兵分两路！晶闸管 or IGBT？制氢电源成为氢能产业新蓝海
发布日期：2024/3/1
在电解水制氢领域，有ALK、PEM、SOEC、AEM等技术路线，不同路线各显神通，未来谁能制霸天下不得而知。但是，不管哪条技术路线胜出，都需要一台制氢电源与之匹配。氢能产业特别是上游制氢的爆发，将给传统的电源行业开辟一片新蓝海。国泰君安证券近期报告对制氢电源这一千亿市场进行研究。
千亿市场的预估基础：制氢电源的技术路线区分，可分为晶闸管（SCR）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）两大路线。
按每1000标方（5MW）电解槽配备一套制氢电源，其中晶闸管制氢电源价格20～30万元、IGBT制氢电源价格120～150万元。假设电解槽年工作4000小时，当绿氢需求量达1000万吨，对应电解槽装机量139GW，制氢电源市场累计56亿元～333亿元；当绿氢需求量达1亿吨，对应电解槽装机量1,389GW，制氢电源市场累计556亿元～3,333亿元。
离网制氢趋势下，IGBT和波动性风光的匹配性更高。为减小新能源风光制氢项目对现有电网的冲击和依赖，未来更多项目会采用弱并网/纯离网的制氢方式。晶闸管和IGBT本质上都可以理解为“开关”，相比晶闸管，IGBT的开关控制更为精细，频率更高，相应产生的谐波也较少，整流效率更高。在离网制氢下，由于缺少大电网的支撑，晶闸管导通角调整的范围有限，且在低功率段会产生更大的谐波，导致更低的功率因数，而IGBT由于其快速的开关能力，能更好应对波动性风光电力带来的功率变化，产生的谐波少，对电网稳定支撑作用好，从响应速率和用电效率来说更适合离网制氢场景。
制氢电源为大功率电源，与风电变流器的相似度最高。一是功率级别，单台制氢电源与风电变流器都为数MW级，而光伏逆变器为百kW级，从小功率电源向大功率电源切入存在一定的技术难点；二是对电网技术的理解，制氢电源与风电变流器都会涉及对电网的影响，与电网存在交互的过程，而普通的工业传动电源只需从电网取电，无需与电网进行交互，缺少对电网友好技术的理解。从风电变流器切入制氢电源，是适配度较高的一条路径。
巨头纷争，IGBT唱主角。晶闸管电源凭借超高的性价比优势在市占率上一骑绝尘，代表企业是脱胎于氯碱行业的英特利。在未来弱并网/纯离网制氢趋势下，IGBT凭借与风光波动电力更高的匹配性市场份额会进一步扩大，以禾望电气、阳光电源、汇川技术为代表的一众电源企业，以及雷动智创、中科智寰等初创企业，都已瞄准IGBT技术路线，抢滩制氢电源赛道。
原文如下：
制氢电源：开辟电源行业新蓝海
在电解水制氢领域，有ALK、PEM、SOEC、AEM等技术路线，不同路线各显神通，未来谁能制霸天下不得而知。但是，不管哪条技术路线胜出，都需要一台制氢电源与之匹配。所以氢能产业特别是上游制氢的爆发，给传统的电源行业开辟了一片新蓝海。光伏、风电等新能源产业的发展催生了阳光电源、禾望电气等光伏逆变器、风电变流器标杆企业，相信未来的氢能产业也会诞生属于自己的制氢电源龙头。
千亿市场：氢能有多大，电源就有多大
制氢电源是将交流电整流成直流电的装置，其核心是电力电子器件，包括功率模块、控制电路板、断路器、滤波器、机柜等部件。从制氢电源的技术路线区分，可分为晶闸管（SCR）、绝缘栅双极晶体管（IGBT）两大路线。其中，IGBT路线制氢电源内部结构与风电变流器、光伏逆变器类似。
制氢电源的核心功能是将交流电变换成与电解槽电压匹配的直流电。在可再生能源制氢系统中，制氢电源向上承接电网电力，向下为电解槽提供稳定的直流电。电网输入的电压一般为10kV或35kV，电解槽的工作电压在百伏以内，通过变压器将电网的高压转换为与制氢电源匹配的低电压，再经过制氢电源整流成与电解槽匹配的电压电流。电解槽的工作电流为直流电，而电网和风电供给的都是交流电，故需要通过AC/DC变流器将交流电变换为直流电；若是光伏发出的直流电，则通过DC/DC变流器使直流电更为稳定、平整。
制氢电源的市场空间和电解槽高度关联。按每1000标方（5MW）电解槽配备一套制氢电源，其中晶闸管制氢电源价格20～30万元、IGBT制氢电源价格120～150万元。假设电解槽年工作4000小时，当绿氢需求量达1000万吨，对应电解槽装机量139GW，制氢电源市场累计56亿元～333亿元；当绿氢需求量达1亿吨，对应电解槽装机量1,389GW，制氢电源市场累计556亿元～3,333亿元。
离网制氢趋势下，IGBT与波动性风光电力更匹配
2023年11月，内蒙古自治区能源局发布《风光制氢一体化项目实施细则》，提出“并网型风光制氢一体化项目具备独立市场主体地位，可向电网送电，年上网电量不超过年总发电量的20%，年下网电量不超过项目年总用电量的10%”。未来，为减小新能源风光制氢项目对现有电网的冲击和依赖，更多项目会采用弱并网或纯离网的制氢方式。
晶闸管和IGBT本质上都可以理解为“开关”，但其结构不同。晶闸管是半控型器件，依靠导通角的调整调制电压电流，依靠自然过零点关断，主动开被动关；IGBT是全控型器件，主动开主动关。因此，相比晶闸管，IGBT的开关控制更为精细，开关频率更高，相应产生的谐波也较少，电能质量更高。
电网通常是50Hz为基波的固定频率电流，非基波频率的电流即为谐波，谐波大会影响电网上设备的安全稳定运行，且谐波越大整流效率越低。
离网制氢下，由于缺少大电网的支撑，晶闸管导通角的调整范围有限，且在低功率段会产生更大的谐波，导致更低的功率因数，而IGBT凭借快速的开关能力，能更好应对波动性风光带来的功率变化，产生的谐波少，整流效率高，从响应速率和用电效率上更适合离网制氢场景。
大功率电源有壁垒，从风电变流器切入最合适
目前常见的单台碱性电解槽规格为1000标方，制氢规模为5MW；由于电解槽大型化能够降低原材料钢材成本及土建成本，因而大标方电解槽愈发成为行业趋势。以隆基氢能为例，其推出的LONGi ALK G系列产品单槽最大规格已达到3000Nm³/h，即单台制氢规模15MW。制氢电源的功率大小与制氢规模相当，单台制氢规模5MW的电解槽同样需匹配单台5MW的制氢电源。
在电源的众多成熟应用中，风电变流器与制氢电源的相似度最高。一是功率级别上，制氢电源与风电变流器都为数MW级，而光伏逆变器为百kW级，从小功率电源向大功率电源切入存在一定的技术难点；制氢电解槽是大电流驱动，实现大电流需多个IGBT并联、功率单元并联，对均流特性要求高，必须采取均流控制措施，防止单个IGBT电流过大而损坏。二是对电网技术的理解上，制氢电源与风电变流器都会涉及对电网的影响，与电网存在交互的过程，而普通的工业传动电源只需从电网取电，无需与电网进行交互，缺少对电网友好技术的理解。因此，从风电变流器切入制氢电源，是适配度较高的一条路径。
巨头纷争，IGBT唱主角
作为制氢系统必不可缺的核心设备，制氢电源搭乘绿氢走上产业发展快车道。目前，国内的制氢项目多为并网运行，电压电流稳定性强，晶闸管电源凭借超高的性价比优势在市占率上一骑绝尘，代表企业是脱胎于氯碱行业的英特利。
在未来弱并网/纯离网制氢趋势下，IGBT凭借与风光波动电力更高的匹配性市场份额会进一步扩大，以禾望电气、阳光电源、汇川技术为代表的一众电源企业，以及雷动智创、中科智寰等初创企业，都已瞄准IGBT技术路线，抢滩制氢电源赛道。
可以预见，在未来制氢电源竞争中，既有晶闸管与IGBT的技术路线之差，也有IGBT技术的技术源头之别。从大功率电源产品经验，以及对电网友好技术的理解能力看，具有风电变流器制造经验的玩家将成为制氢电源赛道新的佼佼者。
光伏、风电等新能源产业的发展催生了光伏逆变器、风电变流器标杆企业，相信未来氢能产业也会诞生属于自己的制氢电源龙头。
来源：国泰君安证券
