"绿氢与蓝绿氢协同优化：考虑用户低碳意愿的电-热-氢综合能源系统分布式鲁棒调度模型研究"

《International Journal of Human-Computer Studies》：Flame characteristics of horizontal hydrogen jet impinging on a curved wall: An experimental study on extension length and temperature profile

为解决绿氢生产高耗电导致的碳减排难题，研究人员构建了考虑绿氢与蓝绿氢（turquoise hydrogen）协同的EHH-IES（电-热-氢综合能源系统）优化模型，引入Wasserstein距离处理风电不确定性，结合用户低碳意愿定价机制。结果表明：该模型降低系统碳排放21.7%，运营成本15.3%，为碳中和目标下多能耦合系统提供新范式。

　　

在全球"碳达峰、碳中和"战略背景下，可再生能源发电虽具有清洁高效优势，但其间歇性特征导致消纳率低下。氢能作为二次能源载体，尤其是通过电解水制备的绿氢（green hydrogen），虽可实现零碳排放，但生产1kg绿氢需消耗50-55kWh电能。当电力负荷高峰时，综合能源系统（IES）不得不增加燃气轮机出力以满足电解槽（EL）需求，反而加剧碳排放——这一"绿氢悖论"成为制约碳中和进程的关键瓶颈。

针对这一矛盾，研究人员创新性地引入蓝绿氢（turquoise hydrogen）生产技术。与传统绿氢不同，蓝绿氢通过甲烷裂解（MP）制备，反应过程仅产生固态副产物碳黑而不排放CO₂。研究构建了包含风电（WT）、燃气轮机（MT）、电锅炉（EB）等多元设备的电-热-氢综合能源系统（EHH-IES）框架，并首次将用户低碳消费意愿量化为价格弹性系数。通过建立Wasserstein距离模糊集处理风电出力不确定性，最终形成兼顾经济性与鲁棒性的分布式优化（DRO）模型。

关键技术包括：1）基于历史数据构建风电预测误差的Wasserstein距离模糊集；2）建立包含阶梯碳交易（CET）、碳税、绿证收益的多目标函数；3）设计用户零碳能源购买意愿曲线；4）采用混合整数线性规划（MILP）求解。研究选取某港口能源系统进行24小时调度验证，设置7种对比方案。

集成蓝绿氢生产的能源系统框架
通过协调EL与MP设备运行，在电价高峰时段优先启用MP设备。仿真显示该系统可使氢负荷用电需求峰值降低37.2%，缓解"绿氢悖论"效应。

用户低碳意愿分析
构建零碳能源溢价与用户接受度关系曲线，当溢价超过常规能源价格15%时，用户购买意愿降至40%以下。优化定价策略后，系统通过需求侧响应降低运营成本12.8%。

基于Wasserstein距离的不确定性处理
相比传统随机规划（SO）和鲁棒优化（RO），所提DRO方法在100组风电场景测试中，成本波动范围缩小23.5%，证明其兼具经济性与鲁棒性。

多方案对比验证
方案7（协调绿氢/蓝绿氢+用户意愿+DRO）表现最优：碳排放较纯绿氢方案降低21.7%，成本较传统鲁棒优化下降15.3%。敏感性分析显示，MP设备投资成本需控制在$850/kW以下才具经济性。

该研究突破性地将蓝绿氢纳入IES优化框架，首次量化用户低碳意愿对系统调度的影响。所建模型通过实际案例验证，不仅解决绿氢生产的高碳锁定问题，更创新性地将行为经济学与能源优化相结合。未来可进一步探索MP反应器热力学特性与IES的深度耦合机制，以及区块链技术在绿氢溯源中的应用。论文成果为《International Journal of Human-Computer Studies》在能源-信息交叉领域的重要突破，对实现"双碳"目标下的多能系统优化具有里程碑意义。