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1、氫能專題研究之二:固態儲氫氫能專題研究之二:固態儲氫新興新興技術優勢凸顯,從零到一前景廣闊技術優勢凸顯,從零到一前景廣闊行業研究 深度報告 電力設備新能源 氫能投資評級:超配證券研究報告|2023年4月4日證券分析師:王蔚祺010-S0980520080003報告摘要 氫的儲運是當前我國氫能行業大規模發展的痛點,固態儲氫優勢凸顯。儲氫的技術有很多種,如液態儲氫、氣態儲氫、固態儲氫等,其中固態儲氫的優勢:1)相比高壓氣態儲氫、液態儲氫方式,固態儲氫的體積儲氫密度非常高,液氫體積密度為70.6kg/m3,固態儲氫在90-110kg/m3之間;2)固態儲氫能夠在常溫常壓下儲存,使用方便,安全性更好。
2、目前主流固態儲氫技術路線為金屬氫化物,通過加熱/放熱實現金屬放氫/吸氫,從而形成金屬儲氫,目前金屬氫化物材料主要包含包括鎂系、鈦系、釩系、稀土系及復合儲氫合金等。政策推動氫能產業高質量發展。從全球氫燃料電池汽車保有量來看,近幾年已實現快速增長,由2019年的2.4萬輛增長至2022年底6.75萬輛,CAGR41%;我國2022年底氫燃料電池汽車保有量為1.23萬輛,數量占全球比例約18.2%。目前,我國各省市已陸續出臺氫能產業發展政策以規劃產業高質量發展,二十省規劃2025年氫燃料電池汽車保有量合計將超過十萬輛、加氫站保有量合計超過1300座,二十省至2025年氫能產業規模合計將突破萬億大關。
3、固態儲氫技術應用前景廣闊。1)車載儲氫環節,伴隨氫燃料電池汽車的推廣和車載固體儲氫系統成本下降,固態儲氫系統市場空間將會打開,我們預計車載固態儲氫瓶2030年市場規模突破百億元;2)加氫站環節,固態儲氫相較于高壓氣態和液態儲氫不需要壓縮機或液化裝置即可完成充氫,在加氫站建設成本上較低,具備較好的經濟性,我們估計當前固態儲氫加氫站整體成本約為800萬元,我們預計2022-2026年固態儲氫加氫站建設累計新增投資約將增加14.3億元,至2025/2026年新增投資額分別為4.5/5.3億元;3)其他領域:如分布式供能,通信基站的備用電源,電力調峰電站等,氫儲能的存儲規模更大,存儲時間更長可以滿足長
4、周期、大容量儲能要求,同時固態儲氫安全性強,運輸靈活性高,在長時儲能領域有廣泛應用空間。產業鏈相關公司:厚普股份、東方電氣、圣元環保、廈鎢新能、鴻達興業、科新機電、九號公司、永安行、美錦能源、雄韜股份、橫店東磁、云海金屬。風險提示1、國家宏觀氫能規劃政策出臺的時間和發展規模不達預期;2、關鍵材料和裝備國產化進程不達預期;3、海外專利保護糾紛。RUiWkZVYgUlYmPpMtR8OaObRnPrRoMsRiNqQqMlOqQsP7NoMmOuOnPoNwMnRsM固態儲氫技術基本介紹0101固態儲氫市場分析0202固態儲氫發展現狀0303目錄第一章:固態儲氫技術基本介紹第一章:固態儲氫技術基本
5、介紹氫能:來源廣泛的二次能源資料來源:國鴻氫能,國信證券經濟研究所整理應用場景豐富0202030304040101交通運輸領域:氫燃料電池汽車交通運輸業排放占全球碳排放量的1/3。燃料電池車具有零排放、續航里程長等特點,是交運行業減碳的最佳選擇熱值高氫氣是常見燃料中熱值最高的(143 kJ/g),是石油的約3倍,煤炭的4.5倍建筑領域:分布式熱-電聯供系統氫氣供燃料電池發電,燃料電池發電產生熱量用于供暖與熱水供應儲能領域:氫儲能參與電網輔助氫儲能系統耦合風光等可再生能源參與電網削峰填谷、調峰調頻等作用工業領域:氫能煉鋼利用氫氣的高還原性,代替焦炭作為高爐還原劑,以避免鋼鐵生產中的碳排放無碳排、
6、無污染氫氣燃燒過程無碳排放、無污染物產生安全性好氫氣在發生泄露后極易擴散,爆炸下限濃度高于汽油和天然氣圖1:氫能優勢與應用場景5我國氫能產業具備長期發展潛力根據中國氫能聯盟的預測,在2030年碳達峰愿景下,我國氫氣的年需求量預期達到3,715萬噸,在終端能源消費中占比約為5%;可再生氫產量約為500萬噸,部署電解槽裝機約80GW。在2060年碳中和愿景下,我國氫氣的年需求量將增至1.3億噸左右,在終端能源消費中占比約為20%。其中,工業領域用氫占比仍然最大,約7,794萬噸,占氫總需求量60%;交通運輸領域用氫4,051萬噸,建筑領域用氫585萬噸,發電與電網平衡用氫600萬噸。數據來源:中國
7、氫能聯盟,國信證券經濟研究所整理及預測3342371552769690130300200040006000800010000120001400020202030E2040E2050E2060E工業60%交通運輸31%建筑領域4%發電與電網平衡5%圖2:我國氫能年產量以及未來預期(萬噸)圖3:2060年我國氫能各領域用量展望數據來源:中國氫能聯盟,國信證券經濟研究所整理6氫能產業鏈資料來源:億華通,國信證券經濟研究所整理制氫氫儲運氫加注化石能源制氫高壓氣氫低溫液氫有機液態儲氫固態儲氫加氫站煤制氫天然氣制氫石油類燃料制氫工業副產氫焦爐氣氯堿副產氣丙烷脫氫副產氣乙烷裂解副產氣燃料電池動力系統燃料電池
8、電堆催化劑質子交換膜氣體擴散層雙極板密封圈緊固件系統其他主要部件空壓機氫氣循環泵增濕器儲氣瓶散熱器DC/DC泵與閥件等燃料電池應用交通汽車船舶軌道交通叉車固定式應用分布式電力系統家庭熱電聯產備用電源軍用便攜電源無人機艦艇動力系統備用電力系統航天火箭發動機上游中游(部分)下游圖4:氫能產業鏈概覽7儲氫氣、液、固三種方式高壓氣態儲氫氣態儲氫技術通過高壓是將氫氣壓縮于高壓容器中,來實現氫氣的儲存,通常由鋼、鋁、碳/玻璃纖維、高分子材料等制成。優點:壓力容器容易制造;制備壓縮氫的技術簡單;成本較低 缺點:能耗高;安全性隱患高,加氫站成本高。商業化應用情況 高壓氣態儲氫技術成熟,應用廣泛。目前高壓氣態儲
9、氫技術主要應用在運輸領域,加氫站和燃料電池車上均應用高壓儲氫瓶作為儲氫裝置。加氫站通常使用純鋼制造的I型瓶和II型瓶(鋼制內膽,纖維環向纏繞),工作壓力在17.5-30MPa,體積較大。加氫站配置250kg的儲氫裝置成本約為170-200萬元以上,折合單位儲氫價格約為6000-8000元/公斤。車載儲氫瓶主要分III型瓶和IV型瓶兩種。III型瓶壓強為35MPa,內膽采用鋁合金/鋼,包裹材料為碳纖維或者混合碳/玻璃纖維復合材料。IV型瓶壓強為70MPa,內膽采用聚合物(一般包括尼龍,高密度聚乙烯(HDPE),PET聚酯塑料/PA聚酰胺),外部包裹材料主要是碳纖維或者混合碳/玻璃纖維復合材料。國
10、內氫燃料電池汽車配備的儲氫罐主要以35MPa的型瓶為主,而70MPa的IV型高壓儲氫罐,國外已經實應用,國內尚未批準。在燃料電池車上應用的高壓儲氫瓶按照儲氫質量折算,35MPa的單價3500-5000元/kg,70MPa的8000-10000元/kg。資料來源:海珀爾氫能,豐田官網圖5:高壓氣態儲氫示例資料來源:國富氫能招股書,國信證券經濟研究所整理9I型瓶II型瓶III型瓶IV型瓶材質壓強(Mpa)17.5-2026-3030-7030-70重量體積(kg/L)0.9-1.30.6-1.00.35-1.00.3-0.8成本低中等高高使用壽命15年15年15-20年15-20年應用場景 加氫站
11、 等固定式儲氫 燃料電池汽車表1:各種高壓氣態儲氫瓶、罐分類及特點儲氫氣、液、固三種方式儲氫氣、液、固三種方式低溫液態儲氫液態儲氫技術是采用低溫技術將氫氣冷卻到液化溫度(標準大氣壓下,-253)以下,以液體形式儲存在高度真空的絕熱容器中。優點:質量儲氫密度高(大于5%),常溫常壓下液氫的密度為氣氫的845倍,適用于距離較遠、運輸量較大的場合 缺點:成本高,能效低,存在泄露問題,每天損失可能達到1-2%;絕熱系統復雜。商業化應用情況 低溫液態儲氫技術目前美國、日本等已經實現了大規模的商業應用,國內應用最早起步于軍事、航天等領域。隨著近年來國內氫能產業興起,民用液氫領域現已匯聚中科富海、航天101
12、所、國富氫能、鴻達興業等一批科研機構和企業,在相關技術上屢獲重大突破;同時國家已發布液氫生產、貯存和運輸的國家標準,這使液氫民用有標可依,實現了我國液氫產業民用領域標準零突破,為液氫進入市場化發展提供重要支撐。液氫槽罐車價格為350萬/臺,可儲存4300公斤液氫,液化過程耗電約為15KWh/kg。2021年月,清華聯手北汽福田的全球首輛35噸級、49噸級分布式驅動液氫燃料電池重型商用車成功問世,順利通過綜合測試。2021年2月,上海重塑、佛燃能源、國富氫能、泰極動力簽署協議在佛山合作推進“液氫儲氫加氫站項目。資料來源:中集安瑞科、搜狐財經圖6:低溫液態儲氫示例儲氫氣、液、固三種方式固態儲氫固態
13、儲氫技術是通過物理或化學方式使氫氣與儲氫材料結合,來實現氫氣的儲存。從材料分類上有金屬合金、碳材料等。金屬氫化物合金又可細分為稀土系、鈦鐵/錳系、釩系和鎂系等。優點:體積儲氫率高,安全性能高、能效高,加氫站從成本低。缺點:大多數材料質量密度低,鎂系質量密度高,但放氫需要消耗大量熱,對熱交換裝置要求高;尚未達到產業化規模。商業化應用情況 固態儲氫從體積儲氫密度、安全性等因素考慮,是最具商業化發展前景的儲存方式之一。固態儲氫目前在交通領域起步相對較早,氫能自行車、兩輪車、燃料電池叉車、加氫站均有示范項目;國內企業如厚普股份也在開發車載固態儲氫瓶,目前鈦系儲氫裝置售價在2萬元/kg,未來希望通過規模
14、化生產,降至8000元/kg以內。固態儲氫在電力調峰領域也有示范項目,包括華電集團、云南電科院、有研科技集團等在四川瀘定、昆明、張家口建設了相關示范項目。在備用電源領域,應用于數據中心、醫院、社區等工商業的示范項目。在工業領域:目前化工上使用的是高壓儲氣罐,安全性存在挑戰、復雜度很高。而固態儲氫可以作為長期的儲存,減輕安全壓力;還可以實現工業副產氫凈化-儲運一體化。一輛儲運車可直接充裝和純化1.2噸氫氣,得到99.999%的高純氫,有效降低儲運成本。資料來源:九號公司,新氫動力,永安行官網,有研工研院官網,中國工程院圖7:固態儲氫示例固態儲氫技術路線介紹12圖8:常見儲氫材料結構示意圖分類金屬
15、氫化物儲氫容量(wt%)放氫溫度()鎂系儲氫合金MgH27.6300Mg2NiH43.59280Mg2FeH65.5300鈦系儲氫合金FeTiH21.8930釩系儲氫合金V0.7Ti0.1Cr0.22.420稀土系儲氫合金LaNi5H61.4100復合儲氫合金MgH2LiAlH49.4250MgH2NaAlH47.6175MgH2LiBH411.4350固態儲氫技術路線主要可分為金屬氫化物,配位氫化物,碳材料,金屬有機骨架材料(MOFs)和水合物儲氫等。金屬氫化物為固態儲氫主流技術路線,涉及材料包括鎂系、鈦系、釩系、稀土系及復合儲氫合金等;其中鎂系合金儲氫容量大(最高可達7.6%),但放氫溫度
16、高,通常需要300;鈦系、釩系、稀土系儲氫合金儲氫容量為1.4%-2.4%不等,放氫溫度明顯較鎂系合金低。配位氫化物路線需要堿金屬(鋰、鈉、鉀等)或堿土金屬(鎂、鈣等)或第三主族元素(鋁、硼等)。碳材料路線需要活性炭、碳納米纖維、碳納米管等材料。表2:不同金屬氫化物相關性能對比資料來源:ARIEMA Energa y Medioambiente S.L.,國信證券經濟研究所整理資料來源:Muhammad R.UsmanHydrogen storage methods:Review and current status,Sanjay KumarDevelopment of vanadium ba
17、sed hydrogen storage material:A review,國信證券經濟研究所整理金屬氫化物吸放氫基本原理13金屬儲氫材料通過金屬氫化物的形式來將氫氣儲存在合金中。吸氫過程中,合金儲氫材料在一定的溫度和氫氣壓力下,發生放熱反應吸收氫氣生成金屬氫化物;放氫過程中,金屬氫化物在加熱的情況下發生吸熱反應釋放所吸收的氫氣,。微觀機理:氫分子首先吸附在金屬表面,隨著氫鍵斷裂而解離成氫原子,氫原子通過內部擴散進入金屬原子的間隙形成金屬固溶體,之后固溶體中的氫原子進一步向金屬內部擴散,達到固溶轉化為化學吸附的活化能后從而形成氫化物。圖9:金屬氫化物吸放氫基本元力資料來源:馬通祥,高雷章等固
18、體儲氫材料研究進展,國信證券經濟研究所整理儲氫運氫氣、液、固三種方式比較數據來源:全球氫能,DT新能源,中國工程院,國信證券經濟研究所整理儲氫技術氣態儲運氫低溫液態儲運氫高壓氣態35MPa儲氫高壓氣態70MPa儲氫稀土系合金固態儲氫鈦鐵系合金固態儲氫鎂基合金固態儲運氫儲氫質量分數(%)5.73.05.51.51.87.6體積儲氫密度(kg/立方米)35GW2040年氫氣產量5276萬噸2040年電解槽裝機200GW低碳排放制氫;液氫運輸作為主動脈;高壓氣態儲運作為毛細血管氫氣產量9690萬噸電解槽裝機500GW零碳排放制氫固定式發電裝置產能2萬臺套/年,燃料電池系統產能550萬臺套/年歐盟年產
19、氫氣980萬噸;電解槽1GW,綠氫占比1.4%;電解槽6GW,年產綠氫100萬噸電解槽40GW,年產綠氫1000萬噸;過??稍偕茉创笠幠V茪?;全部氫能生產中1/3為超低碳制氫;大規模氫氣發電示范項目可再生制氫裝機大規模部署;占能源需求的1/4美國電解槽成本300美元/kW;運行壽命8萬小時,轉換效率65%。氫輸配成本2美元/kg占能源需求的14%;日本4000噸氫氣低壓、高壓發電成本分別為25日元/kWh,17日元/kWh30萬噸氫氣;制氫成本3美元/kg發電成本17日元/kWh500-1000萬噸氫氣;成本2美元/kg發電成本12日元/kWh資料來源:歐盟氫能戰略,美國氫能計劃發展規劃、日
20、本氫能利用進度表氫能基本戰略,中國氫能產業發展報告2020,國信證券經濟研究所整理表7:各國氫能生產與應用規劃21全球主要經濟體氫能產業規劃匯總應用端20202025203020352050中國投運和在建加氫站130座以上;氫燃料電池汽車投運3712輛燃料電池汽車保有量10萬輛:客車滲透率5%,物流車滲透率5%重卡滲透率0.2%乘用車滲透率5%重卡滲透率15%乘用車滲透率2%加氫站數量12000座;終端年銷售價格20元/kg;燃料電池車保有量3000萬輛:客車滲透率40%物流車滲透率10%重卡滲透率75%乘用車滲透率12%歐盟從化工擴展到其他領域370萬輛乘用車;50萬輛輕型商用車;4.5萬輛
21、卡車和公共汽車,570萬輛列車(替代柴油列車)7%替代建筑用天然氣,200萬戶供暖氫氣煉鐵大規??尚行詼y試32%替代建筑用天然氣,1000萬+戶供暖年用5600萬噸;工業領域全面氫能替代。美國燃料電池裝機382MW燃料電池乘用車累計銷量8413輛燃料電池叉車3萬輛燃料電池大巴42輛在運加氫站42座,在建18座,年底100座加氫站200座加氫站1000座車載儲氫系統一定標準下達到8美元/千瓦時;儲氫罐用高強度碳纖維成本13美元/kg電力與工業用氫成本1美元/kg交通部門用氫成本2美元/kg重卡用質子交換膜燃料電池系統80美元/kW。日本燃料電池裝機245MW家用燃料電池發電/供暖裝置140萬戶建
22、設加氫站160座燃料電池乘用車3500輛燃料電池公交車100輛燃料電池叉車50輛加氫站320座;燃料電池轎車20萬輛,與混動價格相當;氫燃料電池公交車價格減半至0.525億日元/輛(約合345萬元)家用燃料電池發電/供暖裝置530萬戶;建設加氫站900座燃料電池汽車保有量80萬輛燃料電池公交車1200輛燃料電池叉車500輛燃料電池汽車1200萬輛燃料電池叉車1萬輛替代居民能源系統;全面替代加油站全面替代傳統交通系統韓國燃料電池裝機408MW,全球占比40%投運加氫站34座22年建設運營100座加氫站2040年氫燃料電池累計620萬輛加氫站1200個;資料來源:歐盟氫能戰略,美國氫能計劃發展規劃
23、、日本氫能利用進度表氫能基本戰略,中國氫能產業發展報告2020國信證券經濟研究所整理22表8:各國氫能生產與應用規劃政策:多部門支持氫能產業發展 繼2019年3月氫能被首次寫入政府工作報告后,國務院、國家發改委、國家能源局等多部門陸續印發了支持、規范氫能源行業的發展政策,主要包括氫能發展技術路線、氫能基礎設施建設、燃料電池汽車發展等內容。資料來源:中國政府網、各部委官方網站,國信證券經濟研究所整理政府工作報告中華人民共和國能源法在類腦智能、量子信息、基因技術、未來網絡、深??仗扉_發、氫能與儲能等前沿科技和產業變革領域,組織實施未來產業孵化與加速計劃,謀劃布局一批未來產業2019.32020.9
24、2020.122021.3關于完整準確全面貫徹新發展理念做好碳達峰碳中和工作的意見統籌推進氫能“制儲輸用”全鏈條發展;加強氫能生產、儲存、應用關鍵技術研發、示范和規?;瘧?;推動可再生能源制氫等低碳前沿技術攻關,推動加氫站建設以及促進船舶靠港使用岸電常態化采取“以獎代補”方式,對符合條件的城市群開展燃料電池汽車關鍵核心技術產業化攻關和示范應用給予獎勵,示范期為4年加速發展綠氫制取、儲運和應用等氫能產業技術裝備,促進氫能燃料電池技術鏈、氫燃料電池汽車產業鏈發展2021.10關于開展燃料電池汽車示范應用的通知新時代的中國能源發展中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱
25、要(草案)推動充電、加氫等設施建設2020.6正 式 將 氫 能列 入 能 源 范疇,2020年成 為 氫 能 發展元年圖14:氫能產業發展政策梳理232022.3氫能產業發展中長期規劃(2021-2035年)規劃明確了氫的能源屬性,是未來國家能源體系的組成部分,充分發揮氫能清潔低碳特點,推動交通、工業等用能終端和高耗能、高排放行業綠色低碳轉型。同時,明確氫能是戰略性新興產業的重點方向,是構建綠色低碳產業體系、打造產業轉型升級的新增長點。2022.6“十四五”可再生能源發展規劃推動可再生能源規?;茪淅?。開展規?;稍偕茉粗茪涫痉?,在可再生能源發電成本低、氫能儲輸用產業發展條件較好的地區,
26、推進可再生能源發電制氫產業化發展,打造規?;木G氫生產基地。三大氫燃料電池“示范城市群”落地,推動氫能跨區域發展2021年8月,財政部、工業和信息化部、科技部、國家發展改革委和國家能源局關于啟動燃料電池汽車示范應用工作的通知正式印發,宣告京津冀、上海、廣東成為國內三大氫燃料電池汽車示范城市群,示范期為期四年。國家將采取“以獎代補”的方式,按照示范城市群任務目標完成情況給予獎勵?!笆痉冻鞘腥骸钡穆涞?,將加快燃料電池關鍵核心技術自主化與產業化進程,有助于探索氫能商業化模式和燃料電池產業政策的建立,推動氫能跨省跨區域協同發展。資料來源:國家能源局,國信證券經濟研究所整理上海城市示范群上海聯合江蘇蘇州
27、市、江蘇南通市、浙江嘉興市、山東淄博市、寧夏寧東能源化工基地、內蒙古鄂爾多斯市等6個市區廣東城市示范群由佛山市牽頭,聯合廣州、深圳、珠海、東莞、中山、陽江、云浮、福州、淄博、包頭和六安等城市京津冀城市示范群北京市大興區牽頭,聯合北京海淀、昌平等六個區,以及天津濱海新區、河北保定市、河北唐山市、山東濱州市、山東淄博市等,共12個市區目標:10-15家產業鏈龍頭企業3-4家國際一流產業研發創新平臺1000億產業規模200萬噸碳減排目標:100座加氫站 1000億產業規模 10000輛燃料電池汽車目標:200座加氫站10000輛燃料電池汽車35元/kg以下用氫成本圖15:三大氫燃料電池汽車城市示范群
28、任務目標24多省市發布氫能產業建設目標全國已有20個省份公開發布到2025年的氫能規劃,從我國各省市出臺政策來看,二十省規劃2025年氫燃料電池汽車保有量合計將超過十萬輛、加氫站保有量合計超過1300座,二十省至2025年氫能產業規模合計將突破萬億大關。表9:各省份2025年氫能源產業發展目標資料來源:各省氫能中長期發展規劃政策文件、各省政府網站,國信證券經濟研究所整理省市規劃年份產業規模企業數量推廣/應用燃料電池汽車(輛)加氫站北京2025年1000億元10-15家龍頭企業1037074山東2025年1000億元10家知名企業10000100河北2025年500億元10-15家領先企業100
29、00100河南2025年1000億元500050重慶2025年15家相關企業150030四川2025年25家領先企業600060浙江2025年500050上海2025年1000億元5-10家具有國際影響力的獨角獸企業1000070江蘇2025年4000100廣東2025年1000億元10000300內蒙古2025年1000億元(氫燃料電池汽車)10-15家龍頭企業500060寧夏2025年一批相關企業50010安徽2025年500億元300030湖南2025年-50010遼寧2025年600億元200030山西2025年-10000100陜西2025年100010000100貴州2025年-1
30、00015福建2025年500400040吉林2025年1005001025 十四五期間20省規劃建設加氫站超過1300座。氫燃料電池車保有量超過10萬輛。氫燃料電池汽車市場展望 從全球氫燃料電池汽車保有量來看,近幾年實現快速增長,由2019年的2.4萬輛增長至2022年底6.75萬輛,CAGR41%;從我國我國情況來看,至2022年底國內氫燃料電池汽車保有量達到1.23萬輛,數量占全球比例約18.2%。從全球氫燃料電池汽車銷量來看,2022全年實現銷量17926輛,其中我國實現銷量3367輛,占比18.8%,隨著燃料電池系統生產規?;c燃料電池電堆核心零部件國產化推動成本下降,在2025年燃
31、料電池汽車保有量達超10萬輛政策指引下,我們預計未來幾年我國氫燃料電池汽車產銷量迅速上升。圖16:國內及全球氫燃料電池汽車保有量(輛)圖17:全球氫燃料電池汽車銷量及國內清然料電池汽車產銷量(輛)資料來源:高工產業研究院,香橙會氫能數據庫,中國汽車工業協會,國信證券經濟研究所整理資料來源:高工產業研究院,香橙會氫能數據庫,中國汽車工業協會,國信證券經濟研究所整理266391911343861757352893912306241323253549562674880 10,000 20,000 30,000 40,000 50,000 60,000 70,000 80,000 2016201720
32、182019202020212022國內氫燃料電池汽車保有量(輛)全球氫燃料電池汽車保有量(輛)127215272737117715873367840317027179260 5,000 10,000 15,000 20,000 25,000 201720182019202020212022國內氫燃料電池汽車銷量(輛)全球氫燃料電池汽車銷量(輛)國內氫燃料電池汽車產量(輛)儲氫系統成本下降空間大資料來源:中國氫能產業發展報告2020,國富氫能招股說明書(2022年版),全球氫能,國信證券經濟研究所整理及測算,注:2022年車載高壓氣體儲氫系統按照13萬元單套價格及30kg氫氣儲氫量計算。當前我
33、們估計車載高壓氣體儲氫系統價格約為4300元/kg,固態儲氫系統價格約為8000元/Kg,參照中國氫能產業發展報告2020中提出的未來儲氫系統成本下降趨勢,伴隨著儲氫系統中關鍵零部件國產化,儲氫系統容量提升以及系統使用壽命提升,儲氫系統成本將不斷下降,我們預計未來國內儲氫系統價格下降空間較大且固態儲氫系統價格下降幅度將高于車載高壓氣體儲氫系統。圖18:儲氫系統成本下降空間大27430030002000120080005000250015000 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000 10,000 202220252035205
34、0車載高壓氣體儲氫系統價格(元/Kg)固體儲氫系統價格(元/Kg)0.120.160.340.61.32.56121825320 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 202020212022 2023E 2024E 2025E 2026E 2027E 2028E 2029E 2030E我國車載固態儲氫瓶市場潛力測算 2022年我國氫燃料汽車銷量為3367輛,根據我國二十省2025年合計10萬輛氫燃料電池汽車保有量的政策指引,我們預計未來氫燃料電池汽車銷量將實現快速增長,至2025年/2030年銷量將分別達到2.5/32萬輛,2021-2025年CAGR為100%;固態儲氫
35、系統市場規模方面,由于整體技術較為前沿,當前僅有示范性項目,隨著技術突破及固體儲氫的應用推廣,我們預計未來幾年固態儲氫系統市場規模將快速增長。參照國富氫能車載儲氫系統價格,我們假設2022年/2025/2030年固態儲氫系統單價為25/15/9(萬元/套),固態儲氫系統2022年/2025/2030年滲透率分別為3%/20%/35%,計算得出車載固態儲氫瓶2025/2030年市場規模分別為7.5/100億元。圖19:我國氫燃料電池汽車銷量預測(萬輛)CAGR(2021-2025)=100%資料來源:中國汽車工業協會,中國氫能聯盟,國信證券經濟研究所整理及預測28圖20:我國車載固態儲氫瓶市場潛
36、力測算(億元)CAGR(2021-2025)=211%資料來源:中國汽車工業協會,中國氫能聯盟,國富氫能招股說明書(2022年版),全球氫能,國信證券經濟研究所整理及預測0.00.10.31.13.37.518.740.363.485.0100.80 20 40 60 80 100 120 2020 2021 2022 2023E 2024E 2025E 2026E 2027E 2028E 2029E 2030ECAGR(2021-2025)=211%我國固態儲氫加氫站市場潛力測算 2022年我國新增加氫站數量為92座,至2022年底,我國共建成310座加氫站。目前,各大央企也在紛紛布局加氫站
37、建設,中國石化2022年末已累計建成加氫站98座,是全球擁有加氫站最多的企業,其規劃“十四五”期間建成1000座加氫站,打造中國第一氫能公司。根據數十個省份及直轄市對加氫站建設規劃情況,我們預計2023-2026年國內新增加氫站數量分別為140/170/200/230座。預計至2026年國內加氫站保有量將達到1050座,根據目前固態儲氫加氫站建設成本約800萬元測算,假設未來每年加氫站建設成本下降50萬元,固態儲氫加氫站2023/2025/2026年建設滲透率分別為5%/18%/30%。2022-2026年固態儲氫加氫站建設累計新增投資約將增加14.3億元,至2025/2026年新增投資額分別
38、為4.5/5.3億元。圖21:我國加氫站新增數量預保有量預測(座)圖22:固態儲氫加氫站年新增投資額測算(億元)資料來源:香橙會氫能數據庫,高工氫能,國信證券經濟研究所整理及預測資料來源:香橙會氫能數據庫,高工氫能,國信證券經濟研究所整理及預測290.61.52.54.55.30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20222023E2024E2025E2026E1009214017020023021831045062082010500 200 400 600 800 1,000 1,200 1,400 202120222023E2024E2025E2026E國內加氫站新增數量(座)國內
39、加氫站保有量(座)第三章:固態儲氫發展現狀第三章:固態儲氫發展現狀固態儲氫相關企業進展介紹企業方向氫能業務相關介紹厚普股份(300471.SZ)釩鈦基儲氫合金固態儲氫系統氫能加注設備氫能源工程EPC業務:公司當前氫能領域業務包括氫能加注設備,氫能源相關工程EPC等,其中氫能加注設備包括氫壓縮機橇、液氫真空管、氫氣質量流量計、加氫機、加氫槍等,2021年公司氫能加注設備實現收入8126萬元。公司另于2021年發布定增項目,募集資金1.55億元建設車載低壓固態儲氫系統1萬套、大型儲能場景儲氫系統5000套、小型儲氫系統8000套年產線。合作:公司2019年與四川大學合作,委托四川大學就“釩鈦基儲氫
40、合金中試工藝及合金制備項目”、“釩鈦基儲氫合金中試工藝及裝備研究項目”進行技術服務和后續研發。2022年聯合四川大學中標“云南電科院2022年光伏氫能轉化技術研究與裝置試制項目”,該項目是厚普股份首個光伏-制氫-固態儲氫-加注-發電一體化的耦合類項目;2022年11月公司與燕新控股集團等簽訂合作協議,共同成立成都集氫(公司持股17%),合資公司將從事金屬固態儲氫材料與儲氫系統的研發、設計、生產與銷售。東方電氣(600875.SH)固態儲氫系統建設固態儲氫容器2023年3月25日,在廣州南沙電氫智慧能源站固態氫能發電并網項目中,東方電氣總承包建設低壓高密度儲氫、耦合氫燃料電池熱電聯供系統和三級靜
41、態壓縮系統的工作。其固態儲氫系統可對金屬氫化物進行四級加壓,通過改變溫度等參數,將壓力從3Mpa提升至80Mpa,從而為氫燃料汽車加氫。東方電氣旗下氫能平臺東方鍋爐聚焦氫能供應端,包括制-儲-運-加氫等環節,目前已經具備高壓儲氫容器批量化制造能力,同時正在開發固態儲氫容器。圣元環保(300867.SZ)氫能源裝備固態儲氫材料公司2022年與有研工研院達成戰略合作,合作內容包括:1.氫能源研究院發展規劃與平臺建設,2.儲氫材料研究與制備,3.固態儲氫裝置,4.風光制氫-儲氫-用氫應用示范及迭代,主要以泉州、廈門兩地作為試點,以廈門圣元綠色能源有限公司及泉州有元氫能源研究院有限公司作為主體展開。廈
42、門項目:在有研工研院指導協助下,投資建設氫能源研究中心實驗室和氫能源裝備總成項目,開展固態儲氫材料研發,推動氫動力車船應用和推廣;泉州項目:投資建設固態儲氫系統活化及應用項目,利用石化產業園區的工業副產氫對固態儲氫材料進行活化,并在氫氣儲存、運輸等環節廣泛應用。廈鎢新能(688778.SH)儲氫合金子公司廈鎢氫能科技業務涉及儲氫合金,目前主要用于制作鎳氫電池,儲氫合金系制作鎳氫電池的重要材料,未來重點發展固態儲氫業務。鴻達興業(002002.SZ)氫儲運稀土系儲氫材料業務:鴻達興業是早期國內開展液氫生產和儲運聯動業務的上市公司之一,在氫儲運環節,公司已擁有氣態、液態、固態三種儲運模式。公司研發
43、生產包括儲氫瓶、儲氫罐、質子交換膜等產品。2021年公司氫能業務實現收入2.57億元。合作:與有研工研院合作聯手研發稀土系儲氫材料??菩聶C電(300092.SZ)儲氫裝置2022年4月,公司與安泰創明合作,基于固態儲氫作為氫源介質的固、氣儲氫裝置相關產品及應用開展研發合作,包括常溫常壓加氫站儲氫裝置(系統)、高溫高壓大型氫儲、運裝置進行共同研發,開發出適用于不同應用場景的氫儲運裝置(系統),并在此基礎上,繼續進行加氫站儲氫系統、中長距離氫儲運車等方面的產品合作研發和推廣應用。資料來源:高工氫能,企查查,厚普股份公司公告,東方電氣官網,圣元環保公司公告,廈鎢新能公司公告,鴻達興業公司公告,科新機
44、電公司公告、國信證券經濟研究所整理表10:固態儲氫相關企業進展介紹固態儲氫相關企業進展介紹企業方向氫能業務相關介紹九號公司(689009.SH)氫能摩托車2021年3月九號公司推出SegwayAPEXH2電動摩托車,采用固態儲氫的方式,配備定制的專屬儲能罐,特點在于安全性好、體積小且儲氫密度高,該車最大功率可達60kw,百公里加速不到4秒,最高時速預可達150km/h。永安行(603776.SH)氫能自行車公司產品包含氫能自行車,車內氫能棒采用低壓固態儲氫技術,優勢在于安全性,大儲氫量,內部平衡壓力低。目前公司已建成年產5萬臺小功率燃料電池生產線和年產15萬臺氫能自行車產線。云海金屬(0021
45、82.SZ)鎂基儲氫材料公司與上海交通大學、重慶大學等機構合作,開展鎂基固態儲氫材料研究,目前處于研發階段,未來選擇適當時機介入產業。美錦能源(000723.SZ)氫燃料電池車公司控股子公司佛山飛馳汽車(持股42.67%)在2019-2021年相繼推出全球首臺固態儲氫燃料電池公交車、首款氫燃料電池牽引車、全球首臺固態儲氫燃料電池冷藏車等產品,公司掌握VCU、FCU、BAT、電機Motor等各類控制技術,具備了車身和底盤、新型三電系統產品以及FCV、EV、HEV、PHEV等開發制造能力,正發展成為新能源汽車系統縱向一體化產品方案提供商雄韜股份(002733.SZ)燃料電池系統參股上海氫楓能源(持
46、股4.26%),參股公司專注于高密度鎂合金固態儲氫產品的研發生產。橫店東磁(002056.SZ)-參股安泰創明(持股3.62%),參股公司深耕固態儲氫材料技術數十年,其中常州研究院率先開發出固態儲氫為氫源的燃料電池發電系統,成功應用于氫能助力車、氫能外賣車和氫能共享車。安泰創明固態儲氫材料燃料電池發電系統公司深耕固態儲氫材料技術數十年,其中常州研究院率先開發出固態儲氫為氫源的燃料電池發電系統,成功應用于氫能助力車、氫能外賣車和氫能共享車,合作公司包括九號公司,永安行等。氫楓能源鎂基儲氫材料公司與上海交通大學丁文江院士團隊合作共同成立氫氣儲運公司氫儲(上海)能源科技有限公司,專注于高密度鎂合金固
47、態儲氫產品的研發生產,2022年4月在河南新鄉的全球首條鎂合金高密度儲氫技術生產線建成投產測試,2022年12月推出鎂基固態儲氫車。2021年10月底,氫楓能源與氫儲(上海)能源、上海交通大學、有研工程技術研究院有限公司等多家企業、高校和科研院所共同起草的國內首個關于鎂基氧化物固態儲運氫技術標準一鎂基氧化物固態儲運氫系統技術要求正式發布。資料來源:企查查、九號公司公司公告、永安行公司公告,云海金屬公司公告,美錦能源公司公告,安泰創明、氫楓能源官網,國信證券經濟研究所整理表11:固態儲氫相關企業進展介紹固態儲氫相關科研院所介紹科研院所材料研究方向氫能研究介紹中國有研科技集團有限公司 稀土系材料、
48、鈦系、釩系、鎂系、復雜化合物、碳納米管等研發:固態儲氫領域,在學術帶頭人蔣利軍的帶領下,先后開展了稀土系AB5型、鈦錳系AB2型、鈦錳系AB型、釩鈦系BCC型,鎂系A2B型等一系列合金儲氫材料以及復雜化合物NaAlH4,Li-Mg-N-H,碳納米管等新型高容量儲氫材料研究;在此基礎上,攻克了高熔點、高活性鈦系合金熔煉規模技術,低熔點易揮發鎂基儲氫材料可控氣氛機械合金化納米晶批量制備技術等行業技術難題。應用:有研工研院實現了固態儲氫技術在移動式制儲一體化燃料電池應急發電車、燃料電池移動通訊基站備用電源、氫能燃料電池加氫站、燃料電池大巴、物流車,以及電網儲能等應用。合作:有研工研院先后與鴻達興業、
49、圣元環保達成合作協議,針對固態儲氫的研究與應用展開示范運行及平臺建設等工作,在儲氫材料設計與開發、儲氫裝置模擬仿真、設計制造、儲氫材料與裝置測試與評價等方面形成了相關全方位的研發平臺,也在相關領域占據領先地位。包頭稀土研究院稀土系材料包頭稀土研究院儲氫領域研究方向包括稀土儲氫材料,固態儲氫裝置等。在稀土固態儲氫材料中擁有完整的材料制備、測試及應用實驗條件和產業化裝備,形成了稀土儲氫合金材料研究、應用及產業化技術開發團隊,研發工作處于國內外先進水平。目前包頭稀土院已獲授權國際專利2項,國內發明專利20余項。上海交通大學鎂基材料介紹:上海交通大學丁文江院士團隊從事固態鎂基儲氫材料的應用研發10余年
50、,2019年創建上海交通大學氫科學中心,專注氫科學領域的前瞻性基礎研究,目前丁文江院士在SCI/EI源期刊上發表論文600余篇,申請發明專利200余項,研究成果獲國家科技進步二等獎、國家技術發明二等獎。產業化:團隊攜手氫楓能源,共同成立氫氣儲運公司氫儲(上海)能源科技有限公司,專注于高密度鎂合金固態儲氫產品的研發生產,2022年4月在河南新鄉的全球首條鎂合金高密度儲氫技術生產線建成投產測試,2022年12月推出鎂基固態儲氫車。四川大學 釩基材料、復雜化合物、類石墨烯材料四川大學吳朝玲教授團隊從事儲氫材料及儲氫系統開發研究20余年,主要研究方向包括:廉價釩基儲氫合金開發,固態儲氫系統研制,新型復
51、雜化合物儲氫材料,類石墨烯儲氫材料等,目前出版書籍包括氫氣儲存和輸運,氫燃料電池等。吳朝玲教授累計主持國家、省部及其它項目10余項,發表論文120余篇,授權專利近10項。燕山大學稀土系材料介紹:燕山大學韓樹民團隊長期致力于新型稀土儲氫材料的基礎理論和應用技術研發,在揭示新型稀土儲氫合金超晶格結構、儲氫機理、生成條件和構效關系等基礎理論研究中取得重要成果。目前累計發表SCI論文200余篇,出版學術專著1部,獲國內外發明專利30余項。產業化:2017年成立中科軒達,依托團隊的研究成果,迅速啟動了新型稀土儲氫合金電極生產線建設項目,該項目已于2019年12月順利完成,是中國第一條具有自主知識產權的新
52、型稀土儲氫材料生產線,目前產能達300噸/年以上,已進入技術成熟、生產穩定和產品市場推廣階段。資料來源:中國有研科技集團有限公司官網,包頭稀土研究院官網,上海交通大學氫科學中心官網,四川大學新能源與低碳技術研究院官網,中科軒達,國信證券經濟研究所整理表12:固態儲氫相關科研院所進展介紹海外相關企業進展介紹表13:海外固態儲氫進展國家機構名稱時間固態儲氫進展美國GKN Hydrogen公司2021年獲得了美國能源部170萬美元資助開發HY2MEGA固態氫化物儲氫罐,該項目為期三年,可以儲存500kg氫氣,項目于2022年底啟動。Green Fortress公司2017年獲得了來自美國聯邦政府的資
53、助開發固態氫燃料的儲氫系統。其固態儲氫材料主要是催化改性的多孔硅,氫氣儲存成本低于8美元/kWh,規??稍陔娋W級別。英國Cella Energy公司2014年材料:開發出聚合物和氨硼烷組成的輕質固態高密度儲氫材料,該材料提供的能量是同等重量下鋰離子電池的3倍,穩定性和貯氫性能良好,可在100左右幾分鐘內釋放約9%的氫氣。該固體材料能夠進行模塊化設計,制備成不同形狀,根據應用需求靈活組合。應用:與從事航空航天技術和固體火箭發動機技術的法國Safran集團開展合作,將其應用于航空航天領域的氫燃料電池儲氫材料。2016 年利用該固體材料的無人機成功實現首飛;與色列的Israel AesospaceI
54、ndustries(IAI)合作,將其應用于Bird Eyes 650小型無人機的燃料電池能源系統上,可大幅減少供電系統的重量,提升無人機的續航能力。日本東芝公司2017年開發的自給型能源供應系統H2One已在日本國內醫院、旅館、鐵路站臺及緊急避難場所等多個場景得到應用,系統采用固態儲氫技術,氫氣儲存量達270Nm3,電力存儲量可達350kWh。挪威HYSTORSYS公司2016年應用于HyNor Lillestrm加氫站的HYMEHC-10的金屬氫化物壓縮機組(10 Nm3/h)可將氫氣壓力從1MPa增至20MPa,該氫氣壓縮機的三個高壓鋼制容器中都裝有大約34kg的金屬氫化物材料:AB5(
55、La1xCexNi5)合金用于1MPa到5MPa的第一壓縮階段,AB2合金(Ti、Zr基)用于5MPa到20MPa的第二階段壓縮。該系統在20至150的熱循環下工作,只需要少量的電力來提供電力。南非HySA系統能力中心2016年開發出配備燃料電池電源模塊和金屬氫化物儲氫罐的叉車,該叉車充氫6min即可達到最大儲氫容量的83%,充滿僅需1215min,在充滿的狀態下進行輕型操作可連續運行435min。澳大利亞Lavo公司2020年推出商業化氫能存儲系統,該系統利用金屬氫化物儲存氫氣,儲能量達40kWh。公司簽訂約1.15億澳元遠期訂單,計劃將其儲氫系統推向兆瓦級。荷蘭Electriq公司2023
56、年和Zenith Energy Terminals將建造世界上第一家儲氫固體粉末制造工廠。資料來源:張曉飛固態儲氫技術的研究進展,Green Fortress官網,東芝官網,Electriq官網,北極星儲能網,國際能源網,國信證券經濟研究所整理總結公司公司投資收盤價EPSPEPB代碼名稱評級(4月3日)2022E2023E2024E2022E2023E2024EMRQ300471.SZ厚普股份未評級15.84-0.1 0.1 0.1-316.8 158.4 4.2 600875.SH東方電氣增持18.660.9 1.3 1.6 20.3 14.7 11.5 1.9 300867.SZ圣元環保未
57、評級19.44-1.4 688778.SH廈鎢新能買入71.934.0 6.1 8.1 18.0 11.8 8.9 3.5 002002.SZ鴻達興業未評級2.800.1 0.2 0.2 21.5 18.7 16.5 1.0 300092.SZ科新機電未評級14.180.5 0.7 0.9 27.3 21.8 15.2 3.7 689009.SH九號公司未評級37.350.6 6.6 10.1 59.3 5.7 3.7 4.4 603776.SH永安行未評級16.60-0.9 000723.SZ美錦能源未評級9.190.6 0.7 0.7 15.8 14.1 13.3 3.1 002733.S
58、Z雄韜股份未評級18.570.5 0.7 0.9 40.4 28.1 21.1 2.3 002056.SZ橫店東磁未評級20.881.0 1.3 1.6 20.3 16.3 13.1 3.9 002182.SZ云海金屬未評級23.651.3 1.9 2.8 18.3 12.6 8.4 3.5 資料來源:Wind、國信證券經濟研究所整理與測算;注:表中未評級股票業績預測為Wind一致預期固態儲氫為儲氫環節新興技術,相較于高壓氣體儲能和低溫液態儲氫具備高安全性、高體積儲氫密度、快速充放氫、運輸便捷等優勢,并為業界所重視。目前主流固態儲氫路線為金屬氫化物,包括鎂系、鈦系、釩系、稀土系及復合儲氫合金等
59、。固態儲氫技術應用前景廣闊。1)車載儲氫環節,伴隨氫燃料電池汽車的推廣和車載固態儲氫系統成本下降,固態儲氫系統市場空間將會打開,我們預計車載固態儲氫瓶2030年市場規模突破百億元;2)加氫站環節,固態儲氫相較于高壓氣態和液態儲氫不需要壓縮機或液化裝置即可完成充氫,在加氫站建設成本上較低,具備較好的經濟性,我們估計當前固態儲氫加氫站整體成本約為800萬元,我們預計2022-2026年固態儲氫加氫站建設累計新增投資約將增加14.3億元,至2025/2026年新增投資額分別為4.5/5.3億元;3)其他領域:如分布式供能,通信基站的備用電源,電力調峰電站等,氫儲能的存儲規模更大,存儲時間更長可以滿足
60、長周期、大容量儲能要求,同時固態儲氫安全性強,運輸靈活性高,在長時儲能領域有廣泛應用空間。產業鏈相關公司:厚普股份、東方電氣、圣元環保、廈鎢新能、鴻達興業、科新機電、九號公司、永安行、美錦能源、雄韜股份、橫店東磁、云海金屬。表14:相關公司估值表風險提示1、國家宏觀氫能規劃政策出臺的時間和發展規模不達預期;2、關鍵材料和裝備國產化進程不達預期;3、海外專利保護糾紛;免責聲明分析師承諾作者保證報告所采用的數據均來自合規渠道,分析邏輯基于本人的職業理解,通過合理判斷并得出結論,力求客觀、公正,結論不受任何第三方的授意、影響,特此聲明。風險提示本報告版權歸國信證券股份有限公司(以下簡稱“我公司”)所
61、有,僅供我公司客戶使用。未經書面許可任何機構和個人不得以任何形式使用、復制或傳播。任何有關本報告的摘要或節選都不代表本報告正式完整的觀點,一切須以我公司向客戶發布的本報告完整版本為準。本報告基于已公開的資料或信息撰寫,但我公司不保證該資料及信息的完整性、準確性。本報告所載的信息、資料、建議及推測僅反映我公司于本報告公開發布當日的判斷,在不同時期,我公司可能撰寫并發布與本報告所載資料、建議及推測不一致的報告。我公司或關聯機構可能會持有本報告中所提到的公司所發行的證券頭寸并進行交易,還可能為這些公司提供或爭取提供投資銀行業務服務。我公司不保證本報告所含信息及資料處于最新狀態;我公司將隨時補充、更新
62、和修訂有關信息及資料,但不保證及時公開發布。本報告僅供參考之用,不構成出售或購買證券或其他投資標的要約或邀請。在任何情況下,本報告中的信息和意見均不構成對任何個人的投資建議。任何形式的分享證券投資收益或者分擔證券投資損失的書面或口頭承諾均為無效。投資者應結合自己的投資目標和財務狀況自行判斷是否采用本報告所載內容和信息并自行承擔風險,我公司及雇員對投資者使用本報告及其內容而造成的一切后果不承擔任何法律責任。證券投資咨詢業務的說明本公司具備中國證監會核準的證券投資咨詢業務資格。證券投資咨詢業務是指取得監管部門頒發的相關資格的機構及其咨詢人員為證券投資者或客戶提供證券投資的相關信息、分析、預測或建議
63、,并直接或間接收取服務費用的活動。證券研究報告是證券投資咨詢業務的一種基本形式,指證券公司、證券投資咨詢機構對證券及證券相關產品的價值、市場走勢或者相關影響因素進行分析,形成證券估值、投資評級等投資分析意見,制作證券研究報告,并向客戶發布的行為。國信證券投資評級類別級別定義股票投資評級買入預計6個月內,股價表現優于市場指數20%以上增持預計6個月內,股價表現優于市場指數10%-20%之間中性預計6個月內,股價表現介于市場指數10%之間賣出預計6個月內,股價表現弱于市場指數10%以上行業投資評級超配預計6個月內,行業指數表現優于市場指數10%以上中性預計6個月內,行業指數表現介于市場指數10%之間低配預計6個月內,行業指數表現弱于市場指數10%以上國信證券經濟研究所深圳深圳市羅湖區紅嶺中路1012號國信證券大廈18層郵編:518001 總機:0755-82130833上海上海浦東民生路1199弄證大五道口廣場1號樓12樓郵編:200135北京北京西城區金融大街興盛街6號國信證券9層郵編:100032