社区微电网能源公平规划：基于CEFI/CERI/CESI指数的三重维度优化框架

针对能源贫困社区长期面临的不公平问题，研究人员提出以CEFI(财务指数)、CERI(韧性指数)和CESI(可持续指数)为核心的三维评估体系，开发两阶段随机混合整数规划模型优化微电网部署。案例显示该方案使三大指标最高提升227%，为能源公平转型提供量化工具。

　　

在气候变化加剧与能源转型加速的背景下，传统集中式电网暴露出脆弱性短板，而低收入社区往往承受着更高的能源成本与更频繁的停电风险。美国休斯顿地区三个能源贫困社区的案例显示，这些区域居民支付的电费占比收入高达8.5%，是富裕社区的三倍，同时在飓风灾害中平均断电时长超过120小时。这种能源不公平现象催生了对新型解决方案的迫切需求。

美国休斯顿大学能源转型研究所(Energy Transition Institute, University of Houston)的Behnam Sabzi团队在《Sustainable Cities and Society》发表研究，创新性地构建了包含Community Energy Financial Index (CEFI)、Community Energy Resiliency Index (CERI)和Community Energy Sustainability Index (CESI)的三维评价体系。通过两阶段随机混合整数规划模型（结合Benders分解算法）优化微电网规划，在预算约束下实现财务可及性、灾害韧性和环境效益的协同提升。

关键技术包括：1) 基于休斯顿能源贫困社区地理数据的选址分析；2) 考虑光伏/储能/柴油发电机等多能源组合的两阶段随机规划；3) 采用蒙特卡洛模拟处理负荷波动与极端天气等不确定性；4) 通过灵敏度分析验证不同预算场景下的方案鲁棒性。

【Microgrids and their community deployment】
研究确立社区微电网(CMGs)作为分布式能源(DER)集成平台，通过本地化能源管理降低传输损耗，案例中光伏渗透率达68%时线损减少42%。

【Target community index】
新开发的CEFI指数包含电费支出比、投资回收期等5项财务指标；CERI量化了关键负荷保障时长与系统修复速度；CESI则整合碳排放强度与可再生能源占比。在10MW光伏+4MWh储能的配置下，三大指数较基准方案分别提升78%、24%和227%。

【Mathematical model】
投资阶段采用整数规划确定设备选型与容量，运营阶段通过线性规划优化调度策略。模型验证显示，优先考虑CEFI的方案能使低收入用户电费支出降低31%，而均衡优化模式可实现全年碳排放减少2.8万吨。

【Site selection】
基于GIS的热力图分析锁定休斯顿东北部三个社区作为示范点，这些区域同时具备高能源负担指数(>6%)、老化电网基础设施(服役超40年)和可再生能源开发潜力(平均日照5.2kWh/m²/d)。

结论表明，该框架成功将能源公平从概念转化为可量化的工程指标，通过休斯顿案例验证了CMGs在预算约束下实现多维效益的可行性。特别值得注意的是，当投资强度达到$1200/户时，系统可保证关键负荷在72小时飓风事件中不间断供电。这项研究为联合国可持续发展目标(SDG7)的本地化实施提供了创新性的技术路径与决策工具。