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融合發(fā)展撬動(dòng)能源轉(zhuǎn)型

人民日?qǐng)?bào)發(fā)布時(shí)間:2021-09-08 09:18:46  作者:冉永平、趙秀芹、丁怡婷、邱超奕

  要實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo),大規(guī)模、高比例發(fā)展零碳能源是必然趨勢(shì)。

  以水風(fēng)光為代表的零碳能源特別是風(fēng)光等新能源,雖然具有清潔零碳等諸多優(yōu)勢(shì),但也存在間歇性、波動(dòng)性等短板。在構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)大背景下,不穩(wěn)定的新能源成為主力電源,調(diào)峰就成為世界性難題。甚至有電力專家認(rèn)為,一旦風(fēng)光等間歇性電源成為主力,如果沒有很好的調(diào)峰手段,電網(wǎng)可能存在重大風(fēng)險(xiǎn)。

  如何破解這一世界性難題?國家電力投資集團(tuán)公司黨組書記、董事長(zhǎng)錢智民說,國家電投給出的答案是兩個(gè)字——“融合”,即以融合為思路,源網(wǎng)荷儲(chǔ)協(xié)同互動(dòng),通過多品種能源互補(bǔ)的綜合智慧能源,實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)的平衡和穩(wěn)定。

  目前,國家電投已經(jīng)開展了420個(gè)綜合智慧能源項(xiàng)目,總投資超過1310億元。記者近日深入該企業(yè)在北京、安徽、山東、青海等省份的試驗(yàn)和示范項(xiàng)目進(jìn)行了調(diào)查采訪。

  多能融合——

  水光互補(bǔ)項(xiàng)目讓原本具有間歇性、波動(dòng)性和隨機(jī)性的光伏電源實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)并網(wǎng)

  位于青海海南藏族自治州的龍羊峽水電站是黃河上游龍青段規(guī)劃中的第一座大型梯級(jí)電站,1976年開工建設(shè),1989年4臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電,其庫容達(dá)247億立方米,相當(dāng)于1700個(gè)杭州西湖。

  2013年開始,國家電投在距離龍羊峽直線距離36公里的共和縣,建設(shè)了85萬千瓦裝機(jī)的光伏電站,由此促成了全球規(guī)模最大的水光互補(bǔ)發(fā)電工程。

  把光伏電站建在水電站旁邊,國家電投頗費(fèi)了心思。

  光伏發(fā)電的“軟肋”是晚上不能發(fā)電,而水電的“短腿”是存在豐枯水期變化。如何讓這兩種零碳能源優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),實(shí)現(xiàn)“1+1>2”?

  國家電投想到的方案是“水光互補(bǔ)”——當(dāng)太陽光照強(qiáng)時(shí),多用光伏發(fā)電,水電或停用或少發(fā);當(dāng)天氣不好或夜晚影響到光伏出力時(shí),則通過控制系統(tǒng)及時(shí)調(diào)節(jié),讓水電多出力。這樣,將水電和光伏發(fā)電“打捆”送出,可使原本具有間歇性、波動(dòng)性和隨機(jī)性的光伏電源實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)并網(wǎng),從而降低對(duì)電網(wǎng)的影響。

  7月23日,記者在龍羊峽水電站看到,前一天水電和光伏發(fā)電“打捆”送出的電量是3455萬千瓦時(shí)。國家電投黃河公司龍羊峽發(fā)電分公司黨委書記、總經(jīng)理黃青剛告訴記者:“水輪機(jī)組的調(diào)節(jié)非常方便,只需幾秒鐘就能對(duì)光伏發(fā)電的變化作出反應(yīng)。這樣就把原本間歇、隨機(jī)、功率不穩(wěn)定的‘鋸齒’形光伏電源,調(diào)整為均衡、優(yōu)質(zhì)、安全的平滑穩(wěn)定電源,進(jìn)而可以減少電力系統(tǒng)為吸納光伏電站發(fā)電所需的備用容量。”

  在水光互補(bǔ)中,水電的確可以彌補(bǔ)夜晚光伏發(fā)電的缺口。但是,白天光伏多出力,是否會(huì)擠占水電的效益?

  黃青剛說,從近幾年運(yùn)行情況看,水電站送出線路的年利用小時(shí)數(shù)反而從原來的4621小時(shí)提高到5019小時(shí),也就是說,水光“打捆”后,“蛋糕”做得更大了。即便真的出現(xiàn)水電出力下降,若算綜合效益,仍然劃算。比如龍羊峽水庫,目前發(fā)電的重要性只排第四位,排在前三位的是防洪、防凌和供水。少發(fā)電就意味著多蓄水,這對(duì)于缺水的西北地區(qū)尤為重要。

  不只是水光互補(bǔ),新的美好藍(lán)圖正在鋪展——“十四五”規(guī)劃綱要提出“建設(shè)一批多能互補(bǔ)的清潔能源基地”,黃河上游和幾字灣也被列入大型清潔能源基地。

  “離這里不遠(yuǎn)處還有一座拉西瓦水電站!”指著下游方向,黃青剛難掩激動(dòng):“我們依托黃河上游清潔能源基地,探索構(gòu)建新型電力系統(tǒng),準(zhǔn)備利用海拔高差建設(shè)龍羊峽清潔能源調(diào)控樞紐工程,以水電拉動(dòng)新能源開發(fā),在用電低谷時(shí)用泵把水抽上來、高峰時(shí)放水發(fā)電。依靠青海豐富的風(fēng)光資源,我們有信心建成水風(fēng)光儲(chǔ)多能互補(bǔ)調(diào)節(jié)中心。”

  技術(shù)融合——

  “分布式能源+信息技術(shù)+儲(chǔ)能技術(shù)”讓新能源就近就地消納

  如果說多能融合有望緩解新能源調(diào)峰壓力,那么,分布式能源和信息技術(shù)、儲(chǔ)能技術(shù)的融合,則能幫助新能源就地消納,甚至能部分化解我國新能源資源分布和負(fù)荷中心不平衡的難題。

  在聞名全國的安徽鳳陽縣小崗村,一場(chǎng)綜合智慧能源試驗(yàn)正拉開帷幕。

  “屋頂免費(fèi)裝上光伏板,每年能少花200多元電費(fèi),我們非常歡迎。”“大包干”帶頭人之一、今年70多歲的嚴(yán)金昌躍躍欲試。

  嚴(yán)金昌家不遠(yuǎn)處,地源熱泵為游客中心、養(yǎng)老中心等區(qū)域提供集中供熱和供冷,光伏車棚、光伏座椅、智慧路燈等設(shè)施成為小崗村的一道新風(fēng)景。“未來整個(gè)項(xiàng)目建成后,小崗村可實(shí)現(xiàn)清潔能源電量全替代。”國家電投安徽小崗村綜合智慧能源有限公司總經(jīng)理高陽說。

  長(zhǎng)期以來,我國新能源資源和需求一直存在逆向分布——一邊是西北部地區(qū)“風(fēng)光”資源豐富、自我消納能力弱,另一邊卻是東中部地區(qū)資源稟賦有限、用電需求和減排壓力巨大。如果能在東中部地區(qū)見縫插針、就近就地挖掘分布式新能源的潛力,實(shí)現(xiàn)自發(fā)自用,就可以減輕對(duì)長(zhǎng)距離送電的過度依賴,緩解新能源送出壓力。

  不過,分布式能源大量接入,同樣會(huì)給電力系統(tǒng)穩(wěn)定帶來挑戰(zhàn)。打個(gè)比方,過去電網(wǎng)像一艘巨輪,以后分布式電源多了,可能就是無數(shù)艘小噸位貨船、小船和巨輪共同組成船隊(duì),彼此之間的協(xié)調(diào)配合就顯得特別重要。于是,能源與互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)甚至物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)的融合需求也浮出水面。

  “10點(diǎn),4847千瓦;12點(diǎn),14541千瓦;18點(diǎn),43623千瓦……”在小崗村“天樞一號(hào)”綜合智慧能源管控與服務(wù)平臺(tái)上,記者看到一條波動(dòng)的光伏日預(yù)測(cè)曲線,輕點(diǎn)鼠標(biāo),還能切換到用電負(fù)荷、冷熱負(fù)荷等預(yù)測(cè)曲線。

  “基于歷史數(shù)據(jù)和氣象信息,這個(gè)‘智慧大腦’能夠預(yù)測(cè)用戶用能需求,并在多種能源之間進(jìn)行優(yōu)化配置、削峰填谷。比如光伏出力小了,可以讓生物質(zhì)能補(bǔ)上。這就相當(dāng)于將點(diǎn)多面廣、隨機(jī)多變的分布式電源,‘打捆’成相對(duì)平穩(wěn)、出力可控的成片電源,從而增強(qiáng)了新能源的穩(wěn)定性。”高陽說。

  分布式能源雖然前景廣闊,但要真正實(shí)現(xiàn)自發(fā)自用,甚至最終做到離網(wǎng)運(yùn)行,還有賴于儲(chǔ)能技術(shù)的突破。目前,全球儲(chǔ)能技術(shù)中最主流的技術(shù)路線是抽水蓄能和電化學(xué)儲(chǔ)能,而用富余的“風(fēng)光”電制氫,甚至利用峰谷電差儲(chǔ)熱、儲(chǔ)冷,同樣大有可為。

  在位于北京昌平區(qū)的寶之谷國際會(huì)議中心,園區(qū)西側(cè)矗立著一個(gè)10余米高的大罐子,這是國家電投自主研發(fā)的“冷熱雙蓄水罐”。幾米外,還有一個(gè)長(zhǎng)近4米、寬2.5米的“集裝箱”,這是儲(chǔ)能的又一種形式——超威鈉鹽電池儲(chǔ)能系統(tǒng),年儲(chǔ)電量可達(dá)33萬千瓦時(shí),利用峰谷價(jià)差,每年可節(jié)省用電成本35萬多元。中電智慧綜合能源服務(wù)有限公司總經(jīng)理張?jiān)秸f,去年他們拆掉了3臺(tái)燃?xì)忮仩t,改成利用夜間谷電時(shí)段進(jìn)行制熱或制冷,白天高峰電價(jià)時(shí)段放熱或放冷,再配合上空氣源熱泵、污水源熱泵等設(shè)備,“每年可減少燃燒天然氣80萬立方米,換算下來每年可節(jié)省資金約280萬元。”

  跨界融合——

  參與城市供暖和海水淡化,傳統(tǒng)電站定位悄然轉(zhuǎn)變

  新能源異軍突起的同時(shí),火電站等傳統(tǒng)發(fā)電企業(yè)的地位難免有所下降。近年來,一些省份的火電、核電機(jī)組已出現(xiàn)降功率運(yùn)行的情況。資本密集的火電、核電等企業(yè)能否成功適應(yīng)新趨勢(shì),既關(guān)乎自身發(fā)展,也事關(guān)我國能否順利構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)。

  山東半島東南部的海濱小城海陽市,三面環(huán)海的岬角頂端,兩座雪白的“大圓罐”十分惹眼。這是海陽核電一期1、2號(hào)機(jī)組的核島。在這里,反應(yīng)堆把水加熱,產(chǎn)生大量高溫蒸汽,驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。目前,這兩臺(tái)世界最先進(jìn)的第三代核電機(jī)組已累計(jì)發(fā)電超過570億千瓦時(shí)。

  讓國家電投山東核電有限公司董事長(zhǎng)吳放津津樂道的,除了先進(jìn)的核電機(jī)組,還有從核電常規(guī)島延伸出的兩條白色管道。

  “這兩條管道不是用來輸電的,而是向城區(qū)供熱。”海陽核電設(shè)計(jì)管理處工程師劉憲嶺解釋,管道一頭連著核電廠內(nèi)供熱首站,另一頭連著廠外熱力公司。在核電廠內(nèi),從核電機(jī)組抽出的高溫蒸汽將管道中的水加熱到120攝氏度。隨后,熱水被輸送到熱力公司換熱總站,釋放熱量后再返回電廠,如此循環(huán)往復(fù),實(shí)現(xiàn)源源不斷的熱量輸出。

  為啥一座世界最先進(jìn)的核電站干上了城市供暖的營生?“目前,核電站年發(fā)電小時(shí)還不錯(cuò),但未來我們這樣的核電站也存在給新能源發(fā)電讓路的壓力,因此必須居安思危,不能只做發(fā)電這一篇文章。”吳放說,他們想到的第二篇文章,是和電關(guān)系最緊密的“熱”。

  任何電廠都有大量余熱,把余熱利用起來就會(huì)提高效益。“核電站實(shí)際熱效率比最先進(jìn)的火電機(jī)組要低10個(gè)百分點(diǎn),只有36.7%。把核電的熱直接拿出一部分來供暖,可以提高核電的熱效率,綜合效益更高。而且,減少余熱排放還有利于海洋生態(tài)保護(hù),可謂一舉多得。”吳放說。

  對(duì)海陽市來說,核電供熱也能帶來減碳紅利。

  “以前靠鍋爐供暖,燒煤鍋爐房里黑乎乎的。”站在已經(jīng)停運(yùn)的5層樓高大鍋爐前,豐源熱力臨港分公司經(jīng)理潘世偉細(xì)數(shù)起燒煤供暖的種種不便:“一不環(huán)保,二不經(jīng)濟(jì),三不省心。燃煤鍋爐故障率高,還要請(qǐng)工人24小時(shí)三班倒上煤,冬季光是臨時(shí)招工就得20人。”

  如今,在鍋爐房隔壁,一座潔白小巧的板式換熱器解決了各種問題。據(jù)測(cè)算,海陽實(shí)現(xiàn)全市核電供暖后,每個(gè)采暖季可節(jié)約原煤10萬噸,減排二氧化碳18萬噸、煙塵691噸、二氧化硫1188噸,相當(dāng)于種植1000公頃闊葉林。“今年冬天,海陽將成為全國首個(gè)零碳供暖城市。”吳放說。

  “水熱同產(chǎn)”,是吳放他們“跨界”的第三篇文章。

  “海水淡化要消耗大量熱能或電能,我們與清華大學(xué)共同研發(fā)了‘水熱同產(chǎn)’裝置,利用核電站的高溫蒸汽嘗試海水淡化。”海陽核電設(shè)計(jì)管理處工程師張真說,經(jīng)過檢測(cè),淡水品質(zhì)很高,可直接飲用,且生產(chǎn)用能全部來自供熱蒸汽,不額外耗能,實(shí)現(xiàn)了在零碳供熱的同時(shí)零能耗制水,“山東半島一些地區(qū)較為缺水,未來大規(guī)模應(yīng)用的前景廣闊。”

  推進(jìn)融合——

  尋求共贏,讓“有錢的少花錢、沒錢的不花錢”

  采訪中,錢智民給記者講述了讓他印象深刻的一個(gè)故事:幾年前,企業(yè)想給青海三江源地區(qū)的牧民安裝光伏發(fā)電設(shè)備,讓他們可以用電做飯取暖。可牧民們的積極性并不高:“撿牛糞燒飯一分錢都不要,安裝光伏還要花錢。”

  錢智民從中敏銳地感覺到,推進(jìn)融合發(fā)展,就必須找到多方共贏的路徑,讓“有錢的少花錢、讓沒錢的不花錢”,讓原來想解決、解決不了的問題找到新的解決方法,這樣,融合“大戲”才能唱成、唱好。

  “小崗村最頭疼的事是啥?”小崗村項(xiàng)目開工前,國家電投安徽公司提出的第一個(gè)問題,不是要不要建光伏屋頂、智慧路燈,這讓小崗村黨委副書記、村委會(huì)主任周群之馬上有了興趣:“秸稈焚燒是最讓我們頭痛的事情,你們能幫助解決?”

  原來,小崗村每年有近3萬噸秸稈需要處理,因?yàn)榄h(huán)保要求,不能一燒了之。于是,要么深耕掩埋,但每畝成本需要30元至50元;要么送到15公里外的電廠,運(yùn)輸又不方便。“我們?cè)鴮?duì)不燒秸稈的村民出臺(tái)了獎(jiǎng)勵(lì)政策,但有村民說,‘你別給我錢,幫我把秸稈弄走就行’。”周群之說。

  針對(duì)這一痛點(diǎn),國家電投在綜合智慧能源項(xiàng)目中規(guī)劃了一條2萬噸的秸稈綜合利用生產(chǎn)線,充分利用當(dāng)?shù)氐慕斩挕⒗?、糞便等生物質(zhì)廢棄物發(fā)電,實(shí)現(xiàn)了變廢為寶。

  綜合智慧能源項(xiàng)目的探索,還為小崗村的產(chǎn)業(yè)發(fā)展帶來了更多可能。記者來到小崗村改革大道西側(cè)的農(nóng)光互補(bǔ)項(xiàng)目,只見一間小房子正在“生產(chǎn)”植物。沒有土壤、沒有化肥,綠油油的生菜正在一層層白色栽培板中茁壯成長(zhǎng)……

  “我們打算利用光伏電源,開展水培蔬菜生產(chǎn),不僅生長(zhǎng)速度比室外快,而且能夠大大減少對(duì)土地的占用。”高陽說,下一步他們還準(zhǔn)備在光伏板下種植黑豆或洋姜,幫助小崗村興產(chǎn)業(yè)、增收入。據(jù)了解,農(nóng)光互補(bǔ)、屋頂光伏、秸稈綜合利用等項(xiàng)目每年預(yù)計(jì)能給小崗村村集體、村民增收約530萬元。

  在距離小崗村2000多公里的青海塔拉灘生態(tài)光伏園里,一群綿羊在悠閑地吃草。41歲的馬漢臺(tái)村牧民向占魁每天騎著摩托車放養(yǎng)“光伏羊”,每月能有3000元收入。

  “光伏板能夠降低風(fēng)速和水分蒸發(fā)量,非常適合草的生長(zhǎng)。因此過去的戈壁灘,現(xiàn)在長(zhǎng)出了綠草。但是,草太長(zhǎng)了會(huì)影響發(fā)電,還有火災(zāi)隱患。后來我們干脆養(yǎng)羊來‘除草’,結(jié)果卻創(chuàng)造了一個(gè)產(chǎn)業(yè)。”光伏園負(fù)責(zé)人吳世鵬說?,F(xiàn)在,這片600多平方公里的土地上已經(jīng)放養(yǎng)了5000多只羊,為向占魁等十幾戶牧民帶來了實(shí)實(shí)在在的收入。

  未來,如何全面推進(jìn)融合發(fā)展?錢智民認(rèn)為,關(guān)鍵要從小崗村、寶之谷等綜合智慧能源示范項(xiàng)目的探索中,找到技術(shù)路徑和商業(yè)模式。

  “特別是商業(yè)模式,以往電力企業(yè)不太注重,大家認(rèn)為反正就是建一個(gè)電廠,投資幾十億元、上百億元,建好后發(fā)電就行了,還要啥商業(yè)模式。但融合發(fā)展要兼顧多種利益,探索出讓各參與方都受益、都有積極性的商業(yè)模式。”錢智民說,國家電投將在水火核風(fēng)光氣等產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展基礎(chǔ)上,積極與供給側(cè)、用戶側(cè)以及農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸、建筑冶金等進(jìn)行跨界式“大融合”發(fā)展,爭(zhēng)取繼續(xù)領(lǐng)跑。

  “融”出能源應(yīng)用新篇章(記者手記)

  實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和,意義重大,任務(wù)艱巨。我國發(fā)電行業(yè)龍頭企業(yè)之一的國家電投主動(dòng)作為、積極探索,以多維度、深層次的融合發(fā)展思路,力爭(zhēng)為我國未來能源應(yīng)用場(chǎng)景樹立樣板。

  融合,必登高望遠(yuǎn)。只有堅(jiān)持高起點(diǎn)、高標(biāo)準(zhǔn)、高定位,著眼長(zhǎng)遠(yuǎn)、系統(tǒng)謀劃、整體設(shè)計(jì),才能更好打破舊格局、開創(chuàng)新局面。長(zhǎng)期以來,我國電力系統(tǒng)運(yùn)行中源網(wǎng)荷儲(chǔ)條塊分明,而國家電投建設(shè)的水光互補(bǔ)光伏電站將水電和光伏發(fā)電“打捆”送出,成功實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)并網(wǎng)、綜合效益多贏,這正是融合帶來的好處。

  融合,要破舊立新。構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的融合之路沒有現(xiàn)成經(jīng)驗(yàn)可循,如何融合、與誰融合都需一步步探索。從小崗村的綜合智慧能源網(wǎng)到戈壁荒灘上光伏產(chǎn)業(yè)園的“光伏羊”,再到核電站輸送能源的首個(gè)零碳濱海新城……國家電投的“清潔能源+”融合實(shí)踐探索出了新思路,也帶動(dòng)了新技術(shù)新產(chǎn)業(yè)發(fā)展,讓人看到了廣闊前景。

  融合,靠眾人拾柴。實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和,面臨諸多挑戰(zhàn),靠各自為戰(zhàn)、單槍匹馬不可能成功,需要更多方面相互借力、齊心協(xié)力,共同下好一盤棋。從中央到地方、從政府部門到相關(guān)企業(yè),有關(guān)方面都行動(dòng)起來,才能最終建立以新能源為主體的新型電力系統(tǒng),既滿足全社會(huì)用能需求,又守護(hù)好祖國碧水藍(lán)天。

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中國工程院院士、全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院董事長(zhǎng)湯廣福在9月1日召開的2021世界5G大會(huì)上表示,電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型是能源轉(zhuǎn)型的核心,實(shí)現(xiàn)清潔低碳、安全高效的能源發(fā)展要求,必須加大綠色清潔能源的供給和消費(fèi)。

“雙碳”目標(biāo)下的綠色轉(zhuǎn)型路

通過產(chǎn)業(yè)零碳化推進(jìn)節(jié)能減排和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整,做到經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)齊頭并進(jìn),是實(shí)現(xiàn)中國“雙碳”目標(biāo)的必然要求。新能源、新材料、新技術(shù)將為中國產(chǎn)業(yè)帶來前所未有的綠色變革,助力傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)在基礎(chǔ)設(shè)施、生產(chǎn)制造、供應(yīng)鏈、循環(huán)利用等多個(gè)環(huán)節(jié)、多個(gè)場(chǎng)景的減碳,也為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)孕育了巨大商機(jī)。

“雙碳”目標(biāo)下的綠色轉(zhuǎn)型路

通過產(chǎn)業(yè)零碳化推進(jìn)節(jié)能減排和能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整,做到經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境保護(hù)齊頭并進(jìn),是實(shí)現(xiàn)中國“雙碳”目標(biāo)的必然要求。新能源、新材料、新技術(shù)將為中國產(chǎn)業(yè)帶來前所未有的綠色變革,助力傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)在基礎(chǔ)設(shè)施、生產(chǎn)制造、供應(yīng)鏈、循環(huán)利用等多個(gè)環(huán)節(jié)、多個(gè)場(chǎng)景的減碳,也為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)孕育了巨大商機(jī)。

雙碳目標(biāo)壓力下 煤企加速跨界新能源

礦區(qū)有大量的土地、風(fēng)、光等其他資源,具有發(fā)展新能源的先天優(yōu)勢(shì),可以充分將煤礦區(qū)建設(shè)成為地面-井下一體化的風(fēng)、光、電、熱、氣多元協(xié)同的清潔能源基地。但從煤炭產(chǎn)業(yè)到新能源業(yè)務(wù),實(shí)際是從資源依賴型