交通是氢能应用的先导场景。氢燃料电池车辆以其零排放、高续航的特点正在成为交通领域低碳转型、清洁化发展的解决方案。早在“十五”时期，我国已将氢燃料电池汽车作为新能源汽车“三纵三横”发展路径之一。

2020 年 9月，国家五部委共同发布《关于开展燃料电池汽车示范应用的通知》，提出对燃料电池汽车示范采取“以奖代补”的鼓励措施。2021年8月，财政部、工业和信息化部、科技部、国家发展改革委、国家能源局正式批复燃料电池汽车示范应用首批示范城市群，分别为京津冀、上海、广东;次年1月，由郑州牵头的河南城市群和由张家口牵头的河北城市群正式获批，成为第二批燃料电池汽车示范城市群。五大示范城市群设立了各自的发展目标，从成效来看，尽管氢在交通领域的大规模应用仍面临诸多挑战，但城市群仍在政策扶持、技术突破、示范应用方面起到了显著的带动作用。

从规模来看，五大示范城市群燃料电池汽车接入量占全国七成以上。按照规定，上述五大城市群的示范期均为4年(从示范开始时间算起)，而且在4年内都有具体的目标值:京津冀城市群 5300 辆、上海城市群 5000 辆、广东城市群 10000辆、河北城市群 7710 辆、河南城市群 5000 辆。截至 2023 年9月底，上海示范城市群完成其总目标的 54.22%，居五大城市群之首，其次为京津冀示范城市群广东示范城市群、河南示范城市群、河北示范城市群，完成率分别为41.43%、28.26%、13.7%、10.61%。五大示范城市群燃料电池汽车累计接入 9236 辆，全国占比 71.3%。从各示范城市群燃料电池汽车推广结构来看，京津冀城市群、河北城市群、河南城市群以燃料电池客车推广为主;上海城市群、广东城市群以燃料电池专用车推广为主。2024 年1月，财政部等部委对燃料电池汽车示范应用城市群第一年度工作进行了考核评价。依据考核结果，中央财政拨付京津燃城市群奖励资金 3.5 亿元。

(一)主要电解水制氢技术路线快速迭代

电解水制氢的技术主要包括四种,即碱性水电解(AlkalineWater ElectrolysisAWE)、质子交换膜(Proton ExchangeMembranes,PEM)、固体氧化物电解电池(Solid Oxide Electrolytic Cells,SOEC)和固体聚合物阴离子交换膜(SolidPolymer Anion Exchange Membrane,AEM)。

其中，碱性电解槽技术可靠，成本低，操作方便，但设备占地面积较大。PEM 技术集成简单，动态响应好，转换效率高，体积小，在各性能指标上表现均衡且指标突出，但成本略高。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。AEM 技术仍处于研究阶段。电解水制氢工艺路线各有利弊，目前，碱性电解槽发展最成熟，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。从发展潜力及市场占比来看，碱性电解槽和 PEM 电解槽或将成为未来最主要的电解水制氢技术。

图2 电解水制氢三大技术路线原理

表 7 电解水制氢的三大基数路线特征对比

1.碱性电解槽应用广泛

碱性电解槽具备技术相对成熟、结构简单、安全稳定、成本相对低廉等优是现阶段主流制氢技术路线，已成功实现规模化制造及应用、占据主要市场势，份额。目前，碱性电解槽产氢量可达 2000Nm3/h 以上，最大可达 3000Nm3/h。据高工产业研究院(GGII)预计，2023 年中国碱性电解水制氢装备出货量有望达到 1.5GW,到 2030 年将会快速增长至 62GW,2022-2023 年均复合增长率为 75%。另据 GGI 调研，国内 AEM 制氢代表企业产品有望在 2024 年达到单槽 100kW,并于 2025 年推出 MW 级产品;同时部分企业开始建设 AEM 产线，加快产业化落地。

良好的市场预期下，碱性制氢设备市场竞争较为激烈。目前国内碱性制氢设备主要企业超 50 家(部分同时布局 PEM 制氢)，在碱性制氢领域耕耘时间久及由光伏等领域跨界而来的几家头部企业占据明显优势。一批后来入局企业的长期发展还需看自身产品成熟度、批量供应交付能力以及企业资源优势。

碱性电解槽由多个电解小室构成，电极、隔膜和密封垫片是关键材料。碱性电解槽通常呈圆柱形，可采用串联单极性或并联双极性压滤式结构，由螺栓和两块端压板将极板夹在一起，形成多个分隔的小室，每个小室由电极、隔膜、垫片、双极板组成。电极、隔膜和密封垫片是碱性电解槽的关键材料。电极通常采用镍网或泡沫镍，其性能对电流密度和电解效率有决定性影响，其成本约占系统成本的 28%;隔膜用于将两极隔离开，要求保障气密性的同时，降低电阻以减少电能损耗;密封垫片用于解决极片之间的绝缘问题，其绝缘性能对电解效率、安全、系统使用寿命均有影响。

2.PEM 电解槽装机量快速增长

PEM 电解槽同样由多个电解单元堆叠而成，每个单元均由质子交换膜、催化剂、气体扩散层和双极板构成。PEM 电解槽使用质子交换膜作为固体电解质，替代了碱性电解槽使用的隔膜和液态电解质(KOH 溶液)，内阻更小、内部结构更为紧凑，电解效率大幅提高，规模选择也更为灵活，PEM 电解采用纯水而非碱液作为电解原料，产氢纯度较碱性制氢更好。

然而，PEM 电解在强酸性环境下进行，需使用贵金属催化剂，导致成本较高，掣肘了其规模化推广。通过催化剂实现 PEM 电解槽降本增效是重要一环，催化剂未来降本空间保守估计在 30%-50%，在保障稳定性的前提下，通过掺杂非贵金属或者降低贵金属载量等方式降低成本尤为关键:双极板和气体扩散层约占据 PEM电解槽总成本的 60%，这两部分的国产化替代也是降本增效的重要途径。

国内 PEM 电解槽产业的发展，需要国产核心零部件的进一步突破。从技术层面来看，国产 PEM 电解槽已取得了长足进步，但在技术成熟度、装置规模、关键材料性能和可靠性验证等方面和国外先进水平相比还存在一定差距，整体仍有较大进步空间。国内布局 PEM 制氢主要企业超过 30 家(部分同时布局碱性制氢)，率先突围的关键在于技术实力。国内企业已推出产品以小功率为主，集中在 0.510kW、电流密度 0.1-2.5A/cm3，能耗 3.7-5kWh/Nm。截至 2023 年6月，多家公司都推出了单槽产氢量达 200Nm3/h 以上的产品，正在向 300Nm3/h 跃进。未来随着 PEM 制氢核心部件的技术提升及国产化率提高、PEM 制氢设备规模化应用的扩大，价格将大幅降低，市场占比将逐渐提升。

目前，国内兆瓦级 PEM 制氢技术已在加氢站现场制氢、风电等可再生能源电解水制氢等领域探索初步的示范应用。从 2021 年到 2023 上半年已公开披露的绿氢项目来看，从 1MW、2.5MW、7.5MW 到 50MW，PEM 电解槽装机规模在逐步扩大。结合其他在建及规划的绿氢项目来看，国内 PEM 制氢装机量增长趋势将进一步加快。GGII 预计，到 2030 年中国 PEM 电解水制氢装备出货量有望增长至19GW，2022-2030 年均复合增长率为 124%。

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