引言

氢能作为一种清洁、高效的二次能源，在全球能源转型中扮演着日益重要的角色。随着氢能产业的快速发展，构建高效、安全的氢能供应链成为亟待解决的关键问题[1]。氢能供应链涉及制氢、储氢、运氢、加氢等多个环节，其中，仓储和运输环节的调度决策直接影响供应链的运营成本和效率，氢气的易燃易爆特性则对整个供应链的安全管理提出了严峻挑战[2]。因此，将仓储调度与安全协同优化纳入统一的决策框架，实现成本与风险的平衡，是当前氢能供应链的前沿和热点研究。

1.方法与模型

本文研究的氢能供应链网络由生产节点、仓储节点和加注节点构成，氢气由生产节点输出，经仓储节点调节后运输至加注节点以满足终端需求。为保证模型具有现实可操作性，本研究在传统供应链调度假设的基础上引入实际装卸作业的工程约束。假设短期内需求量稳定；运输依托管束式集装箱或液氢槽车，运输成本和风险因子与路径属性相关；节点及路径的正常运行风险相互独立；消防、医疗和ESD阀等应急资源的配置作为调度中的可控决策变量，影响事故响应

主控阀或球阀出现内漏时必须立即停止作业，并启动隔离与卸压步骤；一旦发现泄漏、着火或压力异常，应立即停运并撤离人员，在模型中表现为调度中断与高惩罚项触发；禁止使用明火进行阀门或管接头的解冻作业，该限制降低事故扩大的概率，反映在特定节点风险因子的调整；拆除接地线前必须确保系统处于无压状态，该约束增加事故后恢复作业的最短时间；作业期间驻车制动必须保持在位，保证事故状态下运输单元不发生移动，减少二次风险。

2.数据与实验设计

2.1网络与参数

实验基于包含10个节点的氢能供应链网络，节点类型包括生产（Production）、仓储（Storage）和加注（Refueling）。节点属性如表2.1所示，包括节点类型、容量与安全评分。生产节点（NodeID5,6,7）负责氢气供应，仓储节点（NodeID1,4）承担储能调节功能，加注节点（NodeID2,3,8,9,10）用于满足终端需求。

2.2基线与对照

为了评估协同优化模型的有效性，本文设置两个对照基线：

（1）成本优先（Cost-Only）：仅最小化总成本，不设安全风险约束。

（2）安全优先（Safety-Only）：仅最小化总风险，不考虑成本约束。

成本优先方案可能倾向于作业流程简单但风险较高的节点，而安全优先方案更可能选择装卸规范严格、流程更长但可靠性更高的节点。

2.3关键作业与应急场景设计

在关键作业设计中，重点关注氢气装卸作业，因为其处理时间与安全配置是节点安全评分的重要组成部分。装卸环节的差异，如首次充装的长置换时间、正常装卸的软管置换耗时、卸气作业的压力平衡流程，都被明确纳入节点处理时间的定义中。

3.结果

3.1最优布局与调度

通过求解协同优化模型（1），可以得到最优的仓储布局（）和应急资源配置（），以及随时间变化的最优调度方案（）。

3.2安全—成本权衡

图3.1展示了模拟的安全—成本权衡帕累托前沿。从图中可以看出，随着对安全水平要求的提高（安全水平值增大），系统的总成本也随之增加。

图3.1安全-成本权衡帕累托前沿

3.3敏感性与稳健性

风险因子敏感性：当运输路径的风险因子增加10%时，最优调度方案会显著地将运输量转移到低风险路径，即使这会导致总运输成本增加约5%。这表明模型对风险因子具有高度敏感性。

需求波动稳健性：在需求波动（）±15%的场景下，协同优化模型相比成本优先基线，能够更好地维持服务水平（ServiceLevel），且应急响应时间波动更小。

3.4装/卸安全与应急绩效评估

表3.1展示了部分节点的应急绩效评估结果。

表3.1节点应急绩效评估结果（部分）

结果显示仓储节点的平均应急绩效得分相对较高，这可能得益于其较高的安全评分和更优的应急资源配置。例如，节点4的平均响应时间最短，疏散半径适中，使其应急绩效得分最高。这验证了应急资源配置（）对提升节点安全水平的重要性。

结论

本文针对氢能供应链的仓储调度与安全协同优化问题，构建了一个以最小化总成本和总风险为目标的混合整数规划模型。该模型创造性地将基于CVaR的安全风险约束和应急响应约束融入调度决策，实现了经济效益与安全水平的同步优化。

参考文献

[1]张存善,王海燕,郭志伟.氢能供应链系统规划与优化研究综述[J].中国电机工程学报,2022,42(1):1-15.

[2]孙柏涛,范维澄,欧阳明高.氢能安全风险评估与防控技术研究进展[J].科学通报,2021,66(1):1-12.

[3]李建华,郑新奇,王建军.考虑风险的氢能供应链网络设计与调度优化[J].工业工程与管理,2023,28(2):1-9.

[4]陈维江,魏一鸣,王建军.基于条件风险价值的能源系统风险管理研究[J].系统工程理论与实践,2020,40(1):1-10.

[5]杜文博,郭建,孙柏涛.氢气泄漏扩散与火灾爆炸事故的事件树/故障树分析[J].安全与环境学报,2022,22(3):1001-1008.