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为解决化石能源带来的环境问题及水、能源需求，研究人员开展地热能与 LNG 结合的多联产系统研究，集成发电、制氢、海水淡化等。结果表明系统电效率 14.38%、能效 23.12% 等，具经济与环境效益，为可持续能源提供方案。
在能源短缺与环境污染双重挑战的当下，传统化石能源的大量使用不仅导致温室气体排放激增、臭氧层破坏等环境危机，还面临着资源枯竭的困境。与此同时，全球淡水资源匮乏的问题日益凸显，超过 75% 的地球表面虽被水覆盖，但可供人类直接饮用的淡水却极为有限，海水淡化需求迫切。如何高效利用可再生能源，实现能源的梯级利用并同步解决淡水和氢能等多重需求，成为全球科研人员亟待攻克的难题。
为了应对上述挑战，研究人员开展了地热能与液化天然气（LNG）冷能集成的多联产系统研究。该研究聚焦于开发一种能同时实现发电、制氢、海水淡化及供热供冷的综合能源系统，旨在通过能量的梯级回收与优化配置，提升系统整体效率，降低环境影响，为沿海、岛屿及工业区域提供可持续的能源解决方案。此项研究成果发表在《Desalination》。
研究人员主要采用了以下关键技术方法：通过 Aspen HYSYS 软件进行系统流程模拟，构建了包含双闪地热发电厂（DFGPP）、Kalina 循环、质子交换膜（PEM）电解器、双膨胀气体系统等子系统的模型；运用随机森林（RF）机器学习模型对系统性能参数进行预测；借助灰狼群优化算法（GWO）开展多目标优化，以实现热力学、经济与环境性能的综合提升；同时进行了热力学分析（包括能量效率、火用效率计算）、热经济分析（单位产品特定成本 USPC、净现值 NPV 计算）及火用环境分析。
系统性能分析与结果
- 热力学与环境结果：系统总发电功率达 18,530 kW，电效率 14.38%，能效 23.12%，火用效率 27.97%。主要火用破坏集中在 E-105、E-106 和 T-103 组件，占总不可逆性的 89.8%。提升 LNG 压力可提高净功率输出至 19,400 kW，火用效率提升至 29.2%，同时降低环境破坏有效性因子（EFED）。
- 热经济结果：系统设备总成本为 11,531,063 美元，USPC 为 5.37 ，投资回收期 3.12 年。敏感性分析表明，电价和冷却价格对 NPV 影响最大，提升氢能、淡水价格也可改善经济性能。
- 机器学习与参数分析：随机森林模型对火用效率、淡水产量等参数的预测具有高准确性（R2 值高）。参数分析显示，LNG 压力、地热压力等对系统性能影响显著，如 LNG 压力升高可降低 USPC 至 5.15 $/GJ，地热压力提升可增加淡水产量。
- 多目标优化：通过 GWO 算法得到帕累托前沿，3D 优化下火用效率达 29.22%，USPC 为 5.17 ，实现了性能与成本的平衡。
结论与意义
该研究开发的地热能与 LNG 冷能集成多联产系统，通过能量的梯级利用与多目标优化，在实现高效发电、制氢、海水淡化的同时，展现了良好的经济可行性与环境友好性。系统在沿海及工业区域具有广阔应用前景，可降低基础设施成本，推动能源可持续发展。研究为解决全球能源与水资源危机提供了新范式，未来可进一步优化组件性能、集成储能系统及结合其他可再生能源，以提升系统灵活性与综合效率。
