海上风电技术经济评估和物质流研究获新进展

中国科学院广州能源研究所研究员蔡国田团队通过建立高时空分辨率的技术经济和物质流评估模型，充分讨论了海上风电制氢等消纳路径的经济性和技术潜力，揭示了中国海上风电扩张过程中对关键材料（如铜、永磁体）的需求量与新型海上废弃物产生量的变化过程。相关成果近日发表于《可再生与可持续能源评论》（Renewable and Sustainable Energy Reviews）。

中国海上风电制氢的成本演化过程。研究团队供图

论文通讯作者蔡国田表示，该研究建立了考虑技术经济参数演变和海底三维地形的高分辨率技术经济评估模型，揭示了2025-2050年中国海上风电制氢的成本演变过程与深水海上风电场的最优布局方案。研究指出，中国海上氢的平准化成本将从2025年的50.28 CNY/kgH₂下降至2050年的26.60 CNY/kgH₂，2050年海上风电制氢的总潜力为434-493Mt，其中漂浮式风电制氢占54%。

多种技术情景下的分析结果表明，中国海上风电制氢将于2030年在局部地区（福建省、辽宁省等）内与陆地可再生能源制氢相比具有成本竞争力，并在2050年具备广泛的经济可行性。研究表明，汇集输电的方式可以有效减少用海面积，使投资成本最多可下降65%，其中海底地形是深水风电场并网不可忽略的因素。

此前，蔡国田团队研究提出了空间化、存量驱动中国海上风电高分辨率物质流分析方法，建立了结合动态物质流和生命周期评价的清洁能源转型关键材料流动模型，揭示了中国海上风电发展和广东省清洁能源转型过程的物质-能量-排放关系。研究指出，到2060年中国海上风电的原材料累计需求为96-140 Mt，废弃物产生量为6.5-48 Mt，净能源回报为2.9-12 PWh，可减少温室排放2.9-9.7 Gt。研究表明，中国海上风电对铜和永磁材料的累计需求分别为3.8-5.2 Mt和55-140 kt，关键材料的稳定供应与报废叶片的回收是实现海上风电进一步发展的前提。

粤东深水区风电并网的空间布局优化方案。研究团队供图

蔡国田团队指出，广东省的清洁能源转型使总材料的存量从1980年的2.9 Mt增加到2018年的45.6 Mt，并将于2050年达到95.7 Mt。清洁能源转型过程中风电和核能的大规模扩张会导致水泥和钢铁的用量急剧增加，全生命周期的总碳排放将逐渐下降，但能源基础设施的隐含碳排放会增加至6.06 Mt/yr。

以上研究成果提出了高时空分辨率的海上风电评估模型，明确了海上风电扩张过程中材料-能源-排放关系与海上风电制氢技术经济潜力，为海上能源综合利用提供了新思路与理论依据。

相关论文信息：http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2024.114780