面向野火风险的弹性电力系统：构建以人为本的安全未来

《IEEE Potentials》：Resilient power systems against wildfire risks: Towards a human-centric and secure future

本刊编辑推荐：随着气候变化加剧野火频发，电力系统面临严重威胁。本文系统综述了野火对电力系统弹性的多维度影响，提出动态风险评估框架，涵盖预防-应急-恢复全周期策略。研究创新性地整合气象预测、人工智能和分布式能源技术，强调社会韧性在灾后恢复中的关键作用，为构建安全可靠的未来能源系统提供重要理论支撑。

　　

当加州山火吞噬数万公顷土地导致42万户大停电，当澳大利亚丛林大火使珀斯10万商户陷入黑暗，全球电力系统正面临日益严峻的野火威胁。气候变化导致的高温干旱使野火季节持续延长，特别是城乡接合部(WUI)区域的基础设施脆弱性凸显。这类地区单位面积烧毁建筑密度可达偏远地区的2427倍，形成"灾害放大效应"。野火与电力系统构成恶性循环：输电线路故障可能引发野火，而野火又反过来摧毁电力设施，导致关键服务中断、经济链式崩溃等社会危机。

为系统应对这一挑战，香港理工大学范佩晓等研究人员在《IEEE Potentials》发表综述，从技术和社会双维度构建野火环境下电力系统韧性增强框架。研究团队通过多案例对比分析（涵盖2018-2025年全球重大野火事件）、动态风险评估模型构建（集成蒙特卡洛模拟与贝叶斯网络）以及多阶段策略优化（预防-响应-恢复全周期），建立了兼顾基础设施硬化和社会韧性的综合解决方案。

关键技术方法主要包括：1）基于长期气候模型与微尺度气象学的动态风险评估（空间分辨率达100m×100m）；2）分布式能源(DER)与微电网的协同优化（包含光伏-储能-V2G系统）；3）人工智能驱动的预警与自愈控制（融合卫星遥感与物联网监测）；4）针对输电/配电系统的差异化应急策略（采用移动式变电站与网络重构技术）；5）考虑社会经济影响的恢复力评估模型（整合输入产出分析与社区调查）。

野火对电力系统韧性的多维影响机制

研究发现野火通过直接破坏（传输线熔毁、变电站过热）与间接影响（负荷突变、电压暂降）双重路径削弱系统韧性。2019年澳大利亚野火期间，PM_2.5浓度每增加100μg/m³导致光伏出力下降13%，凸显可再生能源的脆弱性。更严重的是，野火引发的停电会瘫痪消防泵站等应急设施，形成"灾害链式反应"。研究通过构建风险量化模型Risk(n|x)=P_r(n|x)×I_m(n|x)，揭示基础设施暴露度与敏感度的非线性关系。

预防性增强策略的技术路径

在预防阶段，地下电缆敷设虽成本高昂但可降低81%的引火风险。植被管理结合防火涂料可使设备故障率降低40%。微电网与虚拟电厂(VPP)通过量子优化算法实现资源动态调配，在维多利亚州野火案例中成功维持关键负荷供电。智能管理技术方面，南加州爱迪生公司(SCE)基于实时气象数据的风险模型，实现高危线路的精准断电预警。

应急响应与恢复的创新方案

针对传输系统，研究提出采用燃气轮机与移动储能协同的黑启动策略，将恢复时间缩短5小时。配电系统则通过无人机热成像巡检与自动重合闸配合，实现故障定位效率提升300%。特别值得关注的是电动汽车(V2G)的应急支撑作用：虽然用户行为不确定性可能引发"充电潮涌"，但基于图卷积网络的优化调度可提升28%的供电可靠性。

技术瓶颈与未来方向

当前技术仍面临多重挑战：防火材料成本是常规设备的3-5倍，AI模型在火场突变环境下预测准确率下降37%，通信中断导致自适应控制系统失效等。未来需重点突破微气象与气候预测的融合、社区级能源自给系统构建、固态电池等防火储能技术，以及政策标准协同。

该研究通过跨学科整合提出"动态防御-社会韧性"双核理念，不仅为电力系统应对极端灾害提供技术路线图，更开创了基础设施韧性评估的人文维度。特别是将心理创伤、经济中断等社会成本纳入恢复力指标，推动韧性建设从工程系统向社会经济系统延伸。随着低空经济（如电动垂直起降飞行器）等新要素加入，未来电力系统韧性架构将呈现更丰富的技术生态。