近2年，国内PEM电解槽市场需求起量较慢，新的企业不断涌入，市场竞争加剧。与此同时，PEM电解槽技术快速迭代，在强化其自身性能优势的情况下也带来了产品成本的下降。从市场反应来看，2024年PEM电解槽中标/平均报价的价格降幅达到39% 。
能景研究认为，技术突破能够带来PEM的大幅降本，但也要关注PEM电解槽的降本路径和节奏。PEM技术路径在风光波动制氢场景下具备更高的适应性和可靠性，在产品尚未规模化的情况下，技术的迭代更新需经过验证和实践，以保障产品的可靠性和示范项目的长期稳定。
本文聚焦盘点了PEM电解槽的技术特点及降本路径，也带来了对一些行业情况的思考，以供行业参考。
国内PEM电解槽市场尚未完全起量。近三年（2022年至2024年）国内电解槽市场中，PEM电解槽的需求比例占5%左右，对PEM电解槽合计市场需求约100MW。从需求案例数量上看，主要是一些小型分布式制氢项目，部分规模化绿氢项目已经开始采用PEM电解槽但订单尚比较集中且有限，典型如国电投大安绿氨项目、中能建松原项目等案例。PEM电解槽参与布局者不断增多。近三年，国内布局PEM电解槽的除传统电解槽企业之外，国央企、燃料电池企业、高校科研机构等等也在不断进入该领域。2022年至2023年，国内布局PEM电解槽的企业由约18家增至50余家，PEM电解槽的披露产能由0.6GW增加到约5.7GW，自动化产线也有多条落地。国内PEM电解槽的市场价格已经开始有所下降。2023年，中国兆瓦级PEM电解槽中标均价约890万元/MW，相较2022年下降了约11%。其中，最低的中标市场价格降至了600万/MW左右。2024年1至10月，国内PEM电解槽报价平均价格较2023年市场均价降幅达到39%。甚至有公司发布的产品价格低过了200万元/MW，降到了现有一般物料成本价线以下。PEM电解槽具有纯水制氢且氢气纯度高、运行压力高、负载范围宽、响应速度快等优点。同时，这些优点对PEM电解槽本身来讲，也提出了更高的质量要求，离不开高性能、耐久、稳定的核心材料和零部件以及整体优化适配的系统支撑。PEM电解槽的成本中的电堆部分和BOP部分均占有较高的比例。在国内外现有技术水平和生产规模下，一套1MW的PEM电解槽中，电堆部分成本一般占50%左右，BOP部分成本一般也占到约40%到60%。目前两部分的成本均比较高，也有着较大的降本潜力。电堆部分，成本主要来源自高价值材料。一台PEM电解槽电堆主要由膜电极、扩散层、双极板等组成。其中，膜电极含有铂催化剂、氧化铱催化剂、全氟磺酸树脂（膜）；扩散层一般为碳纤维材料（阴极）、镀铂钛毡（阳极）等；双极板一般为镀铂钛板等材料。其中，铱、铂、全氟磺酸树脂等均属于成本较高的材料，如2024年10月铱的市价约1200元/g，铂约240元/g，全氟磺酸膜价格可达8000元/m2。钛极板的原料价格较低，但是成型及机械加工成本较高。系统部分，成本主要来源自复杂的配件组成。BOP部分涉及电源、气液管理、热管理等环节，总共含有近百个零部件。其中，电源部分包括制氢电源、控制柜、配电柜等硬件以及控制程序软件，气液管理等部分则包括近20处阀件、压力/温度检测及反馈仪器等。
电堆部分，行业内目前主要通过减少用量等方式来实现降本。一是提升材料的性能，典型如开发1mg/cm2以下铱载量的低铱、高活性催化剂和膜电极。二是寻找替代材料，典型如开发非铱催化剂、非钛双极板、非铂涂层等。三是优化结构和材料组合，典型如针对不同电流密度的膜电极，选择适配不同孔隙率的扩散层、不同厚度的镀层。
据能景研究调研，现有技术阶段下，国内1MW级别的PEM电解槽电堆纯物料成本可约达200万元，含加工后达到300万至400万元。而在材料技术突破以及数据的迭代等支持下，国内PEM电解槽至少仍存在75%以上的降本空间，有潜力接近现有碱性电解槽（槽体）价格的水平。但减少用量不是简单的做减法，如何保障长期运行的可靠性是最大关键。根据实验室和中试转化经验，高性能材料、短期可靠的设计方案并不罕见，但真正能够兼顾高稳定、慢衰减的材料才具有产业价值。只有通过时间去验证和识别，以及实际项目去验证和试错并不断的反馈优化，才能一步步打磨出可靠产品。BOP部分，行业内目前主要通过大型化和集成化等方式来实现降本。一是单堆大型化，如开发1MW以上的PEM电解槽单堆，目前国内外最高已有单堆3MW的产品。二是多堆集成化，将多台PEM电堆集成共用一套BOP系统，如2台甚至10台1MW的电堆共同组成大型制氢系统。据能景研究调研， 1MW级别的PEM电解槽电堆所配的辅助系统（含电源、不含压缩机）成本可达100~200万元。而系统规格放大十倍之后，各项零部件的成本远不及10倍，每MW对应的BOP成本至少可以降低约60%。但BOP大型化和集成化不是简单的堆积木，对材料、系统都有更高要求。材料方面，需要匹配大型化的选型。如电堆部分需要采用更大面积的膜电极等，若膜的机械强度不足，有破损并导致氧中氢等超标的可能。系统方面，对控制能力提出更高要求。如多堆并联情况下对多槽之间的协同控制、应对风光电源波动的能力等要求更加复杂，设计不当有损害电堆等的风险。PEM电解槽的最终目的在于满足工程应用需求，因此在降本的同时性能和可靠性同样重要。现阶段，PEM电解槽主要市场面向具有风/光波动性电源条件的绿氢项目，而作为项目的核心设备，电解槽在项目投资中占比达到近20%。现阶段绿氢项目对电解槽折旧的计算年限一般超过20年，实际设备进行大检的时间间隔一般也要求3到5年。为保障绿氢项目的正常运行及生产计划执行，要求电解槽在长时间运行下性能稳定以及可靠。PEM电解槽的性能和可靠性需要时间来检验。对于PEM电解槽的性能和可靠性，主要有2个衡量指标，一是衰减率，二是电解槽寿命。衰减率是指电解槽性能下降的速度，一般以1000小时为时间尺度。电解槽长时间运行的过程中，催化剂、隔膜等材料都存在自然衰减，导致电解槽的能耗提升（电解电压升高）。美国能源部在2020年提出了PEM电解槽技术进步的指标，提出2022年电解槽的电解电压每1000小时提升0.25%，到2026年降至0.13%。寿命是指电解槽性能衰减到某一标准时所用的时间，一般以10000小时为时间尺度。电解槽能耗提升到一定标准后，继续运行制氢将导致成本过高，此时会进行大修或更换核心零部件等。按照美国能源部2022年提出的目标，当时美国PEM电解槽的寿命在40000小时左右（按一年8000小时则为5年左右），最终目标为到2026年提升到80000小时。能景研究认为，电解槽作为投资较高的装备，而且是应用在化工等长周期运行领域的设备，具有长时间研发周期和长验证周期的特点。同理，电解槽的降本同样是一件持续性的课题。
市场增长的缓慢和企业数量的增加带来了行业的激烈竞争。价格是业主考量产品的重要指标之一，低价策略成为电解槽企业获得订单、能够“活下去”的关键。但当前的PEM制氢行业仍处于早期，过早以低价为导向，将造成行业盲目内卷、低端产能过剩，也不利于示范项目的安全实施。对于电解槽企业，通过技术创新来实现成本降低的同时、保障性能可靠甚至是提升，成为在当前激烈竞争下提升其综合实力的关键途径。对于业主方，在适当考虑购置成本的情况下，保障示范项目的正常启动，才应该被市场主流所选择。这不仅关系着业主长远利益，甚至也将影响氢能这一新兴行业能否被客户、大众的持续且坚定信任。
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