绿氢产业初露锋芒,背后都是哪些企业在布局推进?

发电技术畅想 2023-07-17
2755 字丨阅读本文需 7 分钟

当前,在“双碳”背景下,在国家政策以及相关技术的支撑下,我国绿氢“制、储、运、加、用”等产业链稳步发展,应用场景不断丰富。

今年6月底以来,中国石化新疆库车绿氢示范项目成功产氢,生产的绿氢通过管道运输到塔河炼化,替代现有天然气化石能源制氢,实现了万吨级绿氢炼化项目全产业链贯通;三峡集团内蒙古纳日松光伏制氢产业示范项目成功产氢,项目年产氢气约1万吨,主要应用于化工和交通领域;华电青海德令哈100万千瓦光氢储项目投产,年可发绿电22亿度,制氢规模600标准立方米/时;国家能源集团宁东可再生氢碳减排示范项目50万千瓦光伏项目已全容量并网,产生的氢气将用于化工、交通等多场景……

一、氢能行业,正处于处实质爆发前夕

氢能行业正向成熟期迈进,位处实质爆发前夕。国家层面政策已定调,今年以来产业持续落地实践、数据持续超预期,产业爆发高增周期已明确开启,后续绿氢项目招标的密集落地以及燃料电池汽车的产销高增将成为持续驱动力。

电解槽方面:1)布局企业众多,五大四小及三桶油等国家队均下场入局氢能产业,从前两年的几十家到现在的上百家;2)绿氢项目的不断涌现,迄今为止已立项超85GW,至2025年各省市政策绿氢规划量达到100万吨,对应约20GW,当前落地项目仅不到1GW;3)今年月度招标量已达980MW,超过往年份总和,今年迎0到1爆发;4)制氢设备率先受益,电解槽为首要机会,同时配套储运装置和运营建设厂商将迎来机遇。

燃料电池方面:1)IPO申报企业不断,国鸿氢能、捷氢科技、国富氢能、中鼎恒盛均处IPO申报阶段,燃料电池即将迎来大规模板块效应;2)燃料电池车装机量不断高增,4-5月连续两月同比高增8倍以上,大功率趋势叠加政策细则落地,全年持续看向翻倍;3)燃料电池汽车放量确定性强,2025年各省市规划量已超10万辆,当前保有量仅1万辆出头,补贴下可实现全生命周期成本平价;4)头部企业直观业绩由装车数据反馈,核心零部件率先受益,重点关注系统、电堆、膜电极、车载储氢瓶赛道,以及对应的检测设备和基础设施配套设备。

二、绿电制绿氢,碱性电解槽成当下最优解

作为从0到1快速发展的产业,电解水制氢系统的核心部分——电解槽,也有着碱性水电解(ALK)、质子交换膜电解(PEM)、高温固体氧化物电解(SOEC)、固体聚合物阴离子交换膜电解(AEM)四种技术路线,四大路线的产品能耗、安全、技术成熟度各有差异,但又有其各自的优点。

立足当下,技术最成熟、单槽成本最低的技术路线,莫过于ALK路线。碱性电解水制氢指碱性电解质环境下进行电解水制氢的过程,电解质一般为30%质量浓度的KOH溶液或26%质量浓度的NaOH溶液。反应过程中,水分子在阴极得到电子,析出氢气: 氢氧根离子在氢氧侧浓度差的作用下到达阳极,生成氧气和水。又因其碱槽成本低、整体工艺成熟度高,目前已有多个到达MW级别的项目,在绿氢生产中广泛落地。

但在整体成本低、工艺成熟的同时,ALK也由于其本身设计结构选型的问题,存在点解效率低、体积效率低下、启动慢、维护成本高、制氢纯度低的缺点。正在朝向大标方和低能耗两个方向改进。

除ALK路线之外,质子交换膜技术则使用了固体电解质代替了ALK路线中的隔膜与液态电解液,在解决了潜在的污染与腐蚀问题外,有了更高的效率和灵活度。

由于使用了固体电解质替代了隔膜,PEM路线的电阻相较于ALK更低,电解效率更高,降低了整个设备的体积;同时,因其反应活性远远高于ALK,也让其拥有了灵活的更高的启停机制,完全可以适应大幅度的风光变化,以更高的耦合度捕捉到更多的弃风弃光;此外,PEM使用纯水作为原料,产物不包含其他杂质,只需要去除水蒸气方可使用,纯度可达99.99%以上。

但PEM路线使用固态电解质的另一面,则是成本的攀升:PEM依赖铂、铱等贵金属作为催化剂,大大提高了成本,哪怕是在未来,降价弹性也十分有限。目前,正在朝向研发低贵金属催化剂与提升催化剂寿命方向发展,若能攻克,将成为最佳电解水制氢方法。

而在主流的ALK和PEM路线外,高温固体氧化物电解(SOEC)、固体聚合物阴离子交换膜电解(AEM)也在快速发展中。SOEC中部分电能可以使用电能替代,转化效率较高,但在高温下材料选择较少,目前尚未实现产业化;而AEM路线虽然材料成本低,但阴离子交换膜量产难度较大,仍在研发阶段。都属于后续潜力优良的制氢路线,但短期内难以看到产业化落地。

三、商业模式初起步,风光储与设备龙头快速抢占市场

虽然电解槽的技术路线多样,但目前国内的主要的电解水技术均来源于中船718所,并在近三十年中“开枝散叶”,传播至以派瑞氢能为代表的老牌电解水设备龙头、以隆基氢能为代表的风光储龙头和以华电重工为代表的传统设备厂商中。

三大类厂商各有优势,以中船718所(派瑞氢能)、苏州竞立和天津大陆为代表的老牌龙头具备技术和产品积累,先发优势明显,但面临人才流失严重的问题;以隆基氢能、阳光电源为代表的风光储龙头依托现有客户基础,布局可再生能源制氢系统,与原业务有很强的协同效应;而华电重工、华光环能等为代表的传统设备厂商,则具有多年装备制造经验,再设备生产上拥有先进的技术与工艺基础。

三大类厂商中,业务协同的光储龙头与“国家队”背景的相关企业,或将迎来估值的快速攀升。

风光储龙头企业可有效依托现有客户基础,延伸布局电解水制氢系统,可为客户提供光氢、风氢一体化系统解决方案,与原有光伏、风电业务发挥协同,是业务向最为契合的企业,拥有极大的空间。

其中,光伏龙头隆基绿能成为风光储龙头企业入局氢能源的标杆之一。

自2018年起,隆基就开始对氢能产业链进行战略研究,与国内外科研机构研究合作研发电解水制氢装备技术,并于2021年3月31日正式成立隆基氢能科技有限公司,积极布局绿氢装备业务。2022年5月,隆基氢能入围中石化首个万吨级绿氢示范项目。2022年10月,隆基氢能已按期完成16台套电解水制氢设备发货。

而在新产品方面,隆基氢能性能优异,贯彻了碱性电解槽大标方的理念,降本效果凸显。2021年,公司下线首台1000Nm³/h碱性水电解槽,2023年2月14日,隆基氢能发布ALK Hi1系列新产品,而其迭代后的ALK Hi1 plus产品,直流电耗满载状况下低至 4.1kWh/Nm³,在 2500A/㎡电流密度下,更可低至4.0kWh/Nm³,更可连续运行72小时。

此外,由于业务的适配性,公司市占率也遥遥领先。2022年国内电解水制氢设备出货量达到722MW,同比大幅增长106%。其中,隆基氢能电解水制氢设备产能达1.5GW,据隆基绿能创始人李振国介绍,2022年隆基氢能电解水制氢设备产能位居全球第一、出货量跻身国内前三。

在风光储龙头外,具有国资背景的企业依托其背后的集团,具备极强的渠道优势。

其中,华电重工背靠国企最大独资发电集团之一的华能集团,具备高产业协同效应,渠道优势强大。

华电重工作为华电集团专门承包和制造各种能源装备的子公司,十分重视ALK和PEM两大制氢路线与储运领域的相关技术。

在碱性电解槽设备领域,华电于2020年7月成立氢能技术研究中心,并于两年后下线1200Nm³/h碱性电解槽,单机产氢量、电解效率、电流密度等主要技术指标达到国际先进水平。而在PEM 及燃料电池设备领域,已开工建设“华电德令哈3MW 光伏制氢项目”,PEM制氢规模达600Nm³/h。产品性能已达到国际水平,为多家国内外头部企业供货。

此外,在更加下游的绿氢储运领域中,华电重工早在 2012 年成立煤化工事业部,开展高压氢气管道输送业务;同时自主研发的固态储氢、液态储氢技术已成功应用于泸定水电解制氢项目中。

同时,在华电集团资源倾斜下,公司先后中标了内蒙华电达茂旗(12000Nm³/h)、山东华电潍坊(5000 Nm³/h)等项目,未来前景广阔。

文章来源: 奇偶派,锂电百科,人民网

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