英国海上浮动光伏发电与创新充电系统的技术经济环境评估及其对海运脱碳的推动作用

本综述系统评估了浮动光伏（FPV）系统在英国渡轮港口应用的技术可行性、经济效益及环境效益，创新性地提出结合浮动无线充电基础设施（Floating Wireless Charging）的海洋能源解决方案。研究通过多场景模拟（包括不同地面覆盖率GCR和能源目标）证明FPV可显著降低电池储能系统（BESS）需求、缩短投资回收期（最短3.62年），并实现年减排CO2等污染物，为2045年港口净零排放目标提供关键技术路径。

　　

Highlight

问题定义 (Problem Definition)

本研究聚焦位于英格兰东南部的渡轮港口，旨在为往返英法之间的客运船舶提供脱碳解决方案。目前共有DFDS、P&O Ferries和Irish Ferries三家公司的13艘船舶在此航线运营。随着企业推动能源转型计划（如P&O已推出两艘混合动力船舶），港口亟需配套清洁能源基础设施。

能源评估方法 (Energy Assessment Approach)

能源评估量化系统输出、效率及空间占用，深入解析空间需求与能源性能之间的权衡。本研究比较了最小化电池需求（Case_{min Batt}）与年发电量匹配需求（Case_{Ann Demand}）两种情景。地面覆盖率（GCR）指光伏模块面积与阵列总占地面积的比值，具体计算公式参见SAM手册。

经济分析 (Economic Analysis)

经济评估通过综合财务指标验证能源方案的可行性，涵盖初始资本支出（CAPEX）、运营支出（OPEX）、平准化能源成本（LCOE）、收益、投资回收期及净现值（NPV）。电池的平准化存储成本（LCOS）未单独分析，因其基础设施成本已纳入CAPEX计算。

排放影响 (Emission Impact)

船舶燃料消耗数据不明确，因此通过对比FPV与柴油发动机的CO₂排放评估年能源需求。船用柴油机每消耗1吨燃料产生3.17吨CO₂，柴油能量密度（ED_diesel）为42,190 kJ/kg。假设无发动机及传动效率损失，可计算产生同等能量所需的柴油量。

电动船舶物流计划 (Logistics Plan for Electric Vessels)

港口计划于2050年完成能源转型。选择Case_{min Batt}进行物流规划，因其具备优异的经济性、发电性能及低碳排放。FPV与无线充电系统安装可能受天气延误、供应链中断、港口运营冲突等因素影响。

船舶充电技术 (Vessel Charging Technology)

电动渡轮充电的核心要求是操作安全性与充电速度。船舶停靠时间仅45分钟（含15分钟 maneuvering 及30分钟载客载车），充电须在靠泊期间完成。因此充电速率至少需达11 MW/小时。现有技术如插电式（Onshore Plug-in）与无线充电（Wireless Charging）均需进一步适配高功率海事场景。

结论 (Conclusions)

本研究验证了在渡轮港口部署FPV电站为电动船舶供电的能源可行性与经济性。创新点在于结合真实海洋环境与运营约束，开展技术-经济-环境多维评估，并首次提出“FPV+浮动无线充电”一体化概念，为低日照强度地区的港口脱碳提供了可复制框架。