【产业研究】沟通电网与电解槽的“桥梁”，制氢电源有望打开增长之路——制氢电源深度报告

制氢电源概念及主要技术路线：制氢电源一般指整流器或直流变换器，是连接电网与电解槽之间的桥梁，依赖于其功率模块来将交流电/直流电转化为电解水制氢可用的直流电。随着绿氢制取规模的扩大，转换效率与场景适配、减少电能损耗、延长设备寿命成为制氢电源技术发展的核心。原理上，制氢电源整流利用了二极管的单向导电性，将交流电转换为脉冲直流电，目前主流制氢电源按功率模块的技术可分为晶闸管（SCR）制氢电源和绝缘栅双极晶体管（IGBT）制氢电源。

从政策机遇、项目建设、技术支持来看，制氢电源有望开启增长之路：制氢电源行业规范与标准不断出台，未来有望进一步获得政策支持。风光氢一体化建设进程加快，单槽制氢规模扩大，推动制氢电源规模扩大：我国绿氢制取项目呈快速增长趋势，单项目制氢规模不断扩大，一方面随着电解槽的制氢能力的提升，制氢电源功率有望进一步提升，另一方面在风电、光伏等新能源发电规模的进一步提升，弃风、弃光电力制氢规模的扩大，PEM水电解技术市占率不断提升的背景下，IGBT制氢电源市占率也有望进一步提升。此外，关键器件国产化提升有望进一步完善市场竞争格局。

关键器件国产化率提升有望进一步完善市场竞争格局：我国入局制氢电源的公司主要来自传统能源、新能源、电力设备等行业，同时，氢能头部企业也在谋求强强联合，共同突破制氢电源研发的“卡脖子”问题。展望未来，SCR、IGBT等关键器件国产化率的提升有望带动制氢电源成本的进一步下降，从而吸引更多制氢设备生产企业布局电源行业。

展望未来，制氢电源的需求与供给市场均有望进一步增长：从当前市场及技术发展路径来看，制氢电源在整个制氢系统中起到了连接电网的“桥梁”作用。目前制氢电源的两种主流技术路线为SCR和IGBT，从当前技术环境来看，SCR制氢电源的应用场景更广，IGBT制氢电源对电网的保护性更强，对于电网能量波动的适应性也更强，随着大功率电解槽（MW）以及弱并网或纯离网的制氢场景的出现，IGBT制氢电源有望得到更广阔的应用空间。类比光伏逆变器在光伏发电产业链中的位置，制氢电源有望随着制氢市场规模的扩张而打开增长曲线。随着SCR/IGBT/功率模块等关键器件的国产化加速，未来制氢电源的生产成本与供给规模也有望进一步扩大。

风险提示：政策规划不及预期、研发进程不及预期、项目建设不及预期

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制氢电源概念及主要技术路线

1.1. 制氢电源：连接电网与电解槽之间的桥梁

制氢电源一般指整流器或直流变换器。在可再生电力制氢网络中，制氢电源起到向上承接电网电力，向下为制氢电解槽供电的功能。根据IRENA，在整个制氢系统中，制氢电源成本占20-25%，仅次于膈膜和电极。从制氢系统结构以及整个氢能产业链来看，制氢电源的前端主要连接电网，后端连接电解槽。

制氢电源有望从绿氢项目的快速增长中受益。目前，我国绿氢项目往往需要依靠部分电网支撑，暂时无法做到完全离网制氢。制氢电源直接连接电网后端，是直接用电负载器件，连接着制氢设备（电解槽），其用电稳定性、对电网的响应特性、反馈特性对整个制氢系统具有重要影响。随着我国绿氢项目的快速增长，制氢电源有望迎来发展机遇。

1.2. 功率模块：制氢电源的核心器件

制氢电源的主要作用是将交流电/直流电转化为电解水制氢可用的直流电，核心在于功率模块。一个完整的制氢电源主要包含整流柜、变压器、控制系统、冷却系统和辅助设备，其中整流柜是电流转换的核心场所，变压器用于调节电压等级以保证电解槽的高效运行，控制系统和冷却系统负责监控和调节制氢电源和电解系统的工作流程与环境，降低制氢过程中的能耗，延长制氢设备寿命。整流柜的核心为功率模块，按技术路径可分为SCR整流柜和IGBT整流柜。功率模块中含有SCR或IGBT等功率半导体器件，主要用于交流电和直流电之间的转化，整流柜中包含的控制电路用于控制整流的过程。

随着绿氢制取规模的扩大，转换效率与场景适配、减少电能损耗、延长设备寿命成为制氢电源技术发展的核心。我国《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》中指出要充分发挥氢能作为可再生能源规模化高效利用的重要载体作用，促进异质能源跨地域和跨季节优化配置，推动氢能和新能源发电相结合，促进形成多远互补融合的现代能源供应体系。在宏观政策指导背景下，风光制氢的规模有望进一步扩大。然而，由于风光制氢以弃风、弃光等离网/弱并网场景为主，电解槽用电存在不稳定、低负荷等较严苛的运行条件，并且具有碱性、PEM等多种环境，因此对制氢电源的电网友好性、功率响应速度、电压纹波、综合效率等方面提出了更高的要求。

1.3. 制氢电源主流技术路线

制氢电源的核心功能是将交流电整流为直流电，整流的基本原理是利用二极管的单向导电性，将交流电转换为脉冲直流电，目前主流制氢电源按功率模块的技术可分为SCR制氢电源和IGBT制氢电源。

1.3.1. 晶闸管（SCR）制氢电源

晶闸管制氢电源在氯碱行业有40多年的成熟应用经验，与碱性电解槽的适配程度较高。晶闸管制氢电源是一种以晶闸管为基础，使用数字电路控制晶闸管导通，从而实现整流的电器，能满足高电压、大电流条件下的工作环境。晶闸管相当于在二极管的基础上增加了控制极（栅极g），并且其工作过程可以通过控制极来人为控制导通。但由于晶闸管可以控制导通但不能关断，只能依靠电网的关断而关断，因此也被称为半控制型整流器。晶闸管制氢电源的优点在于技术成熟且适用于大功率场景，缺点在于有高谐波问题，电力质量较低，需要配备谐波补偿或抗谐波装置，从而导致综合转化效率较低。此外，晶闸管电源响应速度与功率调节速度较慢，不适应新能源电网的高波动性，在风光制氢场景和PEM电解槽应用中受到一定的制约。因此，晶闸管电源的未来主要突破方向是在增加谐波补偿装置、抗谐波装置的基础上提高转换效率，如通过12脉波-96脉波实现多脉波整流等，更好适配离网/弱并网条件下的制氢场景。

1.3.2. 绝缘栅双极晶体管（IGBT）制氢电源

IGBT制氢电源具有低谐波、响应速度快，综合转换效率高等优点，对电网及发电设施的危害小，但目前主要应用在中小功率场景。IGBT电源是一种以绝缘栅双极晶体管（IGBT）与二极管为基础，使用脉冲宽度调制技术（PWM）控制IGBT导通进而控制二极管导通，从而实现整流的电器。IGBT是一种三端半导体开关器件，可用于多种电子设备中的高效快速开关，具备耐高压、导通压降低、开关速度快的特点。相比于晶闸管，IGBT增加了关断功能，因此属于全控型整流器。IGBT制氢电源在低负荷运行条件下具有较高效率，根据能景研究，当制氢系统负载位于12.5%-100%区间时，IGBT电源的整流效率可满足≥80%的要求，而绿氢项目在运行过程中约有45%的时间处于低负荷状态，因此使用IGBT电源也有助于降低制氢系统的电力损耗。

从长期来看，由于IGBT制氢电源具有优异的整流特性和电网适配性，因此吸引了大量公司研发和生产，未来IGBT制氢电源在应用层面有望适配大功率场景，并提高低压情形下的转换效率，制造成本也有望随着关键部件的国产化而进一步降低。

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从政策机遇、项目建设、技术支持来看，制氢电源有望开启增长之路

2.1. 行业规范与标准不断出台，未来有望进一步获得政策支持

制氢电源行业标准不断完善。2023年，T/CES226-2023《水电解制氢整流电源技术规范》、T/ZHFCA 1003-2023《全控型电解水制氢电源》标准相继发布，前者填补了国内PEM水电解制氢应用场景下整流电源技术标准的空白，后者针对IGBT制氢电源技术的要求进行了规范。标准的出台与落地更有利于制氢电源产品的生产、测试与应用。

政策层面，目前各地氢能政策主要以提升电解水制氢效率、提升谷电制氢需求、扩大风光氢储用项目规模、可再生能源制氢为主，直接提及制氢电源的政策规划较少。但是制氢电源作为制氢系统中的重要环节，同样有望从各地的制氢项目规划中受益。

2.2. 风光氢一体化建设进程加快与单槽制氢规模的扩大，有望推动制氢电源市场规模进一步增长

我国绿氢制取项目呈快速增长趋势，单项目制氢规模不断扩大。根据势银能链与GGII，截至2023年12月31日，我国已存在337个绿氢项目，其中2023年全年新增186项，占总量的55.19%；2021-2023年我国电解水制氢设备出货量从350MW增长至1.2GW，CAGR为85.16%，其中单项目制氢规模从160MW增长至750MW。项目投资规模方面，根据索比氢能，截至2023年10月国内已有14个不同进度的绿氢项目投资规模超100亿元，其中1个正在投资洽谈、7个完成签约、1个完成备案、5个已经开工，总投资达3742亿元。单个项目的大型化和综合化、制氢规模的提升意味着更多的电能消耗以及更灵活的制取场景需求，高转换效率、高功率的制氢电源需求有望受益制氢设备市场规模的扩大而增加。

以4月9日开标的多伦15万千瓦风光制氢一体化示范项目为例，项目新建额定产氢量14000Nm³/h，最大产氢量为 15400Nm³/h 的电解水制氢装置，其中包含了晶闸管电源方案和 IGBT电源方案，电解槽部分招标包含12套1000Nm³/h SCR电源设备和1套2000Nm³/h IGBT电源设备。

随着电解槽的制氢能力的提升，制氢电源功率也有望进一步提升。相较于此前电源容量一般不超过6MW，伴随当下电解槽的制氢量迈向3000-4000Nm3/h，所配套的制氢电源功率需达到15MW以上，而未来制氢电源有望向20MW级别的规模跨进。

在风电、光伏等新能源发电规模的进一步提升，弃风、弃光电力制氢规模的扩大，PEM水电解技术市占率不断提升的背景下，IGBT制氢电源市占率有望进一步提升。根据全国新能源消纳监测预警中心统计，2020-2023年我国风电利用率从96.5%提升至97.3%，光伏发电利用率保持98%左右，弃光、弃风的利用规模进一步扩大。而PEM制氢方式更适合与风电、光伏发电结合，与其配套的制氢电源需要适应可再生能源的间歇性和波动性，IGBT制氢电源的通用性更强。

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关键器件国产化提升有望进一步完善市场竞争格局

目前，我国入局制氢电源的公司主要来自传统能源、新能源、电力设备等行业，例如中石化、阳光电源、时代电气、国电南瑞等，部分公司研制出的制氢电源也已用于制氢项目。根据GGII，截至2024年3月，已经有超过20家电源企业获得IGBT制氢电源业务订单。氢能头部企业也在谋求强强联合，通过发挥各自优势共同突破制氢电源研发的“卡脖子”问题，例如汇川技术与双良节能签署绿电智能制氢系统战略合作协议，双方共同推进“高性能电解槽、气液分离装置、纯化装置和高效IGBT电源”的研发。

展望未来，SCR、IGBT等关键器件国产化率的提升有望带动制氢电源成本的进一步下降，从而吸引更多制氢设备生产企业布局电源行业。根据前瞻研究院的统计数据，2021年中国以37%的占比成为全球晶闸管最大的单一市场，2017-2022年中国晶闸管市场规模平均约为19.24亿元，年均复合增长率为7.0%，预计到2024年有望突破27.9亿元。IGBT是我国重大科技突破专项中的重点扶持项目。根据Yole的统计，自2015年以来我国IGBT自给率超10%并逐年增长，中商研究院估算2023年我国IGBT自给率将达32.9%，产量增长至3624万只，同比增长18.51%。随着核心器件国产化率的提升，制氢电源的制造成本有望进一步下行，转换效率和电网友好性进一步提升。

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未来展望

从当前市场及技术发展路径来看，制氢电源在整个制氢系统中起到了连接电网的“桥梁”作用。目前制氢电源的两种主流技术路线为SCR和IGBT，从当前技术环境来看，SCR制氢电源的应用场景更广，IGBT制氢电源对电网的保护性更强，对于电网能量波动的适应性也更强，随着大功率电解槽（MW）以及弱并网或纯离网的制氢场景的出现，IGBT制氢电源有望得到更广阔的应用空间。

目前氢能行业依然处于成长初期，在政策支持与需求增长的推动下，未来市场空间广阔。类比光伏逆变器在光伏发电产业链中的位置，制氢电源有望随着制氢市场规模的扩张而打开增长曲线。随着SCR/IGBT/功率模块等关键器件的国产化加速，未来制氢电源的生产成本与供给规模也有望进一步扩大。

1、 政策规划不及预期：各地氢能规划落地时间存在先后顺序，若不及预期则影响市场需求情况；

2、 产品研发不及预期：当前制氢电源受研发进度影响，若不及预期则影响商业化进程；

3、项目进展不及预期：当前制氢电源需求受项目招投标情况影响，若不及预期则影响产品出货情况；

4、 本报告基于公开信息客观整理，提及的公司旨在对行业特征进行说明，不涉及覆盖与推荐；

5、 本报告部分图表根据新闻资料整理，存在统计不完备的情况。

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