混合可再生能源系统在氢燃料加注站的优化研究：电力与热力联产的技术经济分析

本研究针对德国Schleswig-Holstein地区氢燃料加注站的能源需求，通过HOMER Pro软件优化光伏(PV)与两种风力涡轮机(WT)的混合系统配置，实现100%可再生能源占比。最优方案整合PV、XANT L-36 WT、Vestas V47 WT及储氢设备，净现值成本(NPC)为628万美元，氢平准成本(LCOH)低至2.36美元/kg。研究首次结合岭回归(RR)模型预测全球绿氢生产趋势，为可持续能源基础设施提供创新解决方案。

　　

全球能源转型背景下，氢能作为清洁能源载体正成为解决交通领域碳排放的关键。然而，当前绿氢生产成本居高不下（约8-13美元/kg），且传统制氢方式依赖化石燃料，导致CO₂排放问题突出。德国作为氢能技术领先国家，其绿氢产量仅占28%，亟需开发经济高效的分布式制氢方案。针对这一挑战，Berna Burcu Kalyoncu团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表研究，通过创新设计混合可再生能源系统(HRES)，为氢燃料加注站提供电热联产的一体化解决方案。

研究采用HOMER Pro软件进行系统建模，整合光伏(PV)、XANT L-36和Vestas V47两种风力涡轮机(WT)等设备，结合热负荷控制器(TLC)和微燃气轮机(MGT)实现余热回收。同时运用R语言构建四种回归模型（包括岭回归RR），分析全球绿氢生产影响因素。

材料与方法
研究选取德国Schleswig-Holstein气象数据，设计日供氢20kg的加注站负荷。系统配置包含PV（21.8kW）、WT（总容量436kW）、500kg储氢罐及45kW电解槽，通过TLC和MGT实现电热协同管理。经济性评估采用净现值成本(NPC)和氢平准成本(LCOH)指标，环境效益通过CO₂减排量量化。

结果与讨论
最优配置实现100%可再生能源占比，LCOH低至2.36美元/kg，较文献值降低67%。引入MGT的余热回收使系统效率提升12%，NPC控制在628万美元。敏感性分析显示电解槽效率每提升1%，LCOH降低0.15美元/kg。RR模型准确预测绿氢产量趋势，确定光伏装机成本为最关键影响因素（权重系数0.82）。

结论
该研究突破性地将电热协同管理引入氢能系统，相比传统方案降低LCOH达60%以上。通过实证德国北部风电/光伏资源制氢的经济可行性，为欧盟2050碳中和目标提供技术路径。首创的"技术-经济-预测"三维分析框架，为全球绿氢产业投资决策提供量化工具，特别在风光资源丰富区域具备显著推广价值。研究证实，整合TLC和MGT的HRES系统可使CO₂年减排量达824吨，较燃气重整法减少98%排放。