太阳能海水淡化中低成本环保型储能材料的多准则决策框架研究

本文推荐研究人员针对太阳能海水淡化系统储能材料(ESM)选择难题，通过多准则决策(MCDM)方法系统评估14种相变材料(PCM)，结合熵权TOPSIS、EDAS等6种算法，首次发现十四醇(PCM 12)在热效率与环境可持续性上表现最优。该研究为可再生能源系统提供了数据驱动的材料选择范式，其三重验证框架(敏感性分析/Borda计数/MAE)显著提升了决策可靠性。

　　

随着全球水资源危机加剧，太阳能海水淡化技术因其可再生特性成为解决淡水短缺的重要途径。然而该系统存在致命短板——阳光间歇性导致产水不稳定，就像"靠天吃饭"的农民难以保证稳定收成。更棘手的是，传统储能材料往往面临"鱼与熊掌不可兼得"的困境：高热导率的材料可能成本高昂，环保型材料又常伴热性能缺陷。这种多维度的矛盾选择，使得工程师们仿佛在玩一场没有标准答案的"俄罗斯方块"游戏。

为破解这一难题，Princess Nourah bint Abdulrahman University的研究团队在《Journal of Energy Storage》发表开创性研究。他们建立了一个包含6种多准则决策(MCDM)方法的评估框架，就像组建了一支包含TOPSIS、EDAS、ARAS等"专业评委"的评审团，对14位"参赛选手"(PCM材料)进行全方位考核。这些材料需要在热导率(TC)、全球变暖潜能(GWP)、成本等10项指标上展开激烈角逐。

研究采用熵权法客观赋权，避免人为偏见；通过Borda计数整合不同算法结果，相当于采用"民主投票"机制；更引入Spearman秩相关和平均绝对误差(MAE)进行质量把控。这种"三重保险"的验证策略，使得结论如同经过反复校准的精密仪器般可靠。

关键方法学

1. 构建包含10项技术/环境/经济指标的评估体系
2. 采用熵权法确定各指标客观权重
3. 运用TOPSIS等6种MCDM算法并行计算
4. 通过Borda计数整合不同算法排名结果
5. 使用Spearman相关系数(>0.85)验证结果一致性

主要发现

• 材料性能对决：十四醇(PCM 12)以1350.27分的绝对优势夺冠，其熔点在45-60°C理想区间，兼具高热导率(0.182 W/m·K)和低GWP值；而聚乙二醇(PEG)因高环境足迹(166.70分)垫底
• 算法比较：不同MCDM方法间Spearman相关系数>0.85，显示排名高度一致
• 稳定性测试：敏感性分析显示OM49和石蜡(ESM 5)如同"磐石"般稳定，而中游材料如A39则像"跷跷板"易受权重变化影响

结论启示
该研究不仅确立了十四醇作为太阳能海水淡化储能材料的"黄金标准"，更开创了MCDM在可再生能源领域应用的新范式。其创新性体现在：

1. 首次将6种MCDM算法交叉验证应用于PCM选择
2. 通过熵权法消除主观偏差，使热导率(TC)等关键指标获得合理权重
3. 建立的Borda-MAE验证体系可推广至其他材料优选场景

这项研究如同为太阳能海水淡化系统装上了"智能导航"，指引开发者避开成本陷阱和环境雷区。随着全球加速向碳中和目标迈进，这种融合技术性能与经济环保的决策框架，将为可持续水处理技术发展注入强劲动能。