能源转型正对国家、城市和地区发起挑战，使用可持续能源是遏制气候变化的关键，但能源系统成本需可控，供应安全也必须保障，可持续性、成本和供应安全构成的能源三难困境，成为政策制定者设计未来能源系统时亟待解决的问题。

能源三难困境由世界能源理事会提出，旨在借助严谨科学基础对三个标准建模，定量比较不同能源情景，理想状态下可找出实现三个目标变量最佳平衡的路径。目前，不同能源系统的可持续性和成本已能通过多种模型可靠量化，但供应安全方面，现有模型存在诸多不足。Empa工程科学系主任Matthias Sulzer指出，许多现有模型含糊不清、不够用户友好，且并非为当今建模能力设计。

为解决这一问题，苏尔寿与瑞士联邦材料科学与技术研究所(Empa)、苏黎世联邦理工学院以及美国劳伦斯伯克利国家实验室的研究人员合作，开发出一种更高效的量化能源供应安全的方法，研究成果发表于《iScience》杂志。

该模型呈金字塔形，共五层，研究人员为每一层都设定了量化指标。最底层是自给自足，通过简单的能源平衡计算，了解一个国家每年利用自身资源生产与消耗能源的情况;第二层为自主性，关注一年中能源进口量及进口路线安全性;从第三层开始，系统充分性和动态效应发挥作用，每小时甚至更高分辨率地检查能源需求能否在任何特定时间从任何来源得到满足;第四层级探讨一个国家在某些时期能否摆脱进口;最高层级则讨论一个国家能否在一年中的任何时候(甚至更长时间内)依靠自身能源生产维持生计。

论文合著者、Empa城市能源系统实验室负责人Georgios Mavromatidis强调，各层级相互依存，现代能源系统复杂，金字塔模型旨在帮助正确评估各项指标、澄清术语，其主要优势在于更高层级考虑了动态效应。因为可再生能源系统运行动态性强，风能和太阳能利用程度不稳定，年均平衡并非衡量此类系统供应安全性的良好指标。

研究人员表示，该金字塔模型应被视为初步方案，是进一步讨论、研究和完善指数的基础，不过目前已可用于能源规划。在以瑞士为例的研究中，研究人员利用该金字塔将瑞士当前的能源供应安全与2050年的未来情景进行了比较，该未来情景基于之前与瑞士电力公司协会(VSE)合作的研究。

分析显示，通过合理组合可再生能源，瑞士可提升未来能源安全。Matthias Sulzer认为，能源来源更加多样化以及国内产量更高是实现这一目标的两个关键因素，额外的储能设施也有助于保障能源供应，除水力发电站外，热能储存设施可储存和利用工业废热，电池也很重要，例如Empa正在研究如何在电动汽车不上路时将其用作临时储电工具。

在研究人员设想中，瑞士不会追求完全自给自足，Matthias Sulzer认为这并非最终目标。在瑞士建立完全自给自足的能源供应体系在技术上可行，甚至建立自给自足且可持续的系统也可行，但会大幅推高成本。通过混合进口和国内生产，以及采用不同的能源来源，瑞士可以平衡成本、可持续性和供应安全，为破解能源三难困境提供了新的思路。

更多信息： Matthias Sulzer 等，《能源供应安全金字塔：规划与政策制定的量化框架》，iScience(2025)。