بخشی از مقاله
چکیده
تمدن بشري وابستگی مستقیم به انرژي دارد و با پایان پذیر بودن انرژي هاي فسیلی دچار چالش جدید و بزرگی خواهد شد. و از طرفی انرژي هاي تجدید ناپذیر تاثیر مخرب مستقیم در تولید گازهاي گلخانه اي و آلودگی محیط زیست دارند. منبع انرژي هیدروژن نسبت به سایر منابع انرژي هاي تجدیدپذیر داراي پتانسیل بسیار زیادي به عنوان حامل انرژي پاك براي آینده بشري است. بنابراین کشورهاي توسعه یافته صنعتی با جدیدیت هر چه تمام تر استفاده از این انرژي پاك را مورد توجه قرار داده اند. در این مطالعه، ما براي سنجش بهره وري نسبی تحقیق و توسعه و عملکرد کشورهاي توسعه یافته صنعتی در توسعه فن آوري انرژي هیدروژن از روش هاي تصمیم گیري چند معیاره، رویکرد فرآیند تحلیل سلسله مراتبی فازي براي تعیین وزن هاي شاخص ها و از رویکرد تشابه راه حل ایده آل فازي براي رتبه بندي کشورهاي توسعه یافته صنعتی در زمینه فعالیتهاي مرتبط با منابع انرژي هیدروژن استفاده کرده ایم .این مطالعه نشان داد که کشورهاي آمریکا، ژاپن و آلمان با فاصله اي قابل توجه در زمینه تحقیق و توسعه منابع انرژي هیدروژن از سایر کشورها پیشی گرفته اند.
کلمات کلیدي: انرژي هیدروژن؛ تحقیق و توسعه؛ تصمیم گیري چندمعیاره؛ تاپسیس فازي؛ فرآیند تحلیل سلسله مراتبی فازي
.1 مقدمه
مجموعه منابع انرژي هاي پاك روز به روز سهم بیشتري از سیستم تامین انرژي را در جهان به خود اختصاص می دهند،کشورهاي توسعه یافته صنعتی از جمله اتحادیه اروپا ، ژاپن و آمریکا بودجه قابل توجهی را براي تحقیق و توسعه فن آوري انرژي هیدروژن سرمایه گذاري کرده اند که شامل تولید و ذخیره سازي پیل سوختی وسایل نقیله ، استفاده از پیل سوختی براي تولید برق مسکونی و توسعه زیر ساخت هاي تولید انرژي هیدروژن است.در سال 1997 میلادي کنوانسیون تغییرات آب و هوایی سازمان ملل - UNFCCC - با هدف تثبیت غلظت گازهاي گلخانه اي در اتمسفر مطرح شد که به موجب آن کشورهاي صنعتی ملزم به کاهش انتشار گازهاي گلخانه اي شده اند و هدف اصلی از این کنوانسیون دستیابی به تثبیت غلظت گاز در سطحی است که مانع تداخل خطرناك فعالیتهاي بشري با سیستم آب و هوایی گرد و اطمینان حاصل شود که امنیت غذایی تهدید نمی شود و توسعه اقتصادي بطور پایدار ایجاد می گردد.[1]
بکارگیري و توسعه انرژي هیدروژن جایگزین بسیار مناسبی براي کنوانسیون سازمان ملل متحد می تواند باشد.بنابراین انرژي هیدروژن به عنوان فراوان ترین انرژي موجود در سطح زمین یکی از بهترین گزینه ها جهت ایفاي نقش حامل انرژي در این سیستم جدید می تواند باشد. انرژي هیدروژن بدلیل استقلال از منابع اولیه انرژي تجدید ناپذیر، انرژي پایدار، پاك و تجدیدپذیر می باشدکه در آینده تولید و مصرف آن بعنوان حامل انرژي به سراسر اقتصاد جهانی سرایت نموده و اقتصاد هیدروژنی تثبیت شود، به طوري که حدود % 33 از انرژي جهان در سال 2122 از هیدروژن تامین شود. با این رویکرد بسیاري بر این باورند که سوخت نهایی بشر هیدروژن بوده و بشر درآیندهاي نه چندان دور عصر هیدروژن را تجربه خواهد نمود .
با توجه به این روند رو به رشد استفاده از هیدروژن در قرن 21 ، تحقیقات فراوانی در راستاي اقتصادي و عملی کردن هر چه بیشتر این انرژي انجام می شود[2] همان گونه که در عصر حاضر انرژي غالب زندگی بشري، انرژي نفت و گاز است، اما بنا به دلایل متعدد از جمله تولید آلاینده هاي مختلف زیست محیطی ومحدودیت منابع فسیلی، نیاز به گذار به عصر هیدروژن و طراحی سیستمهاي مبتنی بر اقتصاد هیدروژنی را ضروري نموده است. انرژي هیدروژن بنا به دلایل مختلفی از جمله فراوانی، پاك بودن و بازده قابل قبول آن نقش اصلی را در معادلات انرژي آینده بازي خواهد نمود. از مهمترین ویژگیهایی که هیدروژن را متمایز از سایر سوختها میسازد میتوان به بازده بالا، انتشار بسیار ناچیز آلایندگی آن، اثرات گلخانهاي کم و برگشت پذیر بودن چرخهی آن اشاره نمود.[3]
لی و همکاران با بکارگیري روش تحلیل سلسله مراتبی براي ارزیابی رقابت کشوره در بخش فن آوري انرژي هیدروژن پرداختند.[7,8]و همچنین بهینه سازي دربهره وري انرژي و برنامه کنترل گازهاي گلخانه اي در دراز مدت براي سیاستهاي انرژي کشور کره با رویکرد تحلیل سلسله مراتبی صورت گرفت.[9] لی و همکاران در سال 2010 تحلیل هاي عملکرد اقتصادي از تحقیق وتوسعه کشورها در توسعه تکنولوژي انرژي هیدروژن براي اندازه گیري کارآیی نسبی با رویکرد یکپارچه Fuzzy AHP/DEA مورد مطالعه قرار دادند.[10] گاماس و همکاران در سال 2013 ترکیب روش Fuzzy AHP/Fuzzy-GRA براي انتخاب تکنولوژي ذخیره انرژي هیدروژن در کشور ترکیه را مورد مطالعه قرار دادند.[11]
لنجوار و همکاران در سال 2014 براي ارزیابی چند معیاره سیستم هاي انرژي هیدروژن از تئوري گراف ترکیبی و رویکرد فرآیند تحلیل سلسله مراتبی استفاده نمودند.[12] رن و همکاران در سال 2015 به مطالعه اولویت بندي نقش فن آوري تولید انرژي هیدروژن براي ترویج اقتصادي انرژي هیدروژن در وضعیت کنونی کشور چین پرداختند.[13]فرایند تحلیل سلسله مراتبی - - AHP یکی از معرو ف ترین فنون تصمیم گیري چند شاخصه است که توسط ساعتی در دهه 1970 میلادي ابداع گردیده است اساس این روش را در مقایسات زوجی - به صورت میزان نهایی جانشینی - نهفته است.[14] فرآیند تحلیل سلسله مراتبی یک ابزار ذهنی است که براي تجزیه و تحلیل معیارهاي کیفی مورد نیاز و اولویت بندي آنها مورد استفاده قرار می گیرد، فرآیند تحلیل سلسه مراتبی به تصمیم گیران کمک می کند ساختار مسائل پیچیده را به یک شکل ساده سلسله مراتبی تبدیل کرده و ارزیابی تعداد زیادي از شاخص هاي کمی و کیفی را به شیوه اي ساخت یافته ممکن می کند.
اصغرپور به نقل از ساعتی بیان می کند که هر چند روش فرایند تحلیل سلسله مراتبی، روشی براساس تحلیل مغز انسان براي مسائل پیچیده و فازي است، اما در این روش مستقیما از اعداد فازي استفاده نمی شود، بلکه فازي بودن بطور غیر مستقیم از ترجیحات گزینه ها نسبت به هم، با یک ساختار رتبه اي استفاده می شود.[ 4] طبیعی است که حل مسایل تصمیمگیري چند معیاره داراي پیچیدگی است و به راحتی امکانپذیر نمیباشد به ویژه آنکه اغلب معیارهاي موردنظر با یکدیگر تعارضداشته؛ افزایش مطلوبیت یکی میتواند باعث کاهش مطلوبیت براي دیگري شود. به همین دلیل روشهایی تحت عنوان تصمیمگیري چند معیاره - MCDM - و به ویژه تصمیمگیري چند شاخصه - MADM - توسعه داده شدهاند که به حل مسایل مزبور کمک میکنند.[5]
روشهاي چند شاخصه داراي تکنیکهاي متنوعی در مراحل مختلف تصمیمگیري هستند. در این روشها چندین گزینه بر اساس چندین معیار مختلف با هم مقایسه شده؛ بهترین گزینه یا ترتیب گزینههاي مناسب انتخاب میشوند. روشهاي تصمیم گیري چند معیاره بر پایه استدلالهاي ریاضی، بهترین گزینه تصمیمگیري را از بین گزینههاي موجود با اولویتبندي آنها تعیین میکنند.یکی از تکنیک هاي بسیار کاربردي تصمیم گیري چند شاخصه که از نوع جبرانی و در زیر گروه سازشی قرار دارد روش تشابه راه حل ایده آل - TOPSIS - است که توسط هوانگ و یون در سال 1981 مطرح گردید.در این روش m گزینه توسط n شاخص مورد ارزیابی قرار می گیرند.[6]
روش تاپسیس بر این مفهوم استوار است که گزینه انتخابی براي رتبه بندي باید کمترین فاصله را با راه حل ایده آل مثبت و بیشترین فاصله را با راه حل ایده آل منفی داشته باشد. از طرفی با توجه به اینکه در جهان واقعی به علت ابهام در داده ها و وجود عدم قطعیت، در این مقاله از داده هاي فازي استفاده کرده ایم.و بر اساس مزایا و باتوجه به کاستی هاي هر روش از رویکرد ترکیبی فرآیند تحلیل سلسه مراتبی فازي و تاپسیس فازي براي وزن دهی و رتبه بندي کارآیی تحقیق و توسعه نسبی فن آوري انرژي هیدروژن در کشورهاي توسعه یافته صنعتی استفاده کرده ایم.این مقاله به صورت چند بخش تدوین شده است.بخش اول مقدمه اي بر موضوع و ضرورت مساله و ابزارهاي بکار رفته براي موضوع مطرح شده است.بخش دوم به بیان تئوري ریاضی مساله و مجموعه اعدادفازي و تئوري فازي پرداخته شده است.
بخش سوم تئوري ریاضی روش فرآیند تحلیل سلسله مراتبی فازي براي تعیین اوزان شاخص ها بیان شده است . بخش چهارم تئوري ریاضی روش تشابه راه حل ایده آل فازي براي رتبه بندي شاخص ها بیان شده است.بخش پنجم ساختار سلسله مراتبی معیارها معرفی و ساخته شده است. بخش ششم نمایش داده هاي بدست آمده از سازمان هاي بین المللی مربوط به کشورها مشخص شده است. بخش هفتم به محاسبات عددي روش فرآیند تحلیل سلسله مراتبی فازي براي تعیین اوزان شاخص ها پرداخته شده است.بخش هشتم به محاسبات عددي روش تاپسیس فازي براي رتبه بندي گزینه ها بر اساس شاخص هاي تحقیق و توسعه فن آوري انرژي هیدروژن کشورها پرداخته شده است. در انتها نیز نتایج حاصل شده تدوین گردیده است.
.2روش شناسی تحقیق
در این مقاله با استفاده از روش هاي تصمیم گیري چند شاخصه، روش تاپسیس فازي رتبه بندي کشورهاي صنعتی در خصوص تحقیق و توسعه منابع انرژي هیدروژن انجام گرفته و اوزان معیارها از روش فرآیند تحلیل سلسه مراتبی فازي محاسبه گردیده است.
.2,1 مجموعه فازي و اعداد فازي
تئوري مجموعه هاي فازي و اعداد فازي براي نخستین بار توسط لطفعلی عسگرزاده - - 1965 استاد ایرانی الاصل دانشگاه کالیفرنیا در برکلی ارائه گردید. زمانی که داده هاي در دسترس براي حل مسائل تصمیم گیري چند معیاره ابهام و عدم قطعیت داشته باشد، از تئوري فازي استفاده می گردد.[15]باید توجه داشت که حاصلضرب دو عدد فازي مثلثی یا معکوس یک عدد فازي مثلثی،دیگر یک عدد فازي مثلثی نیست و این روابط فقط تقریبی از حاصلضرب واقعی دو عدد فازي مثلثی و معکوس یک عدد فازي مثلثی را بیان می کنند.تعریف :4 در مسائل تصمیم گیري چند معیاره فازي براي شاخص هاي کیفی مقدار عددي وجود ندارد و ارزیابی آنها بر اساس مقادیر کلامی تصمیم گیران است. مقادیر کلامی براي اوزان شاخص ها و ارزیابی گزینه ها، معادل عدد فازي مثلثی بر اساس طیف ساعتی در جدول زیر نشان داده شده است.
.2,2 فرآیند تحلیل سلسله مراتبی فازي - - Fuzzy AHP
در روش تصمیم گیري چند معیاره AHP ، فرآیند تصمیم گیري از یک ساختار سلسله مراتبی تبعیت می کند. در دهه 1970 روش AHP یا روش تحلیل سلسله مراتبی توسط توماس ال ساعتی براي حل مسائل تصمیم گیري چند معیاره طراحی شد. [16]هرچند هدف از به کارگیري روش تحلیل سلسله مراتبی به دست آوردن نظر کار شنا سان و خبرگان ا ست، با این وجود روش تحلیل سل سله مراتبی معمولی به در ستی نحوهی تفکر ان سانی را منعکس نمی کند، زیرا در مقایسه هاي زوجی این روش از اعداد دقیق استفاده می کند. لذا عدم قطعیت و نادقیق بودن مقایسه هاي زوجی مطرح می شود تصمیم گیران اغلب به علت طبیعت فازي مقایسه هاي زوجی قادر نیستند به صراحت نظرشان را در مورد برتري ها اعلام کنند. به همین دلیل در قضاوت هایشان ارائه یک بازه را به جاي یک عدد ثابت ترجیح می دهند. براي غلبه بر این مشکلات روش تحلیل سلسله مراتبی فازي ارائه شده است. که در ادامه مختصري از تئوري این روش با بکارگیري اعداد فازي ارائه خواهد شد.
گام هاي روش تحلیل سلسله مراتبی فازي
مراحل روش تحلیل سلسه مراتبی فازي به روش چنگ به شرح زیر است :
گام : 1 تشکیل نمودار سلسه مراتبی گام : 2 تعریف اعداد فازي به منظور انجام مقایسات زوجی
گام : 3 تشکیل ماتریس مقایسه زوجی - - با به کارگیري اعداد فازي
ماتریس مقایسه زوجی به صورت زیر خواهد بود:
