综述：在价格波动情况下对绿色氢电解槽进行动态调度优化：一种实物期权方法

《RENEWABLE & SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS》：Dynamic dispatch optimization of green hydrogen electrolyzers under price volatility: A real options approach

绿色氢能作为能源转型关键，其经济评估需考虑动态调度灵活性。本文构建实物期权模型，量化电解槽响应电力价格波动的经济价值，揭示操作弹性提升项目收益9.71%的关键机制，提出阈值切换策略优化氢能生产与电力市场交互。

　　绿色氢气正逐渐被视为全球能源转型的重要支柱，其独特的技术与经济特性使其在其他清洁能源载体中脱颖而出。作为一种低碳燃料，绿色氢气能够有效推动难以减排的行业，如钢铁、水泥和航空等领域的脱碳，这些行业在技术或经济上难以通过电力替代来实现碳中和。与此同时，氢气也具备高度灵活的能量载体特性，可以实现季节性储能，无需自放电，有助于提高电网稳定性，特别是在以可再生能源为主导的系统中。此外，氢气还能吸收过剩的电力生产，避免电力被削减。其物理特性，如高比能量密度以及与压缩和液化技术的兼容性，也使得绿色氢气可以部分整合到现有基础设施中，从而降低物流障碍并减少部署成本。这些特性使绿色氢气成为一种具有独特灵活性和影响力的工具，有助于实现跨行业的深度脱碳。

目前，绿色氢气已经在工业脱碳中发挥着实际作用，尤其是在钢铁制造、化工生产和重载运输等领域，提供了一条可行的减少排放路径。随着绿色氢气在工业领域的广泛应用，政府和行业领导者也在积极推动相关项目，将其视为实现深度脱碳的重要手段。许多国家已将绿色氢气纳入能源和工业政策框架，以支持脱碳目标的实现。在拉丁美洲，尽管发展仍处于早期阶段，但智利、哥伦比亚、巴西和阿根廷等国已发布国家路线图和行动计划，以促进氢能的发展，显示出该地区参与全球氢能经济的意愿。在全球范围内，政策与产业的协同推动了多个大型项目的启动，如沙特阿拉伯的NEOM项目，其电解能力达4 GW；西班牙的HyDeal Ambition项目；以及澳大利亚的Western Green Energy Hub。智利的H2 Magallanes项目则展示了该地区在氢能领域的雄心，结合10 GW的风力发电与8 GW的电解能力，用于国际出口。这些发展表明，绿色氢气已进入大规模部署阶段，成为全球能源转型的重要组成部分。

随着绿色氢气进入大规模应用阶段，学术界也在同步推进研究，以支持其进一步推广。除了对电解槽设计和基于可再生能源的配置进行持续研究外，越来越多的研究聚焦于技术经济分析，以提高绿色氢气的成本竞争力并指导投资决策。近年来，已有研究比较了不同系统设计，采用如氢气的平准化成本（LCOH）和能源效率等指标，同时战略评估也探讨了部署场景和基础设施需求。然而，大多数现有的评估方法仍然依赖传统的折现现金流（DCF）技术，假设在整个系统生命周期内，运行是固定且不间断的。这一假设逐渐与电解槽技术的发展脱节，因为现代电解槽正在变得更加灵活，能够容忍频繁的中断。虽然一些研究承认了操作灵活性的技术可行性和战略重要性，但很少尝试在不确定性条件下量化其经济价值。因此，这些模型往往低估了绿色氢气项目的可行性，可能导致投资决策的延迟和更广泛的采用受限。

本文提出了一种实证期权框架，以评估绿色氢气生产中的操作灵活性的经济价值。分析重点在于短期调度决策，捕捉电解槽在面对电力市场价格波动时调整运行能力的潜力。该问题被建模为两种运行状态之间的无摩擦切换模型：主动生产氢气和临时停产并进行电力转售。模型还考虑了辅助能源过程，包括水处理和氢气压缩，并引入了一种待机模式，以保持系统准备状态而无需承担完全停机的成本。研究结果表明，这种操作灵活性能够带来可观的项目价值提升，反映了在面对市场波动时，具备调整能力的经济优势。这种额外价值可以被解释为管理层愿意为更灵活、更具中断容忍能力的电解槽支付的溢价。如果不考虑这种灵活性，传统的评估方法可能会低估项目的可行性，进而影响投资决策的时机。

本文的研究结构如下。第二部分回顾了绿色氢气市场价值的主要技术与经济驱动因素。第三部分介绍了实证期权模型及其构建方法。第四部分将模型应用于案例研究，突出关键结果和敏感性分析。第五部分总结全文。

文献综述部分探讨了绿色氢气市场价值的主要决定因素，涵盖了从高影响的设计决策到适应性策略的系统优化和市场参与。绿色氢气的生产涉及一个技术整合的价值链，不仅包括电解过程本身，还涵盖了可再生能源电力供应、水处理、氢气压缩与储存，以及副产品增值的基础设施。本节重点分析了这些因素如何影响绿色氢气的市场价值，同时强调了系统优化和市场参与的重要性。

在构建模型时，我们考虑了一种绿色氢气生产设施，该设施在简化分析的同时，专注于评估操作灵活性的价值，获得了一项固定且不间断的可再生能源电力供应。这种供应是通过“take-or-pay”协议获得的，意味着管理层在任何时刻都必须购买约定的电力，无论其具体用途。该协议被解释为一种简化模型，代表了一个专门用于电解槽的可再生能源生产设施，从而减少了供应波动，使分析能够集中于设施的运营灵活性。管理层可以动态地将所获得的电力分配给质子交换膜（PEM）电解槽，或选择在现货市场出售。

在参数估计部分，数值模型代表了一种在1 MW“take-or-pay”合同下运行的绿色氢气生产设施，模拟了一个专门用于该设施的可再生能源供应源，其电力输出稳定。这种设定简化了分析，去除了供应波动的影响，使研究能够专注于设施的运营灵活性。管理层可以动态地将合同获得的电力用于PEM电解槽，或选择在现货市场出售。

本研究通过实证期权框架，展示了电解槽的操作灵活性在绿色氢气项目评估中具有重要的经济价值。尽管现有文献强调结构性、地理性和技术性因素，但通常假设系统运行是固定且不间断的，忽略了现代电解槽在面对市场条件变化时的动态适应能力。为弥补这一不足，我们开发了一种基于贝尔曼方程的实证期权模型，以量化切换的经济价值。该模型能够帮助管理层在面对不确定性时，做出更合理的调度决策，从而提高项目的经济可行性。

通过本文的研究，我们希望强调在能源转型过程中，操作灵活性作为一种可量化的资产，能够为绿色氢气项目带来显著的经济收益。这不仅有助于提升项目的吸引力，还能够促进更高效的投资决策。随着能源市场的逐步开放和可再生能源的持续发展，绿色氢气的经济价值将越来越依赖于其对市场波动的适应能力。因此，本文提出的模型为评估和优化绿色氢气项目提供了一种新的视角，有助于设计更具韧性和竞争力的氢能系统。