为什么说绿氢电解槽赛道爆发在即，到2025年我国氢能产业规模有望接近7000亿元？电解槽全球竞争格局及国内市场情况如何？又有哪些投资机会？ 平安证券新能源资深分析师皮秀带来“商业模式起步，绿氢初试锋芒——氢能全景图制氢篇”主题分享，以下是嘉宾部分观点，扫码即可回看全部会议内容！
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绿氢电解槽赛道爆发在即，增长空间广阔
氢能属于一种二次能源中的含能体能源，它和风光等一次能源属于互补而非竞争的关系。未来有望去替代柴油、汽油等含碳会产生二氧化碳和污染物质的一些能源，形成比较清洁的能源替代方案。氢能本身的开发和应用对促进节能减排、保障能源安全具有战略意义。节能减排的应用端角度来看，氢能是一种优质的二次能源，燃烧更为清洁，不存在污染物，同时也具有加注和应用更为迅速，效率更高的一些优势。从供给侧能源安全的角度看， 氢能可以以水为原料制取，储量丰富，同时使用风电、光伏电解水制氢可以解决弃风弃光的消纳问题，从而进一步去推动风电、光伏等可再生一次能源的应用。应用现状来看，目前氢作为能源应用的普及程度不高，主要作为工业原料使用。2021年全球氢气需求超过9400万吨，其中我国的需求占了大概30%。
2022年3月国家发改委、能源局发布《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，明确了氢能的战略地位，并提出了氢能产业一系列发展目标。政策的重视和认可将推动氢能产业开启新篇。 从各地方政府氢能发展规划目标来看，到2025年我国的氢能产业规模有望接近7000亿元。产业方面，氢能领域在供应端技术有望持续突破，基础设施建设更加完善，同时应用端的万亿市场也有望加速爆发。
氢能产业链主要包括制氢、储运、加注和下游应用四个环节，其中制氢属于上游环节。制氢环节的清洁和降本是推动氢能产业链整体大规模发展的关键。制氢环节参与者方面，我们根据化石燃料制氢、工业副产氢和电解水制氢三大技术路线里设备环节、材料环节以及具体制备环节的主要参与者都进行了梳理。目前来看，三种制氢路线共存，但是可再生能源电解水制氢是终极路线。成本仍然是制约电解水制氢普及的瓶颈因素，它的规模化应用还需要产业链各环节去综合推动降本。
图片来源：平安证券研究所
产能现状来看，全球氢气产能还是以化石燃料制氢为主，占据了2021年产量的80%以上。清洁制氢包括电解水和结合CCUS的化石燃料制氢都占比不到1%。IEA预测到2030年，全球氢气产量将达到1.8亿吨，其中主要 增量产量将由电解水制氢满足，将由2021年不到4万吨大幅增长至6170万吨，有非常广阔的增长空间，清洁制氢方案将成为未来的主流趋势。全球市场现状来看，电解水制氢已经步入快速增长期，2021年全球新增装机209MW，同比增长2.4倍。IEA估计，2022和2023年全球制氢电解槽的新增装机将分别达到0.9GW和4.1GW。全球电解槽产能，IEA统计2021年全球电解槽总产能8.0GW/年，其中欧洲和中国产能占比达到了全球的80%。IEA预计，2023和2025年全球电解槽总产能将分别达到21.5GW/年和45.1GW/年，仍然是由欧洲和中国引领电解槽产能的增长。
国内市场现状来看，2022年全国的电解槽出货量达到722 MW，同比翻倍增长。 今年一季度招标量来看，国内氢电解槽招标量预计达到452 MW，相当于2022年全年出货量的60%，已经超过2021年全年的出货量。整体来看，绿氢电解槽赛道已经是一个爆发在即的状态。
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电解槽全球竞争格局及国内市场情况
电解水制氢主要有四种技术路线，分别是碱性电解（ALK）、质子交换膜电解（PEM）、固体氧化物电解（SOEC）和阴离子交换膜电解（AEM）。碱性电解是目前技术最成熟的方案，设备成本已经比较低，但是局限性采用强碱作为腐蚀性液体，会有一定的污染性，同时运维成本比较高，理论效率也会低于PEM和SOEC等路线。装机容量看，碱性电解是目前的主流路线，同时PEM路线也有比较好的成长潜力。根据IEA数据显示，2022年全球碱性电解槽累计装机量至少为727MW，占总装机规模一半以上。PEM电解槽装机占比不断提升，2022年累计装机至少为366MW，同比增长近两倍。2023年累计装机量有望接近碱性电解槽，超过1GW。PEM、SOEC和AEM方案都具有非常优良的降本增效潜力，未来随着技术成熟也会有比较好的应用空间。
图片来源：平安证券研究所
碱性电解槽从结构上来看，由多个电解小室堆叠构成，电极、隔膜和密封垫片是关键材料，占据成本最高的部分是电极和极板，分别占成本的28%和44%。材料环节的性能对电解的效率有比较大的影响，所以具有比较高的壁垒。趋势上看，碱性电解槽存在明显的“大标方”趋势，就是提高单槽制氢量的趋势。目前主流厂商都已经推出单体产量在1000标方以上的“大标方”电解槽。 要实现“大标方”电解槽的生成，制造工艺、集成能力和关键材料技术都构成了技术壁垒。
PEM电解槽采用质子交换膜作为电解质，结构和性能具有一定的优势。一方面，它替代了碱性电解槽使用的隔膜和液态电解质，导致内阻更小，所以理论的效率更高，同时内部结构更为紧凑，占地面积也会更小，规模选择更为灵活。然而，PEM电解也是在强酸性环境下进行，需要使用贵金属催化剂，导致成本控制存在一定难度。PEM电解槽关键原材料还有待国产化。目前国内PEM电解槽产业规模较小，主要原因是关键材料质子交换膜生产技术由外国巨头垄断，成本和供应链上均面临一定的压力。此外，PEM电解槽使用的贵金属催化剂也存在进口依赖性。 国内PEM电解槽产业的发展需要国产关键材料环节的进一步突破。
全球产能布局来看，中国和欧洲企业产能规模领先，主要参与者也存在积极扩产趋势。2022年11月BNEF发布的估计，2022年底全球电解槽产能Top20企业产能共计达到14GW，其中中国企业占据了8家，产能共计6.7GW，以ALK路线为主；2023年底，预计全球电解槽产能Top20企业产能将达到26.4GW，同比增长89%。可以看到中国和欧洲企业在竞争实力和产能规模上比较领先，同时也存在积极扩产的上升趋势。 国内竞争格局来看，2022年我国电解水制氢设备出货量达722MW，Top3厂商总计出货527MW，市占率合计占73%。同时也可以看到，市场玩家有增加的趋势，国内市场集中度会有所下降，市场本身仍然处于高速成长、竞争格局尚未确定的阶段。
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关注电解槽和材料环节投资机会
国内参与者方面， 新能源上市公司积极布局，技术实力已经做到业内非常领先，同时非上市公司也都有非常扎实的积累，实力十分强劲。我们对比了海内外头部电解槽企业的产品参数，碱性电解槽方面，由于技术已经非常成熟，国内外企业都有非常出色的技术实力。从电耗来看，国内外头部企业单位电耗都已经控制在3.8-4.4度电煤标方的范围，电耗表现优于理论效率更高的PEM电解槽。从系统规模来看，国内头部企业制氢规模高至1500-2000标方每小时，国外NeL制氢规模甚至可以达到2400-3880标方每小时。可以看出，现有的设备在大标方和低电耗上已经做到了比较出色的水平，可以满足大规模制氢需求，助力绿氢逐步实现经济性。
PEM电解槽方面有非常优良的潜力，国内企业尚存一定的追赶空间 。目前国外头部企业PEM产品电耗在4.5-5千瓦时每标方，低于国内产品的5.4千瓦时每标方，系统规模最大可以超过2000标方每小时，高于国内企业目前300-500标方的水平。国内企业在PEM路线上仍然存在追赶空间。虽然目前来看PEM电解槽的电耗水平仍然高于碱性产品，但是它理论效率更高，电耗下降潜力大；同时PEM电解槽自身也可以看出结构紧凑，单位占地面积更小，且负荷调节范围较碱性解槽更宽，具有优良的灵活性，在特定场景下或将存在一定的不可替代的优势。
最后总结下，我们看好氢能未来的发展空间。随着各国更大力推广绿电制氢和氢能应用，氢能有望实现大规模发展，并广泛应用于工业、交通、电力、建筑等领域。制氢环节目前三大路线并存，绿氢蓄势待发，成本是制约绿氢推广的瓶颈因素。 但是经过我们测算，国内现有的绿氢项目通过部分绿电自供、外购部分低价绿电+长时运营的模式，并通过大规模采购控制电解设备成本已经可以实现经济性。比如中石化库车绿氢项目单位执行成本可以低至12.93元/千克，接近工业副产氢甚至煤制氢的水平。目前绿氢产业整体进入高速增长期， IEA预计2023年全球制氢电解槽新增装机有望达到4.1GWW，同比增长356%。绿氢主要的壁垒环节在电解槽和材料环节，国内企业目前已经具有一定的技术实力，但是在PEM领域还有提升空间。国内市场除了直接参与的企业外，也有诸多新能源上市公司积极入局，未来有望成为第二增长曲线。
投资建议方面，绿氢产业爆发在即建议关注电解槽和材料环节。具体来看，我们建议关注上市公司中电解槽环节具备技术实力的标的、电解槽弹性标的和材料环节具备潜力的企业。风险提示方面，首先是绿氢需求增长不及预期风险；其次国内企业技术突破可能不及预期风险；第三是国内市场环境发生变化的潜在风险。
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