《Energies》：GIS–MCDA Approach for Underground Hydrogen Storage Site Screening in Deep Saline Aquifers: Geological, Renewable Energy, and Infrastructure Criteria
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大规模地下储氢（UHS）在咸水含水层中的实施需要初步筛选方法，该方法需同时考虑地下适宜性与能源系统的空间背景。本研究开发了一个集成地理信息系统与多准则决策分析（GIS–MCDA）框架，用于在数据可用性有限的条件下对候选UHS场地进行区域评估。将11项地质与运营
大规模地下储氢（UHS）在咸水含水层中的实施需要初步筛选方法，该方法需同时考虑地下适宜性与能源系统的空间背景。本研究开发了一个集成地理信息系统与多准则决策分析（GIS–MCDA）框架，用于在数据可用性有限的条件下对候选UHS场地进行区域评估。将11项地质与运营准则分为储层质量（RQ）、盖层完整性（SI）和运营条件（OC）三类，并采用最佳-最差方法（BWM）确定权重，各组分权重分别为0.520、0.296和0.184。将归一化后的准则聚合为地质氢适宜性指数（GHSI），随后与已安装可再生能源（RE）容量的空间分布及高压电力基础设施邻近度（DI）相结合，得出总适宜性指数（TSI）。分析了代表地质优先、均衡和能源-基础设施优先的三种加权情景。该框架应用于波兰西北部的五个候选构造：构造S4获得最高GHSI值（0.757），其次为构造S1（0.699）；构造S2和S5获得非常相似的中间值（分别为0.579和0.578）；构造S3得分最低（0.505）。不同的组分剖面表明，单一准则组的高表现不一定导致整体地质适宜性高。情景分析还表明，增加与已安装可再生能源（RE）容量及输电基础设施距离（DI）相关组分的权重可显著改变主要基于地质适宜性的评估结果；这些变化在构造S4和S5中尤为明显。所提出的框架为初步区域UHS筛选提供了一种透明的空间决策支持方法。其结果应解释为相对适宜性评估，而非对储存安全性、容量、注入性或商业可行性的直接估计。
本研究针对大规模地下储氢（UHS）在咸水含水层中实施时面临的场地筛选需求，开发了一种集成地理信息系统与多准则决策分析（GIS–MCDA）的区域评估框架。研究背景在于，全球脱碳与能源系统转型背景下，氢能作为关键能源载体，其季节性储存需求达TWh级，而传统电池储能和压缩空气储能容量有限，地下储氢因其大规模、低单位成本优势成为重要解决方案。目前主要考虑盐穴、枯竭油气藏和含水层三类地质构造，其中含水层分布最广、体积潜力大，但参数不确定性高、数据可用性有限，初始筛选阶段评估困难。现有筛选方法多依赖主观加权（如AHP），可重复性和可比性受限，且多数适宜性指数侧重地下条件，对可再生能源与基础设施空间因素整合不足，难以在数据不完整条件下应用。为此，研究人员提出一个集成的GIS–MCDA方法，将地质适宜性评价与可再生能源容量、高压电力基础设施邻近度相结合，采用最佳-最差方法（BWM）降低加权主观性，并通过情景分析与敏感性分析检验结果稳定性。研究应用于波兰西北部五个下侏罗统含水层背斜构造（编号S1–S5），得出GHSI排序为S4（0.757）> S1（0.699）> S2（0.579）≈ S5（0.578）> S3（0.505）。研究发现，相似的总分可能源自不同的组分组合；增加RE和DI权重会显著改变场地评估，尤其对S4和S5影响明显。敏感性分析显示排名首位和末位稳定，而中间名次对权重变化较敏感。该框架为区域筛选提供了透明、可重现的空间决策支持工具，但结果应视为相对适宜性比较，而非对储存安全、容量、注入性或商业可行性的直接评估。
研究人员采用的主要关键技术方法包括：(1) 集成GIS–MCDA框架，构建关系-空间地理数据库，整合地下地质参数、可再生能源点源数据和高压输电线路空间数据；(2) 采用BWM确定11项准则权重，由两名应用地质学专家通过协商达成一致比较集，求解线性优化模型得到权重，不一致性参数ξ?=0.0260；(3) 对定量准则采用线性min–max归一化（效益型）、逆min–max归一化（成本型）和分段函数（深度），对LSI、CL、CC直接计算0–1值；(4) 使用kriging插值生成可再生能源装机容量连续空间图层，采用距离分析计算距高压线距离（DI）；(5) 通过加权线性组合（WLC）计算总适宜性指数TSI，设定三种情景权重；(6) 对BWM权重进行±10%和±20%扰动（共44个变体）的敏感性分析，并比较不同归一化方法。样本数据来源：可再生能源装机容量数据来自波兰能源监管办公室（Energy Regulatory Office），高压输电线路数据来自地形对象数据库（BDOT10k），地质数据基于公开地质报告、钻井数据集及研究人员前期项目资料。
结果部分总结如下：
3.1 采用BWM确定的准则权重——通过BWM分析，研究人员确定盖层连续性（CC）为最佳准则、岩性相似性（LSI）为最差准则。全局权重最高为盖层连续性（0.1820）和断层密度（0.1300），其次为深度（0.1196）、盖层厚度（0.1040）和盖层岩性（0.1040）。将全局权重按准则组聚合后，盖层完整性（SI）组分权重为0.520，储层质量（RQ）为0.296，运营条件（OC）为0.184。一致性检验表明专家比较集内部高度一致。
3.2 地质适宜性评估（GHSI）——计算GHSI后，构造S4以0.757居首，因三组分配合良好（SI=0.764、OC=1.000、RQ=0.595）；构造S1以0.699列次席，组分较均衡（RQ=0.580、SI=0.751、OC=0.741）。构造S2（0.579）和S5（0.578）总分几乎相同但组分剖面截然不同：S2具有最高的RQ（0.921）和良好的OC（0.801），但SI最低（0.305）；S5的OC很高（0.939），RQ和SI中等（0.527和0.479）。构造S3得分最低（0.505），SI尚可（0.686），但RQ（0.227）和OC（0.442）均低。敏感性分析（44个变体）显示S4始终第一（GHSI 0.7403–0.7745），S1始终第二（0.6827–0.7149），S3始终第五（0.4879–0.5230）；S2和S5的排序在三、四位之间互换，表明相似分数的微小差异不可过度解读。
3.3 综合评估（TSI）与情景分析——将RE和DI空间图层纳入后，通过WLC计算TSI。在地质优先情景（wGHSI=0.8）下，S4的TSI最高（3.404–3.504），其余构造范围部分重叠。在均衡情景（wGHSI=0.5）下，S1、S2、S3、S4的TSI范围大幅重叠，无法仅凭TSI清晰区分；S5显著较低（2.540–2.790）。在能源-基础设施优先情景（wGHSI=0.2）下，S1、S2、S3范围几乎完全重叠；S4降至2.726–3.126；S5降至最低（1.916–2.316）。结果显示，S4和S5对RE和DI权重增加反应强烈，TSI显著下降，其中S5变化最明显；S1、S2、S3则保持相对稳定。这表明地表能源与基础设施条件可显著改变基于地质适宜性的初步排序。
讨论部分总结：研究人员指出，在本研究采用的专家偏好体系中，SI组分权重最高（52.0%），RQ与SI合计占GHSI权重结构的81.6%，反映对盖层完整性的重视程度高于储层物性。GHSI结果显示最终评估是三组分共同作用的结果，S2案例表明高RQ无法弥补低SI，S3案例说明单一SI优势不足以支撑高分；这种结果源于模型的多准则补偿特性，不可视为某一参数组的普遍优越性。BWM相比AHP需更少的成对比较，且能有效整合专家知识，但所得权重不具有普适性。min–max归一化对离群值和数据范围敏感，因仅分析五个构造，归一化值及相关排序与所考虑的场地集合相关。情景分析揭示权重变化的影响具有位置依赖性，但预定义情景属于替代决策优先级的比较，而非正式敏感性分析。方法的局限性包括：WLC假设可加性和部分补偿性，可能简化关键参数（如盖层不渗透性）的作用；使用平均孔隙度和渗透率无法反映垂向和侧向变化；未考虑压力温度条件、注入性、毛细管突破压力、断层导水性、断层再活化、地球化学与微生物过程、盐度、垫底气需求、氢气回收率及详细井完整性等细节参数。断层密度（FD）和井密度（WD）仅为筛选级代理指标。GHSI和TSI结果不应解释为对储存安全、容量、注入性或商业可行性的直接评估。未来研究应整合动态建模、扩展经济环境社会准则、扩大数据集，并进行系统敏感性分析。
研究结论翻译：本研究开发了一种集成地理信息系统（GIS）与多准则决策分析（MCDA）的方法，用于深层咸水含水层中地下储氢地质构造的初步区域筛选。该方法将基于GHSI和BWM准则权重的 geological 评估与可再生能源装机容量空间指标及高压电力基础设施可用性相结合，可在单一评估框架内同时考虑地下条件、能源因素和基础设施因素。将方法应用于五个构造表明，地质适宜性源于储层质量、盖层完整性和运营条件的综合影响；所采用的权重体系赋予盖层完整性准则最大的相对权重。情景分析显示，RE和DI组分相对权重的变化可影响最终场地评估，凸显能源与基础设施优先级在区域UHS筛选中的重要性。敏感性分析表明，GHSI排名中的领先位置在BWM权重变化下保持稳定，而具有非常相似GHSI值的场地间的顺序对权重变化更为敏感，强调了对相似分值场地间微小差异需谨慎解读。所提出的方法应视为支持区域筛选和场地优先排序的工具，而非最终资格认证方法；GHSI和TSI指数具有相对性质，不构成对储存安全性、容量、注入性或商业可行性的直接评估。该阶段识别的场地需要进一步详细的地质与储层表征、盖层和井完整性评估以及技术与经济分析。
