海上風(fēng)電作為電力系統(tǒng)未來發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，面臨著風(fēng)能波動性和高成本等挑戰(zhàn)。將其與制氫技術(shù)相結(jié)合，不僅可以有效緩解電力消納問題，還能提供綠色能源。該研究聚焦海上風(fēng)電制氫經(jīng)濟性分析，首次嘗試建立多條海上風(fēng)電-制氫-化學(xué)品耦合路線(圖1)，旨在探索海上風(fēng)力制氫產(chǎn)業(yè)鏈的經(jīng)濟可行性，并從經(jīng)濟角度分析氫氣運輸方式的影響和利用氫氣生產(chǎn)下游產(chǎn)品的經(jīng)濟可行性。

研究工作探討了如何利用不同的政策和方法降低成本，為大規(guī)模發(fā)展海上氫能路線提供了重要的參考，為今后構(gòu)建氫能供應(yīng)體系提供了新思路。

圖1 海上風(fēng)能-氫能-化學(xué)品關(guān)系的分析框架

該研究討論的8條海上風(fēng)電-氫能-化學(xué)品耦合路線如圖2所示。路線0(附加路線)和路線1比較了是否考慮波浪能發(fā)電，通過質(zhì)子交換膜(PEM)電解槽制氫、管道輸氫，最后用于合成甲醇;路線2和路線3比較了海上風(fēng)電分別用于PEM電解槽和堿性電解槽的制氫方法，通過管道輸送氫氣，最后用于合成氨;路線4和路線5比較了海上風(fēng)電采用PEM電解槽制氫，分別采用管道輸氫氣和船舶運輸液氫，最后用于加氫站;路線1、路線2、路線4、路線6和路線7比較了氫氣的不同的利用方式，海上風(fēng)電采用PEM電解槽制氫、管道輸氫，最后兩條路線分布用于還原多晶硅和天然氣摻氫。

圖2海上風(fēng)電-氫能-化學(xué)品耦合的不同路線

研究表明，在六種財務(wù)情景下，同時考慮增值稅和所得稅可使總成本約下降6.95%，而考慮融資條件會使總成本增加了5.9%。海上發(fā)電技術(shù)成本約占總成本的21.1%-39.1%，同時風(fēng)電價格是下游制氫產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵影響因素。因此，風(fēng)電成本的優(yōu)化是降低下游制氫成本的關(guān)鍵，而高的初始投資成本和融資比率是主要影響因素。

通過比較不同路線的總成本，發(fā)現(xiàn)最具成本效益的利用方式是加氫站，其次是生產(chǎn)合成氨和甲醇。同時發(fā)現(xiàn)綠氫氣價格每下降1元/kg，綠色甲醇、綠色合成氨和綠色多晶硅平準化成本分別下降214元/t、189元/t和3.43元/kg。為使綠色產(chǎn)品價格達到當前傳統(tǒng)路線的水平，在只考慮綠氫價格變化時，則需將輸送到陸上的綠氫價格分別降低到8.65元/kg、14.71元/kg、1.14元/kg。研究發(fā)現(xiàn)綠色合成氨是目前最有可能先實現(xiàn)，其次為綠色甲醇，而綠色多晶硅則較難實現(xiàn)。

圖3 在情景1下不同路線總成本的比較

該研究成果為海上風(fēng)能-氫能-化工品路線的比較及不確定性分析提供了重要依據(jù)，有望幫助緩解海上風(fēng)電發(fā)展與順利消納之間的矛盾，為行業(yè)參與者提供優(yōu)化方案，推動綠色氫能的應(yīng)用和普及。

研究得到廣東省重點領(lǐng)域研發(fā)計劃項目、國家重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項等項目資助。相關(guān)研究成果以Enriching wind power utility through offshore wind-hydrogen-chemicals nexus: Feasible routes and their economic performance為題，發(fā)表于Journal of Cleaner Production期刊。