陳 賽，聶 銳，丁月婷，高 凱，2

（1.中國礦業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，江蘇徐州 221116；2.悉尼科技大學(xué)，澳大利亞悉尼 2007）

韌性（resilience）的概念最初起源于自然科學(xué)，用以描述木材或鋼鐵等材料的抗壓性[1]。1973年生態(tài)學(xué)家Holling[2]將其引入生態(tài)學(xué)領(lǐng)域，關(guān)注種群、物種和生態(tài)系統(tǒng)在不斷變化和波動的自然環(huán)境中的長期生存策略和運行機制。隨著時間的推移，有關(guān)韌性的研究從單一的生態(tài)學(xué)領(lǐng)域擴展到工程學(xué)、社會學(xué)和經(jīng)濟學(xué)等領(lǐng)域，同時，多學(xué)科的交叉融合又賦予韌性更加豐富的內(nèi)涵，韌性的研究成為當前學(xué)術(shù)界的熱點（韌性研究代表領(lǐng)域發(fā)文數(shù)量趨勢見圖1）。

圖1 1995—2017年韌性文獻統(tǒng)計分析

能源問題是任何先進社會的支柱，是經(jīng)濟增長，社會秩序和國防的必要前提[3]，能源系統(tǒng)能否正常運行關(guān)系到地區(qū)乃至國家的安全與穩(wěn)定。然而，能源系統(tǒng)作為復(fù)雜的巨系統(tǒng)，其功能、結(jié)構(gòu)在不斷升級完善的同時，也面臨著越來越多的風險，如能源供應(yīng)中斷、價格上漲、網(wǎng)絡(luò)攻擊、設(shè)備故障、勞動爭端等事件[4-5]，這些突如其來的災(zāi)害和風險可能對整個經(jīng)濟產(chǎn)生嚴重后果。例如：2003年，俄亥俄州北部幾根當?shù)仉娎|因受熱下垂導(dǎo)致大面積地區(qū)停電，電力輸送系統(tǒng)崩潰，8分鐘之內(nèi)的電力中斷影響了8個州和1個加拿大省的5 000多萬人，最終導(dǎo)致美國財政損失在4～10億美元之間[6]。2004年阿根廷經(jīng)歷的天然氣供應(yīng)中斷導(dǎo)致工業(yè)和住宅需求的發(fā)電短缺，從而對國民經(jīng)濟產(chǎn)生重大影響[5]。2008年席卷華南、西南、華中和華東的冰災(zāi)中，20個省市受到影響，13個省市的電力設(shè)施遭到破壞，停運線路36 740條、變電站2 018座，563 236基桿塔倒塌，斷線353 731處，超過170個縣市停電，直接經(jīng)濟損失超過104.5億元[7-8]。面臨日益復(fù)雜而又不可抗拒的外部環(huán)境，政府、企業(yè)及其他政策決定者應(yīng)該采取怎樣的應(yīng)對策略使能源系統(tǒng)最大限度的規(guī)避風險？不同的能源系統(tǒng)抵抗風險沖擊的能力如何？哪些因素決定了能源系統(tǒng)從受損中恢復(fù)的速度？如何使能源系統(tǒng)在沖擊發(fā)生之后恢復(fù)到更好的狀態(tài)？正是在對這一系列問題的思索和探討中，能源系統(tǒng)韌性應(yīng)運而生，近年來，有關(guān)能源系統(tǒng)韌性的文獻數(shù)量呈快速增長的趨勢（見圖1），被認為是很有潛力的研究方向。

能源系統(tǒng)韌性作為系統(tǒng)抵御風險能力的重要評價指標，國外學(xué)術(shù)界對此展開了較為廣泛而深入的研究，取得了一定成果。相比之下，目前中國對能源系統(tǒng)韌性的研究尚未全面啟動，從能源系統(tǒng)發(fā)展的實踐來看，目前中國正處于能源供給側(cè)改革、結(jié)構(gòu)優(yōu)化和新能源等量替代等復(fù)雜問題的戰(zhàn)略攻堅期，各種問題層出不窮，特別是產(chǎn)能過剩、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)失衡和環(huán)境污染等現(xiàn)象，表明中國能源系統(tǒng)對外部沖擊（價格波動、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級調(diào)整和自然災(zāi)害等）表現(xiàn)出極大的脆弱性和不適應(yīng)性，急需一種新的理念來指導(dǎo)能源系統(tǒng)的發(fā)展。因此，推廣能源韌性研究不僅有助于完善研究體系，而且可以為能源政策的實施提供新的思路和方式，具有較強的現(xiàn)實意義。

1 能源系統(tǒng)韌性的理論研究

1.1 韌性概念的起源與演變

從詞源學(xué)角度看，“Resilience”一詞源自拉丁語“resilio”，其本意是“回復(fù)到原始狀態(tài)”；16 世紀左右，法語借鑒了這個詞匯“résiler”，含有“撤回或者取消”的意味[9]；隨后牛津英語詞典將其定義為：“(1)反彈或是回彈的過程；(2)彈性”?？梢?，“韌性”一詞起源已久，經(jīng)過長期的演化發(fā)展，“韌性”在當今成為時髦的詞匯，正在超越“綠色”“可持續(xù)性”等理念成為人們時常談及的話題[10]，但在應(yīng)用中卻又處于莫衷一是的狀態(tài)，正是這一術(shù)語在應(yīng)用中的靈活性成就了對其研究的魅力和困難所在[11]。

從概念內(nèi)涵角度看，“韌性”一詞的具體含義上差別很大，可以是簡單的性質(zhì)描述，也可以是完整的理論體系[12]。不同學(xué)科分別對韌性做出了不同的定義，可謂“仁者見仁，智者見智”，主要原因在于韌性應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，在自然學(xué)科中的界定比較嚴明和準確，而社會科學(xué)對其的借鑒和改造相對靈活。但一般認為，韌性的概念自提出以來，存在兩次較為明顯的概念轉(zhuǎn)變。從最初的工程韌性到生態(tài)韌性，再到演進韌性，每一次修正和完善都豐富了韌性概念的外延和內(nèi)涵，表明了學(xué)術(shù)界對韌性認知深度的逐步提升。

工程韌性是最早被提出的認知韌性的觀點，起源于工程力學(xué)中韌性的基本思想，應(yīng)用于物理學(xué)、工程學(xué)等領(lǐng)域。從某種意義上來說，這種認知觀點最接近人們?nèi)粘＠斫獾捻g性概念，即韌性被視為一種遭受沖擊或干擾后恢復(fù)到原狀態(tài)的能力。Holling[2]最早把工程韌性的概念定義為在施加擾動之后，系統(tǒng)恢復(fù)到平衡或者穩(wěn)定狀態(tài)的能力，體現(xiàn)的是系統(tǒng)抵御沖擊的物理屬性。除此之外，Cimellaro等[13]提出，對于工程系統(tǒng)，韌性被定義為系統(tǒng)感知和承受不良事件并從破壞性事件的影響中恢復(fù)的能力。Wang等[14]認為韌性是系統(tǒng)保持較低的失敗概率以及在失敗狀況下能夠迅速恢復(fù)正常運行水準的能力?？傊@一階段的韌性主要指系統(tǒng)受壓后恢復(fù)或返回原狀態(tài)的能力，強調(diào)系統(tǒng)有且只有一個穩(wěn)態(tài)（參見圖2（a））。然而隨著學(xué)界對系統(tǒng)和環(huán)境特征及其作用機制認識的加深，傳統(tǒng)的工程韌性理論再應(yīng)用過程中逐漸呈現(xiàn)出僵化單一的缺點。

不同于工程韌性，生態(tài)韌性強調(diào)系統(tǒng)可以存在多個而非工程韌性提出的唯一平衡態(tài)，Holling[15]修正了之前關(guān)于韌性的概念界定，首次將韌性引入生態(tài)學(xué)領(lǐng)域，他提出韌性是指系統(tǒng)在承受擾動或沖擊后超越“閾值”，具有進入另一發(fā)展軌跡的可能性。Dawley等[16]和Martin[17]也認為生態(tài)彈性概念摒棄了工程彈性的“單一均衡”思想，強調(diào)系統(tǒng)在面臨沖擊或擾動時可能做出不同的反應(yīng)，體現(xiàn)了“多重均衡”的特征，具體表現(xiàn)為系統(tǒng)可能會進入低于原水平的穩(wěn)定狀態(tài)（參見圖2（b）），也可能走上衰退之路（參見圖2（c）），或進入更好的發(fā)展狀態(tài)（參見圖2（d））。綜合上述定義可以看出生態(tài)韌性實際上強調(diào)的是系統(tǒng)從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，仍然沒有能改有徹底擺脫傳統(tǒng)的均衡思想的束縛。

在此基礎(chǔ)上，學(xué)者們又提出了一種全新的韌性觀點，即演進韌性，也有部分學(xué)者稱之為適應(yīng)性韌性，二者都強調(diào)韌性的能力不應(yīng)該僅僅被視為系統(tǒng)對初始狀態(tài)的一種恢復(fù)或者狀態(tài)的穩(wěn)定，而是復(fù)雜的社會生態(tài)系統(tǒng)為回應(yīng)壓力和限制條件而激發(fā)的一種變化、適應(yīng)和升級改造的能力[18]。

圖2 能源系統(tǒng)受到干擾后作出的不同回應(yīng)[19]

綜上所述，隨著研究領(lǐng)域及目的的不斷變化，韌性概念研究呈現(xiàn)出“百花齊放”局面，其共通之處在于強調(diào)韌性是一種應(yīng)對沖擊、干擾的能力，而其爭論焦點在于對其系統(tǒng)內(nèi)部作用過程、作用結(jié)果的分歧，具體表現(xiàn)為對傳統(tǒng)韌性概念強調(diào)的“均衡性”和“穩(wěn)定性”的與現(xiàn)實韌性研究對象表現(xiàn)出來的“非均衡性”和“演化性”之間的分歧。表1從系統(tǒng)特征、平衡狀態(tài)、應(yīng)用領(lǐng)域和主要觀點等方面梳理了上述3種概念的區(qū)別。

表1 3種韌性觀點總結(jié)比較

1.2 能源系統(tǒng)韌性

基于前文對韌性的理解，本部分針對能源系統(tǒng)與能源系統(tǒng)韌性的概念、能源系統(tǒng)韌性與其他概念的關(guān)系等問題進行闡述。

1.2.1 能源系統(tǒng)

能源系統(tǒng)作為一個復(fù)雜的巨系統(tǒng)，既從屬于社會經(jīng)濟系統(tǒng)，同時也包含了不同的子系統(tǒng)，對其理解可以從不同的角度展開；從廣義角度來看，能源系統(tǒng)是將自然界的能源資源轉(zhuǎn)變?yōu)槿祟惿鐣a(chǎn)和生活所需要的特定能量服務(wù)形式（有效能）的整個過程，通常由勘探、開采、運輸、加工、分配、轉(zhuǎn)換、儲存、輸配、使用和環(huán)境保護等一系列工藝環(huán)節(jié)及其設(shè)備所組成[21]（見圖3）。從狹義角度來看，能源系統(tǒng)可以理解為“在一個既定的社會或經(jīng)濟環(huán)境中，能源獲取和使用的復(fù)合過程”[22]16,[23]，正如Pantaleo等[22]42等所述，這一定義揭示了一些重要特征：能源供給是一個系統(tǒng)（“復(fù)合過程”），具有供需平衡（“獲取和使用”），以及社會和經(jīng)濟方面的屬性。對比兩個角度，廣義角度強調(diào)了封閉循環(huán)的系統(tǒng)的存在性，而狹義角度則強調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的供給與需求平衡。從能源種類角度來看，煤炭、石油、天然氣、電力和氫能等系統(tǒng)也屬于能源系統(tǒng)；除此之外，能源系統(tǒng)還應(yīng)包括能源的等量替代系統(tǒng)等能源利用過程中的各子系統(tǒng)?？傊?，能源系統(tǒng)的邊界是根據(jù)研究目的在不斷變換的。

圖3 典型能源系統(tǒng)示意圖

1.2.2 能源系統(tǒng)韌性概念

如前所述，與韌性的概念類似，目前能源系統(tǒng)韌性的定義也存在爭議，但概括來講，能源系統(tǒng)韌性應(yīng)當歸屬于演進韌性一類，是韌性在能源系統(tǒng)中的應(yīng)用。

在為數(shù)不多的能源系統(tǒng)韌性研究中，Sharifi等[24]使用“energy”“resilien”以及“urban”等相關(guān)關(guān)鍵詞，搜索并回顧了374篇文獻，發(fā)現(xiàn)雖然學(xué)界對如何定義韌性仍未達成共識，但在眾多定義中，準備、吸收、恢復(fù)、適應(yīng)等字眼出現(xiàn)的頻率最高。進一步地，Sharifi等[24]結(jié)合了可持續(xù)和韌性的概念，提出了能源系統(tǒng)韌性為學(xué)術(shù)界普遍接受的定義：能源系統(tǒng)在面對災(zāi)害時通過一系列的準備、吸收、恢復(fù)和適應(yīng)來確保能源供給、運輸、分配的可用性、可達性、可承受性和可接受性4個方面。除此之外，還有不少定義散見于各個文獻中，例如：Chaudry等[25]在探討如何建立一個具有韌性的韌性英國能源系統(tǒng)時提出：“韌性是能源系統(tǒng)容忍干擾并繼續(xù)向消費者提供負擔得起的能源服務(wù)的能力，韌性能源系統(tǒng)可以快速從沖擊中恢復(fù)，并且可以在外部環(huán)境發(fā)生變化時提供滿足能源服務(wù)需求的替代方法”。Afgan等[26]將能源系統(tǒng)韌性定義為“能源系統(tǒng)在面臨來自氣候、經(jīng)濟、技術(shù)和社會等因素的挑戰(zhàn)時仍能夠提供和維持正常服務(wù)的能力”。Matzenbergere等[27]認為，能源系統(tǒng)韌性是系統(tǒng)應(yīng)對破壞和維持系統(tǒng)功能的一種能力，系統(tǒng)可以利用積極的機會增加或發(fā)展系統(tǒng)的韌性。Brien等[28]提出韌性能源系統(tǒng)具有適應(yīng)能力，它可以通過社會技術(shù)協(xié)同進化以最大限度地減少系統(tǒng)脆弱性、利用有利機會應(yīng)對破壞事件。上述定義雖然表述靈活，但總的來說，“有韌性”指向能源系統(tǒng)在應(yīng)對擾動、沖擊時積極的一面，正如聯(lián)合國減災(zāi)委員會（UNISDR）所指出的：韌性所體現(xiàn)出來的是人類社會與自然界共有的可貴品質(zhì)[29]。

1.2.3 能源系統(tǒng)韌性與已有概念之間的關(guān)系

長期以來，能源問題的研究舉足輕重，相關(guān)文獻卷帙浩繁，其過程中衍生了能源安全、能源效率、能源可持續(xù)、能源可靠性和能源應(yīng)急等一系列概念，那么看似意義相近的韌性與已有概念之間有著怎樣微妙的關(guān)系呢？本文對此做了簡要概述。

根據(jù)上文對能源系統(tǒng)韌性的理解，具有韌性的能源系統(tǒng)可以通過其“準備”“吸收”“恢復(fù)”“適應(yīng)”4個階段對沖擊做出的適應(yīng)性、動態(tài)處理。與能源系統(tǒng)韌性相比，能源安全是一種狀態(tài)而非對沖擊處理過程，它主要強調(diào)能源系統(tǒng)是否具備能源供需平衡、價格穩(wěn)定的條件，如不具備，則不存在進一步動態(tài)適應(yīng)調(diào)整過程。能源效率強調(diào)了能源的節(jié)能生產(chǎn)和利用，與能源韌性相比，能源高效利用或許可以增加韌性，但它只是能源系統(tǒng)高效運行的靜態(tài)影響因素，且不具備抵抗外部沖擊的含義。作為近年來研究熱點，能源可持續(xù)發(fā)展仍沒有明確統(tǒng)一的概念，相比能源系統(tǒng)韌性，該概念主要強調(diào)能源發(fā)展的代際公平以及能源發(fā)展對環(huán)境的影響而非外界沖擊對能源系統(tǒng)的影響過程，其次，該概念也不具備抵御外部沖擊的含義；能源系統(tǒng)可靠性強調(diào)了能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，同能源安全一樣強調(diào)了一種狀態(tài)。能源應(yīng)急的概念與能源系統(tǒng)韌性最為相似，都能反應(yīng)出事故發(fā)生之后能源系統(tǒng)的反應(yīng)、處理、對沖擊阻止等能力。不同的是，根據(jù)Gunderson等[30]在韌性研究中的適應(yīng)性循環(huán)理論，推動系統(tǒng)跨越閾值的關(guān)鍵力量有慢變量和快變量之分，不言而喻，應(yīng)急處理事故多為緊急發(fā)生的外部沖擊，即快變量的作用，例如火災(zāi)發(fā)生后對災(zāi)情的迅速處理。而影響能源系統(tǒng)的不僅有快變量，慢變量也是系統(tǒng)跨域閾值的關(guān)鍵因素。以電力系統(tǒng)為例，電力中斷很大程度上與慢變量的長期作用有關(guān)，比如系統(tǒng)設(shè)施年久失修等。如前所述，已有概念多注重于能源系統(tǒng)發(fā)展的某一方面，均為能源發(fā)展的目標之一，具有單一、靜態(tài)的特點。但隨著經(jīng)濟危機、氣候變化等新形勢的出現(xiàn)，人們更加關(guān)注的是系統(tǒng)的響應(yīng)、適應(yīng)等動態(tài)調(diào)整能力，因此，相較與已有概念，“韌性”適時出現(xiàn)，起到了無所不包的統(tǒng)領(lǐng)作用。

2 能源系統(tǒng)韌性的實證分析

作為較新的研究領(lǐng)域，能源系統(tǒng)韌性的實證研究較為有限，其研究思路、內(nèi)容主要集中于能源系統(tǒng)韌性的評估方面。實證發(fā)展受限的主要原因在于，能源系統(tǒng)韌性測度指標體系的選取與設(shè)定難度較大，此外，數(shù)據(jù)的可獲取性以及數(shù)據(jù)的可比性也是實證研究中無法回避的技術(shù)問題[31]。盡管如此，一些學(xué)者仍然在能源系統(tǒng)韌性的評估方面取得了建設(shè)性的成果。本文根據(jù)能源系統(tǒng)韌性的評估過程對現(xiàn)有文獻進行梳理并將其分為3個主要組成部分：指標體系構(gòu)建、評估工具選擇和評估結(jié)果分析（見圖4）。

圖4 實證分析框架

（1）指標體系構(gòu)建。為了回答如何描述能源系統(tǒng)韌性這一問題，指標體系的建立必不可少，只有通過對系統(tǒng)的分解和剖析，科學(xué)全面地選取指標才能更加準確地對能源系統(tǒng)韌性進行評價。作為評估的基礎(chǔ)階段，學(xué)者們對指標體系的構(gòu)建進行了深入的研究，但由于沒有明確界定具體研究對象，指標體系以構(gòu)建框架為主，落實到具體可計算的指標仍然較少[32]，其中具有代表性的研究是Linkov等[33]。根據(jù)美國國家科學(xué)院對韌性特征的定義，即準備、吸收、恢復(fù)和適應(yīng)，同時采用網(wǎng)絡(luò)中心運營（NCO）學(xué)說中描述的物理、信息、認和社會4個領(lǐng)域，構(gòu)建了4×4的韌性度量矩陣。Roege等[3]針對能源系統(tǒng)，對Linkov提出的評價矩陣進行了更為具體的填充。例如將原矩陣中物理、準備一格中的內(nèi)容由設(shè)備與人員的狀態(tài)能力擴展為減少能源依賴性、能源多樣性、能源存儲能力等多個方面。盡管如此，Roege等提出的指標體系仍不能直接用于計算，其指標仍需要進一步細化或者選取替代性指標進行衡量。類似的研究眾多[34]，Erker等[35-36]同樣以矩陣的方式，構(gòu)建“特征維度”與“領(lǐng)域維度”相結(jié)合的韌性矩陣，特征維度選取“暴露”“效率”“多樣性和冗余”，領(lǐng)域維度選取“住房”“工作”“供給”“移動性”。不同的是在指標選取方面，Erker不僅選擇了事實評估指標還選取了價值評估指標。除此之外，在美國桑迪亞實驗室關(guān)于電力、石油天然氣部門韌性衡量的研究報告中提出，韌性指標應(yīng)從沖擊的類型、系統(tǒng)性能、出現(xiàn)的結(jié)果等多個角度選取，而不是給出具體的可計算的指標?？梢?，在使用指標體系對能源系統(tǒng)進行描述時，并沒有一套指標體系可以適用于所有的事件[3]，學(xué)者對研究領(lǐng)域和韌性維度的選擇、指標的確定是多而范圍寬泛卻不易計算的。

（2）評估工具選擇。評估工具的選擇具有承上啟下的重要作用，既是指標選取的依據(jù)之一，也是結(jié)果分析的必經(jīng)之路。一般來說，評估工具被分為定性和定量兩大類。如前所述，通過矩陣形式建立指標體系，并分別對韌性的4個功能進行專家評分，再確定各功能的權(quán)重，以得到某一系統(tǒng)韌性的綜合得分便是典型的定性評估方式。相比定性評估，定量評估能夠幫助規(guī)劃者和決策者進行更直觀的判斷。正如美國國家科學(xué)院所闡述的那樣：“如果沒有一些評估韌性的數(shù)字基礎(chǔ)，就不可能監(jiān)測系統(tǒng)韌性的變化”[37]。定量評估最主要的做法是借助韌性演進曲線通過計算面積進行評估。韌性演進曲線源于對韌性和時間思考，Kulig等[38]57認為隨著時間的推移，加之沖擊的類型不一，韌性可能會波動，有效的韌性管理需要清楚地了解變化的時間階段。Zhou等[39]具體描繪了韌性隨時間變化的演進曲線，如圖5。隨后不少學(xué)者對韌性的演進曲線加以改造升級以適應(yīng)不同的研究。Omer等[40]等是最早利用韌性演進曲線的面積對韌性進行計算的。根據(jù)已有文獻，本文將一般韌性演進曲線在圖6中展示。圖5包含了以下三重含義：第一，韌性演進曲線一般分為4個階段，分別是準備階段（S1）、吸收階段（S2）、恢復(fù)階段（S3）、適應(yīng)階段（S4）。S1階段表示能源系統(tǒng)處在一個相對穩(wěn)定的水平，系統(tǒng)運行正常、狀態(tài)良好，對隨時可能發(fā)生的擾動具備一定的抵御能力；S2階段表示擾動發(fā)生，能源系統(tǒng)在擾動的作用下性能由P0下降至Pv；S3階段表示系統(tǒng)開始應(yīng)對擾動作出反應(yīng)，通過政策調(diào)控、啟動應(yīng)急預(yù)案等途徑，恢復(fù)系統(tǒng)性能，并在tn時刻達到穩(wěn)態(tài)；S4階段表示系統(tǒng)性能恢復(fù)到原來的狀態(tài)。第二，以吸收階段為例，由于系統(tǒng)受損程度不同，θ角的大小反應(yīng)了此階段可能出現(xiàn)3種情況，即U1、U2、U3，分別對應(yīng)系統(tǒng)性能的快速下降、逐漸下降和緩慢下降。第三，系統(tǒng)的恢復(fù)速度與結(jié)果可能不盡相同，γ角的大小使得恢復(fù)階段出現(xiàn)3種情況：V1、V2、V3，即新的穩(wěn)態(tài)與初始狀態(tài)相比，可能出現(xiàn)衰退、穩(wěn)定與進化。

圖5 災(zāi)難韌性的時間階段[38]84

圖6 演進曲線

根據(jù)上述韌性演進曲線的基礎(chǔ)模型，不同學(xué)者針對不同研究對象展開了研究。由于韌性應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，韌性曲線也在工程、生態(tài)等多領(lǐng)域應(yīng)用，其中比較基礎(chǔ)的應(yīng)用是Bruneau等[42]在對社區(qū)地震韌性的研究中描述的基礎(chǔ)設(shè)施面對災(zāi)害所呈現(xiàn)狀態(tài)（見圖7），根據(jù)曲線，Bruneau和Reinhorn等列出了韌性的計算方式（式1），并認為這是一種被科學(xué)界廣泛接受的方式。

圖7 地震韌性計算曲線

類似的研究還有Ouyang等[43]學(xué)者，作者將韌性演進曲線分為3個階段，實質(zhì)上是將上述曲線的S3與S4階段合并稱為恢復(fù)階段，提出了系統(tǒng)韌性的計算方法，即利用系統(tǒng)韌性演進曲線，計算受擾動后系統(tǒng)機能曲線與時間軸所圍成的面積與正常情況下韌性演進曲線之比。計算公式如式（2）：

式（2）中：E表示系統(tǒng)韌性方程；T表示時間；P(t)表示系統(tǒng)受擾動時系統(tǒng)機能曲線；TP(t)表示系統(tǒng)常態(tài)下的系統(tǒng)機能曲線；n表示擾動發(fā)生次數(shù)，包括不同的擾動；N(T)表示擾動在時間T內(nèi)發(fā)生的次數(shù)；tn表示第n次擾動發(fā)生的時間點；AIAn(tn)表示tn時間第n次擾動發(fā)生時受損面積。

在少數(shù)能源系統(tǒng)韌性的實證研究中，對韌性演進曲線進行應(yīng)用的代表作者是Afgan等[26]，他在研究氫能源系統(tǒng)韌性時采用了上述方法，設(shè)定韌性指數(shù)是各指標突然變化時間與恢復(fù)穩(wěn)態(tài)值時間之間可持續(xù)性指數(shù)的積分（如式3），且總韌性指數(shù)由子指標組成，即經(jīng)濟、環(huán)境、技術(shù)和社會韌性要素。

之后針對一種特殊的的演進曲線形式（見圖8），作者給出了計算方法。假設(shè)指標變化與恢復(fù)是時間的線性函數(shù)，那么韌性計算表達式為：

如果假設(shè)所有指標的指標變化均相等，則個別情況的韌性指數(shù)為：

總韌性指數(shù)是所有韌性指數(shù)的附加函數(shù)，如下所示：

圖8 特殊韌性演進曲線

韌性定量評估的第二種典型做法是基于韌性特征，借助系統(tǒng)中斷前后的性能進行評估。韌性通常與系統(tǒng)發(fā)生破壞性事件時的性能損失有關(guān)，因此，量化韌性的一個方法是測量系統(tǒng)性能的變化[44]。由于不同的系統(tǒng)通常具有不同的性能功能，因此，在不同情況下，可以通過多個性能功能來描述唯一的系統(tǒng)。本文借鑒工程韌性的評估方法，以網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)為例，闡釋韌性的評估過程，以期為能源系統(tǒng)韌性的評估提供依據(jù)。在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中相應(yīng)的韌性度量用以下等式表示[45]：

式（7）中Qinitial是需要通過網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)某跏夹畔⒘?，Qloss是由于擾動、中斷導(dǎo)致的信息丟失。無獨有偶，對于系統(tǒng)韌性的評估，F(xiàn)rancis等[46]也是從系統(tǒng)中斷前后的性能角度考慮，給出了系統(tǒng)韌性的評估公式：

韌性定量評估的第3種典型做法是將學(xué)界常用的模型應(yīng)用于能源系統(tǒng)韌性的定量評估中。例如：Maryono等[47]以經(jīng)常遭受災(zāi)害（洪水、地震和火山噴發(fā)）沖擊的印度尼西亞中爪哇省8 528個村莊為研究對象，從“管理者”的角度出發(fā)，選取管理者對“能源需求”“能源供給過程”“能源供給的基礎(chǔ)設(shè)施”“能源消費效率和行為”的努力程度以及“當?shù)卣年P(guān)注程度”五大潛在影響因素，通過結(jié)構(gòu)方程模型的實證研究得出上述五大因素對能源韌性（災(zāi)難援助、公共空間和街道照明）的實現(xiàn)有明顯的影響。He等[5]將投出產(chǎn)出的線性規(guī)劃模型應(yīng)用到能源-經(jīng)濟系統(tǒng)韌性的評估中，提出了能源-經(jīng)濟韌性恢復(fù)指標，開發(fā)了用于評估和優(yōu)化能源韌性的算法，并采用中國投入產(chǎn)出數(shù)據(jù)進行煤炭、電力部門中斷案例研究，研究發(fā)現(xiàn)2012年中國的能源-經(jīng)濟韌性與煤炭生產(chǎn)密切相關(guān)，此外，電力部門的中斷也可能導(dǎo)致經(jīng)濟中嚴重的赤字情況。Mulyono[48]運用博弈論方法對用電用戶之間的行為和互動進行模擬，認為智能電網(wǎng)可以有效應(yīng)對電力中斷，增強能源系統(tǒng)韌性。

上述能源系統(tǒng)韌性的定量計算方法由于角度不同存在一定差異。其中以韌性演進曲線與時間軸圍成的面積計算最為基礎(chǔ)，之后不同的學(xué)者從各自的角度進行了延伸與拓展，使評估具有動態(tài)化、系統(tǒng)化的特點，但同時在實際應(yīng)用中定量評估仍面臨數(shù)據(jù)獲取、計算上的挑戰(zhàn)，需進一步完善。

（3）韌性提升路徑。系統(tǒng)韌性的提升路徑是上述研究內(nèi)容的落腳點，無論是指標體系構(gòu)建、定性、定量評估還是情景模擬，最終都落實到“如何提升能源系統(tǒng)韌性”這一問題上。遵循這一研究規(guī)律，本文總結(jié)梳理了具有代表性和概括性的能源系統(tǒng)韌性提升策略。如美國桑迪亞國際實驗室從物理、政策和程序3個角度給出了提升韌性的建議[49]，例如：在物理層面上可以增加冗余電源線；在政策方面，能源中斷過程中允許使用存儲的能源；在程序方面，在災(zāi)害或者沖擊到來之前打開或者關(guān)閉相關(guān)設(shè)備。除上述提及的文獻之外，更多的文獻從韌性的準備、吸收、恢復(fù)和適應(yīng)4個過程給出提升路徑的建議。在準備系統(tǒng)階段，對可能發(fā)生的沖擊進行主動的、前期的規(guī)劃，比如完善系統(tǒng)老舊設(shè)備維護修復(fù)，加強系統(tǒng)設(shè)備的檢測，完備應(yīng)急預(yù)案等。在吸收階段，可以在能源系統(tǒng)中配備燃氣輪機、柴油發(fā)電機等常規(guī)備用機組以及風力發(fā)電機、光伏電池和儲能電池等分布式發(fā)電以增強系統(tǒng)冗余性。在恢復(fù)階段，高效的應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案、充足的應(yīng)急救災(zāi)物資儲備、可用的備用設(shè)施、以及高效執(zhí)行的災(zāi)后建設(shè)方案等，都可以提升能源系統(tǒng)的韌性。在適應(yīng)階段主要要求能源系統(tǒng)從應(yīng)對擾動事件的經(jīng)驗中學(xué)習、自我調(diào)整和適應(yīng)，以恢復(fù)到更好的、更具韌性的狀態(tài)。綜上，韌性作為一種復(fù)雜的衡量標準，提升路徑的提出一般根據(jù)其特征、階段等不同的方面拆解開來分別進行，但這些措施往往全面而不夠具體。

3 能源系統(tǒng)韌性應(yīng)用探索——以2017年中國天然氣“氣荒”事件為例

2017 年冬季，天然氣市場需求側(cè)超預(yù)期規(guī)模的增長和供給側(cè)始料未及的下降致中國部分城市出現(xiàn)天然氣供給不足的現(xiàn)象。雖然在2013—2016 年間中國也出現(xiàn)過短暫的“氣荒”，但 2017 年的“氣荒”卻是時間最長、范圍最廣的一次[50]。對“氣荒”問題原因和對策的研究很多，而能源系統(tǒng)韌性概念則為這一問題提供了新的研究視角和思路，具體分析如下。

在沒有防備的冬季，“氣荒”像狼一樣悄悄襲來。一方面，中國天然氣產(chǎn)量的不足決定了對國際天然氣市場較高的依賴度。據(jù)統(tǒng)計，2016 年中國天然氣消費量2 058億m3，產(chǎn)量1 368億m3，供需缺口近 700 億m3，對外依存度高達34%[50]。另一方面，2017 年中國天然氣進口的海外資源沒能達到預(yù)計的供應(yīng)量也是導(dǎo)致嚴重“氣荒”直接原因之一。中國的天然氣供應(yīng)從冬季前每日 1.3 億m3降至不足 1.1 億m3，使得新投運的陜京四線無法發(fā)揮作用。原定于 2017 年投產(chǎn)運營的中石化天津LNG 接收站未能如期上產(chǎn)，直接導(dǎo)致3 000萬m3供應(yīng)華北的資源未能落實。可見，天然氣系統(tǒng)在沖擊到來的準備階段，系統(tǒng)韌性較差，難以抵御危機。

當“氣荒”全面爆發(fā)，天然氣系統(tǒng)存在調(diào)峰能力不足、天然氣基礎(chǔ)設(shè)施薄弱，儲氣能力低下等問題，這正體現(xiàn)了說明天然氣系統(tǒng)冗余性不夠。根據(jù)國際天然氣聯(lián)盟（IGU）的經(jīng)驗，當天然氣對外依存度達到30%，則地下儲氣庫應(yīng)急儲備能力應(yīng)超過12%[51]。而當前中國儲氣設(shè)施的實際工作氣量約為 80 億m3。若按照 2017 年預(yù)計2 400億m3的消費量測算，儲氣量僅占年消費氣量的 3.3%。在這種情況下，低的冗余度無疑增加系統(tǒng)崩潰的風險，不利于其長期發(fā)展。

慶幸的是，在恢復(fù)階段，面對大范圍天然氣供應(yīng)緊張形勢，國家能源局與各有關(guān)地區(qū)、部門和主要油氣企業(yè)齊心協(xié)力，采用了一系列綜合性的措施：在確保安全的前提下，主要供氣企業(yè)保持其主力氣田持續(xù)高負荷生產(chǎn)天然氣；協(xié)調(diào)穩(wěn)定進口氣源；通過管網(wǎng)互聯(lián)互通實現(xiàn)“南氣北送”。通過上述舉措，“氣荒”的影響得以大幅度降低。同2005年美國在遭遇卡特里娜颶風一樣，雖然系統(tǒng)初期反應(yīng)有些遲緩，但進入應(yīng)急響應(yīng)階段后，10天之內(nèi)實現(xiàn)了新奧爾良市人口的全部撤離，居民的生命安全得意保障。

最終，天然氣價格恢復(fù)，但“氣荒”陰霾何時散去？2017年這一場“聲勢浩大”的“氣荒”并不是中國唯一的“氣荒”事件。隨著近年來中國天然氣消費迅速增長，每到冬季北方地區(qū)天然氣供求矛盾加劇，往往出現(xiàn)“氣荒”現(xiàn)象，這在一定程度上也體現(xiàn)了天然氣系統(tǒng)災(zāi)后更新、學(xué)習和適應(yīng)力并不突出，需要進一步加強以適應(yīng)長期發(fā)展。

4 總結(jié)與討論

現(xiàn)有的能源系統(tǒng)韌性研究對于探索能源系統(tǒng)應(yīng)對外界沖擊既具有重要理論啟示意義，同時也對推動能源系統(tǒng)適應(yīng)、轉(zhuǎn)型具有很強的實踐指導(dǎo)意義。但由于能源系統(tǒng)韌性研究起步較晚，加之上理論根基暫未打牢，目前學(xué)者們更多地把能源系統(tǒng)韌性當作一種概念隱喻而非學(xué)科理論來看待?；谏鲜鑫墨I梳理，本文總結(jié)現(xiàn)有能源系統(tǒng)韌性研究的不足之處及未來研究方向。

首先，能源系統(tǒng)韌性是在吸收借鑒其他學(xué)科的研究成果的基礎(chǔ)上發(fā)展而來，加之能源系統(tǒng)研究對象邊界難以確定，因而相關(guān)概念定義仍然比較模糊。未來的能源系統(tǒng)韌性研究需要在外延界定上做出突破。這一方面依賴于對現(xiàn)有能源系統(tǒng)韌性概念的概括、整合和提煉，另一方面嘗試把能源系統(tǒng)韌性概念與其他概念加以分離，使其在能源領(lǐng)域的應(yīng)用能夠獨當一面，獨樹一幟。

其次，實證研究方法比較單一，現(xiàn)有研究大多采用側(cè)重于描述性的定性研究，或僅給出能源韌性給出量化框架，定量研究嚴重不足，缺乏一套完整的能源韌性評價體系。因此，第一，要建立相對統(tǒng)一、普適性較強的評價指標體系或計算模型。第二，要拓展韌性研究的類型、范圍和方式。例如：借鑒區(qū)域經(jīng)濟研究模式，界定和縮小能源系統(tǒng)范圍，考慮如何均等發(fā)展區(qū)域能源韌性，在空間尺度上考慮這樣一種情形——一些區(qū)域能源韌性的提升是否會影響另外一個區(qū)域能源系統(tǒng)韌性的降低，在時間尺度上，討論能源系統(tǒng)韌性的演化趨勢等。第三，嘗試把已經(jīng)成熟的經(jīng)濟學(xué)模型引入能源系統(tǒng)韌性的計算中，例如可計算一般均衡模型（CGE）、社會網(wǎng)絡(luò)模型、系統(tǒng)動力學(xué)模型（SD）等。

最后，能源系統(tǒng)韌性理論為應(yīng)對外界風險災(zāi)害沖擊提供廣闊的視野和方法論基礎(chǔ)，但由于其理論在全球仍處于起步階段，因此在應(yīng)用方面，應(yīng)該更多地考慮中國特色，不能照搬照抄國外研究模式，應(yīng)當開拓創(chuàng)新，使韌性理論自身更加“韌性”以符合國情。