政策支持+项目激增助力PEM制氢行业快速发展各类型企业布局加速

2023-12-11 10:10

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1、PEM 制氢概述

质子交换膜电解槽（PEMWE）是一种新型电解槽，主要由膜电极（MEA）、气体扩散层（GDL）、双极板组成。

PEM电解槽主要组成部分

组成部分	双极板	质子交换膜	催化剂	气体扩散层
主要作用	支撑集电器与膜电极、传递电子及提供物质传输的通道	隔绝氢气和氧气，防止气体在阳极与阴极通道间发生反应同时控制质子交换	发生电化学反应，决定制氢效率	在电催化层和双极板之间提供有效的电接触，并确保它们之间的气/液传输
性能要求	耐强酸性和良好的导电性	保证其在一定工作环境中维持良好质子传导率	有效降低过电位且耐腐蚀性良好	有适当的孔隙率和孔径、良好的导电性和稳定性
材质/组成设备	石墨双极板、金属双极板及复合材料双极板。表面需涂覆Pt或Au涂层	Nafion系列膜	阳极：早期金属，目前是Ru02和Ir02阴极：Pt和C	钛基多孔材料，表面还需涂覆Pt或Ir涂层

资料来源：观研天下整理

PEM制氢与碱性电解槽相比，能与可再生能源耦合，生产速率可以在整个负载范围内发生变化；高安全性，保证氢气和氧气被隔离到阴阳两极而不外泄；温度更低在室温-80℃之间；高电解效率，可以在高电流密度(>1.0A/cm2)和高压下(>5MPa)工作；高纯度产生的氢气纯度可以达到99.999%，可直接通入燃料电池使用；体积小、动态响应速度更快。

碱性与PEM制氢对比

项目	碱性制氢(AWE)	质子交换膜制氢(PEM制氢)
电解质	KOH	质子交换膜
温度/℃	70-90	40-80
电解效率/%	56-80	76-85
压强/bar	1-32	1-35
电流密度/(A·cm2)	0.2-0.5	1.5-2.5
响应速度	数十秒级	秒级
负荷范围/%	10-100	0-150
输入下限/%	10-40	0-10
寿命/h	90000	20000-60000
优点	技术成熟，低成本，高寿命	低温，与可再生能源耦合，高纯度，高安全性，体积小
技术成熟度	9	7

资料来源：观研天下整理

2、国内电解槽规格不断突破，多家企业PEM制氢量超过200Nm³/h以上

根据观研报告网发布的《中国PEM制氢行业发展现状研究与投资前景预测报告（2024-2031年）》显示，目前派瑞氢能、阳光氢能、赛克赛斯、淳华氢能、长春绿动等多家企业均推出单槽产氢量200Nm³/h以上的产品，PEM电解槽单槽产氢量正朝着300Nm³/h及以上发展。

我国部分PEM电解槽企业产品及规格

企业	电解槽类型	PEM制氢规模(Nm³/h)
阳光电源	ALK/PEM	500
中船718所(派瑞氢能)	ALK/PEM	300
赛克赛斯	PEM	200，500(中试)
淳华氢能	PEM	300
国富氢能	ALK/PEM	200
中国石化	PEM	250
长春绿动	PEM	250
融科氢能源	PEM	200

数据来源：观研天下整理

3、政策助力PEM制氢行业发展

近年来，国家及各地方政策相继出台政策，助力PEM制氢行业发展。例如，2023年8月8日，中国六部门发布的《氢能产业标准体系建设指南（2023版）》制定水电解氢标准，进一步规范PEM电解槽行业。2022年12月，吉林省人民政府发布《支持氢能产业发展若干政策措施（试行）》公布了一系列项目，包括吉电股份大安风光制绿氢合成氨一体化示范项目和国家电投长春氢能产研基地100兆瓦级PEM制氢设备中试产线项目等。2023年8月22日，国家发改委等十部门印发《绿色低碳先进技术示范工程实施方案》鼓励可再生能源制氢。

4、建设项目激增，PEM制氢行业快速增长

同时，我国PEM制氢行业建设项目激增，带动需求快速增长。2020年10月，国内第一个2.5MW级PEM制氢项目三峡乌兰察布“源网荷储一体化”关键技术研究与示范-“制-储-运-加”氢能综合示范项目开工，由三峡集团负责投资建设。而 2022年11月到2023年6月，半年多的时间已有10余个兆瓦级示范项目。

我国兆瓦级PEM电解水制氢项目一览

项目名称	项目状态	规模	设备供应商
三峡乌兰察布“源网荷储一体化”关键技术研究与示范“制储-运-加”氢能综合示范项目	2020年10月开工	500Nm3/h(2.5MW)	康明斯
国网安徽六安兆瓦级制氢综合利用项目	2022年7月6日投产	200Nm3/h(1MW)	中科院大连化物所、阳光氢能、北京中电丰业
金麒麟风力制氢项目	2022年11月11日制氢系统启运发货	1200Nm3/h(6MW)	赛克赛斯
青海华电德令哈3兆瓦光伏制氢项目	2022年11月3日开工	600Nm3/h(3MW)	–
中石化中原油田兆瓦级可再生电力电解水制氢示范项目	2022年12月25日投产	500Nm3/h(2.5MW)	康明斯
宁夏京能宁东发电有限责任公司氢能制储加一体化项目	2022年7月16日制氢系统启运发货	200Nm3/h(1MW)	阳光氢能
中石化燕山石化项目	2022年12月投产	210-250Nm3/h(1MW)	中国石化
长江电力三峡坝区PEM制氢加氢一体站项目	2022年12月投产	200Nm3/h(1MW)	阳光氢能
国电投白城兆瓦级PEM电解制氢系统装备项目	2023年1月投产发货	200Nm3/h(1MW)	电解槽由长春绿动提供，剩余统由北京中电丰业提供。
国电投大安风光制绿氢合成氨体化示范项目	2023年2月23日启动招标	10000Nm3/h(50MW)	长春绿动
吉电股份中韩示范区	2023年2月投产	400Nm3/h(2MW)	长春绿动
康明斯恩泽PEM制氢设备制造基地	2023年4月投产	1期500MW，2期1GW	康明斯恩泽
丰镇5万吨绿氢暨氢能装备制造产业项目	2023年6月27签约	-	-
中国石油玉门油田可再生能源制氢项目	2023年8月8日开工	2套质子交换膜	中国石油工程有限公司

资料来源：观研天下整理

5、各类型企业涌入，市场布局加速，我国PEM制氢行业竞争激烈

目前，我国从事PEM制氢的主要企业超过30家，总体分为三类：一类是开发PEM电解槽的企业，大部分是老牌研发技术企业，如阳光电源、派瑞氢能、赛克赛斯、中国石化等；二类是原先布局ALK的企业，如国富氢能开始布局PEM制氢并发布产品；三类是新势力企业，如亿华通、氢晨科技等燃料电池龙头或者淳华氢能等企业。

我国主要PEM制氢设备企业概况

所属分类	公司	技术路线	公司概况
国内第一梯队	中船718所（派瑞氢能）	ALK、PEM	中国船舶第七一八研究所全资子公司，以七一八研究所六十余年在氢能领域的技术实力和工程经验为依托，是目前国内电解水制氢设备、氢能装备产业链较为完备的科研生产企业，总建筑面积达21500平方米，年产量可达1.5GW，具有年生产碱性制氢设备350台套、PEM制氢设备120台套的生产能力，以及进行各型加氢站建设。
	阳光电源	ALK、PEM	阳光电源投建的年产能1GW制氢设备工厂将扩建，扩建投运后产能预计达3GW，具备领先的技术和大批量交付能力。未来，公司将会进一步加大在该领域的投入。
	赛克赛斯	PEM	国内首家从事PEM纯水电解制氢装备的国家高新技术企业。自上世纪80年代，国内最早开展质子交换膜纯水电解制氢技术研究，至今已有30余年历史。
国内第二梯队	中国石化	PEM	中国石化是我国最大的氢气生产利用主体，近年来每年氢气生产利用量约为450万吨。公司锚定打造中国第一氢能公司目标，聚焦“氢能交通、绿氢炼化”两大领域，启动了全球最大绿氢耦合煤化工项目——内蒙古鄂尔多斯风光融合绿氢化工示范项目，累计建成加氢站超100座,建设和运营加氢站数量居全球首位，建立涵盖“制储运加用研”的氢能全产业链条。2022年12月14日，中国石化首套自主研发的兆瓦级PEM（质子交换膜）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。这标志着中国石化质子交换膜电解水制氢成套技术实现工业应用。
	淳华氢能	PEM	公司主要致力于PEM水电解制氢技术的研发、生产和销售，通过了多项管理体系认证，拥有国内先进的氢能技术开发团队，核心人员为国内外氢能源领域的专家，拥有多年丰富的PEM水电解制氢经验。目前该公司生产的PEM水电解槽已获得多项国家发明专利，各项应用技术指标达到国际先进水平。参与国标制定2项、已授权发明专利7项、待授权发明专利1项，授权总专利16项、待授权专利14项、待授权软件著作权6项。淳华PEM水电解槽直接输出高压力氢气（等高压、高差压），有着大电流密度，电堆小型化，便于集成，系统响应快速，适应动态操作，高气体纯度，高可靠安全性，系统简单、小型化和集成化，易于操作维护等优良特性。
	长春绿动	PEM	1）国家电投集团氢能科技发展有限公司控股，吉林电力股份有限公司、国家电投新疆能源化工、中韩(长春)国际合作示范区共同出资成立的国有企业，专业从事PEM电解水制氢核心装备的研发、生产、销售和售后服务；2）签订大安风光制绿氢合成氨一体化示范项目PEM制氢设备供货合同，价格高达2.9亿；3）2022年7月，长春绿动自主研发的兆瓦级高性能质子交换膜电解制氢装备，通过了由中国产业发展促进会牵头组建的鉴定会的专业鉴定。
	国富氢能	ALK、PEM	与卡沃罗签订货值不少于2000万的MW级PEM电解槽采购协议。欧洲团队合作，开发MW级PEM水电解制氢系统，以及PEM制氢（10-100kW）分布式能源系统，到2023年起实现MW级PEM电解槽量产。
材料企业	氢晨科技	PEM	氢晨科技致力于为全行业提供最优质的电堆产品及工程服务。2022年，氢晨科技开发了新一代燃料电池电堆技术，已推出300kW大功率金属板燃料电池电堆，是全球单堆功率最大的燃料电池电堆产品。此外，开发的250Nm³/h的PEM电解槽性能进入国际先进水平行列。目前，氢晨科技已在中国（上海）自由贸易试验区临港新片区实现集研发、办公、生产、测试于一体的产业化基地，打造全自动化电堆生产制造产线，产能达到10000台套/年。
	东岳未来氢能	质子交换膜	1）构建了完整的质子膜全产业链布局；150万平方的质子交换膜生产基地投产开建。氢辉能源质子交换膜已开发40微米、80~100微米增强型质子交换膜（PEM）及膜电极；开发出适用于不同应用场景的高性能长寿命的小、中型PEM电解堆。
	氢辉能源	质子交换膜	产线历经8个月的产线设计、设备定制及制造、建造装修，于7月12日顺利落地投产。该产线使用精密狭缝涂布技术，具有涂层均匀性高、涂布速度快、可适用浆料的黏度范围广等优点；悬浮式热处理技术具有热挥发效率高、运行张力低等优势，产线可实现1050mm宽幅的连续生产，年产能达4GW，在国内处于领先水平。