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产业链日趋完善 电解水制氢成为绿氢行业核心增量赛道 碱性电解槽(ALK)占主导地位

前言:

在双碳战略引领下,氢能产业战略地位持续提升,绿氢替代传统高碳氢能已成行业必然趋势。电解水制氢凭借绿色零碳、布局灵活、适配场景多元等优势,成为绿氢制备主流技术。目前国内产业链体系日趋完善,ALK、PEM等多技术路线并行发展。

一、电解水制氢为最具发展潜力的绿色氢能生产路径,产业链体系日益完善

根据观研报告网发布的《中国电解水制氢行业现状深度研究与发展前景预测报告(2026-2033年)》显示,电解水制氢是当前绿氢制备的主流技术路线,其核心原理为在充满电解液的电解槽中通入直流电,促使水分子在电极上发生电化学反应,分解生成氢气和氧气,生产全过程可实现零污染物、零碳排放。该技术具备多重核心优势,核心体现在绿色低碳、产品纯度高、项目布局灵活三大方面,适配新能源转型下的多元化制氢场景需求,也被视为最具发展潜力的绿色氢能生产路径。

我国电解水制氢产业已逐步构建起涵盖电解槽整机制造、核心部件研发及系统集成的完整产业链体系,产业基础日益坚实。具体来看:上游为能源供给以及电解水制氢设备原材料,包括电解槽隔膜、电解液、正负电极板等;中游为电解水制氢设备及建设项目,其主要工艺包括ALK/PEM/SOEC;下游主要包括氢能储运、燃料电池、工业应用、发电等应用领域。

我国电解水制氢产业已逐步构建起涵盖电解槽整机制造、核心部件研发及系统集成的完整产业链体系,产业基础日益坚实。具体来看:上游为能源供给以及电解水制氢设备原材料,包括电解槽隔膜、电解液、正负电极板等;中游为电解水制氢设备及建设项目,其主要工艺包括ALK/PEM/SOEC;下游主要包括氢能储运、燃料电池、工业应用、发电等应用领域。

资料来源:公开资料,观研天下整理

二、绿氢替代灰氢成必然趋势,电解水制氢拥有广阔发展空间

1、氢能战略地位突出,政策持续加码赋能

氢气是全球能源转型、我国“双碳”目标落地的关键核心载体,凭借清洁无碳、能量密度高的独特优势,能够为钢铁、重型交通等难以脱碳的高耗能领域提供绿色解决方案。同时,氢能可实现长周期储能与跨区域储运,有效助力可再生能源消纳、保障电网稳定运行,在现代能源体系中占据不可或缺的战略地位。

国家层面持续拔高氢能产业战略定位,“十四五”规划首次将氢能纳入未来前瞻产业,明确氢能是我国现代能源体系的重要组成部分,提出“有序推进氢能开发利用、促进氢能产业高质量发展”的发展方针;步入“十五五”周期,国家进一步拔高氢能定位,将其培育为新的经济增长引擎,各地城市群配套产业政策陆续落地,驱动氢能产业规模扩张。依托国内完善的产业基础与坚定的能源转型导向,氢能将协同各类清洁能源逐步替代对外依存度较高的传统化石燃料,成为优化我国能源结构的关键载体。中国氢能联盟预测,2050 年氢能在国内终端能源消费占比将突破 10%,相关产业年产值有望达到12万亿元,长期成长空间广阔。

当前制氢分为灰氢、蓝氢、绿氢三大路径。灰氢依托天然气蒸汽重整、煤炭气化等化石能源重整技术制备,或取自工业副产氢,技术成熟、生产成本低、盈利稳定,当前全球产能占比超90%,但生产过程碳排放极高,碳排放强度达9-12kgCO₂/kgH₂,环保短板突出。蓝氢是在灰氢生产流程基础上增加碳捕集与封存(CCUS)技术,其碳排放大幅下降,但生产成本显著抬升;目前产业占比不足 5%,项目多为示范性质,盈利高度依赖政策补贴。绿氢依托风电、光伏、水电等可再生能源电解水制备,全生命周期近乎零碳排放,是纯正的绿色氢能,但目前生产成本偏高,为灰氢的2-3倍,行业整体尚未实现盈利,商业化进程处于前期阶段。

氢能的分类及对比

对比指标 灰氢 蓝氢 绿氢
技术路径 天然气蒸汽重整(SMR)、煤炭气化 SMR/自热重整+碳捕集与封存(CCUS) 可再生能源电解水(碱性/PEM/SOEC)
碳排放强度 高:9-12kgCO2/kgH₂ (无捕集) 中:捕集率≥95%时降至6.59kgCO2/kgH₂ 零碳(全生命周期接近零)
生产成本 低:约1.82美元/kg(无碳捕集) 中3.22美元/kg(CCUS),政策补贴后2.59美元/kg 高:4-12美元/kg,普遍为灰氢2-3倍
产业占比 全球产能90%以上 不足5%,多为示范项目 不足0.1%,商业化前期
盈利状况 盈利稳定,毛利率5%-15% 微利或盈亏平衡,依赖补贴 全行业亏损
代表企业 空气产品、林德、ATMOS能源 BP阿曼项目(勉强平衡)、埃克森美孚贝敦项目(暂停) ITMPower、尼古拉(破产)、阿尔斯通(暂停)

资料来源:公开资料,观研天下整理

资料来源:公开资料,观研天下整理

数据来源:公开数据,观研天下整理

2、绿氢替代传统氢能成大势所趋,电解水制氢拥有广阔发展空间

绿氢替代传统氢能成大势所趋。一是发展绿氢产业不仅是我国实现“双碳”战略目标的重要路径,还可缓解弃风、弃光等问题,提升可再生能源利用效率。同时,绿氢产品可广泛应用于交通、建筑和工业等领域,具备显著的经济与环境效益。

二是政策长期护航绿氢行业发展,聚焦推动技术研发、应用等方面,为其产业化注入强劲动能。其中,《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》明确了绿氢行业的具体发展目标:重点发展可再生能源制氢,严格控制化石能源制氢。到2025年,可再生能源制氢量达到10-20万吨/年,成为新增氢能消费的重要组成部分,实现二氧化碳减排100-200万吨/年。到2030年,形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氢及供应体系,产业布局合理有序,可再生能源制氢广泛应用,有力支撑碳达峰目标实现。到2035年,可再生能源制氢在终端能源消费中的比重明显提升,对能源绿色转型发展起到重要支撑作用。

三是绿氢生产成本有望随绿电成本下滑实现平价。当前在煤炭、天然气、电力取国内平均价格条件下,灰氢净零成本为 1.6~4.4 美元 /kg,蓝氢净零成本为 2.1~5.0 美元 /kg,绿氢净零成本为 7.5~8.4 美元 /kg。较高的制氢成本是绿氢实现规模化应用的关键瓶颈。相关研究显示,在绿氢生产成本中,电价占比超 60%;若 2030 年绿电价格降至 0.15-0.25 元 / 度,绿氢成本有望随之下降至 10-15元 /kg,部分资源优越地区的规模化项目可降至10元/kg,届时绿氢价格将具备一定竞争力。

三是绿氢生产成本有望随绿电成本下滑实现平价。当前在煤炭、天然气、电力取国内平均价格条件下,灰氢净零成本为 1.6~4.4 美元 /kg,蓝氢净零成本为 2.1~5.0 美元 /kg,绿氢净零成本为 7.5~8.4 美元 /kg。较高的制氢成本是绿氢实现规模化应用的关键瓶颈。相关研究显示,在绿氢生产成本中,电价占比超 60%;若 2030 年绿电价格降至 0.15-0.25 元 / 度,绿氢成本有望随之下降至 10-15元 /kg,部分资源优越地区的规模化项目可降至10元/kg,届时绿氢价格将具备一定竞争力。

资料来源:王建良等著《统一框架下不同净零氢气生产途径成本比较研究》

3、绿氢产业化加速落地,带动电解水制氢快速发展

在政策扶持与产业需求双重驱动下,我国绿氢产业进入高速扩张期,电解水制氢试点项目批量落地、产能快速增长。国家能源局统计数据显示,截至 2024 年末,全国已规划建设可再生能源电解水制氢项目超 600 个。2023-2025年分别新增绿氢年产能3.72、5.41、25.22万吨,2025年底累计建成绿氢产能约36.98万吨。截至2025年,国内共规划879个风光氢基能源项目,约1036万吨绿氢。预计到2030年中国绿氢产能有望达到300万吨以上,形成万亿元以上的大市场。从区域分布来看,2024年国内绿氢产能高度集中于新能源资源富集的华北、西北地区,两地产能分别占全国总产能的45%、44%,合计占比超八成。

在政策扶持与产业需求双重驱动下,我国绿氢产业进入高速扩张期,电解水制氢试点项目批量落地、产能快速增长。国家能源局统计数据显示,截至 2024 年末,全国已规划建设可再生能源电解水制氢项目超 600 个。2023-2025年分别新增绿氢年产能3.72、5.41、25.22万吨,2025年底累计建成绿氢产能约36.98万吨。截至2025年,国内共规划879个风光氢基能源项目,约1036万吨绿氢。预计到2030年中国绿氢产能有望达到300万吨以上,形成万亿元以上的大市场。从区域分布来看,2024年国内绿氢产能高度集中于新能源资源富集的华北、西北地区,两地产能分别占全国总产能的45%、44%,合计占比超八成。

数据来源:公开数据,观研天下整理

三、当前电解水制氢有四大技术路线,碱性电解槽(ALK)占据绝对主导地位

当前电解水制氢主要分为碱性(ALK)、质子交换膜(PEM)、阴离子交换膜(AEM)、固体氧化物(SOEC)四大技术路线,各路线技术特性、成熟度、适配场景差异显著。

电解水制氢路线对比

绿氢制备路线 电解质/隔膜 优势 劣势 应用场景
碱性水电解(ALK) 30%KOH/非 石棉隔膜 技术成熟、成本较低 响应慢、电源稳定性 要求高、效率低、存 在污染 电网电解制氢
质子交换膜制氢(PEM) 纯水/质子交 换膜 纯度高、响应快、能 适应波动电源、环境 友好 质子交换膜技术难度 高、造价较高 可再生能源消 纳制氢
阴离子交换膜制氢(AEM) 5%KOH/阴 离子交换膜 纯度高、响应快、能 适应波动电源、气密 性好 阴离子交换膜技术难 度高、技术成熟度 低、寿命较低 可再生能源消 纳制氢
固体氧化物制氢(SOEC) 固体氧化物 环境友好、制氢效率高 环境稳定性要求高、应用场景受限、技术 不成熟 工业余热耦合制氢、合成气 制备

资料来源:公开资料,观研天下整理

从国内市场格局来看,碱性电解槽(ALK)凭借成熟的技术、低廉的成本占据绝对主导地位,市场占比持续提升,从2023年的95.5%升至2024年的98.6%,2024年需求规模超2.1GW,是当前产业化落地的核心路线。而质子交换膜制氢凭借产氢纯度超 99.97%、响应速度快、环境友好等优势,成为与风电、光伏等间歇性可再生能源发电系统耦合的最优路线,可实现绿电就地消纳,将是未来绿电制氢的主要发展方向。

从国内市场格局来看,碱性电解槽(ALK)凭借成熟的技术、低廉的成本占据绝对主导地位,市场占比持续提升,从2023年的95.5%升至2024年的98.6%,2024年需求规模超2.1GW,是当前产业化落地的核心路线。而质子交换膜制氢凭借产氢纯度超 99.97%、响应速度快、环境友好等优势,成为与风电、光伏等间歇性可再生能源发电系统耦合的最优路线,可实现绿电就地消纳,将是未来绿电制氢的主要发展方向。

数据来源:公开数据,观研天下整理(WW)

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