需求驱动的海上风电电解制氢供应链优化部署与评估：基于中国广东的案例研究

为应对海上风电波动性与氢能需求稳定性的匹配难题，本研究构建了需求驱动的氢能供应链优化模型，对比分析了部分并网与完全离网两种电解制氢策略的经济环境效益。案例研究表明，广东地区电解氢平均成本为6.6-8.2美元/千克，离网模式因站点集中导致运输成本增加1.4美元/千克。研究提出短期采用部分并网策略过渡，长期通过电价下降和碳交易可使离网模式成本降低12%-21%，为海上风电制氢供应链规划提供重要决策依据。

　　

随着全球碳中和进程加速，氢能作为高能量密度的清洁能源载体，在钢铁、石化等高排放行业脱碳和交通领域电动化补充方面展现出巨大潜力。然而当前氢能供应链发展面临三重矛盾：可再生能源发电的强波动性与工业用氢需求稳定性之间的矛盾，化石燃料制氢的高碳排放与绿色氢能经济性之间的矛盾，以及氢能项目地理分布与终端用户空间错配的矛盾。特别是海上风电资源丰富的沿海地区，如何通过优化供应链将间歇性风电转化为稳定氢能供应，成为亟待解决的科学问题。

广东某研究团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表的研究，创新性地构建了时空耦合优化模型。该模型整合了企业级氢需求数据与8760小时风电出力曲线，采用混合整数线性规划方法，对比分析了部分并网（利用碱性电解槽与电网调峰）和完全离网（质子交换膜电解槽纯风电运行）两种制氢策略。研究选取广东已规划的4个海上风电场和23个工业用户作为实证案例，通过HOMER软件模拟风电出力，结合GIS空间分析优化运输路径。

研究框架部分揭示了关键设计：模型以成本最小化为目标函数，约束条件包含风电消纳率、电网调峰比例等12类参数。创新性地将电解水制氢站（Hydrogen Production Station, HPS）作为独立决策单元，允许选择不同运营策略。运输网络涵盖管道与液氢罐车两种方式，成本计算包含CAPEX（固定资产投资）和OPEX（运营成本）。

案例研究结果显示，在广东情境下：1）成本方面，部分并网模式平均氢成本6.61美元/千克，较离网模式低1.4美元，主要节省来自电网谷电利用和运输网络优化；2）碳排放方面，离网模式全生命周期碳强度仅1.2kg CO₂/kg H₂，较并网模式降低67%；3）空间布局上，离网模式催生3个集中式制氢枢纽，而并网模式形成7个分布式站点。敏感性分析预测，当风电成本下降40%且碳价升至50美元/吨时，离网模式成本优势将显现。

技术方法层面，研究主要采用：1）基于HOMER的风电出力模拟；2）考虑地理信息的氢能运输网络优化；3）全生命周期评价（LCA）计算碳排放；4）蒙特卡洛模拟分析参数不确定性。数据来源于广东2018-2030年海上风电规划文件和23家企业的实际用氢需求。

研究结论部分指出：短期来看，部分并网策略凭借成熟技术和电网调峰能力，是可行的过渡方案；长期而言，随着电解槽效率提升和碳市场完善，离网模式成本可下降12%-21%，在2030年后具备竞争力。该研究创新点在于：首次将电网调峰机制纳入氢能供应链优化模型，提出"时空双维度匹配"框架，为沿海省份氢能基础设施规划提供了定量决策工具。

讨论环节强调，该模型可扩展应用于其他间歇性能源制氢场景，但需注意地区差异性：对于电网清洁化程度高的地区，并网模式的环保劣势将减弱；而对风电资源极度丰富的区域，提前布局离网模式更具战略意义。研究人员建议政策制定者考虑实施差价合约机制，平衡短期经济性与长期减碳目标。这项研究为全球海上风电制氢项目提供了重要的技术经济评估范式，其方法论对新型能源系统转型研究具有普遍借鉴价值。