可持续发展目标驱动的多准则决策法在氢可再生能源系统构型选择中的应用：通过综合客观与主观赋权方法优先考虑利用过剩电力制氢

《International Journal of Hydrogen Energy》：Sustainable development goal-driven MCDM for HRES configuration selection: Prioritizing hydrogen production from excess electricity via integrated objective and subjective weighting methods

　　**摘要要点：**- 提出了结合DEMATEL-ANP、BWM和CRITIC方法的新型综合框架。- 过剩电力制氢可实现基于可持续发展目标的最优平衡。- 主观经济标准和客观环境标准通过可持续发展目标加权。- 将氢能源、海水淡化或电网销售过剩电力可减少24%的二氧化碳排放，并将可再生能源比例提高3.54%。**引言**能源和环境政策制定者面临的众所周知的问题之一是如何向可持续发展转型。由于化石燃料使用造成的环境问题，对来自清洁能源和可再生资源的生产需求日益迫切[1]。随着时间推移和世界人口增长，能源消耗将不断增加。化石燃料作为最重要的能源资源之一，到2040年其消费预计将增加高达46%[2]。这反过来又导致更高的二氧化碳排放和全球变暖[3]。在这方面，寻找减少二氧化碳排放的解决方案已成为全球研究者的主要目标之一[4]。近年来，可再生能源在各种应用中受到越来越多的关注[5,6,7]，如通过太阳能和风能进行海水淡化、生物质资源等[8,9,10]。可再生能源也可用于氢能的生产和运输，方法包括水电解[11,12]。此外，还可以通过安装可再生能源系统并将全部或部分所发电力出售给电网[13,14]。混合可再生能源系统（HRES）被认为是最好的清洁能源生产者之一，它使用可再生和非可再生能源生产者的组合。采用HRES提高了供应链的可持续性、效率和可靠的安全电力供应[15,16]。在可再生能源中，太阳能光伏（PV）板 and 风机是HRES中使用和研究最广泛的组件[17,18]。太阳能主要通过光伏技术，由于其可靠性、无需燃料、低运营和维护成本以及易于安装，成为一种流行且关键的能源生产者[19]，并将在未来能源结构中发挥关键作用[20]。风能同样是通过风机进行电力生产的重要资源，但它需要仔细考虑场址的风能潜力、地形结构和环境敏感性[21]。然而，风能和太阳能资源的间歇性和可变性质意味着在安装之前必须仔细考虑负荷需求和供应方管理[22,23]，而在非高峰时段产生的过剩电力（EE）对电网稳定性以及系统的经济、环境和技术性能构成了挑战[24,25,26,27]。为了设计能够有效管理这些挑战的HRES配置，使用了各种优化方法，如多目标粒子群优化、非支配排序遗传算法II、混合整数线性规划，以及混合多电可再生能源优化软件（HOMER Pro）等工具，根据最低净现值成本和其他目标确定最佳配置[28,29]。除了配置设计外，通过控制架构（通常为分层式[30]）实现有效的能量管理以及对微电网稳定性的关注也是必不可少的，因为HRES的过剩功率可能给电网平衡带来挑战[31]。由于选择最佳HRES配置需要平衡多个往往相互竞争的标准——技术、经济、环境和社交——多标准决策（MCDM）方法已成为处理这一任务的常用方法，而且越来越多地，这些标准正与联合国的可持续发展目标（SDGs）联系起来。可再生能源在实现可持续发展目标方面的作用不可否认，是解决经济、环境和社会挑战的重要贡献因素。几个可持续发展目标与可再生能源直接相关，包括"可负担和清洁能源"、"气候行动"、"清洁水和卫生"、"消除贫困"以及经济增长，而在符合全球气候变化协议的前提下减少二氧化碳排放同时生产具有成本效益的能源是能源领域的一个基本问题[32,33,34]。在这方面，本研究在MCDM框架内考虑了HRES配置选择的可持续发展目标。许多研究通过使用不同的MCDM方法考虑各种标准来选择HRES。Vaziri Rad等人[35]是第一个将可持续发展目标纳入HRES选择的研究者，他们采用了决策试验与评估实验室-解析网络过程（DEMATEL-ANP）加权方法与TOPSIS作为MCDM方法。他们的加权依赖于基于能源专家填写的问卷的主观方法，关于可持续发展目标与经济、技术、环境、社交和安全标准之间的关系，加权过程主要基于每个标准相关的可持续发展目标数量（Cr）的专家意见。哈萨克斯坦是中亚资源丰富的国家之一，其能源系统严重依赖化石燃料。由于其依赖，其发电系统排放大量温室气体。近年来，已设计了多项旨在减少电力部门排放的政策和计划，氢能的发展也被视为该国向可持续发展的迈进的一部分[36]。本研究考虑了哈萨克斯坦阿斯塔纳的HRES，并调查了其技术、经济和环境方面。与以往研究不同，本研究应用两种主观方法和一种客观方法来确定用于选择最佳HRES配置的每个标准的权重。主观加权方法基于专家关于可持续发展目标的意见，而不是从定量角度（即与每个标准相关的可持续发展目标数量），而是从每个可持续发展目标与标准之间关系的角度出发。因此，问卷基于专家关于可持续发展目标和标准的意见进行评分。在最佳-最劣法（BWM）中，标准重要性是通过考虑可持续发展目标来评分的，而在标准间相关性重要性（CRITIC）方法中，权重是根据每个配置的标准值得到的。**方法论**本部分在第2.1小节中介绍了案例研究信息。所考虑的configuration和使用的方程在第2.2小节中呈现。假设和场景在第2.3小节中呈现。可持续发展指数与MCDM方法的集成在第2.4小节中呈现。加权方法和所使用的MCDM方法在第2.5小节中呈现。**结果与讨论**本节呈现了研究结果。3.1节呈现了HRES为拟议负荷需求供电的优化结果。3.2节呈现了将过剩电力用于各种拟议目标的结果，以及通过HOMER软件获得的一些参数的修订值。3.3节呈现了通过所使用的MCDM方法的排序结果。3.4节呈现了敏感性分析结果，以找到最佳配置。**结论**本研究在HRES系统选择中将可持续发展目标作为替代方案进行了考虑，并考虑了四种主要目标来使用系统产生的过剩电力。这些目标包括储存或倾倒过剩电力、电网销售、制氢和海水淡化。在本研究中，可持续发展目标在基于来自相关领域专家问卷的标准加权中起主要作用。本研究最重要的发现如下：**作者贡献声明****Samal Syrlybekkyzy：** 写作 – 原稿撰写，构思。 **Akhmetov Berik Bakytzhanovich：** 写作 – 原稿撰写，构思。 **Baimbetov Dinmukhambet：** 写作 – 原稿撰写，方法论。 **Askar Seidaliyev：** 写作 – 原稿撰写，方法论。 **Mohammad Hossein Ahmadi：** 写作 – 原稿撰写，监督。 **Habib Forootan Fard：** 写作 – 审阅与编辑，软件，调查。 **Otabek Mukhitdinov：** 写作 – 审阅与编辑，可视化。 **Dilshod Raupov：** 写作 – 审阅与编辑。**利益冲突声明**作者声明他们没有已知的经济利益或个人关系可能会影响本论文中报告的工作。**致谢**本研究由哈萨克斯坦共和国科学与高等教育部科学委员会资助（资助编号：BR24992964）。