《International Journal of Hydrogen Energy》：Techno-economic assessment of offshore floating solar–hydrogen systems in Romania and Malaysia
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•对罗马尼亚和马来西亚的离岸浮动光伏与绿氢结合方案进行了评估。•热带和温带场址表现出显著不同的资源与成本性能趋势。•系统设计与场址位置对氢产量和平准化成本影响显著。•技术与环境约束决定了离岸光伏-氢能系统的可行性。引言全球脱碳目标和能源安全关切已促使人们越来越关注离岸光伏和离
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对罗马尼亚和马来西亚的离岸浮动光伏与绿氢结合方案进行了评估。
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热带和温带场址表现出显著不同的资源与成本性能趋势。
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系统设计与场址位置对氢产量和平准化成本影响显著。
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技术与环境约束决定了离岸光伏-氢能系统的可行性。
引言
全球脱碳目标和能源安全关切已促使人们越来越关注离岸光伏和离岸可再生氢，尤其对于土地资源有限但海域辽阔的小型国家而言[1]。在可再生能源技术中，浮动光伏（FPV）系统因其避免了土地竞争、通过天然水冷降低组件运行温度从而提高发电效率等优势，已展现出巨大潜力[2][3]。利用可再生电力电解水生产的绿氢被广泛认为是深度脱碳的关键能源载体，尤其适用于重工业和长途交通等难以电气化的领域[4]。然而，大规模装机仍受制于高生产成本、土地资源短缺、可再生能源间歇性以及缺乏集成化的场址特定系统设计[5][6]。尽管迄今为止大多数浮动光伏系统均部署在内陆水域，但海洋覆盖了地球表面70%以上，拥有丰富的太阳能资源。因此，离岸浮动光伏（OFPV）代表着大规模发电的一条极具吸引力的路径[7]。各国能源战略已开始认识到这一潜力。马来西亚力争到2030年将可再生能源占比提升至35%，并已发布专门的《氢经济与技术路线图》[8][9]。罗马尼亚作为欧盟成员国，正朝着到2030年可再生能源占比达到30.7%–34%的目标迈进。尽管关注日益增长，但离岸浮动光伏与制氢的集成研究仍显不足，尤其在气候和海洋条件差异较大的地区。此外，将离岸可再生电力与电解制氢相结合，为将间歇性可再生电力转化为氢能提供了潜在途径，尤其适用于难以直接电气化的应用（IEA报告）[10][11][12]。在马来西亚，电力部门仍严重依赖化石燃料，天然气作为《国家能源转型路线图》（NETR）下的过渡燃料[13][14][15]。国内天然气储量的减少和对液化天然气进口的日益依赖，使该国易受全球价格波动和供应中断的影响[16]。马来西亚拥有丰富的未开发太阳能潜力，《氢经济与技术路线图》（HETR）将绿氢确定为能源多元化、工业脱碳及最终出口的战略杠杆。通过利用不与土地利用竞争的离岸太阳能资源，OFPV系统可在国内生产绿氢，从而降低对化石燃料进口的依赖，提供长时储能，并增强系统韧性，与NETR 2050年70%可再生装机容量的目标保持一致[17][18][19]。
在罗马尼亚，能源安全受高石油进口依赖度（约四分之三的原油和成品油为进口）以及受黑海和里海供应路线影响的区域地缘政治紧张局势制约。尽管罗马尼亚是重要的岸上天然气生产国，但《2025–2030年国家氢能战略》（含2050年展望）和《2025–2035年能源战略》均明确将可再生氢能视为增强能源安全的重要手段[20][19]。国内绿氢生产可替代工业中的灰氢，支持难以电气化的交通和工业过程，促进可变可再生能源的集成，并减少长期对进口化石燃料的依赖[21]。罗马尼亚的战略还考虑了向欧洲其他市场潜在出口氢气，进一步推动区域供应多元化。因此，在这两个国家中，基于OFPV的氢生产通过以国内生产的、可储存的清洁能源替代进口化石能源，增强了能源安全的核心维度——可获得性、可负担性和韧性[22]。
罗马尼亚的太阳能辐照度适中，季节性变化明显，而马来西亚则受益于全年持续高辐照度（图1）。浮动光伏系统之所以受到重视，是因为其发电量可比地面阵列高出10%–15%，这主要归功于被动冷却和减少积灰[23]。首先，OFPV目前正在从示范阶段向预商业阶段过渡。中国的Mibet于2024年在厦门启动了一个51千瓦的离岸光伏试点。新兴海洋技术的宏观选址研究受运营数据稀缺的限制[24]。技术创新包括用于抗浪的动态系泊系统和结合风能或储能的混合配置。2024年的一项研究对印度尼西亚Jatiluhur水库上518兆瓦浮动光伏阵列进行了建模，通过锂离子电池实现了连续供电[25]。离岸适应性必须应对更严酷的条件，波浪可达5米且盐度高，通常采用HDPE浮子和张力腿平台，但生物污垢和腐蚀仍构成挑战[26]。利用浮动光伏驱动电解制取的绿氢正成为一条切实可行的脱碳路径。质子交换膜（PEM）电解槽以60%–80%的效率将多余的光伏输出转化为氢气，非常适合间歇性可再生能源供应[27]。案例研究表明，浮动光伏-PEM混合系统能够生产7.5百万标准立方英尺/天的氢气供工业使用，并在Aspen HYSYS中对36公里天然气管道掺氢路线进行了建模[25][28]。离岸平台可集成海水淡化、压缩和储存功能；FLACS模拟已验证了泄漏后的氢扩散安全（最大偏差相对于实验为8.89%）。在阳光充足地区，浮动光伏系统的平准化度电成本（LCOE）可降至0.03–0.05美元/千瓦时，低于地面光伏；而浮动光伏混合系统的平准化氢成本（LCOH）在规模化时接近2–4美元/千克（表1）。
本研究通过在不同气候和区域条件下对离岸浮动光伏-氢能系统进行全面集成评估，弥补了上述研究空白。文献中关于影响离岸浮动光伏性能及氢生产效率的区域差异的研究非常稀少。这些差异预计会影响技术性能和经济可行性。理解这些差异对于设计区域特定的离岸可再生能源系统以及支持未来海洋脱碳项目至关重要。
因此，本研究的主要目标是评估两个地理和气候差异显著的区域——罗马尼亚康斯坦察和马来西亚马六甲——离岸浮动光伏-氢能混合系统的技术可行性、发电潜力和经济可行性。首先，本研究对两个气候差异显著的区域——罗马尼亚黑海沿岸和马来西亚马六甲海峡——50兆瓦离岸浮动光伏-氢能系统进行了对比技术性能分析，从而直接评估温带和热带条件如何影响系统容量规划、运行性能和氢产量。其次，开发了包含场址特定环境参数（包括太阳辐照度、环境温度及离岸运行约束）的集成建模框架，将离岸浮动光伏发电量与氢生产、压缩和储存耦合。第三，本研究评估了平准化氢成本和碳足迹减排量，提供了可支持未来研究和具有类似特征地区早期项目评估的比较基准结果。
章节摘要
离岸浮动光伏-氢能系统的基本描述
浮动光伏系统，又称浮动光伏（FPV）系统，已作为一种有前景的可再生能源技术崭露头角[36]。
方法论
本方法论介绍了利用50兆瓦浮动光伏系统耦合海水淡化、电池储能和PEM电解制取离岸绿氢燃料的方法。案例研究基于罗马尼亚康斯坦察和马来西亚马六甲的假设场址选定。目标是评估场址特定环境条件下的系统性能、氢产量及技术经济可行性。整体框架如图4所示。
所选沿海区域的太阳能资源——罗马尼亚康斯坦察和马来西亚马六甲
图5(a)和(b)分别展示了两个研究地点——罗马尼亚康斯坦察和马来西亚马六甲——的全局太阳辐照度、环境温度和风速的月度变化。这些气候参数是评估离岸浮动光伏-氢能混合系统性能的基础，直接影响发电量、电解槽运行和氢生产潜力。
全球水平辐照度、环境温度和风速随
结论
本数值研究评估了罗马尼亚康斯坦察和马来西亚马六甲50兆瓦离岸浮动光伏-氢能系统的技术经济性能。分析基于PVsyst光伏输出模拟，结合21年项目寿命期内氢生产和经济性能的数学建模。以下是本研究的关键发现。
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尽管太阳能资源特征不同，两个场址均实现了相当的年发电量
CRediT作者贡献声明
Nisha Kaur：撰写——初稿、方法论、数据整理。K. Sudhakar：撰写——审阅与编辑、监督、概念构思。M.R. Mohamed：撰写——审阅与编辑、监督、经费获取。Adrian Valentin Boicea：撰写——审阅与编辑、方法论、概念构思。Dan Barbulescu：撰写——审阅与编辑、可视化、验证。
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在撰写本文过程中，作者使用了OpenAI来提升语言可读性、改写句子和检查语法。使用工具后，作者审阅并编辑了内容，并对最终文章承担全部责任。
利益冲突声明
作者声明不存在任何已知的竞争经济利益或个人关系可能对本文所述工作产生影响。
Nisha Kaur|K. Sudhakar|M.R. Mohamed|Adrian Valentin Boicea|Dan Barbulescu
