全球氢能已进入产业化快速发展新阶段，欧美日韩等 20 多个主要经济体已将发展氢能提升到国家战略层面，相继制定发展规划、路线图以及相关扶持政策，加快产业化发展进程，氢能产业热度持续上升。本文将从政策、市场、技术 3 大层面出发，全面梳理氢能产业发展现状并对 2023 年发展趋势作出展望。
氢能产业发展现状及 2023 年发展趋势展望（一）从政策和市场层面进行了分析，本文从技术层面进行分析。
电解槽技术路线分析：碱性电解槽是目前主流，PEM 电解槽降本是关键
国家发改委发布的《氢能中长期发展规划》提出至 2025 年可再生能源制氢量达到 10～20 万吨 / 年的目标，将“绿氢”作为新增氢能消费的重要组成部分，实现二氧化碳减排 100～200 万吨 / 年。
因为之前市场普遍认为绿氢成本实现平价是在 2030 年前后，进入“碳中和”阶段“绿氢”才会大规模上量。但随着 2025 年政策目标的明确，预计可再生能源制氢的推进也将提速。
目前全球成熟的电解水制氢技术，主要是碱性电解和 PEM 电解两种方式。两者的成本构成也有明显的区别，PEM 电解水制氢的绝对成本高，主要是双极板、膜材料以及铂、铱等贵金属催化剂材料，成本明显高于碱性电解槽。
比较目前主流的电解水制氢技术以及有发展潜力的技术，我们按照技术路线演进的时间线进行展望：
碱性电解水技术凭借成本低、技术成熟度高的优势，目前在国内是主流路线，预计将会长期占据电解水制氢技术的主导地位。
PEM 电解水技术目前已经初步形成产业化并在部分地区建设示范应用，随着技术的进步和成本的下降，预计最快将在 2025～2030 年形成规模化应用。
固体氧化物水电解技术（SOEC）目前理论上能量转换效率最高，采用固体氧化物作为电解质材料，可在 400~1000℃高温下工作，可以利用热量进行电氢转换，具有能量转化效率高且不需要使用贵金属催化剂等优点，也有望成为未来技术的发展方向，预计在 2030 年之后可逐步应用于规模化的可再生能源制氢。
“绿氢”技术路线分析：生产降本路径明确，2030 年有望全行业实现平价
现行技术条件下电解水制氢成本较高，其中主要包括电费成本，设备折旧成本、人工费用等。
随着技术的进步以及自动化生产，设备成本会逐渐下降；提升设备使用时长从而提升氢气产量的方式也可以摊薄设备的折旧成本和其他固定费用。
此外，占比电解水成本较高的电价也会随着光伏、风电等可再生能源的发展持续下降。
2021 年在“双碳”目标提出之后，国内电解水制氢项目规划和推进逐步加快。目前国内的电解水制氢路线以碱性电解槽为主，主要是碱性电解槽技术路线成熟，成本具有显著优势。PEM 电解槽由于成本高，商业推广依然需要时间，而且从目前的国内商业模式下，PEM 槽的技术优势并不明显。
从国内项目规划而言，绿氢的下游应用主要包括化工、燃料电池车、热电联供等储能领域。
从经济性和现有市场规模看，化工原料是绿氢最主要的利用途径，这是因为：
首先，绿氢制取在大部分还是在化工园区进行。安全监管层面，氢气历史上长期作为危险化工品被管理，因此在大部分省份氢气的生产只能在化工园区进行，将制取的氢气直接提供给园区化工企业使用，减少了运输成本，经济性可以最大化。
其次，化工用氢需求大，商业模式稳定。传统上部分化工生产路线生产需要加氢，之前都是化石能源制取的氢气作为氢源，替换成绿氢既可以帮助化工生产过程减碳，又不需要额外的转换工艺，因此有稳定的市场需求。
而绿氢其它领域的应用，目前的经济性和商业模式还在探索过程中。由于新能源发电的波动性以及电解槽响应时间的缺陷，且电网目前很难为化工园区的制氢项目接入专线，所以目前国内碱性电解槽较为理想的应用模式还是直接利用网电作为电解槽用电来源，同时利用配套新能源电站的电量对冲网电成本，类似模拟结算的方式确认用电成本。这样一方面可以保证电解槽运行的持续性，另一方面通过自身低成本的新能源发电来降低电解综合用电成本，有助于降低绿氢的制取成本。
在这种模式下，我们测算目前碱性槽平均的电解电价约 0.35 元 /kwh，对应制氢成本在 24.07 元 /kg。如果制氢项目配套的新能源电站发电小时数较高，比如风光互补的新能源电站，向电网贡献的电量更多，电解综合用电成本也会更低，预计较低的电价成本可以达到 0.25 元 /kwh，对应的成本大约可降到 20 元 /kg 以内，大约对应 17.07 元 /kg，基本与化石能源制氢中的高成本路线持平，但目前仅有少部分企业可以达到这一水平。我们判断至 2030 年，行业平均的用电成本可以降至 0.25 元 /kwh，实现与化石能源制氢成本的平价。
但上述模式（化工园区制氢 + 新能源电站与制氢项目位置分离）对 PEM 电解槽制氢并不友好，因为直接采用网电制氢无法发挥 PEM 电解槽响应快的优点。
不过长期看，随着现场制氢的逐步松绑、特殊场景下制氢项目（如海上风电或者边远地区氢储一体等）的增加以及未来制氢项目配套电网专线等场景的推广，预计 PEM 电解槽的效率和利用小时的优势都将得到有效发挥。我们预计至 2030 年 PEM 电解制氢成本也有望回到 20 元 /kg 内。
总结而言，碱性电解槽降本的主要方式是增加电流密度、降低膈膜厚度、提升催化剂的比表面积以及改进使用传输层 (PTLs)，综合延长设备使用时间，降低电价等；PEM 电解槽降本的主要方式是降低贵金属催化剂载量以及寻找其他高比表面积的催化剂、改进膜技术、扩大生产规模等。
我们预计两类绿氢制取路线的制氢成本在 2030 年前后都可以实现与化石能源制氢成本的平价。
目前国内主流电解槽企业规划产能接近 9.5GW。我们将交通、工业等主要耗氢领域的氢能需求进行分拆测算（交通领域的预测主要以前文氢能车、船舶、飞机数量为基础，按照目前单位交通设备耗氢量加总预测；工业领域耗氢主要假设 2025/2045 年化工领域对氢能需求保持不变，2045 年氢能对传统工业用化石能源替代率达到 20%），预计 2025/2045 年氢气需求分别为 0.27/ 1 亿吨，假设绿氢占比分别在 3%/50%，对应的电解槽需求量分别为 11/900GW，假设两个阶段电解槽单价分别为 2500/1500 元 /kw（碱性电解槽和 PEM 电解槽价格加权），对应电解槽的市场规模分别为 281/13505 亿元，预计电解槽市场规模在 2025 年可接近 300 亿元，2040～2045 年可破万亿元。
因此电解槽赛道也成为 2022 年以来一级股权投资的新热点领域。
氢能储能分析：经济性尚未显现，但大规模、长周期场景下具备可行性
氢能是一种理想的能量储存介质，主要的优势在于可以为多种能源之间的能量与物质转换提供解决方案。
通过 PTG（Power to Gas）技术，可在一定程度上解决可再生能源消纳及并网稳定性问题。在风力条件好或者光照时间长的季节，如夏季，将多余的电量电解水制氢，在电力供应不足的季节，则使用储存的氢通过燃料电池发电，提供电能。
此外，氢气也可直接作为燃料，混入天然气中进行混烧或在纯氢燃气轮机中直燃。
作为储能的中间载体，氢能储存再释放能量的过程可以用多种形式：燃料电池发电、氢燃气机组发电或者氢气直接燃烧释放能量。但各种转化方式对应的效率不同，也造成了储能经济性的差别。
我们认为，未来在大型新能源电站等大规模的储能场景下，通过固体氧化物燃料电池（SOFC）发电或是储能转化的理想途径。SOFC 与其他技术相比具有四大优势：
原材料成本低：SOFC 电池材料无需使用铂、铱等贵金属催化剂，对氢气的纯度要求也不高，综合原材料成本相较于质子交换膜电池低；
发电效率高，SOFC 的能量转换效率高，目前国内研发的电池产品，效率可达到 60% 以上，高于质子交换膜；
余热可利用，SOFC 发电产生大量余热，可用于热电联供，整体效率可达到 80% 以上；
安全可靠，SOFC 使用全固态组件，不存在漏液、腐蚀等问题，因此电池的工作表现更加稳定可靠。
目前 SOFC 还处于商业化初期，国外领先厂商主要包括美国的 Bloom Energy 公司、日本三菱日立电力系统公司、日本京瓷、德国博世等。国内厂商中，最早开始研发生产 SOFC 的是潮州三环（集团）股份有限公司，公司于 2004 年开始开发生产 SOFC 隔膜，2012 年开始批量生产 SOFC 单电池，2017 年推出 SOFC 电堆产品，其领先产品 2022 年 6 月已通过第三方认证机构 SGS 检验，交流发电效率达到 64.1%，热电联供效率达到 91.2%，主要技术指标已达到国际先进水平。
如果按照上述 SOFC 的发电效率，以“电—氢—电”的转化过程计算，整个流程的效率约为 45%。假设新能源发电成本为 0.35 元 /kwh，经过电解水制氢，度电的成本变为 0.78 元 /kwh(考虑电解水制氢 70% 的转化效率及 SOFC64% 的发电效率)，电解过程中的制造费用及折旧成本度电大约承担 0.07 元 /Kwh，度电分摊的压缩储存成本约为 0.006 元 /Kwh，氢气储存成本对应为度电 0.05 元 /Kwh；此外假设发电用燃料电池功率为 250kw，利用小时数为 2000 小时，最低成本预期对应的利用小时数在 3000 小时。
由此测算，目前技术下，氢气储能的成本在 1.48 元 kwh 左右；如果度电成本降至 0.2 元 /kwh，氢能储能的成本可以降至 0.88 元 /Kwh。
如果使用弃风、弃光的电量，并考虑 SOFC 发电过程中的余热回收，氢能储电的经济性和可行性还有望进一步强化。我们预计 2023 年在政策的推动下，绿氢项目将从示范项目逐步向商用拓展。
在“双碳”目标的减碳场景下，绿氢有丰富的应用场景。一方面可以与新能源电站配合，发挥氢能储能的作用，另一方面，在工业领域，氢能也可以作为减碳的工具。
工信部发布的《“十四五”工业绿色发展规划》明确提到了推进“绿氢开发利用”等新型污染物治理技术装备基础研究，以及在炼化工业中推广“绿氢炼化等绿色低碳技术”。
我们预计随着绿氢成本的不断降低和供给的不断增加，2023 年绿氢需求将有显著扩张，主要增量来自于化工企业和工业领域大型国企减碳的示范项目。
绿氢项目的增加有望直接带动对电解槽的采购需求，我们预测 2023 年电解槽需求量有望达到 3GW 的规模，对应市场空间在 50～60 亿元，有望成为除 FCEV 之外的氢能第二大子行业。
（图片来源：veer 图库）
来源 / 氢能产业调查
