可持续城市能源系统的路径：绿色转型与韧性之间的权衡与协同

《Sustainable Cities and Society》：Pathways to sustainable urban energy systems: Trade-off and synergy between green transition and resilience

　　

•揭示了韧性增强与绿色转型之间的权衡与协同关系。
•2000年至2023年，中国286座城市的韧性和绿色转型水平均有所提升。
•高韧性、低转型型城市占比最大。
•2021年后，超过60%的城市转向协同发展。
•短期与长期优先事项支持SDG 7（经济适用清洁能源）和SDG 11（可持续城市和社区）目标的实现。

**引言**

在快速城市化和气候变化加剧的背景下，可持续城市能源系统是城市可持续发展的关键（Nik等，2021）。目前，城市承载了全球约58%的人口，却消耗了超过75%的能源（国际能源署，2024；世界银行，2026）。预计到2050年，全球68%的人口将居住在城市中（联合国等，2018）。快速城市化、经济发展和人工智能的兴起正急剧增加城市能源需求（Koirala等，2025；Nik等，2021）。这些日益增长且愈加复杂的能源需求需要通过城市能源系统进行协调管理（Nik等，2021）。城市能源系统是指城市内部管理多种能源载体生产、分配、转换、储存和消耗的综合系统（Koirala等，2025）。鉴于其综合性和跨部门特性，如果不断增长的能源需求无法满足，将产生严重后果（Koirala等，2025）。最直接的后果是电力短缺。目前仍有超过1亿城市居民无法获得电力供应，其中超过90%集中在撒哈拉以南非洲——全球城市化速度最快的地区（国际能源署，2024）。若按当前趋势发展，到2030年全球约7.1亿人将面临电力短缺（国际能源署，2025）。此外，电力短缺与气候变化和经济增长叠加，将引发经济损失、环境退化和公共卫生危机，可能使城市系统陷入瘫痪（Kou & Zhao, 2024；Nik等，2021）。因此，在加速城市化和气候不确定性增加的背景下，维持城市能源系统的可持续性对于城市的稳定运行和系统性级联风险的防范至关重要。

联合国可持续发展目标（SDG）7（经济适用清洁能源）和SDG 11（可持续城市和社区）为应对复杂挑战下的城市能源系统发展提供了框架（Fuldauer等，2022）。在可持续城市能源发展的背景下，韧性增强和绿色转型是两个需要特别关注的关键维度（Yang & Zhou, 2026；Zhang等，2024）。在城市能源系统中，韧性是指应对危险事件或趋势、维持基本功能以及适应和学习的的能力（Zhao等，2025）。城市能源系统支撑经济活动和日常生活，而韧性不足会损害经济增长、产业链稳定和社会稳定（Liu等，2025）。绿色转型是城市能源系统可持续发展的另一个关键组成部分，指的是城市能源系统从高碳高污染模式向低碳清洁模式的转变程度（Shen等，2023）。城市占全球能源消耗的三分之二和全球二氧化碳排放量的70%以上（Shen等，2023），使城市能源系统的绿色转型对于缓解全球变暖和推进可持续发展至关重要（Shen等，2023）。关于能源系统韧性的研究主要集中在评估框架（Yang等，2024）和增强策略（Dan等，2025；Li等，2022）。关于城市能源系统绿色转型的研究主要考察发展水平（Shen等，2023）、驱动因素（Jia等，2026；Zhang & Yin, 2026）和脱碳策略（Lu等，2017；Ramalingam等，2025；Yang等，2023；Zhang等，2026）。虽然许多研究分别考察了韧性和绿色转型，但很少有研究同时考虑这两个维度并探讨它们之间的关系。现有文献反映了城市气候减缓和适应目标的孤立处理问题（Koirala等，2025；Sharifi, 2020）。随着韧性和绿色转型在可持续发展话语中变得越来越核心——特别是在城市能源系统的治理和长期可行性方面——迫切需要对它们之间的相互联系进行深入探索（Koirala等，2025）。

了解城市能源系统中韧性与绿色转型之间的关系是实现城市能源系统可持续发展目标的关键策略。近期研究表明，城市能源系统中韧性与绿色转型的相互作用是复杂且多维的（Hu等，2025；Kim等，2025）。正如它们各自的定义所明确的那样，韧性所强调的冗余需求与绿色转型所追求的清洁能源替代目标之间，在城市能源系统中经常产生冲突和权衡，特别是在城市资源配置和实施时机方面（Srinivasan等，2025）。然而，这种潜在的权衡并不意味着韧性和绿色转型本质上相互矛盾。相反，仅提升其中一个维度无法实现可持续城市能源系统。因此，确定与韧性和绿色转型关系相关的因素对于提高城市能源系统的可持续性至关重要。

城市能源系统的韧性与绿色转型之间的关系因时间和地区而异，受城市发展目标、制度安排、经济条件、基础设施、资源禀赋、产业结构、气候风险等因素影响（Kim等，2025；Mo & Liu, 2025；Zhao等，2025）。例如，北欧城市由于政策框架稳定、互联电网现代化和能源供应多元化，在推进韧性增强与绿色转型方面处于更有利的位置（Arabzadeh等，2020；Sovacool, 2017）。相比之下，一些印度城市面临人口高度集中、基础设施薄弱和融资能力有限的问题，难以平衡短期能源供应和长期绿色转型目标（Colenbrander等，2023）。同时，在卡塔尔和阿拉伯联合酋长湾国家也可以观察到另一种形式的紧张关系，这些国家丰富的油气资源和成熟的传统能源产业支撑了城市能源供应，但也可能削弱节能、清洁能源采用和清洁能源投资的动力（Alnafrah & Mouselli, 2024；世界经济论坛，2025）。最后，气候暴露增加了另一层复杂性。在高度暴露于气候极端事件的市中，提高可再生能源的占比可能对城市能源系统的韧性产生双重效应。一方面，太阳能光伏板和风力发电机等可再生能源设施易受极端高温、飓风等极端事件的破坏或干扰。此类中断可能扰乱能源供需平衡并增加电网调峰压力（Perera等，2020；Wabukala等，2025；Xu等，2024）。另一方面，设计良好的分布式可再生能源系统可以多元化能源供应、减少对集中式基础设施的依赖，从而在极端事件中增强电网韧性（Kandaperumal & Srivastava, 2020）。综上所述，韧性和绿色转型可能以相互增强、相互制约或相对独立的状态在不同城市间演变。虽然韧性和绿色转型已被分别广泛研究，但对其动态协同与权衡关系、相关因素以及可持续城市能源发展所需的差异化优先事项关注有限。

中国是全球最大的发展中国家，仅拥有全球10%的化石燃料储量，却供应着全球近20%的城市人口（联合国，2024）。这种资源稀缺与激增的城市能源需求之间的紧张关系是许多其他人口众多的发展中国家（包括撒哈拉以南非洲国家）所共有的问题（Brew-Hammond, 2010）。鉴于中国城市能源系统的规模和全球影响力，系统地分析韧性与绿色转型之间的平衡，并识别可持续城市能源系统发展的共同和特定情境下的优先事项，可以为其他主要经济体提供有价值的经验教训。在本研究中，我们使用熵权法、权衡与协同模型、耦合协调度模型和地理探测器来量化中国城市能源系统中两个子系统（韧性和绿色转型）的发展水平，并识别它们的关系及关键影响因素。具体而言，本研究旨在：(1) 量化中国城市能源系统的韧性和绿色转型水平；(2) 识别韧性与绿色转型之间的关系（协同/权衡）；(3) 刻画与韧性、绿色转型及其协调发展相关的关键因素；(4) 建立实现可持续城市能源系统路径的优先事项。研究结果为面临与中国城市类似挑战、推进SDG 7和SDG 11的地区提供了有益洞察。

本研究的潜在贡献如下：(1) 本研究将绿色转型和韧性这两个长期以来在城市能源系统研究中被分别考察的维度整合到统一的分析框架中。我们的研究识别了它们的协同和权衡状态，并展示了这两个子系统如何相互增强或制约。这为城市能源系统如何支持可持续发展目标的实现提供了新的视角。(2) 本研究识别了实现可持续城市能源系统的短期和长期发展优先事项。城市能源系统的复杂性和跨部门特性意味着它受到技术、环境、社会、经济和制度因素之间相互作用的影响——现有研究对这些维度的考察是各自独立的。利用地理探测器，本研究评估了这些因素对空间变化的个体和交互解释力，并为识别时间排序的优先事项提供了综合基础。(3) 中国提供了一个代表性场域，在该场域中，快速的城市能源需求增长与绿色转型在国家主导的城市化和双碳目标下并存。2020年人口普查记录了2.49亿农村向城市的移民，增加了城市能源基础设施的压力，而2025年清洁能源供应占国家消费量的38.5%。2000—2023年286个城市的面板数据为中国和其他城市提供了实证依据。

**章节摘要**

**案例研究**

中国是世界最大的发展中国家，也是最大的能源生产和消费国（Liu等，2021）。截至2023年底，中国人口约14.1亿（占世界总人口的17.5%）；中国生产了全球约五分之一的能源，消耗了约四分之一。同时，中国生产了33988亿千瓦时的可再生能源电力，占全球的34.4%。2025年，中国67.89%的人口居住在城市中。按人口规模划分，1

**研究设计**

基于研究目标，我们设计了四步研究方案，每一步对应一个具体目标。我们首先收集了286座中国城市的数据，并使用熵权法构建了城市能源系统韧性和绿色转型的评估指标体系。然后我们量化了286个城市能源系统的绩效和时空演变，并对这些城市进行了类型分类。其次，我们运用

**城市能源系统韧性与绿色转型的时空动态**

2000年至2023年，中国城市能源系统的韧性和绿色转型均呈总体上升趋势，但增长率不同。空间上，两者表现出相反的趋势。不同类型的城市表现出空间异质性。

韧性得分从2000年的0.031（±0.016）上升至2023年的0.066（±0.015），年均增长率为3.34%（图3）。2000年，158座城市的韧性水平高于全国平均水平。到2023年，118座城市的韧性水平

**讨论**

可持续城市能源系统的发展对发展中国家和全球社区都是关键关切，也是实现全球可持续发展目标所必需的。本研究的核心是促进城市能源系统中韧性与绿色转型的协同。从2000年到2023年，两个维度总体改善，但表现出显著的空间异质性，在一些城市中韧性增长较慢限制了耦合协调。韧性的变化、

**结论**

绿色转型和韧性是城市能源系统研究的两个关键维度。揭示它们之间的协同与权衡关系对于确保城市能源系统的可持续发展至关重要。本研究考察了韧性和绿色转型的发展、耦合协调以及空间解释因素，以识别城市能源系统可持续发展的优先事项。研究发现如下。首先，从

**伦理声明**

本文不包含任何作者对人类的研究报告。

**CRediT作者贡献声明**

张子微：撰写——初稿、软件、资源、方法学、数据整理、概念构思、正式分析、撰写——审阅与编辑、可视化。吴玉平：撰写——审阅与编辑、监督、资源、项目管理。穆罕默德·贾利利：软件、项目管理。杨柳：验证、软件、正式分析。

Wei Shibao：可视化、验证。利益冲突声明作者声明，他们不存在任何已知的利益冲突或个人关系，这些利益冲突或个人关系可能影响本文所报告的工作。致谢作者感谢国家自然科学基金后期资助项目（编号 24FJYB039）、河南理工大学哲学社会科学创新团队（SKTD2023-02）以及河南理工大学“安全+”交叉融合培育项目的资金支持。Ziwei Zhang | Yuping Wu | Mohammad Jalili | Liu Yang | Shibo Wei