港口区域混合氢能系统的可持续发展路径：基于热力学与经济性的多维度评估

为解决港口经济弱势区域氢能系统的高成本、低碳约束及基础设施不足问题，研究人员采用ASPEN One模拟与4E（能源Energy、Exergy、经济Economic、环境Environmental）评估框架，对比分析绿氢（Green）、蓝氢（Blue）与棕氢（Brown）系统的综合性能。结果显示绿氢能效达99%、效69%、碳排放仅0.68 Mt，IRR（内部收益率）高达212%，证实其为资源受限区域实现碳中和的最优路径。

　　

全球能源需求预计在2017-2024年间增长38%，伴随26%的碳排放增幅，而化石燃料依赖加剧了淡水短缺与生态压力。港口经济弱势区域因基础设施薄弱，氢能推广面临成本高、碳约束严苛等挑战。安徽高校科研团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表研究，首次将绿氢、蓝氢、棕氢系统置于统一4E框架下，结合ASPEN One模拟与资源耗竭数（D_p）指标，为资源受限区域提供氢能部署方案。

研究采用多学科交叉方法：1）通过ASPEN One建立氢能系统热力学模型；2）基于4E框架量化能源效率、<火用>效率（Exergy）、经济性（IRR/NPV）及环境指标（CO₂排放）；3）引入D_p评估资源循环效率；4）以中国某港口经济区为案例进行区域敏感性分析。

结果与讨论

1. 能源-<火用>效率：绿氢系统以99%能源效率、69%<火用>效率领先，蓝氢（92%/58%）与棕氢（32%/96%）呈现互补特性，后者<火用>高效但能源转化率低。
2. 环境表现：绿氢碳排放仅0.68 Mt（D_p=0.25），蓝氢因碳捕获不完全排放222.86 Mt（D_p=0.73），棕氢D_p=0.28显示中等可持续性。
3. 经济可行性：政府补贴下绿氢IRR达212%，显著高于蓝氢与棕氢（均为69%），但后者在天然气价波动时显现韧性。

结论与政策启示
该研究证实绿氢是港口弱势区域实现碳中和的核心路径，其高能效、低D_p值与经济性形成三重优势。蓝氢可作为过渡方案，而棕氢在特定资源条件下具备局部适用性。研究提出的4E-D_p框架为全球类似区域氢能政策制定提供了方法论创新，尤其强调政府补贴与基础设施联动的必要性。论文第一作者Zhiling Liu团队指出，未来需优化绿氢电解槽技术与跨部门存储方案，以解决可再生能源间歇性对港口氢能网络的挑战。