張春杰

山東力諾瑞特新能源有限公司 山東 濟(jì)南 250000

隨著人們對環(huán)境保護(hù)和能源可持續(xù)性的重視，空氣源熱泵等清潔能源技術(shù)得到廣泛應(yīng)用。然而，由于能源系統(tǒng)的復(fù)雜性和不確定性，如何評估空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)的韌性成了一個熱點問題。PSR模型作為一種綜合評價模型，可以在考慮多因素交互作用的同時，對系統(tǒng)韌性進(jìn)行評估。因此，本文旨在基于PSR模型，構(gòu)建空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)的韌性評估體系，為該領(lǐng)域的研究提供理論基礎(chǔ)和實踐指導(dǎo)。

1 PSR模型的概念和特點

PSR模型是一種綜合評價模型，用于分析和評估系統(tǒng)的韌性。PSR模型的名稱來源于三個基本元素：壓力（Pressure）、狀態(tài)（State）、響應(yīng)（Response）。這三個元素描述了系統(tǒng)的內(nèi)部機(jī)制、外部環(huán)境和系統(tǒng)對外部環(huán)境的響應(yīng)能力。PSR模型的基本思想是將系統(tǒng)看作一個整體[1]，將各種因素視為相互依存、相互影響的系統(tǒng)要素，并通過對這些要素的評價，得出系統(tǒng)的韌性評估結(jié)果。

PSR模型具有以下特點。PSR模型采用系統(tǒng)思維的方法，將系統(tǒng)看作一個整體進(jìn)行分析和評價；PSR模型考慮了系統(tǒng)內(nèi)部機(jī)制和外部環(huán)境的影響因素，以及系統(tǒng)對外部環(huán)境的響應(yīng)能力；PSR模型采用定量分析的方法，可以對系統(tǒng)的韌性進(jìn)行精確評估；PSR模型可適用于不同類型的系統(tǒng)，如能源系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)、社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)等。

2 PSR模型的應(yīng)用方法和步驟簡述

PSR模型的應(yīng)用方法主要包括以下幾個方面。對待評估系統(tǒng)進(jìn)行深入分析，明確系統(tǒng)內(nèi)部的各個要素，以及系統(tǒng)與外部環(huán)境之間的相互作用關(guān)系；針對系統(tǒng)內(nèi)部的各個要素，選取相應(yīng)的評價指標(biāo)進(jìn)行評價，以了解各個要素的狀態(tài)和對整個系統(tǒng)的影響程度[2]；根據(jù)各個要素的評價結(jié)果，對整個系統(tǒng)進(jìn)行綜合評價，得出系統(tǒng)的韌性評估結(jié)果；對評估結(jié)果進(jìn)行分析，明確系統(tǒng)的優(yōu)勢和不足之處，并提出相應(yīng)的改進(jìn)建議。

具體的步驟如下：明確需要進(jìn)行韌性評估的系統(tǒng)和對象；根據(jù)系統(tǒng)的特點和評估目的，選取相應(yīng)的評價指標(biāo)進(jìn)行評估；收集系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)和信息，建立系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫；對選取的評價指標(biāo)進(jìn)行量化處理，以便進(jìn)行綜合評價；對各個評價指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)綜合，得出系統(tǒng)的韌性評估結(jié)果；對評估結(jié)果進(jìn)行分析，得出系統(tǒng)的優(yōu)勢和不足之處，并提出相應(yīng)的改進(jìn)建議；根據(jù)評估結(jié)果，得出結(jié)論和建議，為系統(tǒng)的改進(jìn)和優(yōu)化提供決策支持。

總之，PSR模型是一種綜合評價模型，其應(yīng)用方法和步驟主要包括系統(tǒng)分析、要素評價、綜合評價、結(jié)果分析等環(huán)節(jié)。通過該模型的評估，可以更好地了解系統(tǒng)的韌性和優(yōu)化方向，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。

3 空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)韌性評估指標(biāo)和評價方法

3.1 韌性評估指標(biāo)的選擇

在進(jìn)行空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)的韌性評估時，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的特點和評估目的，選取相應(yīng)的評價指標(biāo)進(jìn)行評估。以下是一些可能的韌性評估指標(biāo)。系統(tǒng)可靠性指系統(tǒng)在長期運行過程中，各個部件的可靠程度以及整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用指標(biāo)包括平均故障間隔時間、平均修復(fù)時間等；系統(tǒng)安全性指系統(tǒng)在正常運行過程中，對人身和財產(chǎn)安全的保障程度。常用指標(biāo)包括事故發(fā)生概率、事故后果等；系統(tǒng)適應(yīng)性指系統(tǒng)在應(yīng)對外部環(huán)境變化時的適應(yīng)能力。常用指標(biāo)包括對氣候變化的適應(yīng)性、對負(fù)荷變化的適應(yīng)性等；系統(tǒng)可維護(hù)性指系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和修理時的便捷程度。常用指標(biāo)包括維護(hù)成本、維護(hù)難度等；系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性指系統(tǒng)的投資和運行成本。常用指標(biāo)包括投資成本、能耗成本等[3]。

3.2 韌性評估方法的選擇

根據(jù)所選定的評價指標(biāo)，選擇相應(yīng)的評估方法進(jìn)行韌性評估。常用的評估方法包括通過對系統(tǒng)故障發(fā)生的可能性、故障影響的程度、故障傳遞的路徑等進(jìn)行分析，評估系統(tǒng)的可靠性和安全性；將多個評價指標(biāo)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，得出指標(biāo)之間的相關(guān)程度，從而評估系統(tǒng)的綜合適應(yīng)能力；通過對系統(tǒng)各個部件的失效模式和影響進(jìn)行分析，評估系統(tǒng)的可靠性和安全性；對系統(tǒng)的投資成本、運行成本和維護(hù)成本進(jìn)行綜合分析，評估系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。綜合運用以上方法，可以得出空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)的韌性評估結(jié)果，并提出相應(yīng)的改進(jìn)建議。

4 空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)韌性評估體系構(gòu)建

4.1 空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)韌性評估邏輯和方法

（1）評估邏輯構(gòu)建

空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)韌性評估邏輯構(gòu)建包括以下步驟。確定空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)韌性評估的目的和范圍，包括評估的對象、評估的時間范圍等；根據(jù)評估目的和范圍，選取與韌性相關(guān)的評估指標(biāo)，并確定其量化方法，如平均故障間隔時間、事故發(fā)生概率、對氣候變化的適應(yīng)能力等；根據(jù)選取的評估指標(biāo)，建立指標(biāo)體系和層次結(jié)構(gòu)，明確各指標(biāo)之間的相互關(guān)系和影響；根據(jù)建立的指標(biāo)體系和層次結(jié)構(gòu)，確定評估方法和數(shù)據(jù)來源，如實地調(diào)查、文獻(xiàn)資料、專家訪談等；按照確定的評估方法和數(shù)據(jù)來源，采集和處理評估數(shù)據(jù)，獲得各指標(biāo)的具體值；根據(jù)指標(biāo)的重要性和權(quán)重，確定各指標(biāo)的權(quán)重，以反映各指標(biāo)在整個評估體系中的相對重要性；根據(jù)采集和處理的評估數(shù)據(jù)，對評估結(jié)果進(jìn)行分析和解釋，以評估空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)的韌性狀況，并提出改進(jìn)建議；將評估結(jié)果應(yīng)用于空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)的規(guī)劃、設(shè)計、運營和維護(hù)等環(huán)節(jié)，以提高其韌性水平，并將評估體系推廣到其他綜合能源系統(tǒng)中。

（2）評估方法選取

空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)韌性評估需要綜合考慮多個因素，包括系統(tǒng)的可靠性、可用性、安全性、適應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)性等[4]。因此，評估方法應(yīng)該包括定量和定性方法，綜合運用多種評估手段，以得到更加準(zhǔn)確和全面的評估結(jié)果。

定量方法可以采用統(tǒng)計分析、模型模擬、數(shù)據(jù)挖掘等方法，對系統(tǒng)性能指標(biāo)進(jìn)行量化評估。例如，可以通過分析系統(tǒng)故障數(shù)據(jù)，計算出系統(tǒng)的平均故障間隔時間（MTBF）、平均修復(fù)時間（MTTR）等指標(biāo)，以評估系統(tǒng)的可靠性和可用性。另外，可以采用能耗、效益等指標(biāo)對系統(tǒng)對氣候變化的適應(yīng)能力進(jìn)行量化評估。

定性方法可以采用專家評估、問卷調(diào)查等方法，對系統(tǒng)的安全性、適應(yīng)性等指標(biāo)進(jìn)行主觀評價。例如，可以通過對用戶進(jìn)行問卷調(diào)查，了解用戶對系統(tǒng)安全性的評價，以評估系統(tǒng)的安全性。綜合運用定量和定性方法，可以得到更加準(zhǔn)確和全面的評估結(jié)果，從而為系統(tǒng)的優(yōu)化和改進(jìn)提供依據(jù)。

（3）評估體系適用范圍和應(yīng)用價值

評估體系適用于對空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)的韌性進(jìn)行評估。其適用范圍包括不同規(guī)模和類型的空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)，包括建筑物、工業(yè)廠房、公共設(shè)施等。評估體系的應(yīng)用價值在于，能夠?qū)ο到y(tǒng)的韌性進(jìn)行客觀、定量的評估，為系統(tǒng)的設(shè)計、建設(shè)和運營提供科學(xué)依據(jù)。同時，評估結(jié)果也可以為政府部門和相關(guān)利益方提供決策支持，促進(jìn)空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

4.2 空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)評估指標(biāo)體系構(gòu)建依據(jù)和原則

（1）評估指標(biāo)體系構(gòu)建依據(jù)

空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)評估指標(biāo)體系的構(gòu)建依據(jù)包括以下幾個方面。韌性是系統(tǒng)對外界干擾、突發(fā)事件或意外情況的抵御能力，是評價系統(tǒng)安全可靠性的重要指標(biāo)之一。對于空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)而言，其韌性屬性涉及系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、安全性等方面，因此需要構(gòu)建相關(guān)的評價指標(biāo)；空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)在運行過程中，會受到氣候變化、負(fù)荷變化等多種因素的影響，因此需要考慮系統(tǒng)的運行特點，包括能耗、效益、負(fù)荷響應(yīng)能力、運行靈活性等方面；對于空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)而言，國內(nèi)外已經(jīng)建立了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，例如《建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》《空氣源熱泵熱水器》等，這些標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范提供了評價指標(biāo)的一些基礎(chǔ)和參考；針對空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)韌性評估的研究已經(jīng)有一定的積累，包括國內(nèi)外的文獻(xiàn)、專利等，這些成果提供了評價指標(biāo)的參考和借鑒。

（2）評估指標(biāo)體系構(gòu)建原則

在構(gòu)建空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)評估指標(biāo)體系時，應(yīng)遵循以下原則。評估指標(biāo)體系應(yīng)該覆蓋評估對象的各個方面，綜合考慮各種因素對系統(tǒng)韌性的影響；評估指標(biāo)體系應(yīng)該包含可以比較的指標(biāo)，以便對不同系統(tǒng)或不同方案進(jìn)行評估比較；評估指標(biāo)應(yīng)該具有實際可操作性，以方便系統(tǒng)的實際應(yīng)用和指標(biāo)的測量；評估指標(biāo)應(yīng)該可以進(jìn)行定量或半定量的測量和評估；評估指標(biāo)應(yīng)該與實際應(yīng)用相關(guān)，并能提供有關(guān)系統(tǒng)韌性改進(jìn)的建議和措施；評估指標(biāo)應(yīng)該具有靈活性，以適應(yīng)不同的評估目的和需求。

4.3 空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)評估指標(biāo)體系初構(gòu)

針對空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)韌性評估，可以初步篩選以下指標(biāo)。故障率和平均故障間隔時間（MTBF）指系統(tǒng)發(fā)生故障的頻率和平均故障間隔時間，反映系統(tǒng)的可靠性；平均修復(fù)時間（MTTR）指在發(fā)生故障后，平均修復(fù)該故障所需的時間，反映系統(tǒng)的可修復(fù)性；事故發(fā)生概率和事故后果指在單位時間內(nèi)系統(tǒng)發(fā)生事故的概率以及事故后果，包括人身傷害、財產(chǎn)損失等，反映系統(tǒng)的安全性[5]；對氣候變化的適應(yīng)能力可以從能耗、效益等方面來考慮，反映系統(tǒng)的抗氣候變化能力；對負(fù)荷變化的適應(yīng)能力可以從負(fù)荷響應(yīng)能力、運行靈活性等方面來考慮，反映系統(tǒng)的抗負(fù)荷變化能力；維護(hù)成本和維護(hù)難度指維護(hù)和修理系統(tǒng)所需的費用以及維護(hù)所需時間、技術(shù)要求等，反映系統(tǒng)的維護(hù)成本和維護(hù)難度；投資成本和能耗成本指設(shè)備和工程建設(shè)費用以及系統(tǒng)運行過程中所需能源的成本，反映系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)具體情況，還可以根據(jù)實際需要進(jìn)一步添加或調(diào)整評估指標(biāo)。

4.4 空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)評估指標(biāo)選取過程

（1）系統(tǒng)韌性指標(biāo)的劃分和選取

針對空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)的韌性評估，需要選擇與該系統(tǒng)相關(guān)的韌性指標(biāo)。下面是一些可能的指標(biāo)。熱泵系統(tǒng)的運行可靠性包括熱泵設(shè)備的故障率、平均故障間隔時間等方面的指標(biāo)；熱泵系統(tǒng)的能效表現(xiàn)包括熱泵系統(tǒng)的COP值、能量回收利用率等方面的指標(biāo)；系統(tǒng)的適應(yīng)性和靈活性指系統(tǒng)對于不同工況和環(huán)境變化的適應(yīng)能力，如對于氣候變化的適應(yīng)性、對于不同負(fù)荷需求的靈活性等；系統(tǒng)的安全性包括系統(tǒng)的安全設(shè)施和控制措施，以及應(yīng)對突發(fā)情況的應(yīng)急預(yù)案等方面的指標(biāo)；系統(tǒng)的環(huán)境影響指系統(tǒng)的環(huán)境影響和生態(tài)可持續(xù)性，如系統(tǒng)的溫室氣體排放量、噪聲污染等方面的指標(biāo)；系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性指系統(tǒng)的投資成本、運營成本、維護(hù)成本等方面的指標(biāo)；系統(tǒng)的社會影響指系統(tǒng)對社會的影響，如就業(yè)創(chuàng)造、居民生活品質(zhì)提升等方面的指標(biāo)。

根據(jù)以上指標(biāo)，可以進(jìn)一步將它們劃分為不同的層級，如一級指標(biāo)、二級指標(biāo)和三級指標(biāo)，從而構(gòu)建出一個完整的評估指標(biāo)體系。

（2）對氣候變化的適應(yīng)能力指標(biāo)的劃分和選取

對氣候變化的適應(yīng)能力是評估空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)韌性的重要指標(biāo)之一。根據(jù)氣候變化對系統(tǒng)影響的不同方面，可以將其分為以下幾個方面。暑熱和寒冷天氣的適應(yīng)能力包括系統(tǒng)在高溫、低溫條件下的性能表現(xiàn)和適應(yīng)措施，例如在高溫下，系統(tǒng)的制冷性能是否能夠滿足需求，是否存在過載運行的風(fēng)險；在低溫下，系統(tǒng)的制熱性能是否能夠滿足需求，是否存在凍結(jié)等問題；水資源供給的適應(yīng)能力包括系統(tǒng)對于水資源供應(yīng)不足或者水質(zhì)變差等情況的應(yīng)對措施，例如是否具備水循環(huán)利用的功能，是否能夠自適應(yīng)的調(diào)節(jié)水資源的使用量等；自然災(zāi)害的適應(yīng)能力包括系統(tǒng)對于洪水、臺風(fēng)、暴雨等極端天氣情況的應(yīng)對措施，例如系統(tǒng)是否具備自動停機(jī)保護(hù)功能，是否具備安全防護(hù)措施等；突發(fā)事件的適應(yīng)能力包括系統(tǒng)對于停電、供電質(zhì)量下降等突發(fā)事件的應(yīng)對措施，例如是否具備備用電源，是否能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)自主運行等。

因此，在評估空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)韌性的過程中，需要考慮以上方面的因素，并結(jié)合實際情況選擇合適的指標(biāo)進(jìn)行評估。常用的指標(biāo)包括系統(tǒng)的制冷/制熱能力、系統(tǒng)的負(fù)載適應(yīng)能力、水資源利用率、備用電源容量等。

（3）對負(fù)荷變化的適應(yīng)能力指標(biāo)的劃分和選取

針對空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)在負(fù)荷變化方面的韌性，可以考慮以下指標(biāo)的劃分和選取。系統(tǒng)負(fù)荷平衡能力指標(biāo)評估系統(tǒng)在面對快速負(fù)荷變化時，是否能夠迅速地進(jìn)行調(diào)整，使得系統(tǒng)的負(fù)荷得到平衡，避免負(fù)荷過載或過低。衡量方法可以是通過模擬實際負(fù)荷變化情況下，系統(tǒng)的負(fù)荷平衡速度和調(diào)整能力來評估；備用能力指標(biāo)評估系統(tǒng)在面對負(fù)荷變化時，是否有足夠的備用能力來應(yīng)對。備用能力可以是系統(tǒng)中備用熱泵或備用電源的數(shù)量和容量，或者是系統(tǒng)中其他備用能源設(shè)備的數(shù)量和容量等。衡量方法可以是通過模擬實際負(fù)荷變化情況下，系統(tǒng)備用能力的使用情況來評估；負(fù)荷柔性指標(biāo)評估系統(tǒng)在面對負(fù)荷變化時，能否通過調(diào)整系統(tǒng)運行方式來適應(yīng)負(fù)荷的變化。比如，調(diào)整熱泵運行模式、調(diào)整儲能設(shè)備的放電時機(jī)等。衡量方法可以是通過模擬實際負(fù)荷變化情況下，系統(tǒng)運行模式的靈活性和可調(diào)性來評估；儲能設(shè)備容量指標(biāo)評估系統(tǒng)中儲能設(shè)備的容量是否足夠應(yīng)對負(fù)荷變化帶來的能源波動。

5 結(jié)束語

通過本文研究，構(gòu)建了基于PSR模型的空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)韌性評估體系，為研究者和從業(yè)者提供一種系統(tǒng)化、科學(xué)化的評估方法和工具，以更好地了解和評估該系統(tǒng)在面對不同壓力和挑戰(zhàn)時的韌性表現(xiàn)和潛力。在本研究中，從PSR模型的角度出發(fā)，以城市更新的視角，構(gòu)建了單位制社區(qū)韌性評估指標(biāo)體系，為后續(xù)的空氣源熱泵綜合能源系統(tǒng)韌性評估提供了基礎(chǔ)和參考。