制氢电源深度报告：沟通电网与电解槽的“桥梁”制氢电源有望打开增长之路.docx

内容目录

1.制氢电源概念及主要技术路线 3

1.1.制氢电源：连接电网与电解槽之间的桥梁 3

1.2.功率模块：制氢电源的核心器件 4

1.3.制氢电源主流技术路线 4

1.3.1.晶闸管(SCR)制氢电源 5

1.3.2.绝缘栅双极晶体管(IGBT)制氢电源 5

2.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 6

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 6

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 8

3.关键器件国产化提升有望进一步完善市场竞争格局 10

4.未来展望 12

5.风险提示 12

图表目录

图1:1MW电解水制氢系统成本拆解 3

图2:制氢电源在制氢系统中的位置 3

图3:以DC/DC转化为例，制氢电源的工作原理 4

图4:SCR制氢电源原理图 5

图5:IGBT制氢电源原理图 6

图6:某IGBT电源在不同负载(横轴)下的整流效率(%) 6

图7:2021-2023年我国水电解制氢设备出货量 8

图8:2023年我国部分风光制氢项目规模汇总 8

图9:2020-2023年我国风电、光伏利用情况 10

图10:PEM电解槽、IGBT制氢电源与风光电结合方案示意 10

图11:2017-2023年中国晶闸管行业市场规模及增速 11

图12:2017-2023年中国IGBT产量与自给率 11

表1:与制氢电源相关的标准 6

表2:与制氢电源相关的政策规划 7

表3:大唐新能源多伦15万千瓦风光制氢一体化示范项目设备招标目录 8

表4:2023年我国下线电解槽规格向1000Nm3/h及以上提升 9

表5:我国与制氢电源研制相关的公司(部分) 10

资料来源：能景研究，

1.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。

图1:1MW电解水制氢系统成本拆解

电堆

■电

·机重

·机重

···

·

·

·去离子水疆环

气处理

·冷

·国制造成本

阳程

·阴程

结构层

小蝠件(密时，程

相板

电组最和这板

·隔电极

·

资料来源：IRENA,

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。

图2:制氢电源在制氢系统中的位置

源

源

可再生能源发电系统

能量管理系统

下游储运及应用

加氢系统

电同

AC/DC整流器

储氢罐燃料电池系统

储

储能系统

制氢设备ALK电解槽

PEM电解槽

制氢电源

DC/DC整流器

网

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。

图3:以DC/DC转化为例，制氢电源的工作原理

整流柜

整流柜

le,rel

运行域修正控制

Ie

调制波

Prer

变压器

Ie

+

Vac

温度/压力渗透等状态参量

电解槽

电流控制

功率控制

le,ref

限流

Prer

V

Pe

十

Ve

资料来源：孔令国等《DC/DC隔离型制氢电源发展现状