A Review of Hydrogen-Enabled Resilience Enhancement for Multi-Energy Systems
作者: Liang Yu, Haoyu Fang, Goran Strbac, Dawei Qiu, Dong Yue, Xiaohong Guan, Gerhard P. Hancke
分类: eess.SY
发布日期: 2024-12-26 (更新: 2025-08-31)
备注: 28 pages, 14 figures
💡 一句话要点
综述氢能在多能源系统韧性提升中的应用，提出增强框架并展望未来方向。
🎯 匹配领域: 支柱九：具身大模型 (Embodied Foundation Models)
关键词: 多能源系统 氢能 韧性 能源规划 能源运行 极端事件 综述
📋 核心要点
- 多能源系统面临日益严峻的极端事件挑战，现有方法在韧性提升方面存在不足，亟需更有效的解决方案。
- 该论文提出一个氢能驱动的多能源系统韧性增强框架，利用氢能在时间、空间和部门间的灵活性优势。
- 论文总结了氢能在预防、应急和恢复三个阶段的运行增强措施，并指出了未来研究方向，具有指导意义。
📝 摘要（中文）
由于极端事件（如自然灾害、极端天气和网络物理攻击）的日益频繁和严重，确保多能源系统（MES）的韧性变得更加紧迫和具有挑战性。在众多增强MES韧性的措施中，氢能的集成在跨时间灵活性、跨空间灵活性、跨部门灵活性和黑启动能力方面显示出卓越的潜力。尽管已经开发了许多氢能支持的MES韧性增强措施，但目前的文献缺乏对氢能支持的MES韧性增强的系统概述。为了填补这一研究空白，本文对氢能支持的MES韧性增强进行了全面的概述。首先，总结了在MES韧性增强中采用氢能的优势和挑战。然后，我们提出了一个氢能支持的MES的韧性增强框架。在所提出的框架下，总结和讨论了现有的韧性指标和面向事件的应急模型。此外，我们按氢相关设施的类型对氢能支持的规划措施进行分类，并为规划问题制定框架提供了一些见解。此外，我们将氢能支持的运行增强措施分为三个运行响应阶段：预防、应急和恢复。最后，我们确定了一些研究差距，并指出了在综合韧性指标设计、时间相关事件目标场景生成、复合极端事件下的多类型时空网络物理应急建模、多网络多时间尺度协调规划和运行、低碳韧性规划和运行以及大型语言模型辅助的全过程韧性增强等方面的未来可能方向。
🔬 方法详解
问题定义：论文旨在解决多能源系统（MES）在面临极端事件时韧性不足的问题。现有方法缺乏对氢能潜力进行系统性挖掘和利用，无法充分发挥氢能在跨时间、跨空间和跨部门灵活性方面的优势。此外，现有文献缺乏对氢能支持的MES韧性增强的全面综述，导致研究和实践缺乏指导。
核心思路：论文的核心思路是构建一个氢能驱动的MES韧性增强框架，充分利用氢能在能量存储、转换和传输方面的优势，提高系统应对极端事件的能力。通过将氢能集成到MES的规划和运行中，实现更灵活、更可靠的能源供应。
技术框架：该框架主要包含以下几个部分：1) 总结氢能在MES韧性增强中的优势和挑战；2) 提出氢能支持的MES韧性增强框架，包括韧性指标和面向事件的应急模型；3) 根据氢相关设施的类型对氢能支持的规划措施进行分类，并为规划问题制定框架；4) 将氢能支持的运行增强措施分为预防、应急和恢复三个阶段；5) 识别研究差距并指出未来研究方向。
关键创新：论文的关键创新在于提出了一个全面的氢能驱动的MES韧性增强框架，并对氢能在MES规划和运行中的应用进行了系统性的分类和总结。该框架为未来的研究和实践提供了指导，有助于更好地利用氢能提高MES的韧性。
关键设计：论文的关键设计包括：1) 对现有韧性指标和面向事件的应急模型进行总结和讨论；2) 根据氢相关设施的类型对氢能支持的规划措施进行分类；3) 将氢能支持的运行增强措施分为预防、应急和恢复三个阶段，并分别进行详细分析；4) 识别了综合韧性指标设计、时间相关事件目标场景生成、多类型时空网络物理应急建模等多个未来研究方向。
🖼️ 关键图片
📊 实验亮点
该综述性论文系统地总结了氢能在多能源系统韧性提升中的应用，提出了一个全面的增强框架，并详细分析了氢能在规划和运行阶段的作用。论文还指出了未来研究方向，为该领域的研究人员提供了宝贵的参考。
🎯 应用场景
该研究成果可应用于提高城市、工业园区等多种场景下多能源系统的韧性，增强其应对自然灾害、极端天气和网络攻击等风险的能力。通过合理规划和运行氢能设施，可以提高能源供应的可靠性和可持续性，保障社会经济的稳定运行。
📄 摘要（原文）
Ensuring resilience in multi-energy systems (MESs) becomes both more urgent and more challenging due to the rising occurrence and severity of extreme events (e.g., natural disasters, extreme weather, and cyber-physical attacks). Among many measures of strengthening MES resilience, the integration of hydrogen shows exceptional potential in cross-temporal flexibility, cross-spatial flexibility, cross-sector flexibility, and black start capability. Although many hydrogen-enabled MES resilience enhancement measures have been developed, the current literature lacks a systematic overview of hydrogen-enabled resilience enhancement in MESs. To fill the research gap, this paper provides a comprehensive overview of hydrogen-enabled MES resilience enhancement. First, advantages and challenges of adopting hydrogen in MES resilience enhancement are summarized. Then, we propose a resilience enhancement framework for hydrogen-enabled MESs. Under the proposed framework, existing resilience metrics and event-oriented contingency models are summarized and discussed. Furthermore, we classify hydrogen-enabled planning measures by the types of hydrogen-related facilities and provide some insights for planning problem formulation frameworks. Moreover, we categorize the hydrogen-enabled operation enhancement measures into three operation response stages: preventive, emergency, and restoration. Finally, we identify some research gaps and point out possible future directions in aspects of comprehensive resilience metric design, temporally-correlated event-targeted scenario generation, multi-type temporal-spatial cyber-physical contingency modeling under compound extreme events, multi-network multi-timescale coordinated planning and operation, low-carbon resilient planning and operation, and large language model-assisted whole-process resilience enhancement.