制氢电解槽，是一种使用水作为原料生产氢气的装备，本质上是利用了水的分解反应（2H₂O→2H₂+O₂）。电解槽加入电流，加速了反应速度，从而可以快速且大量的生成氢气。
图：碱性电解槽，国金证券
电解槽技术的进化脉络，大致分为以下几个阶段：
一、原理发现与早期尝试（19世纪初）——1834年，迈克尔·法拉第发现了电解定律（电流通过电解液时发生的化学反应，及其与电流、时间的关系），奠定了电解技术的理论基础。1839年，英国物理学家威廉·格雷戈尔（William Grove）展示了电解水可以产生氢气和氧气的基本原理，被认为是燃料电池和电解槽技术的起源。
二、早期工业化应用与技术积累（19世纪中后期）——19世纪中叶，电解水制氢开始在实验室中小规模试验。19世纪末，阿尔弗雷德·诺贝尔等人对电解槽的安全性和效率进行了改进（采用高压电解槽和优化电解液循环系统等），为电解水制氢技术的工业化应用奠定基础。
三、碱性电解槽的发展与成熟（20世纪上半叶）——20世纪初，碱性电解槽（主要使用氢氧化钾或氢氧化钠溶液作为电解液）开始投入工业化生产。由于成本相对较低、电流效率较高，碱性电解槽逐渐成为主流的电解水制氢技术。20世纪中叶，通过优化电解液配方、改进电极材料和电解槽结构，碱性电解槽的电解效率提高且运行成本降低，从而实现了大规模的商业化应用（主要用于化工、冶金等行业）。
四、质子交换膜（PEM）电解槽的诞生与初期发展（20世纪中后期）——20世纪50年代至60年代，质子交换膜（PEM）电解槽的概念被提出，它使用固态聚合物膜作为电解质，这种膜只允许质子通过（电子不能通过），可高效生成氢气。70年代，PEM电解槽初步研制成功，其具有高电流密度、快速动态响应和产出氢气高纯度的优势，开始在航天、军事等特定场景中应用。
五、PEM电解槽的商业化推进与性能优化（20世纪末至21世纪初）——1990年代至2000年代，PEM电解槽的关键组件（如质子交换膜、催化剂、气体扩散层等）性能显著提升，使得它的电流效率提高，耐久性增强。同时，模块化设计和系统集成技术的发展，使得PEM电解槽更易于安装、维护和扩展，进一步促进了其商业化进程。21世纪初，PEM电解槽开始在分布式能源、可再生能源储能、燃料电池车辆加氢站等领域得到广泛应用。
21世纪以来，除了碱性电解槽和PEM电解槽外，新型电解技术如固体氧化物电解槽（SOEC）、阴离子交换膜电解槽（AEM）、生物电解槽、光催化电解槽等受到关注和研究。
总的来看，电解槽行业，是沿着提高电流效率（也就是电解效率）、降低运行成本的方向进化；性能改进，主要依靠提升部件（材料）的性能、优化电解槽结构来进行。
这条产业链的各个环节，包括：
图：产业链图谱，并购优塾
上游——主要是生产电解槽部件的企业。
碱性电解槽部件，包括隔膜、电极、双极板：
1、隔膜——目前主要使用的是聚苯硫醚PPS隔膜或以PPS为基底的有机-无机复合隔膜。隔膜市场集中度较高，日本东丽处于垄断地位，2023年全球市占率达到60.09%；其次是Agfa-Gevaert Group（复合隔膜），全球市占率达到24.31%。国内生产厂家主要有新和成、碳能科技（复合隔膜，未上市）等。
2、电极——主要使用镍基材料，表面涂抹镍基催化剂（常见的催化剂有雷尼镍、活化处理的硫化镍等）。国内布局电极材料的上市公司有科隆股份；
3、双极板——主要使用钢材。
PEM电解槽部件，包括质子交换膜、气体扩散层、催化剂、双极板等：
1、质子交换膜——PEM电解槽大多采用全氟磺酸（PFSA）基聚合物，其中科慕的Nafion系列膜使用较多。2021年，科慕（杜邦）国内市场的市占率为76%，国产膜市占率为21.5%，其中东岳集团为15%。
图：PEM质子交换膜市场格局，国海证券
2、气体扩散层——全球电解槽气体扩散层的生产厂商，主要包括Bekaert、MeliCon GmbH、东丽、Toho Titanium等。2022年，Bekaert、MeliCon GmbH、东丽占据约29%的市场份额，国内目前能够量产的企业较少。
图：全球气体扩散层市场格局，QYResearch
3、催化剂——阴极和阳极使用的催化剂材料主要是贵金属（阴极铂，阳极铱、钌等），这些贵金属全球储量较少，导致价格较高。目前国内PEM电解槽企业大多使用进口催化剂，主要生产商包括田中贵金属、庄信万丰等。正在布局电解槽用催化剂的国内企业有贵研铂业。
图：电解槽催化剂材料全球供应比例，海通证券
4、双极板——通常为钛基双极板，在阳极和阴极侧分别需要涂抹铂和金作为保护层。国内生产企业主要有治臻股份、金泉益、云帆氢能等（均未上市）。
中游——主要是电解槽生产厂商。国内的厂商可以分为三类，一是传统电解槽生产厂商，如派瑞氢能（中船718所成立）、苏州考克利尔竞立、天津大陆、中电丰业等。
国内碱性电解槽技术，于50年代由718所从苏联引进。718所副总工程师许俊明90年代在苏州创立了苏州苏氢（苏州竞立的前身），后期又在天津成立天津大陆。电解槽市场早期由中船718所、苏州竞立、天津大陆这三家企业占据，俗称“老三家”；二是光伏制造龙头，比如隆基绿能、阳光电源等，这两年跨界布局电解槽；三是能源央企旗下的子公司，比如华电重工、长春绿动、石化机械等。
根据高工氢电，2023年国内电解槽出货量达1.2GW（含出口，不含研发样机），同比增长61%。其中，派瑞氢能、隆基绿能、考克利尔竞立排名前三，华电重工、航天思卓首次进入前五。CR5为54%，较2022年下降25%。据 TrendBank 统计，国内已有一百五十多家企业正在/规划布局碱性电解槽，预计后期行业竞争会比较激烈。
图：电解槽出货量集中度，华西证券
下游——主要是绿氢项目的投资建设企业。根据能景研究，央企占绿氢项目建设与规划的比例，达到80%以上。其中，国家能源集团、中国能源建设集团、中石化等规划投资总额较多。
从产业链上的参与者近期的增长情况来看：
隆基绿能——截至2024年Q1，实现收入176.74亿元，同比增长-37.59%，归母净利润-23.50亿元，同比增长-164.61%。
阳光电源——截至2024年Q1，实现收入126.14亿元，同比增长0.26%，归母净利润20.96亿元，同比增长39.05%。
华电重工——截至2024年Q1，实现收入12.75亿元，同比增长41.55%，归母净利润-0.97亿元，同比增长11.53%。
从机构一致预期增长和景气度来看：
图：机构一致预期增长和景气度情况，Choice、并购优塾
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（一）
自然状态下，水分子能在特定条件下分解成氢气和氧气，这是一种极其缓慢的过程，通常情况下并不明显。电解槽的作用就是通过提供电场，加速这个化学反应。
目前电解槽的技术路线共有四种，碱性电解槽（ALK）、质子交换膜（PEM）电解槽，高温固体氧化物电解槽（SOEC）、阴离子交换膜电解槽（AEM）。
图：四大电解水制氢技术，德邦证券
1、碱性电解槽（ALK）
图：碱性电解槽结构，国信证券
碱性电解槽主要由隔膜（传递氢氧根离子）、催化电极（阴阳两级）、双极板（支撑组件，作用是支撑电极和隔膜、导电）等构成。
它的工作原理是，在阴极（负极），水分子在强大的电场作用下吸附到阴极表面并发生电离（H2O→H⁺+OH⁻），氢离子在阴极处获得电子变为氢原子（H），然后结合成氢气（H₂）（2H⁺+2e⁻→H₂）。而氢氧根离子（OH⁻）受到电场力驱动，通过隔膜，从阴极向阳极移动。到达阳极（正极）后，氢氧根离子失去电子，重新组合生成水分子，并释放出氧气（O₂）（4OH⁻→O₂+2H₂O+4e⁻）。
在碱性电解槽中，一般要添加氢氧化钠或氢氧化钾溶液作为电解液。电解液的作用，一是提供大量的氢氧根离子（OH⁻），这些离子能够在电场作用下迁移至阳极参与化学反应；二是保持电导率，便于电流顺利通过，加速电解反应进程。
碱性电解槽的优势是，技术成熟、结构简单、无贵金属催化剂、成本较低。
其劣势是，电流密度低、设备体积大、对可再生能源电力的波动性适应较差、存在电解液泄漏风险。
2、PEM电解槽
图：PEM电解槽结构，国信证券
PEM电解槽主要由膜电极和双极板构成。膜电极是核心，包括质子交换膜、催化剂、气体扩散层。质子交换膜只允许氢离子（H⁺）通过，其质量影响电解槽的运行效率和使用寿命。阴阳两极使用的催化剂有较大不同，阴极主要用铂贵金属及其合金，阳极主要用抗氧化、耐腐蚀的铱、钌等少数贵金属或其氧化物。气体扩散层是质子交换膜和双极板之间的多孔介质，它提供化学反应场所。阴阳两极气体扩散层使用的原材料不同，阴极通常使用碳材料，阳极主要用钛材料。
它的工作原理是，在阳极，水分子在阳极表面被氧化，离解成氧气、氢离子（H⁺）和电子（e-）（2H₂O→O₂+4H⁺+4e-）。氢离子（H⁺）穿过质子交换膜流向阴极。在阴极，氢离子（H⁺）得到电子（e-）还原成氢气（2H⁺+2e-→H₂）。
注意，在PEM电解槽中，不需要使用碱性电解液，可以直接电解纯水。
PEM电解槽的优势是，适应可再生能源电力的波动性（启停快，负载范围宽）、电流密度高、设备体积小、整个电解系统较为简单、氢气纯度高、生产的气体压力较高。
其劣势是，材料（质子交换膜、贵金属催化剂等）成本较高、大型电解槽的可靠性和寿命有待验证、贵金属催化剂易被金属离子毒化等。
3、阴离子交换膜电解槽（AEM）
图：AEM电解槽结构，中银证券
AEM电解槽是PEM电解槽和碱性电解槽的结合体。在结构上，AEM电解槽和PEM电解槽类似，主要包括阴离子交换膜、催化剂、气体扩散层等，其中阴离子交换膜只允许氢氧根离子通过。
在工作原理上，AEM电解槽和碱性电解槽类似。在阴极，水电解为氢离子（H⁺）并在催化剂的作用下被还原为氢气（2H₂O+2e⁻→H₂+2OH⁻）。生成的氢氧根离子（OH⁻）穿过AEM膜到达阳极。在阳极，氢氧根离子失去电子形成氧气和水（4OH⁻→O₂+2H₂O+4e⁻）。
AEM电解槽的优势是，成本较低（催化剂使用过渡金属代替贵金属，阴离子交换膜价格便宜）、适应可再生能源电力的波动性、电解液没有腐蚀性（使用蒸馏水或低浓度的碱性溶液代替高浓度溶液）、高电流密度。
其劣势是，AEM膜存在化学和机械稳定性问题，导致寿命曲线不稳定、大面积阴离子膜开发难度大。此外，AEM电解槽还存在导电率低、电极结构差和催化剂动力学慢的问题。
4、高温固体氧化物电解槽（SOEC）
SOEC电解水技术分为两种，质子传导型SOEC和氧离子传导型SOEC，目前的商业化尝试主要集中于氧离子传导型SOEC，因此我们重点来看氧离子传导型SOEC。
图：SOEC电解槽结构，国信证券
SOEC电解槽主要包括三部分，电解质、阴极和阳极。电解质通常选用钇稳定的氧化锆（YSZ）或钪稳定的氧化锆（ScSZ）等导电陶瓷材料（稳定的含义是，添加氧化钇或氧化钪等稳定剂，可以有效地抑制氧化锆自发的相变，使它在指定温度范围内维持理想的相态，相是指晶体结构）。电解质只允许氧离子（O²⁻）在其内部自由迁移，而电子不能通过。阴极通常选用金属陶瓷复合材料，镍、钴、铂、钯较常见。阳极通常使用钙钛矿氧化物制备的导电陶瓷材料，较为常见的是掺杂锶的锰酸镧（LSM）。
SOEC电解槽和其他电解槽的关键区别是，整个电解是在高温下进行（约650°C至1000°C）的，因此和阴极表面接触的是水蒸气而非液态水。在阴极，水分子（H₂O）被吸附分解，氧原子获得两个电子（2e⁻），变为氧离子（O²⁻），而氢原子则结合形成氢气（H₂O+2e⁻→H₂+O²⁻）。氧离子穿过固态电解质膜，向阳极移动。在阳极，氧离子失去在阴极获得的电子，恢复为氧气分子（O²⁻→O₂+2e⁻）。
SOEC电解槽的优势是，电耗更低（高温下粒子反应速度更快），部分用于电解水的能量可通过热能获得、成本较低（使用相对便宜的镍电极）、具备与燃料电池逆运行的可能性（即同时作为燃料电池和电解槽工作）。
其劣势是，系统复杂（需要额外的热交换器、电加热器等设备，对热集成能力要求较高）、安全性较低（系统运行温度高）、对可再生能源电力的波动性适应较差（若频繁在停机/启动之间切换，寿命下降更明显）。
从商业化程度来看，碱性电解槽>PEM电解槽>AEM电解槽≈SOEC电解槽。在项目应用上，PEM电解槽占比逐渐提升，碱性电解槽占比不断下降。这主要是因为PEM电解槽的启停速度和负载范围（负载范围是运行过程中电解槽所能承受的功率变化范围），与可再生能源电力的波动性耦合性更好。
图：技术路线占比，德邦证券
但需要注意的是，PEM电解槽完全替代碱性电解槽的可能性不大，主要原因有二，一是成本——PEM电解槽使用的质子交换膜、气体扩散层、催化剂生产难度大，目前国产化水平很低，不具备降本基础；二是资源限制——催化剂材料铂、铱非常稀缺，而且全球供应高度集中（南非供应全球超过70%的铂和超过85%的铱），难以支持PEM电解槽大量制造。
因此，中期来看，下游绿氢项目在选择电解槽技术路线时，大概率倾向于“碱性电解槽+PEM电解槽”的方式。一方面可以更好耦合可再生能源电力，另一方面可以降低投资成本。
（二）
成本结构方面，我们来看：
1、碱性电解槽
图：碱性电解槽成本结构，海通证券
2、PEM电解槽
图：PEM电解槽成本结构，海通证券
从电解槽系统来看，两种电解槽的成本结构类似，电堆组件占整体系统的比重均在45%左右。但二者电堆组件的成本结构差异较大，主要体现在材料成本上。
1）双极板——在碱性电解槽中，双极板占比较低，仅为7%，主要是因为碱性电堆中双极板更简单且材料（镀镍钢）更便宜。而在PEM电解槽中，双极板占比为53%，主要是因为双极板通常是钛基材料，且需要金或铂作为保护层。
2）膜片/电极组件——在碱性电解槽中，膜片/电极组件主要是制备成本（72%）。而在PEM电解槽中，材料（质子交换膜、催化剂）成本要高于制备成本（42%）。
碱性电解槽和PEM电解槽的生产工艺，主要包括以下几部分：
1）设计——包括电解槽的整体结构和组件布局，选择使用材料的种类和尺寸等；
2）电堆组装——碱性电解槽是将阴阳极板与隔膜交替叠放形成单元组，PEM电解槽是将双极板与MEA交替放置，形成MEA与双极板的组合体。；
3）填充电解液（碱性电解槽独有）——将配置好的碱性电解液注入电解槽中；
4）电解槽封装；
5）系统连接与测试——与其他系统（电源等）连接，并进行产品测试。
整体来看，生产电解槽类似于按照图纸搭积木，难点不在生产，而在于生产前的设计。而设计的主要方向，就是提高电解槽制氢效率从而降低制氢成本。
（三）
图：电解槽制氢成本计算，并购优塾
电解水制绿氢，产业化拐点还有多远呢，可以跟踪这个成本数据：
根据我们的计算，当假设电价为0.3元/kWh时，碱性电解槽和PEM电解槽的制氢成本分别为20.15元/kg，39.46元/kg，高于目前的灰氢成本（煤气化制氢成本在6.77至12.14元/kg之间，天然气制氢成本在7.5元/kg至24.3元/kg之间，工业副产氢的综合成本在9.3元/kg-22.4元/kg之间）。
在碱性电解槽中，电力占制氢成本的大部分（75%左右）。在PEM电解槽中，设备折旧和电力占比较多，分别为45%、40.5%。
我们从量和价两个角度考虑降本路径。价格上，一是直接使用风光机组产生的电力，而非电网取电制氢，可以降低电价。但这对电解槽的启停速度、负载范围要求较高，二是设备成本下降，碱性电解槽下降幅度有限，主要是PEM电解槽的材料国产化以及非贵金属催化剂替代；数量上，一是单位制氢的耗电量下降，二是单体电解槽制氢规模的扩大（摊销固定成本）。
因此，后期电解槽的发展上，电耗、制氢规模、负载范围是需要重点关注的参数。而设备成本下降，更多靠的是上游材料端的优化。
（四）
本案，从收入体量和业务结构方面来看：
2023年收入体量，隆基绿能（1,294.98亿元）>阳光电源（722.51亿元）>华电重工（71.74亿元）。
从收入构成看：
隆基绿能——主营业务包括硅片及电池组件的生产和销售。2023年，组件及电池片、硅片业务占收入的比重分别为76.60%、18.93%。在氢能上，隆基绿能主要布局碱性电解槽，2023年氢能业务收入突破亿元。
图：收入结构（单位：亿元），并购优塾
阳光电源——主营业务包括电站投资开发以及光伏逆变器、储能逆变器的生产和销售。在氢能上，主要布局PWM整流电源、PWM直流变换电源、电解槽（碱性、PEM）的销售。2023年，光伏逆变器、电站投资开发、储能逆变器业务占收入的比重分别是38.27%、34.23%、24.6%。阳光电源尚未披露氢能业务收入规模。
图：收入结构（单位：亿元），并购优塾
华电重工——主营业务是工程承包，施工范围包括电力、港口等行业的物料输送系统，火电、核电、石油化工等领域的热能工程（管道工程、空冷系统等），电力、化工、民用建筑等领域的高端钢结构工程（风电塔架、光伏支架、工业重型装备钢结构、空间钢结构等），海洋工程（海上风电场设计、工程施工），工业噪声治理工程。
在氢能领域，华电重工主要的产品是电解槽（碱性、PEM）、气体扩散层、质子交换膜以及氢燃料电池分布式供能系统。
2023年，高端钢结构工程占收入比重较高（33.87%），海洋与环境工程（21.02%）、物料输送系统工程（21.09%）、热能工程（16.82%）占收入的比重较为接近，氢能业务占收入比重为7.18%。
图：收入结构（单位：亿元），并购优塾
（五）
图：归母净利润增速（单位：%），并购优塾
这个行业，从微观增长情况来看：
一、隆基绿能——2023年全年，实现收入1,294.98亿元，同比增长0.39%，归母净利润107.51亿元，同比增长-27.41%。截至2024年Q1，实现收入176.74亿元，同比增长-37.59%，归母净利润-23.50亿元，同比增长-164.61%。
图：季度归母净利润及增速（单位：亿元），并购优塾
2023年，隆基绿能收入仅小幅增加，其中硅片、组件销售量同比增长26.50%、44.17%，但受整个光伏产业链阶段性供需失衡影响，产品价格急速下跌，影响收入增速。
根据InfoLink数据，2023年，硅料（多晶致密料）价格下降约70%、硅片及电池片（PERC 182）价格下降约60%，组件（PERC 182）价格下降约50%。而归母净利润下滑，主要是受产品价格下降与技术迭代影响，隆基计提了大额存货和固定资产跌价准备（67.57亿元，其中存货跌价准备51.71 亿元）。
2024年Q1，隆基绿能收入增速转负，主要受组件、硅片价格下降影响（同期硅片和组件出货量分别同比增长12.26%、16.55%）。而归母净利润大幅下滑，一是因为产品价格下跌影响毛利率；二是因为计提存货和固定资产减值准备（26.49亿元、1.52亿元）；三是由于硅料价格大幅下降，参股硅料企业确认的投资收益同比大幅下降10.82亿元。
二、阳光电源——2023年全年，实现收入722.51亿元，同比增长79.47%，归母净利润 94.40亿元，同比增长162.69%。截至2024年Q1，实现收入126.14亿元，同比增长0.26%，归母净利润20.96亿元，同比增长39.05%。
图：季度归母净利润及增速（单位：亿元），并购优塾
2023年，阳光电源收入增长，主要靠电站开发、光伏逆变器以及储能系统销售增长拉动（2023年，全球光伏交流侧装机从2022年的230GW增长到390GW，同比增加69%，储能从46GWh增长到98GWh，同比增长113%）。
归母净利润增幅高于收入增幅，主要是这三项业务的毛利率增加，增加原因是品牌溢价、规模效应及运费下降。
2024年Q1，收入仅略微增加，主要受储能和电站投资开发业务拖累，这两项业务收入下滑，一是因为一季度淡季影响，二是个别项目收入确认滞后。而归母净利润增加，主要是逆变器、储能、电站投资开发等业务延续了去年高盈利的态势。
三、华电重工——2023年全年，实现收入71.74亿元，同比增长-12.57%，归母净利润0.98亿元，同比增长-68.53%。截至2024年Q1，实现收入12.75亿元，同比增长41.55%，归母净利润-0.97亿元，同比增长11.53%。
图：季度归母净利润及增速（单位：亿元），并购优塾
2023年，华电重工收入降低，主要是因为物料输送系统和高端钢结构业务收入下滑。但氢能业务的收入规模大幅扩大，从上年的0.01亿元左右上升至5.15亿元。归母净利润降幅大于收入降幅，主要是因为利润基数较低。
2024年Q1，收入和利润增长，主要是因为一季度在执行合同有所增加（上年新签的大额合同陆续开工）。2023年，华电重工新签销售合同92.56亿元，其中，于2023年确认收入29.80亿元。2024年Q1，公司新签销售合同36.06亿元，同比增加180.40%，另外已中标暂未签订销售合同15.51亿元。
（六）
图：经营活动现金流&资本支出 （单位：亿元），并购优塾
图：净现比，并购优塾
2023年，隆基绿能经营活动现金流净额下降较多，主要是因为应收账款、支付的货款和薪酬增加。同期资本支出增加较多，主要投入在硅片、电池片以及组件扩产上。
整体来看，阳光电源的现金流质量在不断提升，而隆基绿能2023年业绩受行业供需失衡影响较大，现金流质量出现下滑。
（七）
图：ROE-TTM（单位：%），并购优塾
图：ROE拆解，并购优塾
图：单季度毛利率，并购优塾
图：单季度净利率，并购优塾
从盈利能力来看，阳光电源>隆基绿能>华电重工，主要原因是阳光电源这两年净利率提升较快。
阳光电源净利率提升，一是因为随着收入快速放大，规模效应持续显现，制造成本、期间费用等均有一定程度下降；二是因为储能、逆变器业务出口较多，而海外毛利率要明显高于国内（2023年国外、国内毛利率分别为41.57%、20.73%）。2023年，阳光电源储能业务收入178亿，同比增长78%，毛利率从23.24%提升至 37.5%，主要就是海外需求拉动。
图：产业链价值分配，Choice、并购优塾
从盈利能力来看，中游>上游>下游；从成长能力来看，上游>中游>下游。不过，需要注意的是，电解槽处于发展早期，暂未在产业链公司中形成规模收入，产业链公司的盈利能力和成长能力和它们的主营业务更相关。
从生意质地而言，电解槽进入壁垒不高，产品差异较小，在整体行业处于降本区间时，低价竞争难以避免。同时，上游材料端（生产难度大）和下游运营端（大多为能源央企）话语权较强，电解槽企业扩张时，现金流可能承压。
（八）
图：电解槽企业中标份额，国金证券
电解槽市场规模，用公式可以表示为：
电解槽市场规模=电解槽销售量（GW）*电解槽单位价格（元/W）。
其中，电解槽销售量（GW）=氢气供应量（万吨）/氢气密度/年运行小时数*电耗*10。电解槽销售量（GW），主要和氢气供应量（万吨）、年运行小时数（h）、电耗（kWh/Nm³）有关。
对于核心增长要素，我们挨个拆解………………………………
行业景气度方面，我们可以通过以下数据跟踪…………………………
电解槽这个行业，关键竞争要素在于…………………………
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