摘要
在英国（GB），风能的弃电量正在增加，导致低碳能源的利用率降低和系统成本上升。本文构建了一个基于数据的技经框架，用于开发一种将弃风能转化为氢气的系统。通过模拟弃电时间序列和电价，并考虑基于质子交换膜（PEM）的电解槽的电力制氢系统，该框架明确表示了在变化的风电弃电和电价条件下，PEM电解槽、氢气压缩以及高压储存的运行和相互作用。评估了氢气的平准化成本（LCOH）、净现值（NPV）和输送的氢气量。引入了一个新的衡量指标——弃电利用率，以将弃电可用性与电解槽和储存系统的生产力联系起来。利用英国的弃电数据集，发现了两个关键关系：首先，增加对低成本弃电的利用可以降低LCOH，直到电解槽利用率达到饱和；超过这一限度后，额外的能源购买带来的收益会逐渐减少。其次，氢气储存存在经济最优规模：过小的储罐由于爬坡和排放损失而增加成本，而过大的储罐则提高资本投资需求并增加LCOH。对于表现最佳的配置（即70.2 MWh的弃电量、2.3 MW的电解槽和94立方米的高压储罐），系统的LCOH为3.51英镑/千克氢气（不包括下游输送成本），NPV为217万英镑，并能满足98.01%的氢气需求。这些结果表明，最佳的系统设计不仅需要适当的组件规模，还需要明确考虑弃电情况和定价结构。所提出的框架为评估从风能弃电中生产氢气的开发商和政策制定者提供了决策级别的指导。未来的工作将扩展该模型，使其与其他储能系统技术相结合，实现跨多个市场的收益叠加，研究实际气体储存的建模问题，考察储能系统的退化敏感性，并纳入运输和输送成本。这些发现表明，从弃风能中生产可行的氢气依赖于低成本的电力以及在现实弃电条件下的协调电解槽和储存规模。该框架为开发商和政策制定者提供了实用的指导。
