化石燃料能源对能源安全有着重要影响。因为第一次石油危机对大多数国家的经济造成了严重的损害,石油供应安全被认为是能源安全的一个重要方面。人们对能源安全和石油供应中断所引起的相关能源安全问题的关注日益增加。从微观和宏观层面的能源安全决策、能源效率以及环境绩效对国家和地区层具有直接影响,因此,本论文对衡量能源安全、能源效率、环境绩效以及可再生能源进行研究,并提出了解决南亚地区的能源三难困境的科学方案。首先,我们以衡量石油供应脆弱性的指数来衡量能源安全,进而比较世界前15个石油进口南亚国家。能源安全指数包括进口石油占GDP比重、市场流动性、地缘政治风险、人均GDP、多元化、进口石油占消费比重、运输风险、油价波动、美元波动等综合指标。综合指标(composite indicator,CI)和主成分分析(principal component analysis,PCA)是两种常用的方法将上述指标结合起来。虽然已经有许多技术用于评价石油脆弱性指数,如DEA等模型和马科维茨投资组合理论,但没有一种方法将主成分分析和综合指标结合起来,形成石油脆弱性指数。研究结果显示,南亚国家的经济、供应和整体石油脆弱性风险最高;而第二组国家,如比利时、泰国、西班牙、荷兰、日本、韩国、印度和中国,与南亚国家相比,风险相对较小。相反,第三类国家是加拿大、新加坡、英国、法国、意大利、德国和美国,它们被认为是最不脆弱的国家。其次,为了衡量能源效率,我们使用DEA模型计算南亚的环境绩效。与能源安全指数相似,我们采用了常用权重DEA类复合指标来衡量基于能效指数的弱相关综合指标集。结果表明,不丹是一个能源安全与环境绩效最好的国家,巴基斯坦的能源安全与环境绩效呈下降趋势,斯里兰卡和印度的能源安全与环境绩效表现较好;值得注意的是孟加拉国、尼泊尔和阿富汗的能源安全与环境绩效呈现下降趋势。基于研究结果本文提出对策如下:为了实现长期的能源效率和环境绩效促进可再生能源的跨境贸易。第三,没有能源效率,能源安全和环境措施就不完整,因此迫切需要对能源效率进行衡量。为了满足国家能源政策的需求,减少碳排放已成为发展中国家应对全球变暖的基本任务之一。本章采用slack-based DEA模型,从环境绩效的角度衡量能源消耗(PEC)、碳排放和经济环境效率。结果表明,澳大利亚、中国、日本、沙特阿拉伯和波兰的能源效率被认为是表现最好的国家,而墨西哥、印度尼西亚、俄罗斯和巴西被认为是所有入选国家中效率最低的国家。此外,俄罗斯的能源强度得分最高,而波兰得分最低。在二氧化碳排放效率方面,巴西、法国和沙特阿拉伯被认为是有效的,而9个国家的得分低于0.5。结果表明,大多数国家在经济效率方面表现比环境效率更好。最后,环境科学家已经达成共识,确保不间断清洁和绿色能源的供应,集成可再生能源可以进一步增加能源安全和环境绩效。因此本章我们开发了一种新的混合数学模型,将风速范围与对数定律结合起来,得出巴基斯坦风力发电制氢的风能潜力。我们已经在所有地点发现了商业上可行的制氢能力。所有被考虑的地点都有可能产生过量的风能产生可再生氢。如果利用风力发电的全国总能力,巴基斯坦每天可生产51,917,000.39公斤可再生氢。根据我们的研究结果,我们建议汽车和其他交通工具可以使用氢燃料,以节约石油和天然气资源,从而减少能源短缺,为应对气候变化和全球变暖做出贡献。此外,氢也可以用来补充城市能源需求。