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电解槽市场共有四种技术路线，分别是碱性电解槽（ALK）、质子交换膜电解槽（PEM）、固体氧化物电解槽（SOEC）和阴离子交换膜电解槽（AEM）。其中碱性电解槽和PEM电解槽技术相对成熟，具备大规模商用可行性。
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PEM电解槽使用质子交换膜作为固体电解质，以纯水作为制氢原料。目前PEM电解槽关键部件依赖进口，成本居高不下，所以市场份额让位于碱性电解槽。根据百谏方略统计，2023年全球碱性电解槽设备销售额占总市场份额71.67%，PEM电解槽设备销售额占总市场份额28.33%。根据GGII数据，2023年国内在建及规划的电解水制氢项目中，碱性制氢设备市场份额占国内电解水制氢项目的95%以上。
虽然市场份额有限，但PEM电解槽仍具有很多不可取代的优势，大部分研究机构对PEM电解槽市场前景持续看好，部分研究机构认为，PEM电解槽将在未来取代碱性电解槽，成为电解水制氢行业的主流技术路线。GGII数据预测，国内PEM电解槽市场出货量将从2023年的0.08GW，到2030年增长至19GW，保持124%的年均复合增长率。而Allied Market Research预计全球碱性电解槽的年均复合增长率为54.8%。
PEM电解槽优劣势分析
PEM电解槽优势
相比碱性电解槽，PEM电解槽的优势主要为以下五点：
1、电流密度和电解效率高
碱性电解槽的电流密度一般在0.2-0.4A/cm²，而PEM电解槽的电流密度一般在1-4A/cm²之间，更高电流密度意味着更快的制氢速度和更低的单位能耗。受高电流密度影响，PEM电解槽的电解效率可达70%-90%，高于碱性电解槽的60%-75%。
2、体积小
由于电解效率和结构差异，PEM电解槽的体积相比碱性电解槽更加紧凑，同等制氢规模的PEM电解槽比碱性电解槽的占地面积小一半左右，在一些地价较高或空间受限的区域，PEM电解槽具有明显优势。
3、能耗低
由于体积紧凑、电解效率高、工作温度更低、无需分离碱液等因素，PEM电解槽的能耗比碱性电解槽更低，并且在风电光伏等发电不连续、不稳定的场景中，PEM电解槽的能耗优势会进一步放大。
4、响应速度快
PEM电解槽由于电流密度高，升温速度快，所以响应速一般在秒级，而碱性电解槽一般为几十秒。PEM电解槽冷启动时间一般为20-30分钟，而常规碱性电解槽冷启动时往往需要1-2小时。
PEM电解槽对功率波动的适应性也更强，能够在0%-100%的功率范围内运行，而碱性电解槽的功率波动适应范围通常为30%-110%，所以PEM电解槽更适配风光发电的波动性。
5、产氢纯度高
碱性电解槽的产氢纯度一般在99.8%左右，而PEM电解槽的产氢纯度一般在99.99%左右，达到纯氢标准，在大部分工业场景中，可以直接使用，无需额外配备氢气纯化系统。
PEM电解槽劣势
相比碱性电解槽，PEM电解槽的劣势主要为以下三点：
1、成本高、折旧高
PEM 电解槽需要在强酸和高氧化性的工作环境下运行，因此需要使用铱、铂、钛等稀有的贵金属材料，导致 PEM 电解槽制造成本高昂。2023年，中国PEM电解槽中标均价约890万元/MW，同年5MW级碱性电解槽中标平均价格约151万元/MW，价差超5倍。
由于PEM电解槽使用昂贵的贵金属材料，因此折旧成本也高于碱性电解槽。PEM电解槽每生产1标方氢气折旧费约是10元-20元，而碱性电解槽约是3.5元-5元，价差3-4倍。
2、关键部件依赖进口
相比国际市场，我国的PEM电解槽行业起步晚，与欧洲厂商有近3年左右的技术差距，PEM电解槽的膜电极、催化剂等关键部件、关键材料，仍然依赖进口。
3、单槽规模有限
PEM电解槽电流密度高，向大标方拓展时，膜电极的尺寸会随之变大，这对膜电极涂布工艺是极大的考验，因为喷涂不均匀的膜电极会造成电流分布不均，进而影响电解槽的性能和稳定性。目前市场主流的碱性电解槽的单槽产氢量一般在1000-2000Nm³/h，而PEM电解槽的单槽产氢量一般在200-250Nm³/h。
总结
综合来看，PEM电解槽在电流密度、能耗、响应速度、体积等方面更有优势，但其高昂的初始投资成本高昂，限制了推广与应用。
不过若从风光发电的全生命周期来看，PEM电解槽与碱性电解槽的制氢成本差距并没有那么大。根据中金公司研报，2023年PEM电解槽与碱性电解槽单位制氢成本分别为在29.3元/kg和24.2元/kg，当PEM电解槽投资成本减少50%以上时，PEM电解槽与碱性电解槽的制氢成本将基本实现平价，根据中金公司预测，2030年PEM电解槽价格将跌至500万元/MW。
目前国内厂商对于PEM电解槽的降本研发主要集中在降低贵金属载量、提升耐久性、规模化使用国产化核心材料等方面，已初步取得成效，例如使用过渡金属替代部分贵金属材料；通过自动化工艺提高生产效率和产品精度等。从发展趋势来看，未来国产PEM电解槽的成本下降空间是可预见的。
碱性电解槽面临的争议
今年初，有中石化投资30亿元的全球最大绿氢项目——新疆库车绿氢示范项目因利用率低陷入争议。
该事件缘由彭博社一篇“World's Largest Green Hydrogen Plant Is Facing Issues”的文章，文章报道称，新疆库车项目，一直以不到其装机容量三分之一的负荷运行，彭博社将这一原因归结于新疆库车项目使用的52台碱性电解槽。
该事件引发了行业内对于碱性电解槽的讨论，一些业内人士认为，碱性电解槽没有想象中那么成熟，天生具有无法快速加载、频繁启停的特性，与光伏等新能源配合难度很高，在实际的项目验证中，稳定性不足。
中集集团总裁战略顾问郑贤玲在对国内多个大型制氢项目的现场走访中发现，目前市场主流的1000Nm³/h碱性电解槽尚不成熟，运行稳定性低，实际运行的技术指标低于设计指标，工作效率低于预期，成本高于预期。PEM电解槽虽然同样低于理论值，但适应的负载和温度好于碱性电解槽。
因此一些制氢项目开始更多考虑碱性电解槽+PEM电解槽并行的技术路线，以此降低离网场景下的电网配置与控制难度。
PEM电解槽未来增长空间
除大型绿氢项目外，以下场景对PEM电解槽依赖度较高，是未来PEM电解槽的主要增长空间。
1、制加氢一体站场景
我国制加氢一体站多位于城市周边，面积有限，地价较高。PEM电解槽随制随加、占地面积小的特点，非常适合中小规模制氢场景，目前大多数撬装式制加氢一体站都选择使用PEM电解槽。
截至2023年年底，我国建成的加氢站约400座，其中58%为综合能源站，其次是制氢加氢一体站，占比为19%；固定式和撬装式加氢站的占比分别为18%和5%。从目前各地的加氢站建设规划来看，未来几年，我国加氢站建设会继续保持高速增长，能在短时间内建成并投用的撬装式制加氢一体站，将作为加氢站网络的有效补充，获得更多发展机会。
2、工业用氢场景
长期以来，氢气被广泛应用于石化、化纤、冶金、半导体等工业场景中，出于技术和成本考虑，目前为止，我国工业用氢大多来源于灰氢和蓝氢。随着我国双碳目标的延伸，化工领域的绿氢替代是大势所趋。目前我国部分地区已经出台专用于化工领域的绿氢替代补贴，例如宁东能源化工基地对在宁东基地实施绿氢替代的化工项目，由本级财政按5.6元/公斤标准给予用氢补贴。
在工业用氢场景中，PEM电解槽的体积优势可以降低工厂技改难度，且其产氢纯度可满足大部分工业场景需求，无需氢气纯化系统的投资。随着化工领域绿氢政策的推进，PEM电解槽的应用空间也将进一步扩大。
3、出口场景
近两年，中国电解槽出口量快速上升，背后原因是我国电解槽企业数量虽然于近两年快速增长，但行业集中度依然高居不下，大额订单被少数头部企业垄断，因此很多非头部电解槽企业只能被迫走向海外市场。
从目前公布的出口案例来看，PEM电解槽的案例数量与碱性电解槽基本持平。可以看出，海外市场对PEM电解槽的接纳程度明显高于国内，这也能从国内外PEM电解水制氢项目的规模差距中得到佐证。
目前国内1MW以上的PEM制氢项目共有七个，多为小规模的制加氢一体站项目，唯一超过10MW的项目是国电投的大安风光制氢项目，该项目是大型风光制氢项目，采用碱性电解槽+PEM电解槽并行的技术路线。
资料来源：索比氢能、中金公司
而在海外市场，由于各大欧美厂商主攻PEM电解槽技术，使PEM电解槽得到了大量市场推广，因此PEM电解槽应用广泛且规模较大。
资料来源：IEA，Linde官网，ITM官网，Cummins官网，Plug Power官网，中金公司研究部
相比欧美电解槽厂商，国内电解槽的生产成本不足一半，且订单积压情况较少，产品交付周期更短，所以具有很强的市场竞争力。随着全球氢能市场的稳步发展，国内PEM电解槽厂商也将获得更多出口机会。
结语
PEM电解槽虽然在现阶段相对小众，但未来的市场潜力超过碱性电解槽，出于战略考量，越来越多碱性电解槽厂商开始同时布局PEM电解槽路线，据GGII不完全统计，目前国内同时布局碱性和 PEM 电解槽的厂商已有数十家，包括阳光氢能、派瑞氢能、三一氢能、明阳智能、国富氢能、中电丰业、氢器时代、瑞麟科技、华电重工、奥扬科技、信德新能源等。随着厂商增加，PEM电解槽的技术研发投入也会相应提高，这将进一步推动PEM电解槽的技术成熟和成本下降。
（通讯录）
