氢能爆发时代：制氢电源市场的机遇与技术之争

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制氢电源市场规模及技术路线

在电解水制氢领域，存在ALK、PEM、SOEC、AEM等多条技术路线，每条路线都有其独特之处，未来谁将成为主导尚不可知。然而，无论哪条技术路线最终胜出，都需要相应的制氢电源来支持。随着氢能产业的快速发展，尤其是上游制氢领域的爆发，制氢电源成为不可或缺的设备，为传统电源行业带来新机遇。国泰君安证券最近的一份报告对制氢电源这一潜力巨大的市场进行了深入研究。

这份报告指出，制氢电源的技术路线主要可分为晶闸管（SCR）和绝缘栅双极晶体管（IGBT）两大类。按照每1000标方（5MW）电解槽配备一套制氢电源的估算，晶闸管制氢电源的价格大约在20～30万元之间，而IGBT制氢电源的价格则高达120～150万元。晶闸管制氢电源价格较低，但 IGBT制氢电源由于其更高的转换效率和稳定性，更适用于离网制氢，价格显著更高。假设电解槽每年工作4000小时，当绿氢的需求量达到1000万吨时，所需的电解槽装机量将达到139GW，这将为制氢电源市场带来56亿元至333亿元的累计收益。而当绿氢需求量进一步攀升至1亿吨时，电解槽装机量将激增至1,389GW，制氢电源市场的累计收益更是将达到惊人的556亿元至3,333亿元。

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离网制氢趋势下IGBT的优势

△ IGBT与新能源匹配性

在离网制氢的趋势下，IGBT与波动性风光电力系统的匹配性更为出色。IGBT能够更好地适应风光电力系统的波动，在离网制氢中提供更稳定的电力供给。为了减轻新能源风光制氢项目对现有电网的冲击和依赖，越来越多的项目开始采用弱并网或纯离网的制氢方式。

△ 晶闸管与IGBT谐波及效率对比

晶闸管和IGBT都可以被视为“开关”设备，但相比之下，IGBT的开关控制更为精细，频率更高，同时产生的谐波也更少，整流效率更高。在离网制氢的环境下，由于缺乏大电网的支撑，晶闸管的导通角调整范围相对有限，且在低功率段会产生较多谐波，导致功率因数降低。晶闸管在低功率段会产生更多谐波，影响电网稳定，而IGBT则能减少谐波，提升整流效率。而IGBT凭借其快速的开关能力，能够更好地应对波动性风光电力带来的功率变化，产生的谐波少，对电网的稳定支撑作用显著，因此在响应速率和用电效率方面都更适用于离网制氢的场景。

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大功率制氢电源需求

△ 大功率电源与风电变流器技术

随着碱性电解槽向大型化发展，制氢电源的需求也日益凸显。目前，单台碱性电解槽的制氢规模已达到5MW，而大标方电解槽则成为行业新趋势，如隆基氢能推出的LONGi ALK G系列产品，单槽最大规格已达3000Nm³/h，制氢规模更是高达15MW。大功率制氢电源需求增加，风电变流器技术因功率级别和电网交互优势，成为制氢电源技术的优选路径。这样的制氢规模，对制氢电源提出了严苛的挑战。在众多电源技术中，风电变流器与制氢电源的相似度最高。首先，从功率级别上看，制氢电源与风电变流器都处于数MW级，而光伏逆变器则仅为百kW级。这使得从风电变流器技术切入制氢电源，从小功率电源向大功率电源的过渡变得相对容易。

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绿氢产业的发展与制氢电源角色

△ 并网与离网模式的竞争

2023年11月，内蒙古自治区能源局颁布了《风光制氢一体化项目实施细则》，明确指出“并网型风光制氢一体化项目可独立参与市场，向电网输送电能，但年上网电量需控制在年总发电量的20%以内，同时年下网电量不超过项目年总用电量的10%”。并网制氢项目依靠电网稳定性实现优势，而未来离网趋势要求更加灵活的电源技术，预期IGBT技术将更受青睐。随着新能源风光制氢项目的日益增多，为减轻对现有电网的冲击和依赖，越来越多的项目将选择采用弱并网或纯离网的制氢模式。

△ 未来技术竞争及企业布局

在离网制氢的潮流中，IGBT技术因其与波动性风光电力的良好契合度而备受瞩目。由于其与风光波动电力的高度契合，IGBT在市场上的份额有望实现进一步增长。禾望电气、阳光电源、汇川技术等行业领军企业，以及雷动智创、中科智寰等创新型企业，都在积极布局IGBT技术路线。IGBT在不同技术来源企业间的差异化竞争，将推动制氢电源市场进一步发展，具备丰富大功率经验的企业更具优势。可以预见，在未来的制氢电源竞争中，不仅会存在晶闸管与IGBT两种技术路线的竞争，还将面临IGBT技术源头的差异。具备丰富大功率经验的企业将更具优势，有望在制氢电源赛道中脱颖而出。随着光伏、风电等新能源产业的蓬勃发展，光伏逆变器、风电变流器的标杆企业应运而生，未来氢能产业也必将孕育出属于自己的制氢电源领军企业。