基于模糊层次分析法与VIKOR多准则决策的混合可再生能源驱动BWRO海水淡化系统优化研究

针对印度南部地区水资源短缺问题，研究人员通过Fuzzy AHP和VIKOR MCDM技术，优化了由太阳能-风能-电池混合供电的BWRO（苦咸水反渗透）海水淡化系统。研究评估了四种气候区三种配置方案（基础型/循环型/能量回收型），确定Zone-II（Nagapattinam）的PV-电池-ERD方案最优，实现0.04/m3的能耗成本与0.42/m3的产水成本。该研究为气候适应性海水淡化系统设计提供了技术-经济-环境综合决策框架。

　　

随着全球气候变化加剧，印度南部沿海地区面临严峻的水资源短缺问题。传统海水淡化技术如反渗透(RO)虽能缓解危机，但存在高能耗、高成本及环境负担等问题。尤其在农村和离网地区，电力供应不稳定进一步制约了海水淡化技术的应用。与此同时，印度南部丰富的太阳能和风能资源未被充分利用，如何将可再生能源与海水淡化技术高效结合，成为解决水资源危机的关键突破口。

针对这一挑战，研究人员开展了混合可再生能源系统(HRES)驱动的苦咸水反渗透(BWRO)海水淡化厂优化研究。研究选取印度南部四个典型气候区（Chennai/Nagapattinam/Ramanathapuram/Thoothukudi），通过集成膜系统设计软件(IMS Design)和HOMER能源建模工具，构建了三种技术方案：基础型、循环型和带能量回收装置(ERD)的BWRO系统。研究创新性地采用模糊层次分析法(Fuzzy AHP)和VIKOR多准则决策技术，从技术可行性、经济性和环境适应性等六个维度进行综合评价。

关键技术方法包括：(1)使用IMS Design软件模拟三种BWRO配置（产水量1 m³/h）；(2)基于HOMER Pro对PV-风能-电池混合系统进行全生命周期成本分析；(3)采用Fuzzy AHP计算六个评价指标（泵功率、太阳能产出、水成本、净现值成本NPC、pH值、社区接受度）的权重；(4)应用VIKOR方法对12种区域配置方案排序。研究数据来源于美国国家可再生能源实验室(NREL)的气候数据库和当地水质监测报告。

研究结果揭示：

1. 技术性能：Zone-III（Ramanathapuram）因使用CPA7-LD-4040膜，泵功率需求最高达1.9 kW，而ERD方案可降低能耗至0.26 kWh/m³。Zone-II的ERD配置实现最低比能耗(SEC)0.24 kWh/m³。
2. 经济性：Zone-IV的T43（PV-电池）方案净现值成本(NPC)最低（5858美元），但Zone-II的ERD方案水成本最优（0.40 $/m³）。
3. 环境影响：所有方案产水pH值稳定在6.7-7.3，符合饮用水标准。Zone-II方案因52%可再生能源占比，CO₂排放量最低。
4. 多准则决策：Fuzzy AHP权重显示"水成本"(0.3778)和"NPC"(0.2381)是关键指标。VIKOR综合排名表明Zone-II的T22（PV-电池-ERD）配置最优，其Q值0.0001显著优于其他方案。

这项研究的重要意义在于：首次建立了适用于印度多气候区的HRES-BWRO系统优化框架，通过MCDM方法解决了传统技术评估中主观性强、指标冲突等问题。实践层面，Zone-II方案0.42 $/m³的产水成本，比常规BWRO降低30%，为发展中国家离网地区提供了可负担的淡水解决方案。方法论上，Fuzzy AHP与VIKOR的结合，为复杂能源-水系统决策提供了新范式。未来研究可进一步优化膜材料选择，并评估不同规模下的经济规模效应。

该成果发表于《Desalination and Water Treatment》，为联合国可持续发展目标(SDG6清洁饮水)的实现提供了关键技术路径，特别对气候多变地区的海水淡化项目具有直接指导价值。研究揭示的可再生能源渗透率与成本平衡规律，对全球类似地区的离网供水系统设计具有普适参考意义。