光伏电解水制氢技术是将太阳能发电和电解水制氢组合成系统的技术,并且有着40年的发展历史,被看作是最有前景的制氢方法之一。
国家氢能产业发展中长期规划明确指出,将发展重点放在可再生能源制氢,严格控制化石能源制氢。根据规划设定的2025年中国绿氢产量达到10-20万吨/年的基础目标,预计2022-2025年中国电解水制氢设备市场将步入“快车道”。
为抢占市场先机,众多国内电解水制氢设备企业开始各显神通。根据行业不完全统计显示,截至目前,全国处于筹备或建设中的“绿氢”项目已达30个。其中,超过20个项目选择“光伏+氢”这一技术路线。
电解水制氢有碱性水电解制氢(ALK)、质子交换膜水电解制氢(PEM)、固体聚合物阴离子交换膜水电解(AEM)、固体氧化物水电解(SOEC)等多种技术路线。其中碱性水电解制氢应用最广,从事这类电解槽生产业务的企业也最多。
根据高工产研氢电研究所(GGII)调研统计,2021 年中国电解水制氢设备市场规模超 9 亿元,出货量超过 350MW。预计 2025 年国内电解水制氢设备市场需求量将超过 2GW,平均年化增长率超 55%。按照全球2030年绿氢占比近30%,对应1000标方电解槽需求超2.5万台,对应市场空间超1500亿。
制氢已然成为光伏巨头抑或是其他能源公司多元化转型的重要战略布局。氢能市场群雄逐鹿背景下,2022-2023年,哪些主流企业参与氢能市场竞争?市场有哪些趋势和前沿风向?
头部能源企业纷纷发力
目前,不仅有七一八所、苏州竞立等老牌玩家,天合元氢、隆基股份为代表的行业玩家在碱性水电解制氢市场“亮剑”,阳光电源、晶科能源探索制氢行业的相关技术、落地运维和产业合作,央企中国石化也入局氢能。
1、隆基氢能
2月14日,隆基氢能面向全球发布全新一代碱性电解水制氢设备ALK Hi1系列产品,不断下探能耗提升能效,重新定义商业化电解水制氢能效新高度。
本次发布的LONGi ALK Hi1系列产品是基于降低直流电耗打造的一款具有里程碑意义的产品。
2、阳光电源
逆变器龙头阳光电源是国内开展光伏制氢研究最早的光伏上市公司之一。公司表示已经成立了专门的氢能事业部,并与中国科学院大连化学物理研究所在先进PEM电解制氢技术、可再生能源与电解制氢融合、制氢系统优化等方面展开深入合作。阳光电源于2021年3月重磅推出功率(250kW)的SEP 50 PEM制氢电解槽;6月成立氢能子公司——合肥阳光氢能科技有限公司;7月与中国葛洲坝集团装备工业有限公司签署了战略合作协议,在光伏制氢等方面展开合作。
3、天合元氢
2022年12月19日,天合元氢发布了自主研发的天擎碱性电解水制氢系统,从产能成本方面为行业带来新价值,为行业降本增效提供更多可能。
在产能方面,该系统产氢量为1000Nm3/h。在效率方面,与传统同等级设备相比,电解槽电流密度提高50%~75%,天擎电解槽具备25%-120%宽功率波动的制氢能力,适配性价值大大提升,标志着电解水制氢迎来新突破。
今年4月,天合元氢 “天擎”系列碱性电解水制氢设备及辅助系统在宜昌南玻硅材料有限公司成功运行并取得了优异的实测数据。依据国家标准GB32311-2015《水电解制氢系统能效限定值及能效等级》中的制氢系统能效试验方法,天擎碱性电解槽直流能耗为4.37kW·h/Nm3。标志着“天擎”系列产品进入商业化落地阶段,助力行业迈向大规模绿氢制取时代。
4、 晶科科技
晶科科技在光伏电站开发、电站服务等多领域具备领先优势2019年,晶科科技就表示:“到2025年,“光伏+储能”制氢系统技术的极大进步,将具备大规模应用的经济可行性”。
2022年7月,晶科科技与康明斯(中国)投资有限公司在上海签署战略合作协议。根据协议, 晶科科技和康明斯(中国)将结合双方技术及产品,开发光伏PEM电解槽各种应用场景下的制氢方案, 共同探索光伏制氢整体解决方案,并协同参与“光伏+制氢”大型项目招投标,为客户提供一站式整体解决方案。
5、协 鑫 集团
协鑫集团具备光伏风电等“绿电”生产的成本优势,2018年至今,一直在低调孵化氢能产业,现将氢能列入发展战略,旨在推动风光储充氢、气电氢一体化。2021年7月,协鑫集团正式发布氢能战略,明确了两条氢能发展路线——
蓝氢战略路线:首期建成年产230万吨合成氨,逐步扩能至每年400万吨的生产规模,可供应国内70万吨蓝氢;
绿氢战略路线:通过低成本、规模化、高效率光伏制氢成为“绿氢生产商与综合服务商“,计划到2025年建设100座综合能源站,并达到绿氢年产能40万吨。
6、七一八所
2022年12月16日,中国船舶集团第七一八研究所举办全球首台套单体产氢量2000Nm3/h水电解制氢装备发布仪式。该装备由旗下中船(邯郸)派瑞氢能科技有限公司自主研发。
电解槽单槽产氢量为2000Nm3/h可扩容3000Nm3/h,运行电流密度提升30%,电解槽槽体重量降低40%。
7、苏州竞立
考克利尔竞立(苏州)氢能科技有限公司是比利时John Cockerill集团氢能业务的中国区总部,在承接了苏州竞立制氢设备有限公司全部人员和知识产权的基础上,增大研发力量、更新设备、扩大产能建立的,专注于碱性电解水制氢设备的研发、生产、销售。
彭博财经2021年度数据显示,考克利尔竞立目前拥有成熟的0.3~1300Nm/h碱性电解水制氢设备的生产线,2021年研制出国际首台套1200Nm/h和1300Nm/h电解水制氢设备,具备生产超大型电解水制氢设备的技术和能力。
8、明阳集团
2022年10月13日,明阳智慧能源集团股份公司全球最大单体碱性水电解制氢装备在广东成功下线。全新下线的碱性水电解制氢装备单体产氢量为1500-2500Nm3/h,单体产氢能力全球最大,由明阳智能自主独立设计并生产制造,具备10%-110%宽频调谐制氢能力,在消纳可再生能源波动性方面实现了技术突破;该装备可实现一键式操作,无人值守。与同等级设备相比,电解槽长度缩小50%,产氢能损更低;在大规模制氢项目的应用中,单位产能设备投资可以减少30%,为平价绿氢的实现奠定了坚实的装备技术基础。
9、中国石化
2022年12月14日中国石化首套自主研发的兆瓦级质子交换膜(PEM)电解水制氢装置在燕山石化成功开车,产出合格高纯度氢气。项目由中国石化石科院和燕山石化共同开发和建设,采取集成设计、一体成撬的设计理念,整撬围绕电解槽进行整体布局和管路优化设计,设备占地面积不到40平方米。
从产品技术来看,9家企业中除中国石化布局质子交换膜(PEM)电解水制氢,其它8家布局碱式电解水制氢装备,源于其技术成熟度高、综合成本低,相对来说更受目前市场青睐。
彭博新能源财经数据显示,目前最成熟的两种制绿氢技术分别是碱性电解和质子交换膜(PEM)电解。2022年,碱性电解类产品占全球电解槽市场的份额超过2020年和2021年总和,占发货量的75%~78%。主要原因是碱性电解装置更廉价,也更适合大型项目。
“五大 六 小”争相入局
“五大集团”即:中国华能集团公司、中国大唐集团公司、中国华电集团公司、中国国电集团公司、中国电力投资集团公司。
“六小豪门”即:国投电力、华润电力、中广核、三峡集团、中节能集团、中核集团。五大集团和六小豪门都是中国能源领域的龙头企业,它们的氢能产业布局也备受关注。
五大集团的氢能产业布局:
1、中国华能集团公司:在氢能领域主要布局包括氢能源、氢燃料电池、氢储气罐等方向。旗下华能新能源投资有限公司与中广核联合成立华广氢能科技有限公司,致力于开发氢能技术和应用。
2、中国大唐集团公司:在氢能领域主要布局包括氢能源、氢燃料电池汽车等方向。旗下大唐新能源有限公司与日本峰岛制氢株式会社合作开发氢能技术,并在京津冀地区建设氢能产业基地。
3、中国华电集团公司:在氢能领域主要布局包括氢能源、氢燃料电池等方向。旗下华电新能源有限公司正在推进氢能项目落地,并计划建设氢能产业园区。2022年7月12日,中国华电首套1200Nm3/h碱性电解槽产品下线,由中国华电自主独立设计并生产制造,电流密度提高约30%,整体重量减少近10%,直流能耗指标小于4.6千瓦时每标方氢气;在1.6MPa运行压力下,该电解槽的额定产氢量达到1200Nm3/h。
4、中国国电集团公司:在氢能领域主要布局包括氢能源、氢燃料电池汽车、氢能生产及应用等方向。旗下国电新能源有限公司与北京科技大学合作开发氢能技术,同时推进氢能项目建设。
5、中国电力投资集团公司:在氢能领域主要布局包括氢能源、氢燃料电池、氢能储能等方向。旗下电投新能源有限公司正在推进氢能项目落地,并计划建设氢能产业基地。
六 小豪门的氢能产业布局:
1、国投电力:在氢能领域主要布局包括氢能源、氢燃料电池汽车等方向。旗下国投新能源有限公司正在推进氢能项目建设,并计划建设氢能基地。
2、华润电力:在氢能领域主要布局包括氢能源、氢燃料电池汽车等方向。旗下华润新能源有限公司正在推进氢能项目建设,并计划建设氢能产业园区。
3、中广核:在氢能领域主要布局包括氢能源、氢燃料电池汽车、海水电解制氢等方向。中广核旗下的中国广核集团有限公司正在推进氢能项目建设,同时寻求与国际企业合作共同开发氢能市场。
4、三峡集团: 作为中国最大的水电发电企业,三峡集团在能源领域具有广泛的经验和影响力。在氢能布局方面,三峡集团可能利用水电发电产生的过剩能源,进行水电解制氢,将清洁能源转化为氢能储存,以实现清洁能源的转换和可持续利用。
5、中节能集团:中节能集团主要布局包括整合节能环保技术与氢能技术,推动氢能在工业、建筑等领域的应用与创新。例如,开发氢能供热系统、氢能储能解决方案等。
6、中核集团:中核集团可利用核能发电产生的过剩能源,通过水电解制氢来实现清洁能源的储存和利用,推动核能与氢能的结合。同时,通过核能电站内部应用氢能技术,进一步推动氢能的发展与商业化。
总体来看,五大集团和六小豪门都在不断加强氢能产业布局,涉及到氢能源、氢燃料电池汽车、氢能生产等多个方向。这些企业将通过技术创新和产业升级,助力中国氢能产业实现高质量发展。
通过盘点2022年-2023年领先企业在氢能领域的布局,一些行业趋势及价值也显而易见:
趋势一
市场层面: 碱式电解水制氢更受目前市场青睐
伴随着绿氢项目如火如荼的涌现,2022年电解槽市场迎来井喷式发展,新产品密集发布。无论从新品数量、发布频次、产品参数,还是从新入局企业数量来说,2022年都是国内电解槽市场的爆发之年,2023年是商业化落地之年。
趋势二
市场格局层面:行业百花齐放 入局企业持续增多
从入局企业看目前新进电解槽厂商主要分几种方向:一是行业中的老牌企业七一八所、苏州竞立等;二是技术进步快且资源丰富的新进入者天合元氢,隆基氢能等;三是中石化等央企跨界入局;四是“五大六小”企业抢先布局。
能源企业、国企、央企绿氢“国家队”、大型上市公司、集团及其下属制氢业务公司均有参与。截至2022年底,22个省市纷纷制定并发布本地氢能产规划,响应国家氢能发展战略。
此外,五大六小(国家电投、国家能源集团、华能集团、华电集团、大唐集团组成的“五大”,以及国投电力、华润电力、中广核、三峡集团、中节能集团、中核集团组成的“六小”),纷纷布局风光氢一体化项目,发力绿色氢能。
能源圈各个领域企业都对电解槽和绿氢生产表现了极大的热情,但这些企业的优势各有不同,央企在财力、全产业链布局方面更有优势,民营企业则聚焦某一点发力,有些企业还与央企合作,借力使力,实现其在氢能产业的飞速发展。 2023年国内电解水制氢装备市场呈现百花齐放态势,市场竞争也更加激烈。
趋势三
经济型层面:单位制氢成本(LCOH)将是未来核心竞争要素 隆基氢能、天 合元氢前景 巨大
经济性问题是阻碍绿氢发展的重要因素。光伏数十年的核心航道,就是提升单瓦的能效(LCOE),也就是用同样的组件来发更多的电。因此,氢能当下研发的核心航道,就是降低制氢单位的电耗,也就是用同样的电来制更多的氢。
单位制氢成本(LCOH)越低,绿氢就越具有经济性,单位制氢成本(LCOH)越低是评价绿氢经济性的最核心的指标。而在降本增效方面,隆基氢能推出的ALK Hi1产和天合元氢天擎碱性电解水制氢系统可谓是在行业的“两匹黑马”。
行业人士指出,制氢直流电耗每降低0.1kWh/Nm3,可使LCOH降低约2.2%,间接降低制氢设备初始投资费用和电费,相当于降低了制氢设备初始投资约25%。
例如,今年2月隆基氢能推出的ALK Hi1产品,在直流电耗满载状况下可低至4.3kwh/Nm3。为了适应更高利用小时的制氢场景,还同时推出了ALK Hi1 plus产品,直流电耗满载状况下低至4.1kwh/Nm3。
而早在去年12月,天合元氢天擎碱性电解水制氢系统为行业降本增效注入新的活动,在直流电耗满载状况下可低至4.3kwh/Nm3。未来将有望达到4.0kwh/Nm3。而天擎碱性水制氢设备的今年的实测数据也表现优异,进一步降低了客户的能源成本,彰显绿色能源新价值。
在具体的应用场景中,天擎系列具备25%-120%宽功率波动的制氢能力。在大规模制氢项目中,综合情况下设备投资可减少30%,为规模化更低价格获得绿氢实现了更加可靠的技术基础。
而在智能化方面,天擎系列也提升了行业的智能化水平。例如,具备一键式启停和自动判断风险停机告警的能力,保留云端数据同步查看与控制功能接口,方便远程控制,让无人值守更放心等功能,为行业智能化带来更多想象空间。而在绿色低碳方面,天擎一体化排污回收设计打造绿色低碳闭环,实现设备运行过程中的零排放。