电解水制氢,即通过电能将水分解为氢气与氧气的过程,该技术可以采用可再生能源电力,不会产生CO2和其他有毒有害物质的排放,从而获得真正意义上的“绿氢”。
电解水制氢原料为水、过程无污染、理论转化效率高、获得的氢气纯度高,但该制氢方式需要消耗大量的电能,其中电价占总氢气成本的60%~80%。
电解水制氢关键在于电解槽技术,目前主要有碱性电解槽、质子交换膜(PEM)电解槽、固体氧化物电解槽(SOEC)和阴离子交换膜(AEM)电解槽这些类型。每种技术都有其优缺点,比如碱性电解槽成本低但效率相对低,PEM效率高但贵,SOEC高温下效率更高但材料要求高。
电解水制氢作为绿色能源转型的关键技术之一,其未来发展将受到全球碳中和目标、技术进步和能源需求的多重驱动。未来五年(2025-2030年)我国电解水制氢行业的发展趋势如下:
一、产能快速扩张,进入爆发增长期
新增产能持续高增长:2023年电解水制氢新增产能3.7万吨/年(同比增长181%),累计产能达7.2万吨/年。预计未来五年产能将加速释放,规划项目占比高达82%(截至2023年),到2025年新增产能或超10万吨/年,累计产能可能突破100万吨/年。
政策驱动规模化发展:国家能源局、国务院等多部门政策明确支持可再生能源制氢,推动试点示范项目落地,叠加“双碳”目标,行业进入政策与市场双重红利期
2023-2024年我国电解水制氢行业相关政策
发布 |
部门 |
政策名称 |
主要内容 |
2023年12月 |
国家发改委 |
产业结构调整指导目录(2024 年本) |
将氡能、风电与光优发电互补系统技术开发与应用·传统能源与新能源发电互补技术开发及应用:电解水制氢和二氧化诚催化合成绿色甲醇等列为鼓励类。 |
2024年1月 |
国家市场监管总局 |
2024年国家标准立项指南 |
在新能源重点立项领域,文件指出:加虽电解水制氢装备、氢气压缩机、氢膨胀机、高压储氢容器、液氢装备、输氡管道、氢应用、氢电融合和氡安全等标准研制,制定氨品质检则、电解水制氡系统则试、临氡材料测试、氢储运装备测试、燃料电也和零部件测试等标准。 |
2024年2月 |
生态环境部等六部门 |
国家重点低碳技术征集推广实施方案 |
重点推动可再生能源的低成本(离网、可中断负荷)大规模制氢技术,分布式可再生能源制氢技术,工副产氢高效提纯技术,经济安全高效的氢能储运技术,氢燃料电池开发及燃料电池分布式发电技术等氢能开发利用技术发展。 |
2024年3月 |
国家能源局 |
2024年能源工作指导意见 |
编制加快推动氢能产业高质里发展的相关政策,有序推进氡能技术创新与产业发展:稳步开展氢能试点示范,重点发展可再生能源制氢,拓展氢能应用场景。 |
2024年5月 |
国务院 |
关于印发2024—2025年节能降碳行动方案的通知 |
大力推进可再生能源替代,鼓励可再生能源制氢技术研发应用,支持建设绿氢炼化工程,逐步降低行止煤制氢用里。 |
2024年5月 |
工信部 |
<国家工业节能降碳技术应用指南与案例(2024年版)>之十:氢能制取及利用技术 |
其中提到兆瓦级固体聚合物电解质电解水制氢技术,主要适用子可再生能源制氢工艺。 |
2024年6月 |
内蒙古自治区 |
关于进—步加快推动氢能产业高质里发展的通知 |
打造氢能“制储运加”产业集群,开展电解水制氢装备、液氡储运装备、输氡管道、加氢装备和氢烂气轮机等研发应用。 |
资料来源:公开资料、观研天下整理(xyl)
二、技术路线多元化,PEM电解槽成主流方向
碱性电解技术仍占主导:当前碱性电解水(AWE)因成本低、技术成熟度高,仍是主流路线,短期内仍将占据较大市场份额。但其灵活性不足、效率较低的问题可能限制长期发展。
PEM电解槽加速产业化:PEM电解水技术(PEMWE)凭借响应速度快、效率高、适应可再生能源波动性强等优势,预计2025年后成本进一步下降,逐步替代碱性电解槽成为主流。例如,2024年PEM电解槽成本已显著降低,部分项目已实现商业化应用。
新兴技术储备:固体氧化物电解水(SOEC)等高温电解技术虽尚处研发阶段,但未来可能因效率提升(可达70%以上)成为重要补充。
三、成本持续下降,经济性加速显现
可再生能源电力成本降低:风光装机规模扩大及电价下降,推动电解水制氢总成本接近煤制氢(当前已提前5年进入经济性区间)。预计到2030年,电解水制氢成本可能降至每公斤15-20元,显著低于工业副产氢。
设备成本优化:PEM电解槽规模效应和技术迭代将推动设备成本从2023年的5000元/千瓦降至2025年的3000元/千瓦,叠加电解水技术国产化率提升,进一步压缩成本。
四、应用场景扩展,下游需求多元化
工业领域需求爆发:绿氢在炼化、钢铁等重工业的替代潜力巨大,例如“绿氢炼化工程”被政策重点支持。预计2025年工业用氢需求量将达120万吨/年。
交通与储能领域渗透:氢能燃料电池车推广、氢能储能示范项目推进,将带动氢气需求增长。例如,2023年中国燃料电池汽车销量超6000辆,未来五年可能突破10万辆。
分布式制氢试点:分布式可再生能源制氢技术(如离网光伏制氢)在偏远地区和工业园区的应用将逐步扩大。
五、行业竞争加剧,头部企业主导市场
企业集中度提升:2024年中船派瑞氢能、阳光氢能等头部企业占据近70%市场份额,未来技术壁垒和规模效应将使行业向少数龙头企业集中。
产业链协同深化:上游光伏/风电企业(如隆基绿能)、电解槽制造商(如中车、阳光电源)与下游应用端(如石化企业)形成紧密合作,推动技术迭代和成本降低。
六、挑战与风险
电网消纳压力:电解水制氢需大规模接入电网,短期内可能加剧部分地区电力供需不平衡。
技术替代风险:若工业副产氢提纯技术突破或新型制氢技术(如核能制氢)规模化,可能分流电解水制氢需求。
政策波动风险:国际氢能贸易政策(如碳关税)及国内补贴退坡可能影响行业投资信心
总结
未来五年,我国电解水制氢行业将呈现“规模化、低成本、技术迭代”的特征,政策支持叠加可再生能源优势,行业有望实现从导入期到成长期的跨越。但需关注产能过剩风险、技术路径切换压力及国际竞争挑战。
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2024年9-11月期间,中国工程院院士谢和平、中国科学技术协会主席万钢、工信部副部长辛国斌、中石化董事长马永生、水电水利规划设计总院新兴能源处副处长贾浩帅、国网能源研究院综合能源研究室主任张宁、美锦能源董事长姚锦龙、隆基绿能总裁李振国、同济大学汽车学院教授余卓平、未势能源董事长张天羽等10位知名人物(排序不分先后)在公开场合或媒体上发表了极具建设性的意见,内容覆盖如何解决氢能生态构建难题、绿氢经济性难题、氢车规模商业化难题、加氢站网络构建难题等方面。
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根据起点研究院(SPIR)统计数据显示,2024年全球钠电池出货量达到3.6GWh,同比增长260%。其中ESS储能钠电池出货2.2GWh,同比增长228%,EV动力钠电池出货0.4GWh,同比增长300%;轻型动力钠电池出货0.7GWh,同比增长367%;3C钠电池出货0.3GWh,同比增长275%。
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氢能作为一种备受追捧的零污染高效能源,其稀缺性使得人们对其渴求不已。然而,能耗巨大的压缩过程以及极低温度下的液化环节,被视为通往氢能转型之路上的重大障碍。在此背景下,氨成为热门的替代选项,尽管这种物质带有些许气味,但它有望成为能源转型中的奇迹材料。
作者:Dominik Stephan
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