能源系統韌性研究進展及應用探索

陳 賽，聶 銳，丁月婷，高 凱，2

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

韌性（resilience）的概念最初起源于自然科學，用以描述木材或鋼鐵等材料的抗壓性[1]。1973年生態學家Holling[2]將其引入生態學領域，關注種群、物種和生態系統在不斷變化和波動的自然環境中的長期生存策略和運行機制。隨著時間的推移，有關韌性的研究從單一的生態學領域擴展到工程學、社會學和經濟學等領域，同時，多學科的交叉融合又賦予韌性更加豐富的內涵，韌性的研究成為當前學術界的熱點（韌性研究代表領域發文數量趨勢見圖1）。

圖1 1995—2017年韌性文獻統計分析

能源問題是任何先進社會的支柱，是經濟增長，社會秩序和國防的必要前提[3]，能源系統能否正常運行關系到地區乃至國家的安全與穩定。然而，能源系統作為復雜的巨系統，其功能、結構在不斷升級完善的同時，也面臨著越來越多的風險，如能源供應中斷、價格上漲、網絡攻擊、設備故障、勞動爭端等事件[4-5]，這些突如其來的災害和風險可能對整個經濟產生嚴重后果。例如：2003年，俄亥俄州北部幾根當地電纜因受熱下垂導致大面積地區停電，電力輸送系統崩潰，8分鐘之內的電力中斷影響了8個州和1個加拿大省的5 000多萬人，最終導致美國財政損失在4～10億美元之間[6]。2004年阿根廷經歷的天然氣供應中斷導致工業和住宅需求的發電短缺，從而對國民經濟產生重大影響[5]。2008年席卷華南、西南、華中和華東的冰災中，20個省市受到影響，13個省市的電力設施遭到破壞，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，直接經濟損失超過104.5億元[7-8]。面臨日益復雜而又不可抗拒的外部環境，政府、企業及其他政策決定者應該采取怎樣的應對策略使能源系統最大限度的規避風險？不同的能源系統抵抗風險沖擊的能力如何？哪些因素決定了能源系統從受損中恢復的速度？如何使能源系統在沖擊發生之后恢復到更好的狀態？正是在對這一系列問題的思索和探討中，能源系統韌性應運而生，近年來，有關能源系統韌性的文獻數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。

能源系統韌性作為系統抵御風險能力的重要評價指標，國外學術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韌性的研究尚未全面啟動，從能源系統發展的實踐來看，目前中國正處于能源供給側改革、結構優化和新能源等量替代等復雜問題的戰略攻堅期，各種問題層出不窮，特別是產能過剩、產業結構失衡和環境污染等現象，表明中國能源系統對外部沖擊（價格波動、產業結構升級調整和自然災害等）表現出極大的脆弱性和不適應性，急需一種新的理念來指導能源系統的發展。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，具有較強的現實意義。

1 能源系統韌性的理論研究

1.1 韌性概念的起源與演變

從詞源學角度看，“Resilience”一詞源自拉丁語“resilio”，其本意是“回復到原始狀態”；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”。可見，“韌性”一詞起源已久，經過長期的演化發展，“韌性”在當今成為時髦的詞匯，正在超越“綠色”“可持續性”等理念成為人們時常談及的話題[10]，但在應用中卻又處于莫衷一是的狀態，正是這一術語在應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，可以是簡單的性質描述，也可以是完整的理論體系[12]。不同學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用領域廣泛，在自然學科中的界定比較嚴明和準確，而社會科學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變。從最初的工程韌性到生態韌性，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涵，表明了學術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，起源于工程力學中韌性的基本思想，應用于物理學、工程學等領域。從某種意義上來說，這種認知觀點最接近人們日常理解的韌性概念，即韌性被視為一種遭受沖擊或干擾后恢復到原狀態的能力。Holling[2]最早把工程韌性的概念定義為在施加擾動之后，系統恢復到平衡或者穩定狀態的能力，體現的是系統抵御沖擊的物理屬性。除此之外，Cimellaro等[13]提出，對于工程系統，韌性被定義為系統感知和承受不良事件并從破壞性事件的影響中恢復的能力。Wang等[14]認為韌性是系統保持較低的失敗概率以及在失敗狀況下能夠迅速恢復正常運行水準的能力。總之，這一階段的韌性主要指系統受壓后恢復或返回原狀態的能力，強調系統有且只有一個穩態（參見圖2（a））。然而隨著學界對系統和環境特征及其作用機制認識的加深，傳統的工程韌性理論再應用過程中逐漸呈現出僵化單一的缺點。

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

在此基礎上，學者們又提出了一種全新的韌性觀點，即演進韌性，也有部分學者稱之為適應性韌性，二者都強調韌性的能力不應該僅僅被視為系統對初始狀態的一種恢復或者狀態的穩定，而是復雜的社會生態系統為回應壓力和限制條件而激發的一種變化、適應和升級改造的能力[18]。

圖2 能源系統受到干擾后作出的不同回應[19]

綜上所述，隨著研究領域及目的的不斷變化，韌性概念研究呈現出“百花齊放”局面，其共通之處在于強調韌性是一種應對沖擊、干擾的能力，而其爭論焦點在于對其系統內部作用過程、作用結果的分歧，具體表現為對傳統韌性概念強調的“均衡性”和“穩定性”的與現實韌性研究對象表現出來的“非均衡性”和“演化性”之間的分歧。表1從系統特征、平衡狀態、應用領域和主要觀點等方面梳理了上述3種概念的區別。

表1 3種韌性觀點總結比較

1.2 能源系統韌性

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

1.2.1 能源系統

能源系統作為一個復雜的巨系統，既從屬于社會經濟系統，同時也包含了不同的子系統，對其理解可以從不同的角度展開；從廣義角度來看，能源系統是將自然界的能源資源轉變為人類社會生產和生活所需要的特定能量服務形式（有效能）的整個過程，通常由勘探、開采、運輸、加工、分配、轉換、儲存、輸配、使用和環境保護等一系列工藝環節及其設備所組成[21]（見圖3）。從狹義角度來看，能源系統可以理解為“在一個既定的社會或經濟環境中，能源獲取和使用的復合過程”[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（“復合過程”），具有供需平衡（“獲取和使用”），以及社會和經濟方面的屬性。對比兩個角度，廣義角度強調了封閉循環的系統的存在性，而狹義角度則強調系統內的供給與需求平衡。從能源種類角度來看，煤炭、石油、天然氣、電力和氫能等系統也屬于能源系統；除此之外，能源系統還應包括能源的等量替代系統等能源利用過程中的各子系統。總之，能源系統的邊界是根據研究目的在不斷變換的。

圖3 典型能源系統示意圖

1.2.2 能源系統韌性概念

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

在為數不多的能源系統韌性研究中，Sharifi等[24]使用“energy”“resilien”以及“urban”等相關關鍵詞，搜索并回顧了374篇文獻，發現雖然學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、適應等字眼出現的頻率最高。進一步地，Sharifi等[24]結合了可持續和韌性的概念，提出了能源系統韌性為學術界普遍接受的定義：能源系統在面對災害時通過一系列的準備、吸收、恢復和適應來確保能源供給、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時提出：“韌性是能源系統容忍干擾并繼續向消費者提供負擔得起的能源服務的能力，韌性能源系統可以快速從沖擊中恢復，并且可以在外部環境發生變化時提供滿足能源服務需求的替代方法”。Afgan等[26]將能源系統韌性定義為“能源系統在面臨來自氣候、經濟、技術和社會等因素的挑戰時仍能夠提供和維持正常服務的能力”。Matzenbergere等[27]認為，能源系統韌性是系統應對破壞和維持系統功能的一種能力，系統可以利用積極的機會增加或發展系統的韌性。Brien等[28]提出韌性能源系統具有適應能力，它可以通過社會技術協同進化以最大限度地減少系統脆弱性、利用有利機會應對破壞事件。上述定義雖然表述靈活，但總的來說，“有韌性”指向能源系統在應對擾動、沖擊時積極的一面，正如聯合國減災委員會（UNISDR）所指出的：韌性所體現出來的是人類社會與自然界共有的可貴品質[29]。

1.2.3 能源系統韌性與已有概念之間的關系

長期以來，能源問題的研究舉足輕重，相關文獻卷帙浩繁，其過程中衍生了能源安全、能源效率、能源可持續、能源可靠性和能源應急等一系列概念，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系呢？本文對此做了簡要概述。

根據上文對能源系統韌性的理解，具有韌性的能源系統可以通過其“準備”“吸收”“恢復”“適應”4個階段對沖擊做出的適應性、動態處理。與能源系統韌性相比，能源安全是一種狀態而非對沖擊處理過程，它主要強調能源系統是否具備能源供需平衡、價格穩定的條件，如不具備，則不存在進一步動態適應調整過程。能源效率強調了能源的節能生產和利用，與能源韌性相比，能源高效利用或許可以增加韌性，但它只是能源系統高效運行的靜態影響因素，且不具備抵抗外部沖擊的含義。作為近年來研究熱點，能源可持續發展仍沒有明確統一的概念，相比能源系統韌性，該概念主要強調能源發展的代際公平以及能源發展對環境的影響而非外界沖擊對能源系統的影響過程，其次，該概念也不具備抵御外部沖擊的含義；能源系統可靠性強調了能源系統的穩定性，同能源安全一樣強調了一種狀態。能源應急的概念與能源系統韌性最為相似，都能反應出事故發生之后能源系統的反應、處理、對沖擊阻止等能力。不同的是，根據Gunderson等[30]在韌性研究中的適應性循環理論，推動系統跨越閾值的關鍵力量有慢變量和快變量之分，不言而喻，應急處理事故多為緊急發生的外部沖擊，即快變量的作用，例如火災發生后對災情的迅速處理。而影響能源系統的不僅有快變量，慢變量也是系統跨域閾值的關鍵因素。以電力系統為例，電力中斷很大程度上與慢變量的長期作用有關，比如系統設施年久失修等。如前所述，已有概念多注重于能源系統發展的某一方面，均為能源發展的目標之一，具有單一、靜態的特點。但隨著經濟危機、氣候變化等新形勢的出現，人們更加關注的是系統的響應、適應等動態調整能力，因此，相較與已有概念，“韌性”適時出現，起到了無所不包的統領作用。

2 能源系統韌性的實證分析

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

圖4 實證分析框架

（1）指標體系構建。為了回答如何描述能源系統韌性這一問題，指標體系的建立必不可少，只有通過對系統的分解和剖析，科學全面地選取指標才能更加準確地對能源系統韌性進行評價。作為評估的基礎階段，學者們對指標體系的構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]。根據美國國家科學院對韌性特征的定義，即準備、吸收、恢復和適應，同時采用網絡中心運營（NCO）學說中描述的物理、信息、認和社會4個領域，構建了4×4的韌性度量矩陣。Roege等[3]針對能源系統，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、準備一格中的內容由設備與人員的狀態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，構建“特征維度”與“領域維度”相結合的韌性矩陣，特征維度選取“暴露”“效率”“多樣性和冗余”，領域維度選取“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，韌性指標應從沖擊的類型、系統性能、出現的結果等多個角度選取，而不是給出具體的可計算的指標。可見，在使用指標體系對能源系統進行描述時，并沒有一套指標體系可以適用于所有的事件[3]，學者對研究領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之一，也是結果分析的必經之路。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，再確定各功能的權重，以得到某一系統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劃者和決策者進行更直觀的判斷。正如美國國家科學院所闡述的那樣：“如果沒有一些評估韌性的數字基礎，就不可能監測系統韌性的變化”[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。隨后不少學者對韌性的演進曲線加以改造升級以適應不同的研究。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）、恢復階段（S3）、適應階段（S4）。S1階段表示能源系統處在一個相對穩定的水平，系統運行正常、狀態良好，對隨時可能發生的擾動具備一定的抵御能力；S2階段表示擾動發生，能源系統在擾動的作用下性能由P0下降至Pv；S3階段表示系統開始應對擾動作出反應，通過政策調控、啟動應急預案等途徑，恢復系統性能，并在tn時刻達到穩態；S4階段表示系統性能恢復到原來的狀態。第二，以吸收階段為例，由于系統受損程度不同，θ角的大小反應了此階段可能出現3種情況，即U1、U2、U3，分別對應系統性能的快速下降、逐漸下降和緩慢下降。第三，系統的恢復速度與結果可能不盡相同，γ角的大小使得恢復階段出現3種情況：V1、V2、V3，即新的穩態與初始狀態相比，可能出現衰退、穩定與進化。

圖5 災難韌性的時間階段[38]84

圖6 演進曲線

根據上述韌性演進曲線的基礎模型，不同學者針對不同研究對象展開了研究。由于韌性應用領域廣泛，韌性曲線也在工程、生態等多領域應用，其中比較基礎的應用是Bruneau等[42]在對社區地震韌性的研究中描述的基礎設施面對災害所呈現狀態（見圖7），根據曲線，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]學者，作者將韌性演進曲線分為3個階段，實質上是將上述曲線的S3與S4階段合并稱為恢復階段，提出了系統韌性的計算方法，即利用系統韌性演進曲線，計算受擾動后系統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表示系統韌性方程；T表示時間；P(t)表示系統受擾動時系統機能曲線；TP(t)表示系統常態下的系統機能曲線；n表示擾動發生次數，包括不同的擾動；N(T)表示擾動在時間T內發生的次數；tn表示第n次擾動發生的時間點；AIAn(tn)表示tn時間第n次擾動發生時受損面積。

在少數能源系統韌性的實證研究中，對韌性演進曲線進行應用的代表作者是Afgan等[26]，他在研究氫能源系統韌性時采用了上述方法，設定韌性指數是各指標突然變化時間與恢復穩態值時間之間可持續性指數的積分（如式3），且總韌性指數由子指標組成，即經濟、環境、技術和社會韌性要素。

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。假設指標變化與恢復是時間的線性函數，那么韌性計算表達式為：

如果假設所有指標的指標變化均相等，則個別情況的韌性指數為：

總韌性指數是所有韌性指數的附加函數，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，借助系統中斷前后的性能進行評估。韌性通常與系統發生破壞性事件時的性能損失有關，因此，量化韌性的一個方法是測量系統性能的變化[44]。由于不同的系統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。本文借鑒工程韌性的評估方法，以網絡系統為例，闡釋韌性的評估過程，以期為能源系統韌性的評估提供依據。在網絡系統中相應的韌性度量用以下等式表示[45]：

式（7）中Qinitial是需要通過網絡傳輸的初始信息量，Qloss是由于擾動、中斷導致的信息丟失。無獨有偶，對于系統韌性的評估，Francis等[46]也是從系統中斷前后的性能角度考慮，給出了系統韌性的評估公式：

韌性定量評估的第3種典型做法是將學界常用的模型應用于能源系統韌性的定量評估中。例如：Maryono等[47]以經常遭受災害（洪水、地震和火山噴發）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，選取管理者對“能源需求”“能源供給過程”“能源供給的基礎設施”“能源消費效率和行為”的努力程度以及“當地政府的關注程度”五大潛在影響因素，通過結構方程模型的實證研究得出上述五大因素對能源韌性（災難援助、公共空間和街道照明）的實現有明顯的影響。He等[5]將投出產出的線性規劃模型應用到能源-經濟系統韌性的評估中，提出了能源-經濟韌性恢復指標，開發了用于評估和優化能源韌性的算法，并采用中國投入產出數據進行煤炭、電力部門中斷案例研究，研究發現2012年中國的能源-經濟韌性與煤炭生產密切相關，此外，電力部門的中斷也可能導致經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，認為智能電網可以有效應對電力中斷，增強能源系統韌性。

上述能源系統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，之后不同的學者從各自的角度進行了延伸與拓展，使評估具有動態化、系統化的特點，但同時在實際應用中定量評估仍面臨數據獲取、計算上的挑戰，需進一步完善。

（3）韌性提升路徑。系統韌性的提升路徑是上述研究內容的落腳點，無論是指標體系構建、定性、定量評估還是情景模擬，最終都落實到“如何提升能源系統韌性”這一問題上。遵循這一研究規律，本文總結梳理了具有代表性和概括性的能源系統韌性提升策略。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，在災害或者沖擊到來之前打開或者關閉相關設備。除上述提及的文獻之外，更多的文獻從韌性的準備、吸收、恢復和適應4個過程給出提升路徑的建議。在準備系統階段，對可能發生的沖擊進行主動的、前期的規劃，比如完善系統老舊設備維護修復，加強系統設備的檢測，完備應急預案等。在吸收階段，可以在能源系統中配備燃氣輪機、柴油發電機等常規備用機組以及風力發電機、光伏電池和儲能電池等分布式發電以增強系統冗余性。在恢復階段，高效的應急響應預案、充足的應急救災物資儲備、可用的備用設施、以及高效執行的災后建設方案等，都可以提升能源系統的韌性。在適應階段主要要求能源系統從應對擾動事件的經驗中學習、自我調整和適應，以恢復到更好的、更具韌性的狀態。綜上，韌性作為一種復雜的衡量標準，提升路徑的提出一般根據其特征、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 能源系統韌性應用探索——以2017年中國天然氣“氣荒”事件為例

2017 年冬季，天然氣市場需求側超預期規模的增長和供給側始料未及的下降致中國部分城市出現天然氣供給不足的現象。雖然在2013—2016 年間中國也出現過短暫的“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，中國天然氣產量的不足決定了對國際天然氣市場較高的依賴度。據統計，2016 年中國天然氣消費量2 058億m3，產量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計的供應量也是導致嚴重“氣荒”直接原因之一。中國的天然氣供應從冬季前每日 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揮作用。原定于 2017 年投產運營的中石化天津LNG 接收站未能如期上產，直接導致3 000萬m3供應華北的資源未能落實。可見，天然氣系統在沖擊到來的準備階段，系統韌性較差，難以抵御危機。

當“氣荒”全面爆發，天然氣系統存在調峰能力不足、天然氣基礎設施薄弱，儲氣能力低下等問題，這正體現了說明天然氣系統冗余性不夠。根據國際天然氣聯盟（IGU）的經驗，當天然氣對外依存度達到30%，則地下儲氣庫應急儲備能力應超過12%[51]。而當前中國儲氣設施的實際工作氣量約為 80 億m3。若按照 2017 年預計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崩潰的風險，不利于其長期發展。

慶幸的是，在恢復階段，面對大范圍天然氣供應緊張形勢，國家能源局與各有關地區、部門和主要油氣企業齊心協力，采用了一系列綜合性的措施：在確保安全的前提下，主要供氣企業保持其主力氣田持續高負荷生產天然氣；協調穩定進口氣源；通過管網互聯互通實現“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，雖然系統初期反應有些遲緩，但進入應急響應階段后，10天之內實現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，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，每到冬季北方地區天然氣供求矛盾加劇，往往出現“氣荒”現象，這在一定程度上也體現了天然氣系統災后更新、學習和適應力并不突出，需要進一步加強以適應長期發展。

4 總結與討論

現有的能源系統韌性研究對于探索能源系統應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適應、轉型具有很強的實踐指導意義。但由于能源系統韌性研究起步較晚，加之上理論根基暫未打牢，目前學者們更多地把能源系統韌性當作一種概念隱喻而非學科理論來看待。基于上述文獻梳理，本文總結現有能源系統韌性研究的不足之處及未來研究方向。

首先，能源系統韌性是在吸收借鑒其他學科的研究成果的基礎上發展而來，加之能源系統研究對象邊界難以確定，因而相關概念定義仍然比較模糊。未來的能源系統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有能源系統韌性概念的概括、整合和提煉，另一方面嘗試把能源系統韌性概念與其他概念加以分離，使其在能源領域的應用能夠獨當一面，獨樹一幟。

其次，實證研究方法比較單一，現有研究大多采用側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：借鑒區域經濟研究模式，界定和縮小能源系統范圍，考慮如何均等發展區域能源韌性，在空間尺度上考慮這樣一種情形——一些區域能源韌性的提升是否會影響另外一個區域能源系統韌性的降低，在時間尺度上，討論能源系統韌性的演化趨勢等。第三，嘗試把已經成熟的經濟學模型引入能源系統韌性的計算中，例如可計算一般均衡模型（CGE）、社會網絡模型、系統動力學模型（SD）等。

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