氢电耦合系统基础设施安全韧性视角下的氢气泄漏风险研究

为解决氢电耦合系统(HECS)氢气泄漏爆炸事故中多米诺效应引发的安全风险，研究人员创新性地引入安全韧性理论，构建了包含指标关联、权重修正、状态评估和趋势预测的四阶段方法框架。通过建立基于毕达哥拉斯模糊集和DEMATEL-G1组合赋权的评价体系，结合改进TOPSIS和灰色马尔可夫模型，实现了HECS关键节点安全韧性的动态评估与预测。该研究为复杂氢能系统的主动风险防控提供了科学依据，具有重要理论价值与实践指导意义。

　　

在全球能源转型与"双碳"目标驱动下，氢电耦合系统(Hydrogen-Electricity Coupling System, HECS)作为可再生能源消纳的关键载体快速发展。然而，这种集电解制氢、高压储运、燃料电池发电等多环节于一体的复杂系统，在电力、氢气、高温高压等多重危险耦合作用下，氢气泄漏爆炸事故频发——如2022年江苏某海上风电制氢示范项目因电解槽膜破裂引发爆炸，直接经济损失达3200万元。传统氢安全研究多聚焦单一子系统（如加氢站、储氢罐）的静态风险评估，而针对复杂HECS的动态风险演化机制、系统韧性表征方法等核心问题仍存在研究空白。

北京石油化工学院的研究团队在《International Journal of Hydrogen Energy》发表论文，首次将基础设施安全韧性理论引入HECS风险研究。通过构建包含18个关键节点的评价指标体系，创新性地整合毕达哥拉斯模糊集(Pythagorean fuzzy set)、DEMATEL(决策实验室分析法)与改进G1序关系法进行权重优化，建立基于TOPSIS(逼近理想解排序法)的评估模型，并采用灰色马尔可夫理论实现风险趋势预测。研究团队以中国南方某沿海城市实际运行的HECS为案例（含电解制氢单元、压缩储氢单元和燃料电池单元），验证了该方法的适用性。

风险识别与指标体系构建
通过故障模式与影响分析(FMEA)识别出压缩机密封失效、储罐阀门泄漏等12类典型故障模式，从抵抗能力、适应能力、恢复能力三个维度建立包含压力波动率(_P
)、泄漏检测响应时间(_t
)等18项量化指标的评估体系。

权重优化方法创新
引入DEMATEL方法计算指标中心度，修正传统G1法的主观局限性。结果显示储氢单元的压力控制指标(权重0.148)和泄漏监测指标(权重0.136)对系统韧性影响最为显著。

安全韧性动态评估
改进TOPSIS模型通过相对贴近度(_Ci

)量化各节点安全状态，案例系统在2021-2023年间的综合韧性值从0.48提升至0.67，但压缩机单元的韧性值始终低于0.5，被识别为薄弱环节。

风险趋势精准预测
灰色马尔可夫模型对储罐区泄漏风险的预测误差仅4.7%，显著优于传统GM(1,1)模型的12.3%误差，准确捕捉到季节性温度变化导致的风险波动特征。

该研究突破了传统静态风险评估的局限，首次实现HECS安全韧性的多维度、动态化评价与预测。提出的方法论框架不仅为氢能基础设施的主动防控提供技术支撑，其创新的权重优化算法（DEMATEL-G1组合）和动态预测模型（灰色马尔可夫）更可推广至其他复杂能源系统的风险管理领域。研究结果对保障中国"氢进万家"示范工程的安全实施具有重要指导价值，同时为国际氢能安全标准体系建设贡献了新思路。