氢气已成为全球向碳中和能源系统转型的关键所在[[1], [2], [3]]。在各种生产途径中，光伏驱动的水电解被认为是生产绿色氢气的最具前景的方法，它能够将间歇性的太阳能转化为可储存和运输的燃料[4,5]。这解决了可再生能源发电与消费之间的时间匹配问题，并为燃料电池、工业过程和交通运输等多种应用提供了支持[[6], [7], [8]]。这一战略重要性体现在各国制定的雄心勃勃的目标中：欧盟计划到2030年实现1000万吨国内可再生氢气产量[9]，澳大利亚定位自己为主要的氢气出口国[10]，中国则目标是在2030年前使可再生氢气占总产量的15%（超过300万吨）[11]。然而，实现这些目标需要克服光伏氢系统中的重大技术和经济障碍[12]，因此亟需在电解技术上进行系统性创新。
可再生能源发电的间歇性和不稳定性对水电解系统构成了根本性挑战[7,13,14]。与传统的稳态运行不同，光伏驱动的电解槽必须适应快速的功率波动、部分负载条件以及频繁的启停循环。这些运行特性加剧了碱性水电解中的多个关键瓶颈问题，其中气泡相关现象是最主要的限制因素[15,16]。气泡积聚会导致多种负面影响，包括增加欧姆电阻、减少电极活性表面积、气体交叉污染以及安全隐患[17]，这些都会直接影响系统的能量效率和运行稳定性。特别是在光伏运行中常见的低功率密度下，气泡生成不足会导致气体在电解槽内停留时间过长，从而增加扩散驱动的气体交叉，使氢氧（HTO）浓度达到安全关闭阈值[18]。这会导致频繁的异常关闭，加速电解槽性能下降[19]，并造成大量光伏能量的浪费。因此，包括直接的气泡效应（欧姆电阻、质量传输限制）以及由此产生的气体交叉在内的气泡相关现象，成为光伏氢系统的关键瓶颈[20]，亟需探索有效的缓解措施。
为应对这些挑战，许多研究工作已经展开。基于对气泡相关问题的理解，提出了多种解决方法。控制策略（如功率平滑和能量存储集成）旨在减轻功率波动[21,22]；基于材料的解决方案（包括先进的分隔器[23,24]、优化的电解质配方[25]和改进的电极材料[26,27]）旨在减少气体交叉并提高电化学性能；操作策略[28,29]和外部场应用[[30], [31], [32]]也有助于在变化条件下提高系统效率。分离式水电解提供了一种无需隔膜的替代方案[13,[33], [34], [35]]。然而，这些解决方案往往会增加系统的复杂性、资本成本或运行限制。关键在于，它们的技术经济可行性尚未得到充分量化，一个基本问题仍未得到解答：性能的提升是否能够证明额外成本的合理性？
从工程应用的角度来看，这些解决方案的有效性最终必须转化为光伏氢系统的经济效益和项目可行性。近年来，随着光伏电解项目在全球范围内的部署增加以及对经济竞争力的需求提升，技术经济分析（TEA）研究也日益增多，重点关注系统优化、成本降低和不同情景下的经济可行性[[36], [37], [38], [39]]。然而，尽管TEA研究有所增长，但仍存在一个关键盲点：气泡相关现象和气体交叉缓解措施的经济影响尚未得到充分探索。虽然有一些研究[38,40,41]涉及相关方面——例如包含二氧化碳排放的可再生氢LCOH模型[38]、集成系统的经济调度策略[40]以及考虑气体泄漏的能源经济分析[41]——但没有一项研究系统地量化了气泡管理措施的经济效益。鉴于气泡相关现象是光伏驱动电解中的根本性能限制，这一空白亟需填补。
为填补这一知识空白，本研究首次系统地进行了碱性电解槽中增强型气泡排出（EBE）的技术经济评估，通过与传统（CVT）设计在相同运行条件下的直接比较来进行研究。通过双情景框架——纯光伏模式（PPM）和电网辅助模式（GAM）——涵盖了实际部署的所有情况。通过整合高时间分辨率的光伏功率数据和全面的生命周期经济指标（LCOH、NPV、DPP、IRR），本研究首次提供了定量证据，证明EBE技术可以显著提高光伏氢系统的经济竞争力。这些发现为商业规模的可再生氢生产奠定了理论基础，并为下一代电解槽的开发提供了实用路线图。
