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

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，為今后構建氫能供應體系提供了新思路。

圖1 海上風能-氫能-化學品關系的分析框架

該研究討論的8條海上風電-氫能-化學品耦合路線如圖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海上風電-氫能-化學品耦合的不同路線

研究表明，在六種財務情景下，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)電技術成本約占總成本的21.1%-39.1%，同時風電價格是下游制氫產業(yè)鏈關鍵影響因素。因此，風電成本的優(yōu)化是降低下游制氫成本的關鍵，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，有望幫助緩解海上風電發(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，推動綠色氫能的應用和普及。

研究得到廣東省重點領域研發(fā)計劃項目、國家重點研發(fā)計劃、中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項等項目資助。相關研究成果以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。