《Energy Conversion and Management-X》：Digital assisted hydrogen supply chain optimization: a bibliometric and thematic review of methods, trends, and future directions
本研究对2004年至2025年间283篇被Scopus收录的氢供应链优化相关文献开展了文献计量分析与主题分析。分析采用VOSviewer与Bibliometrix R程序包，并在关键词共现分析中使用分数计数法。研究绘制了该领域的知识结构图谱，识别出十个主题聚类，并追踪了方法体系从确定性混合整数线性规划（MILP）向混合随机方法与人工智能（AI）方法的演化路径。分析报告了发文量、地理分布与引文集中度等定量趋势。
现有文献表明，多时期框架持续显示，在早期市场中，分散式蒸汽甲烷重整最优。随后，在碳定价条件下，这些框架转向以大规模电解（electrolysis）结合管道配送为优选方案。然而，仅有4.2%的模型使用经验数据进行了验证。社会公平指标在现有文献中仍然缺失。
研究认为，下一代氢供应链优化需要数字孪生（Digital Twin, DT）架构、多能源耦合、稳健风险度量以及与政策联动的目标函数。然而，这些进展必须以经验验证与开放数据标准为配套条件。
Introduction
论文指出，在气候变化与低碳转型背景下，氢因兼具能量载体与脱碳媒介功能，成为未来能源系统的重要组成部分。氢供应链涵盖制氢、储存、运输、分配及终端利用的全生命周期，其复杂性主要来源于灰氢、蓝氢、绿氢等多种生产路径并存，区域资源禀赋差异显著，以及需求、政策与基础设施演化中的不确定性。文章强调，传统优化方法，尤其是混合整数线性规划（MILP），长期主导设施选址、容量规划与路径配置研究，而近年来多目标优化、随机优化以及人工智能（AI）辅助方法逐步兴起，用于应对成本、排放、安全与韧性的综合权衡。基于此，研究以283篇Scopus收录论文为样本，聚焦计算优化与AI辅助氢供应链设计，试图从文献计量与主题分析层面揭示该领域的方法演进、核心主题、研究空白与未来方向。文中同时提出三阶段演化框架：确定性MILP成本优化阶段、多目标与随机建模阶段、AI混合与数字孪生阶段，并指出碳价高于�65/tCO
2与绿氢成本接近$2.50/kg是关键政策与经济阈值。
Materials and methods
本节说明了数据来源、筛选标准与分析流程。研究从Scopus数据库检索2004—2025年文献，检索式围绕“Hydrogen Supply Chain”“Hydrogen Logistics”与“Optimization”“Mathematical Programming”“Mixed-Integer Programming”“Deep Reinforcement Learning”“Digital Twin”“Multi-objective Optimization”等术语构建。经PRISMA流程筛选后，排除书章、会议论文、综述、社论以及非英语和非能源、工程、环境科学、化学工程领域文献，最终得到283篇同行评议期刊论文。研究强调，技术专名如液态有机储氢载体（LOHC）、氨、甲醇、生物质气化等若未包含实质性优化内容，则不纳入文献计量语料。分析工具采用VOSviewer 1.6.20与Bibliometrix R程序包，关键词共现分析使用分数计数、关联强度标准化与Smart Local Moving聚类算法，最小出现频次阈值设为7，并通过敏感性检验验证其合理性。该方法旨在提升网络结构的可解释性、透明性与可复现性。
Value-at-Risk and Conditional Value-at-Risk in HSC optimization
文章进一步梳理了金融风险度量在氢供应链优化中的引入方式。风险价值（VaR）与条件风险价值（CVaR）被用于描述在给定置信水平α下的损失阈值及尾部平均损失，其中CVaR因满足次可加性、凸性与单调性，被视为更稳健的一致性风险度量。文中给出CVaR公式：CVaR
α=E[Loss|Loss≥VaR
α]，并指出在两阶段随机规划中，常将期望成本与CVaR以风险厌恶参数λ加权组合，从而在风险中性与完全风险厌恶之间建立权衡。现有研究通常取α=0.95或0.99，并建议对α与λ进行敏感性分析。这一讨论表明，氢供应链优化已不再局限于均值最优，而开始纳入尾部风险与韧性导向的决策结构。
Derivation and quantitative composition of thematic clusters
研究通过“算法聚类+人工细化”的两步法构建主题体系。首先，基于283篇文献的关键词共现网络识别出四个主聚类：方法与优化、生产与基础设施、可持续性与政策、不确定性与AI。随后，研究团队据摘要、关键词、方法设计与核心分析焦点，将其细化为十个子主题，分别为：一般优化框架与MILP主导、多目标优化、需求不确定性下的随机模型、可再生氢与脱碳策略、区域性绿氢技术经济分析、集中式与分散式储运模型、多时期规划与基础设施设计、排放约束与可持续性建模、交通与移动导向供应链、高级混合与情景驱动方法。由于单篇论文可跨多个主题，因此聚类计数反映的是主题覆盖而非互斥分配。该结构为全文后续综述提供了定量化框架。
General optimization frameworks for hydrogen supply chains
该主题显示，MILP仍是氢供应链优化的核心方法，主要服务于制氢、储氢、运输与配送的一体化网络设计。文章指出，尽管MILP在样本文献中占比极高，但其优势与局限并存。一方面，MILP适于处理设施选址、能力扩张、物流流量与离散决策；另一方面，其对非线性电解规模效应、管道压降与复杂工艺行为常作线性近似，可能低估平准化氢成本（LCOH）。此外，随着网络节点与时期维度增加，模型规模迅速膨胀，只有少量研究使用Benders分解等技术缓解求解负担。总体而言，该类研究为后续多目标、随机与混合方法奠定了基础，是氢基础设施战略规划的主干框架。
Multi-objective optimization balancing cost, environment, and safety
本主题关注成本、排放、安全与韧性之间的多目标权衡。研究梳理表明，ε-约束法、加权和法、双层模型与进化算法是常见工具，能够生成Pareto前沿并辅助决策者理解冲突目标间的结构关系。相关研究不仅考虑经济成本与CO
2排放，还逐步引入安全风险、区域需求与社会成本收益指标。在法国、匈牙利等案例中，多目标MILP被用于识别低排放且具有成本竞争力的组合方案，如核电与风电驱动电解制氢可实现较低排放水平。论文认为，多目标优化显著提升了氢供应链方案的政策相关性和现实适用性，但当前可持续性维度仍偏重碳排放，对水、土地与社会公正考虑不足。
Stochastic models addressing demand uncertainty
该部分讨论在需求波动、价格变化与可再生出力不稳定背景下的随机建模。文章指出，两阶段随机MILP可将长期投资决策与情景化运营决策相分离，使模型更贴近真实市场演化。相关研究显示，相比确定性模型，随机规划在期望成本上可实现8%—15%的改进，但代价是更高的计算复杂度，因此常辅以样本均值近似与Benders分解。文献总结出若干共识：低需求阶段分散式蒸汽甲烷重整具有成本优势，而需求扩大后，集中式低碳系统更具竞争力；运输方式对需求不确定性高度敏感，液氢槽车与管道各有适用情景。论文同时批评现有随机研究在可持续性维度上依然狭窄，主要聚焦CO
2，忽视水耗、土地占用、关键材料与社会影响。
Renewable hydrogen and decarbonization strategies
本主题聚焦可再生氢在工业、热力与交通脱碳中的作用。研究表明，围绕电解制氢、季节性储能、天然气掺氢及绿氨供应链的优化研究不断增加。相关模型显示，在适当补贴与电价条件下，可再生氢能够成为热力系统与工业脱碳的重要路径；天然气管网掺氢则提供了利用既有基础设施降低资本支出的过渡方案。文中还指出，AI方法已开始用于可再生制氢的预测、维护、调度与成本优化，但数据、标准化、算力与监管仍构成现实障碍。总体来看，该主题反映出氢供应链研究正从传统化石路径逐步转向与风电、光伏等可再生能源深度耦合的系统设计。
Techno-economic analysis for green hydrogen in specific regions
这一部分总结区域性绿氢技术经济研究，重点在于不同地区资源禀赋、基础设施条件与政策工具对绿氢竞争力的影响。德国、中国、英属哥伦比亚、卡塔尔、日本、韩国等案例显示，生产税收抵免、电价激励与定向补贴通常比一般性碳税更能推动绿氢部署，且政策实施时序显著影响成本效果。部分研究表明，在碳减排目标强化与电解成本下降条件下，绿氢在重工业和出口导向链条中可逐步具备成本可行性，氨作为远距离运输载体在若干场景下优于液氢或LOHC。论文据此指出，氢供应链优化必须嵌入地方化资源、产业结构、贸易条件与政策情景，不能以单一通用模型替代区域差异分析。
Centralized and decentralized storage models
该主题比较集中式与分散式储运配置的经济性与适用条件。文献普遍认为，早期市场或低需求区域更适合靠近终端的分散式小规模制储氢方案，如站内重整或小型电解装置；随着需求增长，集中生产、集中储存并通过管道或液氢配送的模式逐渐占优。韩国案例显示，利用副产氢与现有天然气管网可显著降低LCOH，说明基础设施复用对系统成本有重要影响。文章强调，这类研究揭示了需求规模、市场成熟度与运输方式之间的阈值效应，是多时期基础设施演化建模的重要组成部分。
Multi-period planning and infrastructure design
本部分集中讨论20—30年尺度上的多时期规划模型。相关研究通过在不同阶段配置设施选址、产能扩张、储运布局与技术替代路径，描绘了从分散式蒸汽甲烷重整向集中式电解与管道网络过渡的动态过程。文章总结，低需求阶段宜保持基础设施适度与灵活，避免过度超前投资；当需求突破一定阈值且碳价提升时，集中式电解和管网扩展更具长期优势。多时期模型的价值在于，它将时间、需求、技术学习与政策驱动纳入同一框架，为国家氢路线图和区域基础设施演进提供决策支持。
Emission constraints and sustainability focus
此主题关注在排放约束、碳税或可持续性目标下的氢供应链重构。研究显示，随着排放上限趋严或碳价上升，最优方案往往由灰氢蒸汽甲烷重整转向蓝氢、绿氢、电解制氢、管道运输与集中式低碳配置。尽管绿氢显著降低排放，但高成本仍需政策支持。文章特别指出，现有可持续性建模存在“碳中心主义”，多数研究仅将CO
2作为环境指标，较少纳入水足迹、土地利用、材料约束与社会效益。因此，未来应从单一排放约束走向更完整的生命周期可持续性评价。
Transportation and mobility-oriented supply chains
该主题围绕氢燃料电池汽车（HFCV）、加氢站网络、高纯氢要求与交通场景下的供应链优化展开。研究指出，交通链条尤其关注站点选址、氢纯度、空间分布、安全半径与需求集聚效应。高纯氢供应对质子交换膜（PEM）燃料电池车辆尤为关键，因此移动端供应链在物流与质量保障上与工业用氢存在显著差异。GIS、MILP、粒子群优化与政策情景分析被用于评估站网布局与成本减排表现。总体来看，交通导向研究展示了氢供应链从“供给侧系统设计”延伸到“终端应用与区域部署”的过程，但消费者行为、多模式耦合与公平可达性仍有待深入。
Advanced hybrid and scenario-based approaches
本主题反映当前前沿方法的发展方向，即通过混合元启发式、场景分析、深度强化学习（DRL）、数字孪生（DT）与区块链等技术，增强氢供应链的实时适应能力与复杂系统处理能力。文献显示，遗传算法（GA）、模糊逻辑、GA-PSO组合、均值场DRL等方法可在复杂非线性或高不确定性条件下提供近优解；数字孪生已用于管道监测、压缩机优化、泄漏检测和设施可视化；区块链主要用于氢源认证、碳足迹追踪与补贴追溯。但论文也明确指出，这些技术仍处于早期阶段，多数仅基于合成数据、概念原型或小规模测试网络，距离工业级全链部署尚有明显差距。其主要障碍包括数据缺乏、可扩展性不足、网络安全与模型验证不足。
Conceptual structure, thematic evolution, and factorial analysis
文章借助主题图、主题演化与多重对应分析（MCA）揭示领域概念结构。总体上，氢供应链研究经历了三个阶段：2004—2012年以成本最小化和确定性优化为主；2013—2019年引入生命周期评价（LCA）、多目标与空间分析，实现可持续性与系统耦合；2020—2025年则出现数字化、AI、韧性与实时优化导向。MCA结果显示，研究在概念上分化为两条主线：一条偏向传统技术经济优化与基础设施投资，另一条偏向可再生能源、脱碳与绿色氢；而“优化”“供应链管理”等术语位于中心位置，充当桥接概念。这表明该领域虽已形成稳固的方法基础，但数字化辅助设计仍未成为主流核心。
Critical modeling assumptions and empirical validation gaps
论文对现有模型的关键假设与验证缺口进行了系统批判。作者指出，大量模型仍依赖完全前瞻、线性成本、平稳不确定性与有限运行约束等假设，而这些前提在真实氢市场中往往难以成立。更突出的问题在于经验验证缺乏：仅有4.2%的模型使用真实项目数据进行校准或验证，且绝大多数研究未公开代码或输入数据，导致可复现性与可比较性较弱。论文强调，若不解决开放基准、参数更新、项目反馈与行业数据接入问题，模型可能高估可行性、低估实施成本，进而削弱其对投资与政策决策的支撑能力。
Critical issues and barriers in the hydrogen supply chain
文章最后综合指出，氢供应链发展面临的不仅是技术问题，还包括研究地理分布不均、数字化成熟度不足、市场机制不完善、国际认证与监管碎片化、网络安全风险以及公众接受度有限等多重障碍。高LCOH、专用管网不足、液化能耗高、数字标准碎片化与治理协同不足，是制约大规模部署的关键因素。尤其在数字化方面，数字孪生、物联网与AI虽展现潜力，但受限于实时数据缺失、互操作性不足、网络攻击面扩大与制度接受度不高，仍难支撑自治化氢供应链。作者据此主张，未来研究应同时推进开放数据、产业验证、多能源耦合、政策内生建模、社会公平指标纳入以及国际合作平台建设，使氢供应链优化真正从理论模型迈向产业应用。
