《工程進(jìn)展》期刊發(fā)表的一項(xiàng)新研究顯示，在伊朗東南部扎布爾市，一套專為住宅樓設(shè)計(jì)的離網(wǎng)可再生能源系統(tǒng)可通過(guò)加裝反滲透海水淡化裝置，將夏季富余的太陽(yáng)能與風(fēng)能轉(zhuǎn)化為淡水，并使整個(gè)系統(tǒng)的度電成本從0.1187美元降至0.1043美元。該“水-能-經(jīng)濟(jì)-環(huán)境”綜合優(yōu)化方案通過(guò)利用原本會(huì)被棄用的過(guò)剩電力生產(chǎn)高價(jià)值淡水，實(shí)現(xiàn)了整體成本的下降。

針對(duì)中東、北非及南亞部分干旱半干旱地區(qū)面臨的水電雙重短缺問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)利用當(dāng)?shù)貧庀髷?shù)據(jù)對(duì)一棟23層、含161套公寓（居住408人）的住宅樓進(jìn)行了全年8760小時(shí)的逐時(shí)用電模擬。扎布爾市夏季干球溫度高達(dá)43.1攝氏度，制冷負(fù)荷大，且臨近阿曼海，具備海水淡化條件。研究對(duì)比了兩種配置：僅由光伏、風(fēng)機(jī)和電池供電的A場(chǎng)景，以及增加反滲透淡化單元吸收多余發(fā)電量的B場(chǎng)景。

技術(shù)建模涵蓋多個(gè)關(guān)鍵參數(shù)。光伏組件采用五層熱模型，單塊580瓦面板參考效率為22.47%，溫度系數(shù)為每攝氏度0.3%，在高溫環(huán)境下直接影響輸出功率。風(fēng)機(jī)出力基于輪轂高度風(fēng)速計(jì)算，切入、額定和切出風(fēng)速分別為3、12和25米/秒。儲(chǔ)能系統(tǒng)考慮了自放電、85%充電效率和91.55%逆變器效率；反滲透模型則追蹤原水泵送功率、濃水排放能耗及淡水回收率。

研究采用NSGA-II多目標(biāo)遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)Zui小化度電成本、度水成本和碳排放量（以生命周期二氧化碳當(dāng)量計(jì)）。其中電池儲(chǔ)能的碳足跡Zui高，達(dá)每千瓦小時(shí)容量64.30千克二氧化碳當(dāng)量，遠(yuǎn)高于光伏的0.08和風(fēng)電的0.01。算法在200個(gè)種群下運(yùn)行500代，決策變量包括光伏模塊數(shù)量、風(fēng)機(jī)臺(tái)數(shù)、電池與淡化裝置容量，并嚴(yán)格約束水電需求必須全天候滿足。結(jié)合TOPSIS決策法對(duì)不同利益相關(guān)方權(quán)重進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示權(quán)重分配直接改變Zui優(yōu)配置：側(cè)重成本會(huì)擴(kuò)大光伏陣列并降低度電成本，側(cè)重環(huán)保則推動(dòng)系統(tǒng)向低碳設(shè)計(jì)傾斜。優(yōu)化后電池容量分布在約3200至3630千瓦小時(shí)，淡化能力在203至231立方米之間。

發(fā)電曲線揭示了混合設(shè)計(jì)在當(dāng)?shù)氐母咝?。典型七月全天風(fēng)力發(fā)電維持在較高水平，僅在純電力場(chǎng)景下輸出144千瓦小時(shí)；光伏出力呈鐘形曲線，典型二月日峰值達(dá)640千瓦小時(shí)（13:00左右）。在年中月份，兩者疊加使集成場(chǎng)景日發(fā)電量峰值達(dá)8053千瓦小時(shí)，年末邊緣月份降至1540至1674千瓦小時(shí)。八月總發(fā)電量Zui高達(dá)233955千瓦小時(shí)，而七月峰值需求為116214千瓦小時(shí)。儲(chǔ)能管理策略較為保守，日間充電夜間放電，但深度放電限制在20%以內(nèi)以保護(hù)電池壽命。五月清晨在無(wú)風(fēng)無(wú)光時(shí)段儲(chǔ)能曾降至1338千瓦小時(shí)，而九月白天在光照與風(fēng)力支撐下，電池可維持3390千瓦小時(shí)的穩(wěn)定平臺(tái)期。

經(jīng)濟(jì)性分析表明，系統(tǒng)需按冬季Zui缺電時(shí)期進(jìn)行容量規(guī)劃，導(dǎo)致夏季純電力場(chǎng)景發(fā)電量遠(yuǎn)超需求，大量富余電力未被利用。集成淡化裝置吸收了夏季發(fā)電高峰，將潛在棄電轉(zhuǎn)化為淡水，提升了系統(tǒng)整體利用率，因此盡管總裝機(jī)容量更大（光伏陣列擴(kuò)大但風(fēng)機(jī)數(shù)量減少），集成場(chǎng)景的度電成本反而更低。度水成本對(duì)權(quán)重選擇敏感，淡化目標(biāo)優(yōu)先級(jí)越高，度水成本越低。集成場(chǎng)景因增加了淡化設(shè)備的隱含與運(yùn)行排放，總體碳足跡有所上升，但環(huán)保權(quán)重能有效引導(dǎo)優(yōu)化器選擇低排放設(shè)計(jì)。

作者指出模型存在局限，假設(shè)部件供應(yīng)理想，未計(jì)入電池、面板和淡化膜的老化衰減，且僅反映單一地點(diǎn)與建筑類型。未來(lái)工作將納入老化建模、蒙特卡洛天氣與價(jià)格不確定性分析，并在其他氣候區(qū)與建筑類型中驗(yàn)證，同時(shí)探索氫能或生物質(zhì)能以增加靈活性。該框架數(shù)學(xué)模型與優(yōu)化結(jié)構(gòu)具有場(chǎng)地獨(dú)立性，只需更新本地資源與需求數(shù)據(jù)即可遷移至其他缺水地區(qū)。對(duì)于水電同題的社區(qū)而言，原本可能被浪費(fèi)的富余綠電，恰好是保障供水的關(guān)鍵補(bǔ)充。