农村地区可再生能源技术用于电气化与烹饪的经济性与环境效益分析

为解决发展中国家农村地区能源短缺及环境污染问题，研究人员开展了基于生物沼气和光伏系统的多场景能源组合研究。通过MOFA（多目标萤火虫优化算法）优化设计，发现BG/Bgc系统（沼气发电与烹饪）经济性最优（LCOE低至0.000622 $/kWh?1），而PV/BT/Ec系统（光伏供电+电烹饪）环境效益最佳（CO2减排率86.694%）。该研究为农村清洁能源推广提供了技术经济依据。

　　

在撒哈拉以南非洲等发展中国家农村地区，能源短缺与环境污染问题长期困扰当地居民。传统能源依赖如薪柴烹饪和柴油发电不仅导致森林砍伐，还释放大量CO₂和有害气体，威胁健康并加剧气候变化。尽管已有研究提出光伏（PV）或生物沼气（Biogas）等可再生能源方案，但多数仅关注电气化需求，忽略烹饪等高能耗场景，导致环境问题未能根本解决。为此，Ruben Zieba Falama与Yanxia Sun团队在《Bioresource Technology Reports》发表研究，系统评估了不同能源组合在农村电气化与烹饪中的综合效益。

研究采用多目标萤火虫优化算法（MOFA）对喀麦隆农村地区的五种能源系统进行建模优化，包括光伏电池（PV/BT）、液化石油气（LPG）、沼气（BG）等组合。数据来源于欧洲委员会研究中心的辐照度与温度数据库，负荷需求模型基于人口规模与烹饪燃料类型（薪柴、木炭、LPG、沼气或电力）构建。

结果部分显示：

1. 最优经济性系统：BG/Bg_c（沼气发电+沼气烹饪）的平准化度电成本（LCOE）仅为0.000622 $/kWh^?1，投资回收期13年5个月，总收益可达6686.5万美元。
2. 最佳环境表现：PV/BT/E_c（光伏+电池储电+电烹饪）实现CO₂减排86.694%，其次为PV/BT/LPG（86.694%）和BG/Bg_c（83.962%）。
3. 商业化潜力：沼气作为烹饪燃料的经济效益显著高于发电用途，而光伏系统在无电网覆盖地区更具竞争力。

结论与讨论指出，整合烹饪需求的能源方案能更彻底解决农村环境问题。沼气系统凭借原料易得性成为经济优选，而光伏系统在减排方面表现突出。研究为政策制定者提供了技术选择依据，例如推广沼气烹饪可同步改善居民健康与森林保护。未来需解决沼气推广中的制度、资金与技术壁垒，并探索光伏-沼气混合系统的协同效应。该研究通过多目标优化方法，为全球农村可持续能源转型提供了实证参考。