煉工藝（SALCOS），鐵礦石將被氫氣直接還原成海綿鐵，并用于后續的鋼鐵生產。生產過程中將不再產生二氧化碳，作為副產物的水在經過凈化提純后也可以重復利用，對環境的影響更低。在氫氣產量較低時，工藝中也會使用一定數量的天然氣進行替代。在 GrInHy2.0 項目中，用于還原鐵礦石的氫氣由 SOEC 電解裝置生產。由于 SOEC 的工作溫度在 800左右，原料水需

156、要提前加熱。鋼鐵廠在冶煉過程中會產生很多的余熱蒸汽，使用廢熱生產 SOEC 所需的水蒸氣，可以有效提高能源利用效率，減少總能源投入，是因地制宜的典型案例。SOEC 電解設備由德國 Sufire 公司提供，電解槽總功率達到 720 千瓦。圖 21 GrInHy2.0 項目流程示意 來源：薩爾茨吉特 GrInHy2.0 項目的 SOEC 設備已于 2020 年 12 月正式投產。目標是到 2022 年底 SOEC能至少運行 13000 小時，以每小時 18 千克的生產速率，生產 100 噸左右的高純氫氣，并將 SOEC 的氫氣生產能耗保持在 40 度電（交流電）每千克氫氣以下，生產成本保持在 7

157、歐元每千克氫氣以下。目前，據薩爾茨吉特公司估測，公司的每年二氧化碳排放量在 800 萬噸以上。如果未87 來公司所有產線全部使用綠色低碳鋼鐵冶煉工藝，公司的二氧化碳排放量預計能減少 95%，可以為減排做出巨大貢獻。6.3 儲能和發電 受制于經濟性和大規模應用的技術限制，目前綠氫用于儲能和發電的項目較少。氫儲能發電主要分為發電側、電網側、用戶側的應用，各領域示范應用進展如下：發電側 氫儲能發電在發電側的應用價值主要體現在減少棄電、平抑波動和跟蹤出力等方面。位于內蒙古的“三峽烏蘭察布新一代電網友好綠色電站示范項目”是國內首個“源網荷儲”示范項目。2022 年 8 月，項目包含的 6 臺發電設備已交

158、付。電網側 氫儲發電在電網側的應用價值主要體現在為電網運行提供調峰容量和緩解輸變線路阻塞等方面。位于安徽六安的兆瓦級固體聚合物電解水制氫及燃料電池發電示范工程，由國家電網安徽綜合能源服務有限公司投資建設，于 2021 年 9 月 10 日正式滿負荷運行調試成功，首次實現了我國兆瓦級氫儲能發電在電網領域的應用。位于河北張家口的 200MW/800MWh 氫儲能發電工程是獨立核算的發電項目，已列入 2022 年河北省電網側獨立儲能示范項目清單。分為兩期建設，其中一期建設總裝機容量100MW/400MWh，二期總裝機容量 100MW/400MWh；項目建設期為 2 年，是目前全球最大的氫儲能發電項目

159、。用戶側 氫儲能發電在用戶側的應用價值主要體現在參與電力需求響應、實現電價差額套利以及88 作為應急備用電源等方面。位于廣東佛山的“中日韓智慧能源產業基地項目”為全國首座氫能進萬家智慧能源示范社區項目，按照規劃，該社區一期工程依托現有城市氣網，將從天然氣管網向混氫天然氣管網最終向氫氣管網演變。而二期項目將采用光伏制氫，不再使用城市的燃氣和電網，小區里面的住戶也不用再繳納電費和燃氣費，推動小區最終實現碳達峰、碳中和。當前，氫能在我國發電側的應用以“電-氫”單向轉換為主，受制于經濟性和大規模應用的技術限制，氫發電在發電側的應用較少；在電網側，氫能的應用通常需考慮“電-氫-電”雙向轉換，氫發電平準化度電成本相當高昂，同樣限制了氫發電在電網側的示范應用；在用戶側，由于我國居民電價和工商業電價較低，氫發電在住宅和商業用戶端將在很長時間內難以具備經濟性優勢；相反，利用化工副產氫通過燃料電池發電和供熱，在一定條件下已初步具備經濟性。未來，預計工業領域的應用將成為我國氫發電產業的主要增量市場。