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抽水蓄能選址技術(shù)方法及其發(fā)展綜述

作者:賈文林 張尊華 周夢妮 張帆 歐陽章智 來源:儲能科學(xué)與技術(shù) 發(fā)布時間:2026-01-08 瀏覽:次

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摘 要 在全球能源轉(zhuǎn)型背景下,風(fēng)電、光伏等間歇性可再生能源的大規(guī)模并網(wǎng)對電力系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。抽水蓄能憑借高能效、規(guī)模經(jīng)濟(jì)性及靈活多功能調(diào)節(jié)特性,是當(dāng)前主流的系統(tǒng)級儲能技術(shù)和解決棄風(fēng)棄光問題的有效手段。我國抽水蓄能的理論資源儲備十分豐富,但優(yōu)質(zhì)可開發(fā)站址受環(huán)境保護(hù)、社會約束和經(jīng)濟(jì)可行性等多重因素限制,實際可落地項目比例有限。同時,容量電價和電量補償?shù)日邫C(jī)制不完善,對部分項目的核準(zhǔn)和建設(shè)進(jìn)度產(chǎn)生了顯著影響。在此背景下,亟需通過拓展非常規(guī)站址類型并優(yōu)化選址方法,提高項目的整體可行性與經(jīng)濟(jì)性。本文首先通過文獻(xiàn)計量分析發(fā)現(xiàn),抽水蓄能選址研究在國家能源政策驅(qū)動下,近年來呈快速增長趨勢。圍繞選址對象與技術(shù)方法兩個維度構(gòu)建綜述框架:在對象維度,系統(tǒng)梳理了常規(guī)淡水、海水、地下空間以及新能源配套抽水蓄能四類典型模式的特征與約束條件,并提出了針對性的特征評價指標(biāo)體系;在方法維度上,對地理信息系統(tǒng)、多準(zhǔn)則決策、二者耦合方法及其他選址技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)性梳理和對比分析,重點討論了各方法的理論基礎(chǔ)、適用環(huán)節(jié)、優(yōu)勢與局限。研究成果可為抽水蓄能項目的選址決策提供系統(tǒng)化的理論參考和方法借鑒,有助于優(yōu)化站址布局、提升規(guī)劃科學(xué)性與可行性,從而推動抽水蓄能產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

關(guān)鍵詞 抽水蓄能;選址;評價指標(biāo);地理信息系統(tǒng);多準(zhǔn)則決策

在全球能源結(jié)構(gòu)加速向可再生能源轉(zhuǎn)型的背景下,風(fēng)電、光伏等波動性電源的大規(guī)模并網(wǎng)對電力系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)能力提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。截至2024年底,中國風(fēng)電與光伏發(fā)電裝機(jī)容量已突破14億千瓦,占全國發(fā)電總裝機(jī)的42%,其發(fā)電量占比達(dá)18%。然而,新能源出力固有的隨機(jī)性、間歇性與波動性導(dǎo)致電網(wǎng)面臨顯著的調(diào)峰壓力與棄風(fēng)棄光問題。特別是在系統(tǒng)凈負(fù)荷峰谷差擴(kuò)大的情況下,常規(guī)火電機(jī)組的調(diào)節(jié)能力受限,亟需大規(guī)模儲能技術(shù)以平抑功率波動、實現(xiàn)電量的時空轉(zhuǎn)移。在眾多儲能技術(shù)中,抽水蓄能(pumped hydro energy storage, PHES)憑借其成熟的技術(shù)、顯著的經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢以及巨大的規(guī)模化開發(fā)潛力,成為當(dāng)前最成熟的系統(tǒng)級調(diào)節(jié)解決方案。抽水蓄能能量轉(zhuǎn)換效率可達(dá)70%~80%,設(shè)計壽命通常超過50年,單站容量可達(dá)吉瓦(GW)級,并兼具調(diào)峰、調(diào)頻、調(diào)相、事故備用和黑啟動等多功能協(xié)同能力。因此,抽水蓄能被廣泛視為構(gòu)建以新能源為主體的新型電力系統(tǒng)的核心支撐技術(shù)。

中國抽水蓄能產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入高速發(fā)展階段。如圖1所示,截至2024年底,全國抽水蓄能已投產(chǎn)裝機(jī)容量達(dá)5869萬千瓦,在建規(guī)模約2億千瓦,連續(xù)九年位居全球首位。這一快速增長得益于國家層面的政策驅(qū)動。《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》明確提出,到2030年投產(chǎn)規(guī)模需達(dá)1.2億千瓦,2035年進(jìn)一步提升至4億千瓦,以滿足高比例新能源消納的迫切需求。盡管全國普查篩選出的站點理論資源總規(guī)模高達(dá)16億千瓦,覆蓋絕大部分省份(圖2),但實際開發(fā)比例受生態(tài)環(huán)境保護(hù)、社會用地協(xié)調(diào)、工程經(jīng)濟(jì)性等多重因素限制;另一方面,容量電價和電量補償?shù)日邫C(jī)制尚不完善,也對部分項目的核準(zhǔn)與建設(shè)進(jìn)度造成影響。在多重因素的影響下,抽水蓄能建設(shè)進(jìn)度與規(guī)劃目標(biāo)存在一定差距,其在電力儲能市場的占比由2023年的53.4%下降至2024年的42.4%(圖3)。由于上述因素對項目可行性具有全局性影響,而選址環(huán)節(jié)正是需要綜合權(quán)衡這些技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與社會約束的關(guān)鍵過程,因此選址方法的科學(xué)性直接關(guān)系到資源的有效開發(fā)與項目的順利推進(jìn)。


圖1   全球抽水蓄能裝機(jī)容量排名前十的國家


圖2   中國抽水蓄能站點資源區(qū)域分布


圖3   中國電力儲能市場累計裝機(jī)規(guī)模

抽水蓄能的建設(shè)具有極強的地理依賴性,其選址過程受到地形落差、水文條件、地質(zhì)穩(wěn)定性、生態(tài)環(huán)境敏感性和社會經(jīng)濟(jì)影響等多維度因素的嚴(yán)格約束。傳統(tǒng)的選址主要聚焦于篩選滿足上述條件的常規(guī)淡水抽水蓄能站址,同時,學(xué)術(shù)界與工程界也正積極探索非常規(guī)抽水蓄能的開發(fā)路徑,通過技術(shù)創(chuàng)新與空間拓展突破傳統(tǒng)選址的地理限制。主要方向包括海水抽水蓄能、利用地下空間的礦井/洞室式抽水蓄能,以及與風(fēng)電、光伏等可再生能源直接耦合的多能互補系統(tǒng)。然而,非常規(guī)選址雖顯著拓展了資源開發(fā)邊界,但也引入了全新的評價維度和更高的技術(shù)復(fù)雜性?,F(xiàn)行選址評價指標(biāo)體系主要基于常規(guī)抽水蓄能場景構(gòu)建,難以充分反映海水型、地下空間型等非常規(guī)站址的選址特征與功能需求,在指標(biāo)的通用性與差異化表達(dá)之間尚未形成有效平衡。因此傳統(tǒng)的選址評價方法體系亟需系統(tǒng)性革新,以適應(yīng)多元復(fù)雜場景下的科學(xué)決策需求。另一方面,已有研究在選址方法的分類梳理與對比分析方面相對分散,缺乏對不同方法間核心機(jī)理、適用條件、決策邊界與實際應(yīng)用路徑的系統(tǒng)歸納。

針對上述問題,本文構(gòu)建了一個雙維度選址綜述框架:①在對象維度,聚焦常規(guī)淡水抽水蓄能、海水抽水蓄能、地下空間抽水蓄能以及新能源配套抽水蓄能四類典型場址類型,分析了選址特征與核心約束,提出了具有針對性的特征選址評價指標(biāo);②在方法維度,系統(tǒng)評述了當(dāng)前主流與新興選址技術(shù)路徑,包括地理信息系統(tǒng)(geographic information systems,GIS)、多準(zhǔn)則決策法(multi-criteria decision- making,MCDM)、GIS-MCDM耦合法以及其他優(yōu)化方法,探討了其理論基礎(chǔ)、實際應(yīng)用、優(yōu)勢與適配條件。通過融合對象與方法兩大維度,為未來抽水蓄能選址研究提供了更具系統(tǒng)性的理論支撐。

1 抽水蓄能選址研究態(tài)勢:文獻(xiàn)計量分析

為系統(tǒng)解析抽水蓄能選址領(lǐng)域的研究演進(jìn)脈絡(luò),本研究采用文獻(xiàn)計量學(xué)方法,以“抽水蓄能”“選址”及其英文同義詞(“pumped storage”“site selection”)為主題詞,在CNKI與Web of Science核心合集開展聯(lián)合檢索(時間范圍:1996—2025年,檢索日期:2025年8月)。為保證來源質(zhì)量,中文文獻(xiàn)限定為中文核心、CSSCI與CSCD期刊;英文文獻(xiàn)限定為SCI/EI收錄期刊。檢索結(jié)果經(jīng)題名、作者、期刊與DOI等信息合并去重,并剔除非研究性文獻(xiàn)(如資訊、簡訊、會議通知等)后,最終納入1996—2025年有效文獻(xiàn)73篇。圖4所示的年度發(fā)文量分布直觀反映了該領(lǐng)域研究態(tài)勢的階段性特征,其演變軌跡與國家政策導(dǎo)向及能源轉(zhuǎn)型需求呈現(xiàn)顯著關(guān)聯(lián)。

圖4   抽水蓄能選址研究年度發(fā)文量趨勢圖 (1996—2025年)

(1)研究萌芽期(1996—2018年)

此階段年均發(fā)文量不足1篇(總量23篇),最高年份僅3篇,表明抽水蓄能選址尚未形成獨立研究方向。研究進(jìn)展緩慢主要源于兩方面制約:一方面,我國能源結(jié)構(gòu)以火電為主導(dǎo),2010年新能源裝機(jī)占比不足5%,抽水蓄能需求薄弱;另一方面,2003年《抽水蓄能建設(shè)規(guī)劃》設(shè)定的2000萬千瓦裝機(jī)目標(biāo)推進(jìn)滯緩,導(dǎo)致選址研究缺乏實踐驅(qū)動力。

(2)加速啟動期(2019—2021年)

2019年發(fā)文量從2018的0篇躍升至6篇,標(biāo)志研究進(jìn)入加速階段。關(guān)鍵政策突破成為核心驅(qū)動力:2019年《輸配電定價成本監(jiān)審辦法》破解商業(yè)模式瓶頸,將抽水蓄能成本納入輸配電價;“十四五”規(guī)劃提出的碳中和目標(biāo)促使儲能建設(shè)提速;2021年兩部制電價落地更使項目經(jīng)濟(jì)性顯著提升。同期新能源裝機(jī)突破5億千瓦,棄電率超10%的現(xiàn)實困境,進(jìn)一步強化了抽水蓄能選址優(yōu)化的迫切性。

(3)技術(shù)爆發(fā)期(2022年至今)

2022—2024年發(fā)文量呈現(xiàn)指數(shù)級增長,這一爆發(fā)態(tài)勢直接響應(yīng)了2021年《抽水蓄能中長期發(fā)展規(guī)劃(2021—2035年)》提出的4億千瓦裝機(jī)目標(biāo)。2030年1.2億千瓦近期目標(biāo)催生站點資源普查研究;廢棄礦井改造、海水抽水蓄能等非常規(guī)選址方向興起;機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)開始滲透選址優(yōu)化領(lǐng)域。

2 選址對象類型與特征評價指標(biāo)分析

抽水蓄能的基本原理是儲能時利用電能將低處水庫中的水抽升到高處水庫儲存;發(fā)電時,再將高處水庫中的水釋放至低處,利用水的勢能推動水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電,從而實現(xiàn)電能的時空轉(zhuǎn)移和系統(tǒng)調(diào)節(jié)。根據(jù)歐盟委員會聯(lián)合研究中心發(fā)布的技術(shù)報告,抽水蓄能建設(shè)過程中的上下水庫拓?fù)潢P(guān)系可劃分為七種典型類型(表1)。通過對這些類型的具體特征進(jìn)行深入分析發(fā)現(xiàn),T1、T2、T3、T5和T6類型可歸類為常規(guī)淡水抽水蓄能;T4類型因其獨特地利用海水資源,歸類為海水抽水蓄能;而T7類型則依托廢棄礦井等地下空間構(gòu)造,歸類為地下空間抽水蓄能。此外,結(jié)合當(dāng)前已有文獻(xiàn)研究趨勢與實際工程經(jīng)驗,抽水蓄能的選址正越來越多地與風(fēng)能、太陽能等新能源發(fā)電設(shè)施協(xié)同布局,以實現(xiàn)多能互補和系統(tǒng)效率提升。為突出此顯著發(fā)展趨勢,本研究將此類選址模式進(jìn)一步歸類為新能源配套抽水蓄能。因此,本研究最終確立了包含常規(guī)淡水抽水蓄能、海水抽水蓄能、地下空間抽水蓄能以及新能源配套抽水蓄能在內(nèi)的四類抽水蓄能選址對象。

表1   不同抽水蓄能拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在評估抽水蓄能開發(fā)潛力方面的簡要描述

如圖5所示,本文統(tǒng)計所調(diào)研的73篇文獻(xiàn)中,常規(guī)淡水抽水蓄能在現(xiàn)有研究中占比高達(dá)65%,在所有類型中占據(jù)主導(dǎo)地位。這一比例較高的原因在于,常規(guī)淡水抽水蓄能作為技術(shù)成熟度最高、工程經(jīng)驗最豐富的建設(shè)模式,其選址體系已較為完備,且具備廣泛的適用性和推廣價值。相比之下,海水抽水蓄能占比約為7%,地下空間抽水蓄能占13%,而近年來隨著可再生能源快速發(fā)展,新能源配套抽水蓄能也占據(jù)了15%的研究比例,顯示出其日益增強的研究熱度與戰(zhàn)略意義。


圖5   抽水蓄能選址研究文獻(xiàn)中對象類型的占比統(tǒng)計

以下對四類抽水蓄能選址模式展開獨立論述,主要聚焦于其類型特征、面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)、已有文獻(xiàn)的研究進(jìn)展以及選址所涉及的評價指標(biāo)體系。其中,常規(guī)淡水抽水蓄能因其技術(shù)成熟,所采用的指標(biāo)體系具有較強的通用性,可為其他三類提供基礎(chǔ)參考。然而,由于海水抽水蓄能、地下空間抽水蓄能以及新能源配套抽水蓄能在資源環(huán)境、技術(shù)路線和運行方式等方面均與常規(guī)模式存在顯著差異,因此在選址評價中需結(jié)合其自身特點,建立特征指標(biāo)體系,以保障評估結(jié)果的科學(xué)性與適應(yīng)性。

2.1 常規(guī)淡水抽水蓄能

由上述可知,常規(guī)淡水抽水蓄能存在五種建設(shè)方式,其選址也顯示出顯著的特征差異,如表2所示。從地形依賴度、投資成本和生態(tài)影響等關(guān)鍵指標(biāo)看,不同建設(shè)類型之間存在明顯的相關(guān)性。具體來看,以雙庫改造型(T1)為例,由于該類型通?;诂F(xiàn)有天然雙水庫和適宜地形進(jìn)行改造,其地形依賴度較高,但這種充分利用既有地理條件的方式顯著降低了初始投資成本,同時生態(tài)影響也相對較小。而以完全新建型(T3)為代表的抽水蓄能,雖然對具體地形條件的依賴程度低,僅需滿足基本的適宜地形要求即可選址,但這種便利性意味著更大的建設(shè)工程規(guī)模與投資投入,同時也帶來了較高的生態(tài)環(huán)境影響。因此,可以總結(jié)出抽水蓄能選址的普遍規(guī)律,即地形依賴度與投資成本和生態(tài)影響呈現(xiàn)明顯的負(fù)相關(guān)性。地形依賴度高的類型更難尋找理想的選址條件,但一旦選址成功,投資成本和生態(tài)代價則相對較低;反之,地形依賴度低的類型選址更易實現(xiàn),但伴隨而來的初始投資與生態(tài)影響卻明顯增加。

表2   常規(guī)淡水抽水蓄能建設(shè)類型特征匯總

近年來,國內(nèi)外學(xué)者圍繞常規(guī)淡水抽水蓄能選址開展了大量研究,覆蓋從地質(zhì)地形、水文條件,到工程布局、社會影響、生態(tài)約束等多個方面。為全面梳理當(dāng)前研究的熱點與關(guān)鍵問題,本文基于對已有代表性文獻(xiàn)的系統(tǒng)整理,從以下六個維度對選址相關(guān)研究進(jìn)行了歸類與分析,詳見表3。

表3   常規(guī)淡水抽水蓄能選址中的研究重點

(1)水文與資源調(diào)度。上下庫水資源的可利用性是選址成敗的關(guān)鍵。費香澤等提出基于遙感數(shù)據(jù)的上下庫篩選方法,可高效識別庫址空間位置與容量條件。張濤等聚焦巖溶洼地選址,強調(diào)豎直落差、庫容與斷層是建庫可行性的核心因素。郭果等進(jìn)一步量化洼地建庫適宜性,指出巖溶水動力、水頭差與天然庫容在選址決策中影響最大。Baniya等則從區(qū)域尺度評估不同水體組合模式,發(fā)現(xiàn)湖泊-河流配置具有較高技術(shù)可行性與資源利用率。

(2)地質(zhì)與工程因素。地質(zhì)條件是抽水蓄能選址的基礎(chǔ)約束因素,直接影響工程的安全性與可行性。熊章強等指出壩址常位于復(fù)雜山地,強調(diào)通過地震波勘探識別基巖起伏、風(fēng)化程度及隱伏斷層等特征,是判斷巖體穩(wěn)定性的關(guān)鍵依據(jù)。王玉濤以朝陽碳酸巖地區(qū)為例,揭示巖溶發(fā)育對上水庫選址形成制約,需深入開展巖溶分布調(diào)查。王玉威等則利用微動剖面分析識別節(jié)理裂隙帶與斷層,驗證該方法在復(fù)雜地質(zhì)區(qū)的應(yīng)用潛力。Li等基于十三陵電站的實際工程,指出地質(zhì)隱患(如斷層、滲漏)對施工影響顯著,強調(diào)選址階段需進(jìn)行細(xì)致地質(zhì)排查。

(3)社會與移民問題。選址過程中的社會影響日益受到重視,特別是移民搬遷與營地建設(shè)問題。孫坤等[23]以廣西四個抽蓄項目為例,系統(tǒng)分析移民安置點的規(guī)劃邏輯與難點,強調(diào)人居適宜性與工程協(xié)調(diào)性的重要性。位寧等則從營地功能出發(fā),提出集辦公、生活、管理為一體的營地選址需兼顧地形條件與服務(wù)半徑,體現(xiàn)人本關(guān)懷。殷康等進(jìn)一步指出,棄渣場占地對周邊居民的安置影響不容忽視,應(yīng)盡早統(tǒng)籌協(xié)調(diào),避免工程后期被動應(yīng)對。

(4)工程設(shè)計與棄渣場。工程設(shè)計與棄渣處置是影響抽蓄站址布局的重要因素。賀元啟提出中小型抽蓄電站采用半地下廠房布置,有助于降低工程造價與建設(shè)周期。張曉利則從棄渣體量和來源出發(fā),強調(diào)合理規(guī)劃棄渣場是防止水土流失的關(guān)鍵前提。周軍軍等結(jié)合瓊中電站分析棄渣場的地形地質(zhì)條件,指出場址選擇應(yīng)兼顧穩(wěn)定性與排水性。殷康等從征地移民角度探討棄渣場選址問題,認(rèn)為渣場選址會影響整體項目進(jìn)度。

(5)電網(wǎng)協(xié)調(diào)與系統(tǒng)集成。抽水蓄能需與電網(wǎng)運行機(jī)制深度融合以提升整體效益。柏睿等指出混合式抽蓄可通過與常規(guī)水電聯(lián)合調(diào)度實現(xiàn)資源共享,需重點考察系統(tǒng)聯(lián)動性與環(huán)境影響。段力偉等以工業(yè)園為背景,提出微型抽蓄系統(tǒng)協(xié)同光伏并優(yōu)化負(fù)荷調(diào)節(jié),緩解電網(wǎng)不平衡問題。衛(wèi)凱從受端電網(wǎng)安全出發(fā),分析儲能系統(tǒng)在頻率穩(wěn)定中的作用,提出構(gòu)建儲能優(yōu)化配置模型以提升頻率與電壓安全水平,展現(xiàn)電網(wǎng)層面對選址規(guī)劃的反向約束。

(6)可持續(xù)發(fā)展評估。生態(tài)環(huán)境與政策導(dǎo)向也已成為選址的重要考量因素。Danehkar等區(qū)分了硬性約束(坡度、水體)與軟性標(biāo)準(zhǔn)(植被、社會認(rèn)知度),強調(diào)自然與人文雙重適宜性。Nzotcha等構(gòu)建多準(zhǔn)則可持續(xù)選址模型,將環(huán)境影響與社會經(jīng)濟(jì)評價并列考慮,體現(xiàn)全生命周期導(dǎo)向。郭果等指出選址時應(yīng)避免生態(tài)紅線區(qū),同時兼顧水文與地質(zhì)條件,推動綠色選址理念落地。Lu等則強調(diào)在資源富集區(qū)如西藏,開發(fā)潛力雖大,但更需生態(tài)慎重權(quán)衡。

選址因素的系統(tǒng)性與準(zhǔn)確性是影響抽水蓄能項目成敗的關(guān)鍵因素,既關(guān)系到工程的技術(shù)可行性,也深刻影響其經(jīng)濟(jì)可行性與長期運行績效。在眾多類型中,常規(guī)淡水抽水蓄能由于技術(shù)體系相對成熟、實踐案例豐富,其選址評價體系已較為完備,并在多個研究中得到廣泛應(yīng)用。因此,其評價指標(biāo)體系不僅適用于本類型項目,也可作為其他類型抽蓄模式進(jìn)行選址評價時的重要參考基礎(chǔ)。為進(jìn)一步明確當(dāng)前主流研究中對常規(guī)淡水抽水蓄能選址的考量重點,本文對相關(guān)文獻(xiàn)中的通用指標(biāo)進(jìn)行了系統(tǒng)梳理與分類,具體內(nèi)容見表4。

表4   常規(guī)淡水抽水蓄能選址的通用指標(biāo)體系歸納

2.2 海水抽水蓄能

海水抽水蓄能以海洋作為下水庫,在陸地構(gòu)建上水庫,利用海水循環(huán)實現(xiàn)能量存儲與釋放。該技術(shù)的核心優(yōu)勢在于突破淡水資源限制,尤其適用于沿海缺水型負(fù)荷中心地區(qū),如中國東部沿海、中東干旱區(qū)等。典型代表包括全球首座海水抽水蓄能電站——1999年投運的日本沖繩電站(30 MW),以及中國首個且唯一的國家級海水抽水蓄能試驗示范項目——寧德市的浮鷹島海水抽水蓄能電站(42 MW)。

學(xué)術(shù)研究中,Ghorbani等首次普查伊朗海水抽水蓄能資源,確定其理論儲能潛力達(dá)5108 GWh,證實了海水抽水蓄能對干旱地區(qū)的重要性。Lee等提出潮汐能與抽水蓄能協(xié)同模式,基于韓國珍島案例證實能源利用率提高22%。石文輝等系統(tǒng)評估了中國沿海地區(qū)海水抽水蓄能資源,提出遼東至福建地區(qū)具有8000萬千瓦潛力及生態(tài)規(guī)避與防腐建議。Wu等以福建寧德海水抽水蓄能項目為案例,證實寧德富盈島在地質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)方面表現(xiàn)突出,確立了沿海負(fù)荷中心區(qū)“低生態(tài)沖突+高經(jīng)濟(jì)收益”的選址范式。

2024年,我國國家能源局將海水抽水蓄能正式納入“新型儲能試點專項”政策框架,通過電價補貼機(jī)制推動示范項目落地,標(biāo)志著該技術(shù)進(jìn)入規(guī)?;l(fā)展的政策支持新階段。然而,其產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程仍面臨若干關(guān)鍵挑戰(zhàn)與技術(shù)瓶頸:①腐蝕與滲透,海水高鹽度環(huán)境引發(fā)金屬結(jié)構(gòu)電化學(xué)腐蝕及混凝土滲透劣化,需采用特種耐蝕合金、納米防腐涂層與高性能密封技術(shù);②海洋生態(tài)干擾,取排水工程改變局部潮汐動力學(xué)特征,干擾底棲生物棲息環(huán)境,要求嚴(yán)格規(guī)避珊瑚礁、紅樹林等生態(tài)敏感區(qū);③系統(tǒng)運行穩(wěn)定性,潮汐周期性波動導(dǎo)致下水庫有效庫容變化較大,亟需通過冗余庫容設(shè)計與自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)制保障儲能可用率。

為系統(tǒng)應(yīng)對上述專屬挑戰(zhàn),亟需構(gòu)建其海水抽水蓄能的特征選址評價指標(biāo)。本文提出基于海水抽水蓄能的三大差異化評價指標(biāo),見表5。

表5   海水抽水蓄能的特征選址評價指標(biāo)

2.3 地下空間抽水蓄能

地下空間抽水蓄能通過封閉空間內(nèi)的水體循環(huán)實現(xiàn)能量的存儲與釋放,徹底擺脫對自然水體與地表空間的依賴,在煤礦大省及城市邊緣區(qū)尤具推廣意義。該技術(shù)的核心優(yōu)勢在于實現(xiàn)資源的雙重優(yōu)化利用,一方面通過改造廢棄礦井等存量工程體構(gòu)建水庫系統(tǒng),推動地下空間的循環(huán)再利用;另一方面顯著緩解地面土地緊張壓力,實現(xiàn)空間資源的高效集約開發(fā)。目前,地下空間抽水蓄能主要形成三類技術(shù)模式:①人工洞室型在穩(wěn)定巖層中新建水庫,避讓地表干擾;②礦井改造型復(fù)用廢棄井巷,顯著降低土建成本;③混合型通過擴(kuò)挖提高既有礦井的庫容與適應(yīng)性。典型代表包括德國Prosper-Haniel煤礦項目,利用1.2千米深巷道改建為200 MW抽水蓄能電站,助力風(fēng)光電消納與礦區(qū)轉(zhuǎn)型;中國山東淄川項目則結(jié)合封閉礦坑建成220 MW抽水蓄能系統(tǒng),并配套光伏與地?zé)嵩O(shè)施,構(gòu)建“光蓄農(nóng)熱”多能互補示范。

學(xué)術(shù)研究中,在資源潛力定量化方面,卞正富等率先揭示黃河流域巷道空間潛力(4.7億m3)可年發(fā)電3.78×109 kWh,消納28.4%棄風(fēng)棄光電量;然而,大規(guī)模開發(fā)需精準(zhǔn)篩選可行站點。選址決策機(jī)制研究中,王兵等提出“自然條件優(yōu)先”準(zhǔn)則,證實水位差(≥200 m)與圍巖穩(wěn)定性(滲透率<10-7 m/s)為核心控制參數(shù);Tao等進(jìn)一步構(gòu)建四維框架,驗證總水頭高度(>300 m)對系統(tǒng)效率的敏感性;Yong等開發(fā)的兩階段模型證明,滲透系數(shù)閾值(<10-6 m/s)可淘汰30%不適宜礦井,大幅降低勘探成本。區(qū)域適宜性方面,Chen等建立河南礦井?dāng)?shù)據(jù)庫(容量1.35×107 m3,年發(fā)電量1468.9 GWh),提出產(chǎn)能閾值(>20 MW)初篩標(biāo)準(zhǔn);Yang等則從環(huán)境-能源協(xié)同視角,論證安徽番一礦案例可減少地表擾動80%;Sun等通過黃河流域梯度分析,明確山西、內(nèi)蒙古的淺層礦井(深度<500 m)與高補貼強度(>0.2元/kWh)構(gòu)成開發(fā)第一梯隊,為規(guī)?;涞靥峁┛臻g指引。

2023年起,地下空間抽水蓄能逐步被納入各省“十四五新型儲能規(guī)劃”與煤礦資源再利用政策體系。山東、山西、河南等地相繼發(fā)布建設(shè)導(dǎo)則與地方標(biāo)準(zhǔn),明確支持廢棄礦井抽蓄項目納入能源布局,并通過土地審批、財政補貼等手段推動示范工程落地,標(biāo)志著地下抽蓄技術(shù)進(jìn)入政策引導(dǎo)下的實質(zhì)性開發(fā)階段。然而,其大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化仍面臨若干關(guān)鍵挑戰(zhàn):①巷道結(jié)構(gòu)安全,部分老舊礦井圍巖強度低、支護(hù)缺失,需評估其穩(wěn)定性與水壓承受能力,必要時進(jìn)行高成本加固;②淹水風(fēng)險與蓄水適應(yīng)性,部分礦井存在歷史涌水、垮塌等情況,影響蓄水功能與運行安全;③運維環(huán)境與安全性,地下作業(yè)需重點關(guān)注通風(fēng)條件與殘留有害氣體,保障長期施工與檢修安全;④環(huán)境遺留問題,礦區(qū)常伴有重金屬或化學(xué)污染,需評估修復(fù)成本與生態(tài)影響。如表6所示,為應(yīng)對上述挑戰(zhàn),本文提出四項地下空間抽水蓄能的特征選址評價指標(biāo),用于支持站點篩選與工程可行性判定。

表6   地下空間抽水蓄能的特征選址評價指標(biāo)

2.4 新能源配套抽水蓄能

抽水蓄能與新能源耦合系統(tǒng)通過在風(fēng)能、太陽能基地周邊協(xié)同選址,構(gòu)建“源-儲聯(lián)合調(diào)度”機(jī)制,實現(xiàn)能源就地存儲與波動平抑。其核心功能體現(xiàn)為雙重耦合:空間維度上縮短輸電損耗,功能維度上同步承擔(dān)能量時移器(日內(nèi)調(diào)節(jié))與功率穩(wěn)定器(分鐘級響應(yīng))。典型實踐包括甘肅“沙戈荒”風(fēng)光基地配套玉門抽水蓄能(120萬千瓦),以及青海海南州光伏-龍羊峽水光互補項目,實證系統(tǒng)棄電率降低至5%以下。

在新能源配套抽水蓄能選址研究中,選址邏輯正由傳統(tǒng)的水文地貌適配逐步轉(zhuǎn)向以多能源協(xié)同優(yōu)化,重點涵蓋風(fēng)電-抽蓄、光伏-抽蓄以及風(fēng)光抽蓄三能互補等多種配置模式。研究更加強調(diào)對資源稟賦、電網(wǎng)接入條件、系統(tǒng)調(diào)度需求及區(qū)域經(jīng)濟(jì)環(huán)境等多維因素的綜合考量,以實現(xiàn)可再生能源高效消納與儲能系統(tǒng)的協(xié)同布局。

在新能源配套抽水蓄能的發(fā)展進(jìn)程中,政策驅(qū)動與技術(shù)創(chuàng)新正共同構(gòu)建起一個涵蓋強制配建、市場激勵、區(qū)域協(xié)同與技術(shù)融合的閉環(huán)機(jī)制,為選址落地與系統(tǒng)集成提供了有力支撐。表7概括了當(dāng)前主要政策類別、關(guān)鍵條款及其對項目落地和經(jīng)濟(jì)性的具體影響。

表7   新能源配套抽水蓄能發(fā)展的政策支持體系與項目影響分析


為系統(tǒng)開展新能源配套抽水蓄能項目的選址研究,不僅需考慮常規(guī)抽蓄的地形、水文等要素,還需引入與新能源特性緊密相關(guān)的指標(biāo)體系。表8提出了新能源配套抽水蓄能的特征選址評價指標(biāo)。

表8   新能源配套抽水蓄能的特征選址評價指標(biāo)

2.5 小結(jié)

本部分圍繞常規(guī)淡水抽水蓄能、海水抽水蓄能、地下空間抽水蓄能以及新能源配套抽水蓄能四類典型選址對象,對其選址特征、關(guān)鍵約束條件及評價指標(biāo)體系進(jìn)行了系統(tǒng)梳理與比較。研究表明,不同類型的抽水蓄能在地理條件、建設(shè)成本、技術(shù)成熟度、環(huán)境影響以及與新能源的耦合潛力等方面存在顯著差異?;诖?,針對四類對象建立了具有針對性的特征評價指標(biāo)體系,為后續(xù)選址評價提供了指標(biāo)層面的參考。

在實際選址過程中,應(yīng)結(jié)合項目所在區(qū)域的資源稟賦與外部條件,優(yōu)先匹配相應(yīng)類型的評價指標(biāo)。例如,沿海地區(qū)應(yīng)重點關(guān)注海水抽水蓄能的防腐蝕設(shè)計、海洋生態(tài)影響及港灣條件;具備可利用地下空間的地區(qū)應(yīng)側(cè)重礦井結(jié)構(gòu)安全性、防滲條件及修復(fù)成本評估等;常規(guī)淡水型需突出水文條件、落差規(guī)模與生態(tài)保護(hù);新能源配套型則需綜合考慮與風(fēng)電、光伏等可再生能源的空間布局協(xié)同以及電網(wǎng)接入條件等。通過因地制宜地選擇與權(quán)衡核心指標(biāo),可提升選址評價的針對性與科學(xué)性,為抽水蓄能項目的可行性研究與決策提供有力支撐。

3 選址技術(shù)方法分析

現(xiàn)有的抽水蓄能選址方法主要集中在地理信息系統(tǒng)(geographic information systems, GIS)、多準(zhǔn)則決策法(multi-criteria decision-making, MCDM)及兩者的耦合方法。此外,還存在其他一些獨立的新興選址技術(shù)和方法。如圖6所示,在本文統(tǒng)計分析的文獻(xiàn)中,采用MCDM方法的研究比例高達(dá)49%,反映了該方法的廣泛適用性。本部分將基于上述方法對相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行系統(tǒng)性綜述與分析。


圖6   抽水蓄能選址研究文獻(xiàn)中不同技術(shù)方法的占比統(tǒng)計

3.1 地理信息系統(tǒng)(GIS)

GIS是一種基于空間數(shù)據(jù)的分析工具,通過整合地形、水文、地質(zhì)等多源數(shù)據(jù),提供地理位置的可視化分析和建模,其主要適用于數(shù)據(jù)豐富且空間特征突出的宏觀尺度初步選址階段,精度依賴于基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的質(zhì)量。

基礎(chǔ)地形分析和高程建模是抽水蓄能選址中GIS應(yīng)用的核心之一。宋云麗等提出了一種基于arcpy工具和DEM數(shù)據(jù)的自動化選址方法,通過Python編程實現(xiàn)庫容和壩長的批量計算,減少了手動操作時間。Stocks等采用高分辨率DEM數(shù)據(jù),識別了超過616000個低成本儲能潛力站點,為全球閉環(huán)抽水蓄能資源評估提供了23000 TWh的儲能潛力數(shù)據(jù),支持可再生能源擴(kuò)展部署。對于綜合考慮社會經(jīng)濟(jì)與環(huán)境影響的選址方法,Ali等提出了一種基于Bayesian網(wǎng)絡(luò)與GIS相結(jié)合的社會經(jīng)濟(jì)評估模型,有效減少了受限于社會經(jīng)濟(jì)因素的站點數(shù)量,為決策提供了更可靠的依據(jù)。在復(fù)雜環(huán)境下,Lee等結(jié)合MOHID模型與GIS,模擬潮流特征并結(jié)合地理分析,定位韓國海域10個適合潮流與抽水蓄能混合發(fā)電的高潛力站點。在高地形復(fù)雜地區(qū),Lu等通過綜合地形高程差和水資源分析,篩選出西藏地區(qū)的多個高潛力站點,為當(dāng)?shù)乜稍偕茉撮_發(fā)提供關(guān)鍵數(shù)據(jù)支持。Baniya等結(jié)合GIS空間分析與水文模擬,評估了尼泊爾喜馬拉雅地區(qū)的抽水蓄能開發(fā)潛力,確定了多個高效儲能站點,為高海拔地區(qū)儲能開發(fā)提供科學(xué)依據(jù)。表9展示了上述GIS方法在抽水蓄能選址中的典型應(yīng)用。

表9   GIS方法在抽水蓄能選址中的典型應(yīng)用

以上研究充分展現(xiàn)了在抽水蓄能選址中GIS技術(shù)自動化處理、空間可視化和決策支持中的應(yīng)用潛力。通過整合多源數(shù)據(jù),GIS技術(shù)實現(xiàn)了從靜態(tài)地理信息到動態(tài)智能化分析的轉(zhuǎn)變,極大提升了選址的科學(xué)性和決策效率。

3.2 多準(zhǔn)則決策(MCDM)

MCDM是一種用于評估和決策復(fù)雜問題的工具,能夠綜合考慮多個不同且相互沖突的標(biāo)準(zhǔn),以確定最優(yōu)方案。通過權(quán)重分配與指標(biāo)評價,幫助決策者在多個候選地點中選擇最優(yōu)方案,確保決策的全面性,適合影響因子明確且多維度利益權(quán)衡復(fù)雜的場景。MCDM理論通常包括三個核心部分:數(shù)據(jù)處理、權(quán)重計算和結(jié)果排序。在應(yīng)對動態(tài)復(fù)雜的決策環(huán)境及專家主觀性等不確定性因素時,學(xué)者在傳統(tǒng)MCDM理論基礎(chǔ)上發(fā)展了多種更適應(yīng)這些挑戰(zhàn)的選址框架,以適應(yīng)不同的選址需求和條件。已有文獻(xiàn)[36, 43, 65, 73]對這些方法體系進(jìn)行了系統(tǒng)而深入的綜述。鑒于相關(guān)方法類型眾多,且本研究重心并非全面覆蓋所有MCDM擴(kuò)展模型,故僅通過表10匯總當(dāng)前文獻(xiàn)中已應(yīng)用于抽水蓄能選址問題的方法及其簡要特征,作為基礎(chǔ)參考。

表10   MCDM方法在抽水蓄能選址中的應(yīng)用

盡管上述方法單獨描述,但實際應(yīng)用中通常將其耦合以充分發(fā)揮各自優(yōu)勢,從而更全面地評估備選方案。在早期研究中,Wu等綜合定量與定性評價因素,引入清晰數(shù)值、TIFN及二維不確定語言變量處理信息異質(zhì)性,利用AHP計算指標(biāo)權(quán)重,并通過VIKOR方法實現(xiàn)多方案的折中排序,奠定了其多源異質(zhì)信息處理與多準(zhǔn)則排序框架的基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上,Wu等進(jìn)一步采用TrFN處理模糊信息,并引入EWM確定指標(biāo)權(quán)重,通過VIKOR法對方案進(jìn)行排序,結(jié)合具體選址案例,提升了方法的實證適用性與工程可操作性。隨后,Wu等提出了一個基于兩階段評估的模糊決策模型,第一階段利用TIFN構(gòu)建評價體系并篩選可行方案,第二階段采用TODIM方法進(jìn)行風(fēng)險敏感排序,增強了模型在不確定性與風(fēng)險偏好下的決策適應(yīng)能力。另一項研究中,Wu等將AHP與EWM相結(jié)合,提出L-模糊測度用于權(quán)重確定,并基于模糊VIKOR法完成排序,進(jìn)一步豐富了指標(biāo)賦權(quán)邏輯,強化了評價結(jié)果的穩(wěn)定性與合理性。Nzotcha等使用AHP、模糊邏輯評分系統(tǒng)等方法,并通過ELECTRE III法處理信息異質(zhì)性和人類偏好,支持可持續(xù)性概念。Guo等引入概率語言項集評估不確定性標(biāo)準(zhǔn),通過模糊PROMETHEE方法排序,優(yōu)化決策群體的劃分。Ji等針對單一評價方法結(jié)論不一致的問題,采用基于肯德爾一致性系數(shù)的循環(huán)消除機(jī)制,整合AHP、TOPSIS和VIKOR方法,確保選址評價一致性。隨后Ji等又進(jìn)一步提出了基于循環(huán)消除機(jī)制的組合評價模型。Tao等將TIFN轉(zhuǎn)化定量指標(biāo),采用博弈組合權(quán)值法確定權(quán)重,通過TODIM法考慮風(fēng)險偏好,對候選方案排序,形成混合決策框架。Yong等使用TIFN表達(dá)信息,通過否決制篩選方案,結(jié)合EWM和SWARA計算權(quán)重,并用MABAC排序。Chen等結(jié)合C-OWA與AHP計算權(quán)重,用融合VIKOR與GRA的綜合決策法評估和排序候選方案,適應(yīng)不確定性與不完整數(shù)據(jù)環(huán)境。

綜上,現(xiàn)有研究在抽水蓄能選址中引入MCDM方法,構(gòu)建了多種具有創(chuàng)新性的決策框架。通過融合定性與定量分析、模糊邏輯以及多階段篩選機(jī)制,這些方法顯著提升了選址決策的科學(xué)性與實用性,為優(yōu)化抽水蓄能站址提供了重要的理論支撐與實踐指導(dǎo)。

3.3 GIS-MCDM耦合方法

GIS與MCDM集成方法將GIS的空間分析功能與MCDM的決策邏輯緊密結(jié)合,首先通過GIS進(jìn)行空間信息分析與初步方案識別,再運用MCDM方法進(jìn)行精細(xì)化決策分析和方案優(yōu)化。這種方法同時具備空間布局合理性與定量決策精細(xì)度,適用于復(fù)雜空間因素與多維決策標(biāo)準(zhǔn)并存的精細(xì)化綜合選址情景。

Jiménez等將GIS與AHP相結(jié)合,系統(tǒng)評估了西班牙瓜達(dá)爾費奧河流域的多個潛在水庫選址。在此基礎(chǔ)上,De等提出了一種更為創(chuàng)新的基于GIS的半自動化選址方法,將AHP加權(quán)機(jī)制應(yīng)用于大規(guī)模選址任務(wù)。該方法通過自動化工具實現(xiàn)了更大范圍的選址分析,為應(yīng)對更復(fù)雜的地形和數(shù)據(jù)處理需求提供了有效解決方案。Ouchani等進(jìn)一步拓展了GIS和AHP的結(jié)合,首次引入了蒸發(fā)損失和海水鹽度等新標(biāo)準(zhǔn),評估現(xiàn)有水庫和海水抽水蓄能的可行性。Ali等則開發(fā)了一種基于GIS和AHP的自動化技術(shù),快速篩選抽水蓄能站點并結(jié)合平準(zhǔn)化能源成本進(jìn)行碳減排潛力分析。Ghorbani等的研究則將TOPSIS方法與GIS模型結(jié)合,分析了伊朗多個抽水蓄能選址的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該研究不僅評估了現(xiàn)有水庫的改造潛力,還提出了開發(fā)永久河流及海水抽水蓄能的方案。應(yīng)對風(fēng)電與抽水蓄能聯(lián)合選址的挑戰(zhàn),Ahmadi等提出了一種結(jié)合GIS、模糊ANP和模糊VIKOR的兩步?jīng)Q策框架。該框架首先通過GIS確定風(fēng)電場與抽水蓄能的可能選址,然后進(jìn)行方案的細(xì)致排名。Song等提出了一種基于DEM數(shù)據(jù)的抽水蓄能選址工具箱,結(jié)合GIS的水文分析功能與ArcPy工具,實現(xiàn)了大規(guī)模地形數(shù)據(jù)的批量處理,最后利用灰色關(guān)聯(lián)分析和CRITIC法進(jìn)行多因素評價。表11展示了上述GIS與MCDM耦合方法在抽水蓄能選址中的典型應(yīng)用。

表11   GIS與MCDM方法在抽水蓄能選址中的典型應(yīng)用

3.4 其他技術(shù)方法

在抽水蓄能的選址過程中,除了廣泛應(yīng)用GIS和MCDM及其耦合方法外,學(xué)術(shù)界也在積極探索多種創(chuàng)新性的獨立方法以應(yīng)對特定情境下的選址需求。費香澤等利用衛(wèi)星遙感地形數(shù)據(jù)提出了一種快速篩選上下水庫建設(shè)區(qū)域的方法,并在浙江省縉云抽水蓄能進(jìn)行了試驗驗證,展現(xiàn)了衛(wèi)星遙感技術(shù)在選址中的巨大潛力。Connolly等開發(fā)了針對大范圍地形掃描的計算機(jī)程序,用于快速識別抽水蓄能選址點,并成功應(yīng)用于愛爾蘭西南部的評估。在具體場址的地質(zhì)條件調(diào)查中,王玉威等通過微動測量結(jié)合高分辨率頻率-波數(shù)譜法,在廣西田東縣精確探測了基巖、覆蓋層及節(jié)理裂隙密集帶和斷層,驗證了微動方法在地質(zhì)勘查中的環(huán)保高效優(yōu)勢。巖石工程系統(tǒng)方法被引入用于抽水蓄能的選址決策,通過相互作用矩陣和綜合適宜性指數(shù)分析站點適宜性,并在中國十三陵抽水蓄能的案例分析中取得了良好效果。與此同時,人工智能(AI)已在抽水蓄能選址中得到實際應(yīng)用。李姝穎等結(jié)合遙感圖像和選址規(guī)范,基于模糊綜合評價法構(gòu)建標(biāo)簽,并通過提示工程和LoRA微調(diào)多模態(tài)大模型LLaVA,成功實現(xiàn)安徽績溪電站的自動化預(yù)選址,顯著提升選址效率與準(zhǔn)確性。

3.5 小結(jié)

綜上,在抽水蓄能選址中,各方法展現(xiàn)出不同優(yōu)勢。表12總結(jié)了GIS和MCDM方法在抽水蓄能選址“數(shù)據(jù)→預(yù)篩→可行性→評價→優(yōu)化→不確定性→環(huán)境/電網(wǎng)→綜合排序”全流程中的適用性與功能差異。結(jié)果表明,GIS主要在前期和與空間相關(guān)的環(huán)節(jié)發(fā)揮核心作用,能夠高效獲取和處理多源空間數(shù)據(jù),完成地形、水文、地質(zhì)等約束條件下的候選站址篩選,并為后續(xù)指標(biāo)量化提供高精度空間基礎(chǔ)。MCDM則在中后期綜合評價與決策階段優(yōu)勢突出,可整合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會、環(huán)境等多維因素,通過靈活的權(quán)重設(shè)定與多準(zhǔn)則排序,實現(xiàn)對候選站址的系統(tǒng)化優(yōu)選。GIS-MCDM耦合方法兼具空間信息精準(zhǔn)處理與多準(zhǔn)則綜合評價能力,能夠在初篩、可行性分析、方案優(yōu)化及最終排序等各環(huán)節(jié)實現(xiàn)數(shù)據(jù)與指標(biāo)的一體化處理,避免單一方法在環(huán)節(jié)覆蓋上的不足,實現(xiàn)從前期數(shù)據(jù)收集到最終決策輸出的全鏈路支持。相比之下,其他獨立選址方法多集中于單一環(huán)節(jié),難以形成全流程的閉環(huán)應(yīng)用,因此在實際工程中,GIS、MCDM及其耦合方法仍是主導(dǎo)性技術(shù)路線。

表12   GIS和MCDM在抽水蓄能選址全流程環(huán)節(jié)中的適用性對比


4 結(jié)論與展望

針對抽水蓄能選址領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢,開展了較為系統(tǒng)的文獻(xiàn)綜述與分析研究,主要得到以下結(jié)論:

(1)研究態(tài)勢分析。通過文獻(xiàn)計量分析發(fā)現(xiàn),抽水蓄能選址相關(guān)研究近年來受國家能源政策的持續(xù)推動呈現(xiàn)爆發(fā)式增長趨勢,特別是2021年后顯著加速,凸顯政策導(dǎo)向與研究熱點之間的緊密關(guān)聯(lián)性。這一現(xiàn)象提示后續(xù)研究仍需密切關(guān)注政策演變方向及其帶來的新興選址需求。

(2)選址對象類型與特征指標(biāo)體系。構(gòu)建了以選址對象為核心的研究框架,明確了常規(guī)淡水抽水蓄能、海水抽水蓄能、地下空間抽水蓄能和新能源配套抽水蓄能四個典型對象,分別從技術(shù)特征、研究現(xiàn)狀、政策支持及評價指標(biāo)體系四個方面進(jìn)行系統(tǒng)梳理。對于常規(guī)淡水抽水蓄能,梳理了當(dāng)前研究所普遍采用的通用選址指標(biāo),涵蓋水文條件、地形地質(zhì)、環(huán)境生態(tài)、交通與配套設(shè)施、社會因素、經(jīng)濟(jì)效益和電力系統(tǒng)七個方面。針對海水抽水蓄能、地下空間抽水蓄能和新能源配套抽水蓄能三類非常規(guī)模式,分別提出了具有差異化的特征評價指標(biāo),并分析了各自區(qū)別于常規(guī)淡水模式的優(yōu)勢。海水抽水蓄能突破淡水資源限制,適合沿海負(fù)荷中心;地下空間抽水蓄能節(jié)約地表空間,促進(jìn)礦區(qū)資源綜合利用;新能源配套抽水蓄能通過源-儲一體化布局,提升了新能源的消納能力。

(3)選址技術(shù)方法綜述與對比分析。在方法維度上,本文對GIS、MCDM、GIS-MCDM耦合方法及其他新興方法進(jìn)行了系統(tǒng)梳理,明確了各方法的理論基礎(chǔ)、典型應(yīng)用、優(yōu)勢特點與適用條件。GIS技術(shù)在選址全流程中以空間信息處理為核心,尤其在數(shù)據(jù)獲取、預(yù)篩選和空間可行性分析等前期環(huán)節(jié)優(yōu)勢突出,同時可為后續(xù)評價、優(yōu)化及環(huán)境/電網(wǎng)匹配提供高精度空間數(shù)據(jù)支撐;MCDM方法在可行性研究、綜合評價、優(yōu)化與不確定性分析等中后期環(huán)節(jié)作用顯著,能夠整合技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會和環(huán)境等多維指標(biāo),實現(xiàn)靈活的權(quán)重設(shè)定與候選方案排序;GIS-MCDM耦合方法打通了空間信息處理與多準(zhǔn)則綜合評價的鏈條,將從數(shù)據(jù)收集、預(yù)篩、可行性分析,到綜合排序決策的各環(huán)節(jié)有機(jī)銜接,實現(xiàn)全鏈路覆蓋與閉環(huán)決策。其他新興方法在特定環(huán)境或數(shù)據(jù)不足的情形下可作為補充手段,提升局部環(huán)節(jié)的分析能力。整體而言,上述選址方法體系正不斷發(fā)展更新,與人工智能等先進(jìn)技術(shù)的結(jié)合尤具潛力,將進(jìn)一步提升抽水蓄能選址的科學(xué)性與決策效率。

基于上述分析可知,盡管抽水蓄能選址研究近年來取得了較大進(jìn)展,但面對能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和站址資源約束帶來的新挑戰(zhàn),未來的研究工作仍需進(jìn)一步深化和拓展。結(jié)合選址對象類型、評價指標(biāo)體系及技術(shù)方法發(fā)展的趨勢,本文對下一步的研究方向提出以下展望:

(1)在選址對象與評價指標(biāo)體系方面,未來研究應(yīng)分別聚焦常規(guī)與非常規(guī)抽水蓄能的選址難點與評價特征,構(gòu)建分類型、多維度的指標(biāo)框架與權(quán)重優(yōu)化機(jī)制。對于常規(guī)淡水型抽水蓄能,未來應(yīng)重點圍繞選址開發(fā)約束、工程經(jīng)濟(jì)評價與政策機(jī)制適配,建立以“可實施性+經(jīng)濟(jì)性+政策可達(dá)性”為導(dǎo)向的選址評價體系,并引入動態(tài)權(quán)重模型對區(qū)域差異、政策更新進(jìn)行響應(yīng)式調(diào)整,以提升常規(guī)項目的落地效率。對于非常規(guī)抽水蓄能(海水抽水蓄能、地下空間抽水蓄能和新能源配套抽水蓄能),應(yīng)該強化差異化指標(biāo)體系的構(gòu)建與動態(tài)權(quán)重調(diào)整機(jī)制,以推動非常規(guī)選址的規(guī)?;l(fā)展與政策支持體系完善。

(2)選址技術(shù)方法方面,未來應(yīng)加強GIS、MCDM與人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)等先進(jìn)技術(shù)的深度融合,開發(fā)更具自動化、智能化和適應(yīng)性的決策工具平臺,在選址技術(shù)方法方面,未來應(yīng)加強GIS與MCDM技術(shù)與AI方法的融合,開發(fā)具備智能識別、自主學(xué)習(xí)與適應(yīng)性決策能力的綜合平臺。具體路徑例如:利用遙感圖像與高程數(shù)據(jù)結(jié)合深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),實現(xiàn)候選站點的快速識別與特征提?。灰牖跈C(jī)器學(xué)習(xí)的評價模型(如隨機(jī)森林、XGBoost),替代傳統(tǒng)人工賦權(quán)過程,實現(xiàn)指標(biāo)重要性自學(xué)習(xí);結(jié)合集成學(xué)習(xí)與貝葉斯優(yōu)化方法,提升選址結(jié)果在多方案、非線性、非確定性決策場景下的穩(wěn)定性與解釋性。上述技術(shù)路徑將有助于進(jìn)一步提升抽水蓄能項目選址的科學(xué)性與效率。

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