《RENEWABLE & SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS》：A critical review and future perspectives: How to define, assess, improve, and optimize the energy resilience for building energy systems by generalized flexible energy resources?
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本文系统综述了145篇关于建筑能源系统韧性的研究，提出涵盖气候适应性、可靠性、稳健性和传统狭义韧性的综合定义，指出当前评估指标多视角覆盖不足、改进策略缺乏整合等问题，并基于柔性能源资源开发多维度评估与优化路线图，经台风日等案例验证，显著降低运营成本并提升灾害应对能力。
张成宇|苏媛|王佳明|雷兹圭雅辛|罗志文|吴一凡|孙畅|赵天毅
大连理工大学基础设施工程学院，中国大连
摘要
本文系统地回顾了关于建筑能源系统韧性的零散研究，重点探讨了其定义、评估、改进和优化方法。通过对145篇文献的分析，发现了与停电容量相关的多种定义、30个评估参数以及28种改进策略。其中大约一半的文献进一步探讨了这些策略的优化问题。分析指出了一些关键挑战，包括缺乏涵盖不同视角（不同阶段、事件和韧性维度）的指标、综合的需求-供应-存储改进策略、现有策略的优化，以及对气候适应性、弱势群体（如老年人）和新兴技术（如人工智能）的关注。基于这些挑战，提出了一个关键问题，即需要整合包括气候适应性、可靠性、鲁棒性和传统狭义韧性在内的概念。随后提出了五个未来发展方向：加强对特定主题和条件的关注、强调对不同类型和综合灾害的响应、开发全面的评估指标、制定具有多目标优化的全周期韧性策略，以及整合基于人工智能的工具。为应对这些挑战和未来发展方向，本文试图提出一种基于多种灵活能源资源的新型韧性评估、改进和优化路线图。该路线图可以处理各种指标、事件、阶段、系统和策略，采用轻量级的评估参数和并行改进策略。一个案例研究证实了其可行性，在正常情况下年成本降低了21.13%，在台风期间节省了34,900美元。本研究为建筑能源系统韧性的定义、评估、改进和优化提供了宝贵的见解和可操作的指导。
引言
随着全球气候变化的加剧和政治不稳定性的持续，极端天气事件（如寒潮和热浪）、灾害（如地震）以及突发安全事件（如网络攻击）的发生频率和严重程度都在增加[[1], [2], [3], [4]]。由于这些事件的不可预测性和破坏性，它们常常导致城市能源供应中断或能源需求短期内激增。一方面，它们会干扰计算机、炊具和手机等基本设备；另一方面，它们会影响通风、供暖和制冷等关键服务，进而影响居住者的健康和舒适度。例如，2020年的加州热浪导致电力需求激增，促使居民减少用电以避免轮流停电[5]。2021年的德克萨斯州寒潮引发了大规模停电，影响了超过480万用户，并导致至少278人死亡[6,7]。2019年，超强台风“利基玛”在中国造成了4000多条电力线路的故障，影响了数百万居民[8]。因此，确保关键负荷的电力、供暖、燃气等能源的稳定和充足供应非常重要。
能源系统韧性是一个多方面的概念。魏等人将韧性定义为预见、吸收、从中断中恢复并适应能源供需中断的固有和适应性能力[9]。IEEE-PES（电气和电子工程师协会电力与能源分会）将韧性描述为基础设施或系统预见、吸收和适应低概率高风险事件的能力，以及承受中断并迅速恢复的能力[10]。然而，这一定义可能无法完全涵盖某些情况，例如长期气候变化（如温室效应加剧、冰川融化和降水模式变化）、常规的供应中断（如电力维护和小型管道泄漏），以及不会完全破坏能源供需机制的短期灾害。因此，需要一个更全面的定义，以涵盖各种事件、阶段（预防、抵抗和恢复）、系统（电力、热力和燃气）以及改进策略（主动和被动）。
基于现有的能源系统韧性定义，学者们越来越关注建筑能源系统的韧性评估、改进和优化。现有研究探讨了各种灾害的影响和概率、韧性评估参数、改进策略和优化方法。例如，余等人提出了冰暴下网络脆弱性和故障传播的模型，定量分析了其对能源网络的影响[10]。王等人开发了地震期间城市燃气系统的损害评估模型[11]。刘等人研究了热浪事件及其对室内过热的影响，将其分为四种类型：短暂且温和的、短暂且强烈的、长期且温和的以及长期且强烈的[12]。王等人探讨了严重对流天气对综合能源系统的影响，提出了使用光伏-储能-电动汽车（PV-Storage-EV）系统来增强恢复能力和电力供应韧性的策略[13]。郑等人提出了一个分层控制框架，协调多个住宅建筑中的电池储能、热泵和热水系统，优化舒适度、排放、电网效率和韧性[14]。基于这些近期研究，一些学者回顾了相关文献。例如，Widyatmanto等人总结了28种能源系统韧性的定义，并将其定义为在预期和意外中断中恢复的能力[15]。Monie等人指出了现有韧性评估参数中的差距和不一致性，特别是在系统恢复能力方面[16]。周等人总结了气候变化和极端事件下城市和农村能源系统的建模方法、脱碳路径和韧性改进策略[17]。Zidane等人回顾了提高电力系统韧性的策略，强调了微电网的潜力[18]。张等人回顾了热浪和寒潮期间能源供应和室内热舒适度的研究，总结了主动和被动韧性改进策略[6]。Rahman等人分析了气候变化对可再生能源效率和可靠性的影响，探讨了通过储能和智能电网等策略来增强韧性的方法[19]。Kumar等人回顾了深度强化学习在电力系统韧性中的应用，涵盖了韧性指标、电网控制、故障诊断、微电网管理和网络物理安全[20]。
然而，除了关注政策、经济和机制的综述外，具有技术视角的现有综述更多地关注稳定的能源供应，通常忽略了需求侧的韧性（如气候适应性）。同样，现有研究通常忽略了综合的能源需求-供应-存储视角下的韧性改进策略，这可能会错误地判断优先级（例如优先考虑负荷管理或增加光伏电池）和目标（如经济性、韧性和环境影响等）。此外，最近的综述更多地关注总结改进韧性的策略，而忽略了如何保持这些策略的最佳性能。因此，基于这些差距，很难提出一个涵盖各种事件、阶段、系统和策略的综合性定义和新型路线图。另一领域的一项最新研究提供了一个新的视角：Luo等人系统地提出了建筑能源灵活性资源的概念。这一概念涵盖了供应和需求侧的灵活性，包括广泛的建筑能源系统（如光伏电池等）、建筑物本身（如围护结构、暖通空调系统、电器、电动汽车等）以及居住者行为[21]。因此，有效的能源灵活性资源利用可能从多个角度（包括系统设计、运行、管理和优化）为系统韧性的改进和优化带来希望。
为了填补知识空白，本研究重点关注以下工作。
- (1)
本研究回顾了现有的韧性定义，并建议从四个维度定义韧性：狭义韧性、可靠性、鲁棒性和气候适应性。它进一步从不同角度（防御、缓解、恢复、经济、效率、环境和气候适应性等）审视了现有的评估指标，并通过时间整合能源曲线提出了新型的轻量级评估参数。
- (2)
本研究从不同角度（供应侧、需求侧、存储侧、系统升级和外部系统）回顾了现有的改进策略，并总结了这些策略进一步优化的目标函数、决策变量、约束方程和求解器。
- (3)
本文提出了关于个性化受众、与人工智能相关的技术、复合事件、轻量级评估和多目标优化的未来发展方向，并提出了依赖各种灵活能源资源的韧性改进和优化路线图，并提供了验证案例。
其余部分的结构如下：第2节讨论了纳入本综述的文献选择方法。第3节通过统计分析回顾了最近的韧性定义、评估参数和方法。第4节通过统计分析回顾了韧性改进策略及其优化。第5节提出了利用灵活能源资源在不同事件、系统、指标和阶段下的新型改进和优化路线图。第5节还讨论了局限性，第6节总结了本研究。各章的组织结构如图1所示。
方法论
本研究遵循PRISMA（系统评价和荟萃分析的优先报告项目）协议，以确保评估过程的透明度[22]。步骤如下，包括图2。
- (1)
定义关键词并搜索文献：2025年10月15日使用Web of Science、Scopus、SpringerLink、ScienceDirect和IEEE Xplore等常用数据库进行了模糊搜索，最初识别出629篇文献。
韧性定义
如引言所述，能源系统韧性是一个综合概念。Martin等人报告称，韧性是系统在结构性和制度性适应的基础上，抵御各种冲击并保持其原始发展轨迹或转向新的可持续路径的能力[24]。该定义包括一个动态过程，涉及脆弱性、抵抗性、鲁棒性和恢复力。同样，Ghanbari等人也定义了能源系统
韧性改进策略
在进行多期和多维度韧性评估之后，下一个关键问题是如何提高系统韧性。鉴于韧性涵盖四个维度，改进韧性的策略可能因维度而异。由于它们之间的相互联系，许多策略同时针对多个方面。例如，提高建筑围护结构的性能可以减少冷却和供暖负荷，这对短期停电有益
发展与挑战总结
图10(a)–10(f)展示了关键研究领域之间的相关性。图中的数值刻度和线条粗细代表相应的文献数量。
在研究主题方面，大多数文献关注狭义韧性，其次是气候适应性和可靠性（比例相似），最后是鲁棒性。对于与狭义韧性相关的文献，大约三分之二的文献独立讨论了狭义韧性，而三分之一的文献
结论
本文系统地总结了最近145篇关于建筑和社区中能源系统韧性评估、改进和优化的文献，从技术角度进行了总结。
大多数现有研究集中在使用光伏电池在停电期间维持负荷供应，并优化建筑围护结构以适应长期变暖。最近的研究提出了停电处理能力的综合定义，报告了三十种
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
致谢
作者感谢博士后奖学金计划和中国博士后科学基金会（资助编号：BX20250055、GZB20240379）、国家自然科学基金（资助编号：52478080、52408101、52508123）、辽宁省自然科学基金联合基金（资助编号：2023-MSBA-023）、以及大连理工大学的2025年国际交流基金“共创卓越计划”项目（资助编号：DUTIO-ZG-202503）的支持
