可再生能源多目标决策框架：氢基能源载体传输的优化与权衡分析

为解决全球绿色能源经济中可再生能源供需地理不匹配问题，研究人员开发了多目标优化框架，评估了不同氢基能源载体(H2、NH3、CH3OH)和传输模式(管道、船舶、高压直流)在成本、环境影响和运输风险方面的权衡。研究表明最优能源载体选择取决于距离、需求和基础设施条件，为可再生能源供应链投资决策提供了科学依据。

　　

随着全球能源转型加速，可再生能源的间歇性和地理分布不均成为关键挑战。德国等工业化国家面临国内可再生能源不足与严苛脱碳目标的双重压力，亟需建立跨国可再生能源输送网络。然而，氢基能源载体（如液氢、压缩氢、氨、甲醇）和直接电力传输（HVDC）等不同传输途径在成本、环境影响和风险方面存在复杂权衡，缺乏系统评估框架。

为应对这一挑战，Halil Iseri等人在《International Journal of Hydrogen Energy》发表研究，开发了集成资源-任务网络(RTN)框架的多目标混合整数线性规划(MILP)模型。研究团队来自Texas A&M University，通过数学建模比较了西班牙、摩洛哥和埃及三个候选地生产不同氢载体并运输至德国汉堡的方案。关键技术包括：1）基于NREL数据库的可再生能源发电建模；2）考虑NFPA危险品分类的运输风险评估；3）全生命周期碳排放计算；4）国家特异性加权平均资本成本(WACC)分析。

研究结果显示：

1. 1.

   能源传输策略选择：2000公里内压缩氢管道最经济，2000-4000公里液氢船运最优，超过4000公里氨运输最具成本优势。

2. 2.

   多目标权衡：压缩氢管道方案排放最低但风险最高；氨运输成本最低但Haberbosch工艺导致排放最高；液氢方案在成本与风险间取得平衡。

3. 3.

   金融因素影响：考虑国家风险溢价后，西班牙因更优融资条件超越摩洛哥成为最优选址，尽管后者可再生能源潜力更高。

讨论指出，现有基础设施改造（如天然气管道改输氢）可能改变技术路线选择。研究创新性在于：1）首次整合技术-经济-环境-风险多维度分析；2）提出基于NFPA标准的可扩展风险指标；3）开发适应不同地理条件的通用框架。

该研究为政策制定者设计碳定价、基础设施补贴等激励机制提供量化工具，同时为能源公司转型指明方向。未来研究需纳入不确定性分析和多源地供应链优化，以增强能源系统韧性。值得注意的是，氨因其成熟的全球基础设施和较低运输风险，在当前技术条件下展现出特殊优势，可能成为长距离可再生能源传输的关键载体。