为应对全球气候变化、化解资源环境危机,中国需推进能源结构调整与优化,逐步提高可再生能源开发利用比例,加快解决可再生能源存储的瓶颈问题。中国废弃矿山数量巨大,利用废弃矿山遗留下来的大量地下空间建造抽水蓄能电站为中国可再生能源存储提供了新的思路。基于德国利用废弃金属矿山和煤矿地下空间建造地下抽水蓄能电站的实例,从岩石力学、矿山规划、机械构置、能源系统规划、法律、环境影响以及经济性等方面深入探讨了中国利用废弃矿山建造地下抽水蓄能电站的相关评价原则与技术要点,并进一步提出了中国废弃矿山地下抽水蓄能电站研究的基本方向和主要内容。
In order to cope with the global climate change and the resource and environmental crisis, the energy structure in China should be adjusted and optimized, to gradually increase the proportion of the renewable energy development and utilization, and to solve the bottleneck problem of the renewable energy storage. In China, there are a large number of abandoned mines, which provide a large underground space to construct underground pumped storage power stations for the renewable energy storage. Based on two examples in Germany, this paper reviews related issues from the viewpoints of the rock mechanics, the mining planning, the mechanical settings, the energy system planning, the legal, environmental impacts, the economic applicability, the evaluation principles and other technical key points. The basic directions and the main contents of the related researches are discussed.
[1] Fessenden R A. System of storing power:US, US1247520[P]. 1917-11-20.
[2] Boust M. Europa beschleunigt den Pumpspeicher-Ausbau[J]. Wasserwirtschaft, 2012, 102(3):42-44.
[3] Willett D C. Underground pumped storage research priorities. Technical planning study[M]. Palo Alto:Electric Power Research Institute, 1976.
[4] Electric Power Research Institute. An assessment of energy storage systems suitable for use by electric utilities[M]. Newark:Public Service Electric and Gas Company Newark, 1976.
[5] Walia M, McCreath D R. Siting potential for compressed air and underground pumped hydro energy storage facilities the United States[M]. Oxford:Pergamon Press, 1976.
[6] Harza Engineering Company. Underground pumped hydro storage facilities and compressed air energy storage. An analysis of regionalmarkets and development potential[R]. Chicago:Harza Engineering Company, 1977.
[7] Chas T M. Underground hydroelectric pumped storage:An evaluation of the concept[M]. Boston:Main, 1978.
[8] Tam S W, Blomquist C A, Kartsounes G T. Underground pumped hydro storage-An overview[J]. Energy Sources, 1979(4):329-351.
[9] Chang G C, Thompson P A, Allen R D, et al. Pumped storage hydroelectric plants with underground lower reservoirs[A]. Proceedingsof the International Symposium (Rockstore 80), Oxford:Pergamon Press, 1980:579-585.
[10] Federal Ministry of Economics and Technology. Energy Concept[R]. Berlin:Federal Ministry of Economics and Technology, 2010.
[11] Federal Ministry of Economics and Technology. Die energie der Zukunft:Erster fortschrittsbericht zur energiewende[R]. Berlin:Federal Ministry of Economics and Technology, 2014.
[12] Busch W, Kaiser F. Unkonventionelle pumpspeicher:Schlüsseltechnologie der zukünftigen energielandschaft[M]. Göttingen:Cuvillier Verlag, 2013.
[13] Beck H P, Schmidt M. Windenergiespeicherung durch Nachnutzung stillgelegter Bergwerke[M]. Göttingen:Cuvillier Verlag, 2011.
[14] Niemann A. Sachstand zur machbarkeitsstudie einer nachfolgenutzung der anlagen des steinkohlebergbaus im ruhrgebiet als pumpspeicherwerke[EB/OL]. (2014-01-28)[2020-05-13]. http://www.upsw.de/files/artikelbilder/Dokumente_und_Screenshots_28.01.2014/20140128_SA-NAA_Niemann.pdf.
[15] 谢和平, 高明忠, 刘见中, 等. 煤矿地下空间容量估算及开发利用研究[J]. 煤炭学报, 2018, 43(6):1487-1503.
[16] 廖夏伟, 计军平, 马晓明. 2020年中国发电行业碳减排目标规划相符性分析[J]. 中国环境科学, 2013, 33(3):553-559.
[17] 袁亮. 煤炭精准开采科学构想[J]. 煤炭学报, 2017, 42(1):1-7.
[18] 娄伟. 中国可再生能源技术的发展(1949-2019)[J]. 科技导报, 2019, 37(18):155-161.
[19] 卢璟莉, 常江, 杨洋. 淮北市采煤塌陷地利用现状分析[J]. 煤炭工程, 2015, 47(4):118-120.
[20] 王海, 赵华甫, 吴克宁. 门头沟产业转型背景下采煤塌陷土地开发利用模式和战略[J]. 现代城市研究, 2014(3):10-15.
[21] 张伟, 张文新, 蔡安宁, 等. 煤炭城市采煤塌陷地整治与城市发展的关系——以唐山市为例[J]. 中国土地科学, 2013, 27(12):73-79.
[22] 陈新生, 岳庆如, 王巧妮, 等. 我国采煤塌陷地复垦模式研究[J]. 林业科技开发, 2013, 27(3):5-9.
[23] 刘飞, 陆林. 采煤塌陷区的生态恢复研究进展[J]. 自然资源学报, 2009, 24(4):612-620.
[24] 周士园, 常江, 罗萍嘉, 等. 资源型城市转型中的规划引导研究:以徐州市为例[J]. 中国矿业, 2016, 25(11):88-92.
[25] 彭玉玲, 林爱文, 王珂, 等. 资源枯竭型城市的工矿废弃地复垦利用综合效益评价——以黄石市七约山矿区为例[J]. 国土资源遥感, 2015, 27(3):161-166.
[26] 唐泽政. 淮北:工矿废弃地变废为宝[J]. 中国土地, 2015(4):54-55.
[27] 刘向敏, 岳永兵. 工矿废弃地复垦利用机制优化分析与思考[J]. 中国矿业, 2014, 23(4):62-64, 78.
[28] 吴迪, 赵华, 李钢. 江苏省徐州市工矿废弃地复垦潜力评价研究[J]. 中国煤炭, 2013, 39(8):119-123, 129.
[29] 谢和平, 侯正猛, 高峰, 等. 煤矿井下抽水蓄能发电新技术:原理、现状及展望[J]. 煤炭学报, 2015, 40(5):965-972.
[30] 王婷婷, 曹飞, 唐修波, 等. 利用矿洞建设抽水蓄能电站的技术可行性分析[J]. 储能科学与技术, 2019, 8(1):195-200.
[31] 罗魁, 石文辉, 曹飞, 等. 利用废弃矿洞建设抽水蓄能电站初探[J]. 中国能源, 2018, 40(10):42-47.
[32] 李耀华, 孔力. 发展太阳能和风能发电技术加速推进我国能源转型[J]. 中国科学院院刊, 2019, 34(4):426-433.