|
吴毅芳，施浩，周永智，吴阳群，吴芝
（嘉庚创新实验室，福建厦门361000）
摘要：本文基于氢能战略背景下的绿氢需求高速增长的发展预期，聚焦与氢能密切相关的制氢（绿氢）电解槽市场。从市场规模、市场特点、市场主体等维度，对制氢电解槽市场的发展情况进行了梳理和总结；并结合全国各地氢能战略和项目的落地进展，提出制氢电解槽装备市场发展趋势和装备企业发展面临的挑战；基于预判，对制氢装备（电解槽）企业发展提出相关建议。
《氢能产业发展中长期规划（2021～2035年）》提出氢能是未来国家能源体系的重要组成部分、是用能终端实现绿色低碳转型的重要载体，是战略性新兴产业和未来产业重点发展方向。在能源安全和碳达峰碳中和目标双重需求的推动下，发展以氢为载体的新型储能（广义储能），促进可再生能源大规模消纳，以绿电制取绿氢、绿氨、绿醇，支撑工业、能源（交通、电力、建筑）等各领域深度脱碳，已获得各界的认同和支持。2022年以来，我国氢能产业进入快速发展期。绿电制绿氢是可再生能源向其它能源形式和材料转化的关键，相关技术、材料和装备的高水平发展是氢能实现高质量发展的重要前提。上游绿氢的制备，是我国氢能产业发展的根基，绿氢电解槽装备是上游制氢技术、材料和器件的系统集成，在氢能发展需求的推动下，该市场正在快速形成，规模和主体数量快速增长。
一、氢能战略背景下绿氢需求高速增长
当前，世界主要国家都在制订氢能产业发展计划，投入巨额资金，积极推动先进氢能技术研发和产业化，抢占国际氢能科技和产业竞争领域的制高点[1]。据中国氢能联盟统计，全国各省市出台的“十四五”规划涉及氢能产值目标在2025年和2035年分别达到1万亿和1.9万亿（数据对比：光伏产业经过10余年的发展，2022年全国行业总产值首次突破1.4万亿）[2]，远超国家层面的规划目标。
根据氢能生产来源和生产过程中的碳排放情况，氢能分为灰氢（化石燃料制氢，高碳排）、蓝氢（灰氢基础上引入固碳技术，低碳排）、绿氢（可再生能源电解水制氢，零碳排）[3]，成本决定了各类氢能的发展趋势。现阶段，灰氢占据市场主流，占比达到95%；长远来看，随着碳排放成本增加(碳关税、碳交易)、风光发电规模应用降低用电成本、以及制氢装备成本的持续下降，灰氢将不再具备价格优势，绿氢将占据市场主流，绿电制氢将成为消纳风光大基地新增发电量的主要方式之一。据《中国2030年“可再生氢100”发展路线图》预测，2030年我国氢气的年需求量将达到3700万吨左右，其中，绿氢约770万吨，占比21%；2060年我国氢气的年需求量将增至1.0亿吨～1.3亿吨，其中，绿氢约0.75亿吨～1.0亿吨，占比达75%，按照未来每千克绿氢售价10元计算，仅绿氢销售市场年规模便达到万亿级。
二、政策推动下制氢电解槽市场加快形成
电解水制氢作为绿氢上游产业，是绿氢产业发展的重要基础，电解槽作为电解水制氢的核心设备，是绿氢上游产业发展的风向标。按照不同的技术路线[4]，电解水制氢包括碱性电解水制氢（ALK）、质子交换膜电解水制氢（PEM）、固态氧化物电解水制氢（SOEC）、阴离子交换膜电解水制氢（AEM），其中碱性电解水制氢技术成熟度最高，成本最低，是目前国内可再生能源制氢项目的主流路线，已实现商业化应用；质子交换膜电解水制氢相比于碱性电解水制氢，电流密度高、体积小重量轻，目前设备和催化剂材料成本较高，处于商业化初期阶段，未来随着成本的下降，将成为主流制氢技术。
近二年，我国进一步明确氢能发展定位和路线，氢能产业迎来快速发展，多地出台氢能发展规划和补贴细则，绿氢示范项目加快立项和建设，在政策支持和示范项目带动下，以碱性电解槽为代表的电解槽市场初期商业化模式基本形成，电解槽需求快速增长。基于《中国2030年“可再生氢100”发展路线图》，按照目前主流碱性电解槽年平均运行4000小时计算，电解槽装机规模在2030年和2060年预计达到108GW和1050GW；若电解槽实现年平均运行6000小时，2030年和2060年装机规模预计将达到72GW和933GW。
根据光伏、锂电池的市场形成和发展规律，2022年至2025年将是电解槽市场尤其是碱性电解槽市场快速崛起的重要时间窗口，市场呈现的发展特点如下：
1.从全国范围来看，2022年被广泛认为是国内氢能发展元年，相应的电解槽需求和市场快速跟进。根据公开的中标信息统计显示，2022年市场中标电解槽规模达到613MW，较2021年（111MW）提高了452%；2023年1～6月，中标电解槽约597MW，同比增长近30%，受新疆维吾尔自治区库车绿氢示范项目电解槽中标260MW拉动2022年同期基数较大。
2.从地域分布来看，电解槽主要用于可再生能源制氢项目，集中于可再生能源丰富的“三北”地区，其中内蒙古项目最多、投资最大。据不完全统计，2022年各地立项的51个制氢项目，有17个项目拟建在内蒙古，项目占比33%；内蒙古项目合计投资金额约270亿，投资占比29%。
3.从应用场景来看，电解槽应用领域与氢能一致，工业和交通是电解槽的主要应用场景，这也是目前可再生能源制氢示范项目的主要涉及领域。据不完全统计，2022年全国审批立项的绿氢合成氨、甲醇等工业场景的示范项目共28个（部分项目为多个应用场景叠加），用于加氢站等交通领域的示范项目共22个（部分项目为多个应用场景叠加），涉及绿氢发电的项目共12个（部分项目为多个应用场景叠加）。
4.从制氢技术路线来看，基于运行稳定性、设备成本和维护成本等综合考量，产业化示范项目普遍选择技术较为成熟、成本较低的碱性电解槽，通过整理2022年公开的电解槽中标信息显示，碱性电解槽占比达到了95%以上；基于技术研究和初步验证需求，高校和部分能源领域央企、国企，会在科研和小型示范项目中选择PEM电解槽或碱性电解槽、PEM电解槽按比例混合搭配，目前大安风光制绿氢合成氨一体化项目是国内PEM电解槽装机规模最大的示范项目，PME装机50MW,与195MW碱性电解槽共同用于绿电制氢。
5.从项目投资方来看，国内氢能示范项目投资单位主要来自发电和新能源领域，央企、国企、民企都有涉及。据不完全统计，2022年至2023年6月底，全国共立项可再生能源制氢项目102个，其中“五大四小”发电集团（国家能源集团、中国华电、中国华能、国家电投、大唐集团以及华润电力、国投电力、中广核集团、三峡集团）及其子公司和控股公司作为投资单位的项目有35个，占比达34%。
三、制氢电解槽市场主体概况与市场变化趋势
在发展氢能的政策导向和迅速放量的电解槽市场双重驱动下，电解槽装备市场主体经历着从寡少走向多元、从垄断走向竞合的快速变化，目前各主体在需求扩张和市场竞争的双重压力下，正逐步从竞合走向各自成团发展，竞价圈地的白热化竞争模式将紧跟市场的高速增长加快形成。据不完全统计，制氢电解槽设备和相关产业链企业注册数量已超200家[5]，但整体仍呈现较为明显的梯度分布和发展特色。据高工产研锂电研究所披露（见表2）[6]，2022年市场电解槽出货量前三（中船派瑞氢能、考科利尔竞力和隆基氢能）的企业占据电解槽总市场的80%，结合对千里马招标网2021年～2023年6月期间公开发布的制氢电解槽（不含EPC承包项目）中标主体的跟进，发现市场前10的主体主要有三类，一类是早期入场、以氢能装备为主营业务且具备技术优势的传统公司，前期主要通过定向项目合作占领市场，如中船七一八所、中船派瑞氢能、考科利尔竞力等；第二类是从光伏、风电等新能源电力行业跨界入局的公司，从与绿氢示范应用相关的新能源项目和关键技术优势入手，迅速破局获得一定的市场空间，如阳光电源；第三类是装备企业与示范项目投资方存在股权关系，投资方采用单一来源采购，通过示范项目为装备企业提供订单支持，如深圳市凯豪达制氢设备有限公司。
作为高技术制造业，研发、销售、产能是市场主要竞争主体关注的三大重点：
1.研发方面，通过对高工产研锂电研究所和千里马发布的市场主要16家主体专利数据（智慧芽）的搜索显示，16家企业的专利涵盖了制氢（碱性和PEM）、储氢过程中的关键材料、器件和控制系统，专利申请总数达到2204个，其中电解、制氢、电解水技术专利申请占比近30%，中船七一八所的专利申请涉及了所有16家企业的专利技术分类，在业内具备相对完整的技术储备，但更侧重制氢材料和器件，国富氢能在液氢、储氢专利储备上占据绝对优势。这些技术成果在应用上更多体现为制氢经济性和设备运行的稳定性、以及同可再生能源电力系统的兼容性等，体现在单台套产氢量、直流每标方产氢能耗、负荷调节范围、特定条件下稳定运行时长等指标，单台套产氢量因较为直观和便于比较，受到较为广泛地关注。据公开报道，目前国内最大单台套产氢量来自七一八所子公司中船派瑞氢能，最大单台套产氢量达到2000Nm³/h。
2.销售方面，依托于完备的技术积累、较早的市场布局，以及与产业链相关企业建立的密切合作，考克利尔竞立、中船七一八所（含派瑞氢能）、西安隆基、大陆制氢、中电丰业等市场份额前五的主体通过定向供货、竞标项目、出口设备等方式，在传统市场格局下建立了相对稳定的市场供给模式，定向供货和竞标项目是制氢装备企业的主要销售方式。在定向供货方面，市场份额前五的主体多通过与政府、项目投资方和建设方建立战略合作、以及通过与供应链相关企业深度绑定等方式，对相关项目和企业进行定向供货。在竞标项目方面，前五企业凭借示范项目的经验优势和规模生产的成本优势，在大安风光制绿氢合成氨一体化示范项目、新疆库车绿氢示范项目等多个大型示范项目的竞标中成功中标，共同获得大额电解槽订单。出口设备方面，中船派瑞氢能、西安隆基、阳光电源等均已开启国际市场，业务范围涉及美国、欧洲、东亚、非洲等地，未来随着国外氢能基建的提速，以及国内企业更多地参与到项目建设，出口设备将成为装备重点企业的一大重要渠道。
3.产能方面，基于对市场制氢装备需求将迎来爆发式增长的预判，各主要装备企业自2022年起加快了产线建设规划，以满足同时供应多个项目的产能需求。如，中船（邯郸）派瑞氢能科技有限公司在河北邯郸启动建设八条制氢（氧）装备生产线（碱性），预计到2025年，将形成年产1000套系列水电解制氢装置生产能力；阳光氢能科技有限公司在安徽合肥建设年产600MW制氢装备（碱性）生产线；康明斯恩泽（康明斯和中国石化共同出资成立）在广东佛山对标PEM制氢设备全球灯塔工厂，建设年产500MW，未来可扩展至1000MW制氢装备生产线（PEM）；天津市大陆制氢设备有限公司在河北、天津启动产线二期扩建项目，建成后制氢装备（碱性）年产能达到320套/年。
市场变化趋势：一是市场体量将高速增长。二是价格竞争倒逼成本竞争加剧。三是制氢装备纳入工程项目EPC采购（包含工程项目的设计、施工，以及设备的采购、安装和调试）的模式被广泛应用。
四、制氢装备企业发展面临的挑战
首先，区域性装备企业加快抢占新市场，传统装备企业市场份额下降。绿氢项目呈现全国各地多点散发和重点地区集中建设并行发展趋势，各地加快布局发展全链条氢能产业，区域发展需求和政策利好叠加，地方重点装备企业加快成长，一定程度上挤压了传统装备企业的发展空间。
其次，大集团大公司加快分化裂变，市场割据加剧行业竞争。在市场爆发增长期，细分市场、业务渠道、区域、技术路线、团队，各种因素交织叠加，大集团、大公司加快分化裂变，内部团队逐渐分化形成具有较强竞争实力的同类企业，加快市场割据。
第三，行业外部龙头企业强势入局，业内龙头企业发展空间快速被挤压。如在绿氢示范项目EPC采购模式下，光伏企业深度参与，业务范围延伸至制氢部分，凭借其在能源领域渠道和资源建立的深厚基础，传统大型制氢装备企业在技术和产能上的优势难以凸显，与新入局主体的市场争夺面临较大挑战。
第四，中小企业内外压力增加，发展形势不容乐观。在碱性电解槽领域，随着市场化进程加快，成本和渠道成为制氢企业的核心竞争力，两者互为支撑，中小企业不具备优势。同时，制氢装备出货前十企业供货能力提升，各主体订单合作需求趋弱，中小企业和新入局企业的发展将被进一步压制。
五、制氢装备企业市场发展建议
首先，调整市场策略，积极应对EPC工程总承包模式对传统装备市场的影响。其次，强化关键技术突破和成本控制，为未来价格竞争争取提供有力支撑。例如基于关键核心指标建立科学的成本测算模型，为不同的项目定价提供可靠依据。第三，推动成立制氢装备行业协会，促进行业有序发展。基于氢能装备市场的快速发展，亟需集合业内龙头企业的力量，加快成立制氢装备行业协会，以更好集聚行业力量，推动行业整体水平快速提升。
参考文献：
[1]杨卫胜,王月,李庆勋.“双碳”目标下氢能高质量发展思考及建议[J].石油科技论坛,2023,42(2):12-39.
[2]曾彪,朱柏睿.氢能源研究现状及应用前景[EB/OL].https://baijiahao.baidu.com/s?id=1760574970791370612&wfr=spider&for=pc,2023-03-17.
[3]孙培锋,吴守城,卢海勇,等.新能源制氢及氢能应用浅述[J].能源研究与信息,2021,37(4):207-213.
[4]葛磊蛟,崔庆雪,李明玮,等.风光波动性电源电解水制氢技术综述[J].综合智慧能源,2022,44(5):1-14.
[5]乔奇亚.国内电解水制氢设备全领域企业概览[EB/OL].https://baijiahao.baidu.com/s?id=1748481341952293377&wfr=spider&for=pc,2022-11-03.
[6]中商产业研究院.2022年中国电解水制氢行业市场现状数据分析[EB/OL].https://www.askci.com/news/chanye/20230223/173341267714482121547520.shtml,2023-02-23. |
