（报告出品方/作者：国泰君安证券，石岩、庞钧文、马铭宏）

1. 政策先行，氢能起势

“十三五、十四五”期间，政策频频出台，推动氢能加速发展。2019 年 两会期间，氢能被首次写入政府工作报告。2020 年 4 月，氢能被写入《中 华人民共和国能源法（征求意见稿）》。2022 年发改委、能源局颁布了《氢 能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》，明确了氢能在我国能源绿色低 碳转型中的战略定位、总体要求和发展目标。2023 年发改委发布《产业 结构调整指导目录（2023 年本，征求意见稿）》，涉及氢能应用领域包括 电力、新能源等 11 个方面。2023 年 8 月，我国首个氢能产业链标准体 系建设指南发布，涵盖基础与安全、氢制备、氢储存和输运、氢加注、 氢能应用五个子体系。随着国家政策的持续加码，氢能将在我国得到长 远的发展。

根据《氢能产业发展中长期规划（2021-2035 年）》，至 2025 年，交通、 工业、储能、发电等领域试点示范将稳步开展，可再生能源制氢量将达 到 10-20 万吨/年，成为新增氢能消费的重要组成部分。至 2030 年，中 国将逐步建成较为完备的清洁能源制氢及供应体系，对实现碳达峰战略 目标形成支撑。根据《开启绿色氢能新时代之匙:中国 2030 年“可再生氢 100”发展路线 图》预测，到 2030 年，可再生氢供给量将达到 770 万吨”。考虑到区域 经济、产业适用特点，可再生氢将率先在化工、交通、钢铁等技术成熟 度较高和应用可行性较好的部门规模化应用。

2. 灰氢是目前最主要的氢气来源

主要的制氢方式包括化石燃料制氢、工业副产制氢和水电解制氢等三类。化石燃料制氢技术成熟度高，成本低，以煤和天然气制氢为主，制氢过 程中会排出二氧化碳等温室气体。工业副产制氢是指以包含氢气的工业 尾气为原料，通过变压吸附法（PSA 法）回收提纯制氢；由于原料属于 工业副产品，无需额外的原料投入，因此具有成本低廉的特点。电解水 制氢是指通过直流电将水分子分解为氢气和氧气，所产生的氢气纯度高 （>99%），是未来最主要的绿氢生产方式。

当前绝大部分氢气为“灰氢”。根据中国氢能联盟数据统计，2022 年我 国氢气的产量达到 4004 万吨。根据中国煤炭工业协会统计，我国 2021 年煤制氢是最主要的制氢途径，占总量的 62%，工业副产氢、天然气制氢分别占比 19%、18%，仅有 1%的氢气来源于电解水。全球来看，根据 IEA 数据统计，2021 年全球氢气总产量为 9400 万吨，其中，天然气制 氢占比 55%，煤制氢占比 17%，工业副产氢占比 16%，灰氢同样占主导 地位。

灰氢生产以掌握煤炭、石油、天然气资源的国有企业为主，包括中国神 华、美锦能源、东华能源、中石油、中石化等。中国石化在我国氢能源 行业和国内氢气制取市场的产能/产量上处于领先地位，凭借石油化工的 强大实力，氢气产能达到 350 万吨/年；中国石油氢气产能超过 260 万吨 /年。煤炭制氢主要集中于山西、宁夏、陕西等煤炭产区，天然气、炼油 重整制氢则多分布在青岛、宁波等地的大型石化炼化基地。

煤制氢和天然气制氢的原材料成本占 75%以上。原材料的价格波动对制 氢成本影响较大。以煤炭价格 800 元/吨，天然气价格 3 元/Nm3 为基准 计算，在考虑碳封存及碳税的影响时，煤制氢和天然气制氢的成本分别 从 10.8/14.7 元/kg 上涨至 15.6/17.0 元/kg。

3. 工业副产制氢潜在产能超千万吨

我国是全球最大的工业副产氢国家，每年能够提供千万吨级的氢气供应。与可再生能源丰富的西北地区相比，工业副产氢可覆盖京津冀、长三角 和广东地区，与氢能应用先发地区匹配。目前我国的焦炉煤气、氯碱化工、丙烷脱氢等工业每年能够提供千万吨级的氢气供应，工业副产氢可 在氢能产业发展初期提供低成本、分布式的氢源，有利于氢能的快速发 展。

我国副产氢潜在产能超 1000 万吨。1）我国是全球最大的焦炭生产国， 国内焦炭产量约 4.4 亿吨，占全球产量的 60%，每生产 1t 焦炭可产生焦 炉煤气 350-450 m3，焦炉煤气中氢气占 50%-60%，因此焦化副产氢潜在 产能达 1000 亿 m3。2）我国氯碱产业烧碱产量约为 3000-3500 万吨，每 生产 1 吨烧碱可生产副产氢 208m3，每年副产氢气可达 75-87 万吨。3） 丙烷脱氢产物中氢气占比 60%～95%，目前国内共有 10 余个项目投产， 预计到 2023 年，丙烷脱氢的副产氢气产能可达到 37 万 t/a。4）乙烷脱 氢至乙烯产物中氢气占比在 95%以上，每产生一吨乙烯副产氢约 107kg， 2021 年我国乙烯产量在 2825 万吨，潜在副产氢产量在 303 万吨。

4. 电解水制氢：碱性和 PEM 电解槽齐头并进

电解水制氢的技术主要包括碱性水电解、质子膜纯水电解、固态氧化物 电解三种技术路线。1）碱性电解槽投资成本低，寿命长，规模大，但动 载性能差、电流面密度低。2）PEM 在各性能指标上表现均衡且指标突 出，适合于各种场景下制氢，包括工业制氢、便携制氢和用作电网调幅 的动态负载，但成本偏高。3）SOEC 效率高，热机状态动载性能好，可 快速双向工作，但需要高温热源，且设备投资大、寿命短，适用于核电 制氢及大规模热电联供等。

碱性水电解：水分子在直流电作用下，在电解池两级发生氧化和还原反 应，水分子在阴极被还原，生成氢气和氢氧根离子，氢氧根离子穿过物 理隔膜到达阳极，在阳极析出氧气，生成氧气和水。质子膜纯水电解：纯水通过进水通道进入催化层，在直流电源和催化剂 的共同作用下，阳极产生氧气和氢离子，氢离子穿过质子交换膜与阴极 的电子结合产生氢气。PEM 电解水制氢纯度较高，仅存在少量水蒸气， 经过干燥后可直接用于燃料电池。固态氧化物电解：按照电解质载流子的不同，可分为氧离子传导型 SOEC 和质子传导型 SOEC，目前研究较多和发展更为成熟的是氧离子传导型 SOEC。固体氧化物电解池核心组成包括：电解质、阳极和阴极。中间是 致密的电解质层，两边为多孔的氢电极和氧电极。以氧离子传导型 SOEC 为例，较高温度下（700-900℃）,在 SOEC 两侧电极上施加一定的直流 电压，H2O 在阴极被还原分解产生 H2 和 O2 -，O2 -穿过致密的固体氧化物 电解质层到达阳极，失去电子生成 O2。目前碱性电解水制氢发展最成熟，已完全商业化，质子交换膜电解水制 氢在国内处于商业化初期，固体氧化物电解水制氢则仍处于研发和示范 阶段。

电解槽是电解水制氢的核心设备，现阶段大多企业聚焦于碱性电解槽。根据高工氢能，截至 2023 年上半年，中国电解槽名义总产能超过 14GW， 其中碱性电解槽占比约 94%，PEM 电解槽约 6%。单家厂商碱性电解槽 产能大部分在 0.5-1.5GW 之间，行业格局较为分散。

当前单槽制氢能力大多为 1000-2000Nm3 /h，大标方单槽成为趋势。2022 年中船 718 所 2000 Nm3 /h 的碱性电解槽下线，同年明阳智能下线全球最大单体碱性水电解制氢设备，产氢量达 1500-2500Nm3 /h。2023 年 9 月隆 基绿能刷新最大单体碱性电解水制氢产氢量，达到 3000Nm3 /h。

4.1. 碱性电解槽

电解槽的核心构件包括极板、极框、隔膜、电极、BOP 辅助系统。极框 是电解槽的支撑组件，用于支撑电极和隔膜，主要是由铸铁金属板或不 锈钢板制成。隔膜是防止氢气和氧气混合，但允许槽内离子自由移动的 聚苯硫醚织物（PPS）。电极决定了电解槽制氢效率，是电化学反应的场 所，主要是由镍网、泡沫镍等构成。BOP 系统主要包括电源供应系统、 控制系统、气液分离系统、纯化系统、碱液系统、补水系统、冷却干燥 系统和其他附属系统。

膜片/电极组件是电堆组件中成本占比最高的部分。电解槽系统中电堆组 件成本占比为 45%，其中膜片/电极组件成本占比达 57%。

系统性能及产氢量的提升将有助于均摊产氢成本。在IRENA的预测中， 尽管碱性电解槽的系统降本空间不大，目前电解系统的成本在 1500 元 /kW，未来在系统成本在 1400 元/kW，但在系统电解效率、产氢纯度、 与可再生能源适配等方面，碱性电解槽仍具有较大提升空间，当前重点 研究方向集中在电极、催化剂、隔膜等环节上。

碱性电解槽制氢成本仍有 63.1%的降本空间。1000Nm3 /h 电解槽和土建 设备分别按照 800 万元和 150 万元建设，折旧期分别为 10（15）年和 20 年，当电价为 0.4 元/kWh，年工作时长为 2000h 时，单位制氢成本为 2.62 元/Nm3，而当电价在 0.2 元/kWh，年工作时长为 6000h 时，单位制氢成 本在 0.97 元/Nm3。电耗成本下降、单台制氢产量增加和寿命增加带来的 电耗成本和固定成本均摊下降分别将达到 78.0%和 79.5%，对应单位制 氢成本从 2.62 元/Nm3 降至 0.97 元/Nm3，降幅 63.1%。

4.2. PEM 电解槽

PEM电解水制氢技术可以快速启停，能匹配可再生能源发电的波动性， 提高电力系统灵活性，正逐渐成为制氢发展和应用的重要方向。PEM 电解槽主要包括阴阳极板、气体扩散层、催化剂层和质子交换膜。

PEM 电解槽中双极板和膜电极是主要成本构成项。在 PEM 电解槽的成 本构成中，辅机和电解电堆组件占比分别为 55%、45%。辅机主要包括 电源、去离子水循环系统、氢气处理系统、冷却系统，其中电源占比接 近 50%。电解电堆系统主要由多孔传输层、小组件、双极板、电堆组装 和端板、膜电极构成，其中双极板和膜电极分别占比约 53%、24%。

2021 年至今 PEM 电解槽招标量已超过 82.5MW。当前国内大功率 PEM 电解水制氢设备处于发展初级阶段，目前已配套交付或中标项目主要包 括电解水绿氢项目、制氢加氢一体化项目、氢氨醇一体化项目等，主要 公司包括阳光氢能、赛克赛斯、康明斯、上海氢盛、长春绿动等。从 2021 至今已知的 PEM 电解槽装机/招标量来看，国产 PEM 制氢设备由 1MW 跃升到 50MW，逐步规模化工业应用，总量已超过 82.5MW。

PEM 电解槽朝着大标方、低能耗方向发展。目前 PEM 电解槽单体产氢 量大多达到 200Nm3 /h 以上，电流密度在 1-2.5A/cm2 之间，能耗在 4.3kWh/m3左右。未来PEM电解槽单槽产氢量朝着300Nm3 /h以上发展， 电流密度和能耗分别朝着 1.5-3 A/cm2 和 3.5-4.0kWh/Nm3 的方向迈进。

PEM 水电解制氢的瓶颈环节在于成本和寿命。PEM 电解槽需要在强酸 性和高氧化性的工作环境下运行，依赖于价格昂贵的贵金属材料如铂、 铱等，导致成本过高。近三年来，铂的价格维持在 250 元/g 左右，铱的 价格维持在 1100 元/g 左右，贵金属的稀缺性导致价格将持续坚挺。现有 商业化析氢催化剂Pt载量为0.4~0.6mg/cm2，Ir 载量在1~2mg/cm2 之间。而降低催化剂用量，或寻求替代方案，提高电解槽的效率和寿命是 PEM 水电解制氢技术发展的研究重点，如贺利氏 H2EL-IrO-S 型号的阳极催 化剂中铱含量仅为 10%-50%，大幅降低铱用量。PEM 电解槽降本空间较大。目前 PEM 的技术迭代路径主要包括增加电 流密度、提高电极板面积、降低膜厚度、优化设计催化剂等。根据 IRENA 预测，技术进步叠加规模化量产 PEM 电解槽的最低投资成本有望由 400 美元/kW 降至低于 100 美元/kW，降幅达到 75%以上。

远期 PEM电解槽制氢成本比现阶段下降约73.8%。目前1000Nm3 /h PEM 电解槽约 3000 万元，而随着关键零部件国产化及电解槽生产降本未来 有望达到 700 万元。根据《电解水制氢成本分析》，土建及安装 200 万 元，折旧 20 年，现阶段和远期目标电解槽设备寿命分别为 2 万和 9 万 小时，单位能耗分别为 4.5 和 3.8 kWh/Nm3，电价分别为 0.4 和 0.2 元 /kWh，制氢成本分别达到 3.56 和 0.93 元/Nm3，降幅达到 73.8%。其中， 固定资产均摊和电耗成本下降的幅度分别为 94.2%和 57.8%。

5. 绿氢成本逐渐接近灰氢制备成本

化石燃料制氢原材料对制氢成本影响较大，工业副产氢因原料区别较大。化石燃料制氢的成本结构中原料成本占据约 75%，原材料价格波动对制 氢成本影响较大。当煤价为 200 和 1000 元/吨时，对应的煤制氢成本分 别为 6.77 和 12.14 元/kg；当天然气价格为 1 和 5 元/Nm3 时，对应的天 然气制氢成本分别为 7.2 和 22.1 元/kg。工业副产氢中因工业副产物的不 同而有较大差异，其中焦炉气副产氢的成本较低，约为 14 元/kg，而合 成氨合成甲醇副产氢的成本较高，约为 22 元/kg。

绿氢制备降本空间大。远期来看，碱性电解槽制氢成本和 PEM 电解槽 制氢成本的降幅分别达到 63.1%和 73.8%。碱性电解槽制氢成本的降低 主要受益于电耗及电价的降低带来的运营成本下降，以及寿命的延长带 来的固定资产均摊成本下降，两者的降幅分别达到 78.0%和 79.5%。PEM 电解槽制氢成本的降低主要受益于电价的下降，以及国产化替代带来的 设备成本下降叠加寿命延长带来的均摊成本下降，两者的降幅分别达到 94.2%和 57.8%。远期来看绿氢制备成本与灰氢相当。当电价为 0.4 元/kWh，运行寿命为 2 万小时时，碱性电解槽制氢成本在 29.7 元/kg，而当电价为 0.2 元/kWh， 运行寿命为 9 万小时时，碱性电解槽制氢成本为 10.8 元/kg。当电价为 0.4 元/kWh，运行寿命为 5 万小时时，PEM 电解槽制氢成本在 40.0 元 /kg，而当电价为 0.2 元/kWh，运行寿命为 9 万小时时，PEM 电解槽制 氢成本为 10.5 元/kg。

6.重点公司分析

6.1. 隆基绿能：构建绿电绿氢一体化可再生能源解决方案

公司构建绿电+绿氢的可再生能源系统解决方案。隆基绿能目前构建了 单晶硅片、电池组件、工商业及户用分布式解决方案、绿色能源解决方 案、氢能装备五大业务板块，形成提供“绿电”+“绿氢”方案的能力。2021 年，公司控股子公司隆基氢能成立，主要业务范围涵盖电解水制氢 设备制造和可再生能源制氢系统解决方案，规划到 2025 年碱性电解槽 产能达到 5-10GW。

隆基氢能新产品能耗最低可达 4.0 kWh/Nm3，产氢量行业领先达到 3000Nm3 /h。隆基 G 系列电解槽实现 1200、1500、2000、3000 标方大单 槽，相较于 1000 标方碱槽，2000 标方的碱槽可以降低 30%的土建成本、 20%的设备投资以及可以减少 20%的原材料。理论分解能耗、过电位损 耗、欧姆损耗三个方面分别占电解水制氢电耗的 60%、30%、10%。公 司从三方面入手，成功降低了电解水电耗：1）优化温度控制区间，降低 理论分解能耗；2）使用高效材料降低过电位；3）通过流场优化、材料 优化改善电导率和极距降低小室内阻、减少系统自损耗。隆基“四对一”系统助力万吨级绿氢项目。2023 年 1-5 月，隆基氢能中 标国内电解水项目 210MW，得到客户和市场的广泛认可。6 月，中国石 化绿氢示范项目投产，制氢规模达到每年 2 万吨，是我国首个万吨级光 伏绿氢示范项目，项目采用了隆基氢能 16 套 1000Nm³/h 电解水制氢设 备，首次实现了 4 台电解槽对 1 台气液分离装备的“四对一”系统应用， 为国内光伏发电绿氢产业发展提供了可复制、可推广的示范案例。

公司中标绿氢制氨项目 15 套电解水系统，份额达到 38.5%。大安风光 制绿氢合成氨一体化示范项目是国家电投集团及吉电股份开启的氢能 利用新项目，该项目包括：风光总装机容量 800MW、新建 220 千伏升压 站一座、配套 40MW/80MWh 储能、新建 46000Nm³/h 混合制氢（50 套 PEM 制氢系统，39 套碱液制氢系统）、60000Nm³储氢及 18 万吨合成氨 装置。隆基氢能成功获得了 15 套 1000Nm³/h 电解水制氢系统订单，份 额达到 38.5%。

6.2. 阳光电源：布局双线制氢路线

多模式制氢系统契合可再生能源波动性。阳光氢能是阳光电源全资子公 司，专注于可再生能源电解水制氢技术的研究。阳光氢能主要产品为 IGBT 制氢电源、碱性水电解槽、PEM 电解槽、气液分离与纯化设备、 智慧氢能管理系统，致力于提供“高效、智慧、安全”的绿电制氢系统 及解决方案。技术方面，阳光氢能坚持“双线制氢”，同时拥有碱性水电 解制氢和 PEM 电解水制氢两种技术路线。公司同步开发的离网、并网、 微网多模式下制氢系统可提供一站式的绿电制氢系统及解决方案，契合 可再生能源快速波动特性，可实现能源电力、石油化工、交通、冶金等 多元场景下的应用。

智慧氢能管理系统，实现多套系统间智能投切。公司通过功率跟随算法、 智能投切策略等，解决了多套制氢系统之间，制氢系统与多种能量来源 之间的协调控制，引领新能源制氢进入了数字化时代。它能够根据输入 功率变化，在多套系统间智能投切，让其运行于最优效率区间，并减少 设备启停次数，实现高效制氢。同时能够通过丰富测点实时监测、多维 度性能分析，对系统进行健康度诊断，保障安全制氢。

6.3. 明阳智能：打造风电制氢一体化项目

单体制氢量行业领先。2022 年 10 月，明阳智能推出的碱性水电解制氢 设备单体产氢量为 1500-2500Nm³/h，其成为 2022 年已发布 ALK 产品中 最大单槽产氢量产品。依托海上风电优势，打造风电制氢一体化项目。2022 年东方 CZ9 海上 风电场动工，将建成“海上风电+海洋牧场+海水制氢”立体化海洋能源创新开发示范项目。此外公司在内蒙古投资建设了风电制氢和绿氢合成 氨 2 万吨/年一体化项目，对应配置 100MW 风电装机，8×1000Nm3 /h 碱 性电解槽、5×2000m3 氢气储罐及储能 15MW/15MWh。

6.4. 亿华通：受益材料体系同源性，上游布局 PEM 制氢

自研自制 PEM 系统实现稳定高压产氢。公司自主设计开发的 PEM 制氢 控制系统，提高了系统温度控制准确性和敏捷性，相比碱液制氢产品， 可以实时动态跟随风、光电的瞬时波动性，实现秒级响应速度，最大程 度将电力转化为氢气。电解槽电耗低于4.19kWh/Nm3，系统效率达80%， 系统电耗低于 4.4kWh/Nm3，优于碱液制氢系统均值 5.0kWh/Nm3，且系 统体积只有碱液制氢系统的 1/4。该产品相较其他电解水制氢产品提高 了产氢压力，电解槽稳定产氢压力可达到 4MPa,结构可承受最高 6MPa 压差的瞬时冲击，较行业均值提高了 50%以上。

子公司氢能科技公司与新疆伊宁市启动氢全产业链项目合作，开展光伏电站、电解水制氢、加氢站、氢储能、氢燃料电池整车应用等项目的建 设工作。项目计划投入 81.46 亿元，建成后光伏电站规模达 100 万千瓦， 电解水制氢工厂产能达到 2 万吨/年，加氢站 20 座，可满足 3000 余辆氢 燃料电池重卡的日常运营需求。该项目是新疆首个清洁低碳绿色氢能制 储加用一体化创新应用项目，有助于形成绿色能源生产与就地消纳的良 性循环。

6.5. 科威尔：从燃料电池到制氢端布局电源测试设备

科威尔是一家以测试电源为基础产品，为多行业提供测试系统及智能制 造设备的综合性测试装备公司。公司目前主要产品线有测试电源、氢能 测试及智能制造装备、功率半导体测试及智能制造装备等。产品主要应 用于新能源发电、电动车辆、氢能、功率半导体等工业领域。由于测试 电源产品运用的广泛性特点，公司产品还应用于轨道交通、汽车电子、 智能制造、机电设备、航空航天、实验室认证等众多行业领域。

公司燃料电池测试设备市占率第一。公司作为燃料电池测试设备第一股， 2022 年其国内市占率为 26%，位列第一，其次为大连锐格、群笠能源、 大连宇科和宁波拜特。公司 2022 年销售氢能产品测试装备 43 台，涵盖 燃料电池和电解槽检测产品，收入达 8235.39 万元。

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