在中国向低碳能源系统转型的背景下，氢能作为一种清洁且多用途的能源载体受到了广泛关注[1,2]。由于其能够为交通、工业和发电等多个领域实现脱碳，氢能成为未来能源战略的基石[3,4]。在各种氢生产方法中，通过可再生能源驱动的水电解产生的绿色氢能因其零碳排放而特别有前景[5]。然而，绿色氢生产的高成本仍然是其广泛应用的主要障碍[6]。
海上可再生能源，尤其是风能和太阳能，在绿色氢生产方面的潜力巨大，这一点从关于海上风电场与氢生产系统整合的探索性研究中得到了证实。这种整合具有降低成本和提升可扩展性的潜力[[7], [8], [9]]。与陆上相比，海上地点通常具有更高且更稳定的风速，从而显著提高了风能发电的效率。此外，海上风电与浮动光伏系统的结合进一步优化了能源输出并减少了间歇性[10]。
近年来，全球开展了大量关于海上风电制氢的研究。这些研究大多集中在评估不同地理位置的氢生产平准化成本（LCOH）及其未来降低潜力[[11], [12], [13], [14], [15], [16]]。周等人[11]分析了中国各省的氢生产能力，指出浙江和广东在这方面处于领先地位。研究进一步预测，到2050年，利用风电生产氢的成本将降至3.77美元/千克（相当于27.44元人民币/千克）。Mahdi Fasihi等人[12]表明，通过采用混合风能-光伏氢生产系统，到2050年中国可以实现50欧元/兆瓦时的基础负荷氢供应（相当于16.51元人民币/千克）。显然，海上光伏技术有助于降低海上氢生产系统的成本。同时，其他研究也证明了储能系统在提高海上能源系统经济性和效率方面的关键作用[[17], [18], [19]]。
海上氢生产的经济可行性取决于电解器、储能设备以及氢运输和储存基础设施的成本。近年来，碱性电解器技术[20]、浮动海上光伏[21]和电能储存[22]领域取得了快速进展，这些进展为降低资本成本和提高效率提供了可能。因此，评估不同设备组件对系统成本降低的贡献至关重要。Ibáñez-Rioja等人[23]表明，到2035年在本地海上氢生产系统中引入储能系统在经济上是可行的，而集成光伏系统则能在2040年进一步增加收入。因此，本研究探讨了如风能-光伏-储能耦合的海上氢生产系统在中国地区的应用可行性。研究采用案例分析方法，以浙江省的一个3000兆瓦海上风电场为例，评估了不同单元在多元化整合中的成本贡献能力，这是指导区域能源系统建设的重要因素。研究利用定量分析来细化单元容量变化对海上氢生产系统的影响。
海上氢生产系统的发展在很大程度上受到海上平台建设的推动。大多数现有研究都集中在利用海上油气平台来开发海上风能资源。Anna Crivellari等人[24]强调了利用丹麦现有的海上油气平台可以产生5.8吉瓦的海上风能用于氢的生产和运输。此外，Li等人[25]指出，利用马来西亚超过145个接近使用寿命末期的海上平台有助于实现2050年的净零碳排放目标。研究表明，岛屿为可再生能源的发展提供了有利的环境[26,27]，中国长期以来一直在研究利用岛屿进行海上能源开发[28], [29], [30]]。浙江省拥有丰富的海上岛屿资源，共有4350个天然岛屿（总面积2022平方公里）。值得注意的是，其中70多个岛屿的面积超过1平方公里，这使它们成为部署海上氢生产平台的理想地理位置。战略性地利用这些天然岛屿可以有效避免建造人工平台所需的大量资本支出。同时，研究还扩展了研究范围，考虑了岛屿有限的空间特征与能源系统之间的关联，以制定选择建设海上氢生产系统的最佳标准。
本研究的目标有四个：
(1)为浙江省的3000兆瓦风电场构建一个经济最优的能源系统结构。
(2)定量分析光伏（PV）和储能能力对系统经济性的影响。
(3)预测未来的氢生产成本并分析最具影响力的因素。
(4)使能源供应系统与岛屿规模相匹配。
本文的其余部分安排如下：第2节描述了用于优化海上氢生产系统的研究框架和方法；第3节展示了研究结果；最后，第4节讨论了本研究的贡献和局限性。
