云南省礦井抽水蓄能電站潛力評估與建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

盧開放，侯正猛，孫 偉*，張盛友，方琰藜，高 通

(1.昆明理工大學(xué) 國土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093；2.云南省中-德藍色礦山與特殊地下空間開發(fā)利用重點實驗室云南 昆明 650093；3.德國克勞斯塔爾工業(yè)大學(xué) 地下能源系統(tǒng)研究所，克勞斯塔爾-采勒菲爾德 38678)

在碳達峰、碳中和的目標(biāo)愿景下，未來水能、光伏、風(fēng)能等新能源的裝機量將會不斷提升。與此同時，清潔能源的間歇性、隨機性對確保電網(wǎng)安全運行和電力可靠供應(yīng)帶來了巨大的挑戰(zhàn)。因此迫切需要通過發(fā)展儲能等措施提高系統(tǒng)的靈活調(diào)節(jié)能力。實踐證明，抽水蓄能電站是一種清潔高效的可再生能源儲存設(shè)施,然而由于易受地形、環(huán)保、投資等因素的影響，建設(shè)抽水蓄能電站將會變得越來越困難[1-4]。

云南省礦產(chǎn)資源豐富，在礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中形成了大量的井下采空區(qū)及地下空間。礦山開采遺留下來的采空區(qū)具有可開發(fā)空間大、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、水資源充足等特點，這為利用礦山地下空間構(gòu)建井下抽水蓄能電站奠定了基礎(chǔ)[5-7]。

從生態(tài)和環(huán)境的角度來看，利用井下廢棄空間建設(shè)抽水蓄能電站對井下采空區(qū)災(zāi)害防治和礦山生態(tài)修復(fù)都具有積極作用；從經(jīng)濟角度來看，礦井抽水蓄能電站建設(shè)利用井下原有廢棄空間，可大幅降低抽水蓄能電站建設(shè)投資[8]。此外，利用礦井建設(shè)抽水蓄能電站相對于露天水庫而言，礦井內(nèi)的水資源蒸發(fā)量較小，又有地下水源作為補充，能夠較好地解決水源問題。因此將地下廢棄礦井建設(shè)為抽水蓄能電站具有廣闊的應(yīng)用前景。國外學(xué)者在利用廢棄礦井建設(shè)抽水蓄能電站方面較早地開展了相關(guān)理論研究和實例設(shè)計。20世紀(jì)初，美國注冊了一個結(jié)合風(fēng)車的半地下、半地表蓄能裝置專利；20世紀(jì)末，歐洲建造了許多地表抽水蓄能電站來解決日常需求和核能發(fā)電的平衡問題；本世紀(jì)美國新澤西州計劃建設(shè)一個2×103MW的霍普山半地下抽水蓄能電站，其上水庫是一個人工開挖的面積為22.3 km2的水池，下水庫則是地下廢棄礦井，初步估算其建設(shè)的有效水庫容量為6.2×106m3[9]；澳大利亞計劃利用廢棄礦井建設(shè)一座每天可運行6 h的抽水蓄能電站（日發(fā)電量為1.5×103MW·h），來確保當(dāng)?shù)乜稍偕茉措娏ο到y(tǒng)的順利運行，但該抽水蓄能電站的上下水庫均采用地表露天礦坑，因此該電站與傳統(tǒng)的抽水蓄能電站并無太大區(qū)別[10-11]；美國俄亥俄州的新薩米特抽水蓄能電站規(guī)劃裝機1.5×103MW，其下水庫利用的是廢棄礦井[12]；德國的薩克森州能源研究中心計劃利用廢棄的Upper Harz金屬礦巷道建立全地下的抽水蓄能電站（初擬裝機1×102MW）[13]。國內(nèi)學(xué)者在礦井建設(shè)抽水蓄能電站方面研究較少，謝和平等[14-16]詳細論述了煤礦井下抽水蓄能發(fā)電的原理、現(xiàn)狀，并提出了利用采空區(qū)儲水蓄能的設(shè)想，同時根據(jù)煤礦規(guī)模、利用系數(shù)以及新中國成立以來煤炭開采總量，估算出截至2016年底，全國煤礦采空區(qū)地下空間體積約為1.38×1010m3，再加上其他金屬、非金屬廢棄礦山遺留的地下空間，可見，中國廢棄礦山地下空間綜合利用潛力十分巨大。

本文以云南省礦井地下空間分布為基礎(chǔ)，對云南省礦井抽水蓄能電站開發(fā)潛力進行了定量計算分析，并對其進行了綜合效益評價，為云南省礦井抽水蓄能電站建設(shè)提供了一定的理論支撐。

1 礦井抽水蓄能電站工作原理及結(jié)構(gòu)

抽水蓄能電站是利用電力負荷低谷時的電能抽水至上水庫，在電力負荷高峰期再放水至下水庫發(fā)電的水電站。即在用電低峰的情況下，利用電網(wǎng)的多余電力將下水庫的水輸送到較高的上水庫，在耗電量的高峰時刻，上水庫的水自動進入下水庫，通過發(fā)電機將水的勢能轉(zhuǎn)化為電能，并通過發(fā)電機輸送到電網(wǎng)中，同時，還可以將電網(wǎng)低負荷下的過剩電能轉(zhuǎn)化為高峰時期的高價值電能[17-20]。利用廢棄礦井構(gòu)建抽水蓄能電站既可以避免地形的限制，易于施工的同時又縮短了建設(shè)周期，降低了建設(shè)成本，具有良好的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益，較好地實現(xiàn)了廢棄礦井的二次利用。

本文提出的云南省礦井地下空間群抽水蓄能電站原理如圖1所示。由于水頭的限制，傳統(tǒng)的抽水蓄能電站只能選擇建在高山地區(qū)以實現(xiàn)抽水蓄能發(fā)電。本文提出的云南省礦井地下空間群抽水蓄能電站的構(gòu)建模型主要由上水庫（礦山上部巷道群/采空區(qū)）、下水庫（礦山下部巷道群/采空區(qū)）、礦井主井中布置的壓力管道（引水）、地下廠房等組成：1）上下水庫，主要用于儲水。上水庫可根據(jù)需要建設(shè)在地表沉陷區(qū)或井下采空區(qū)，下水庫可建設(shè)在井下采空區(qū)/廢棄巷道及硐室，井下不同標(biāo)高的采空區(qū)/廢棄巷道及硐室為形成高差提供了良好的條件。2）地下廠房，主要用于布置發(fā)電機組等設(shè)備。3）引水系統(tǒng)，主要用于連接上下水庫和發(fā)電機組硐室，引水系統(tǒng)一般包括低壓引水道和高壓壓力管道。

圖1 礦區(qū)地下空間群抽水蓄能電站示意圖Fig.1 Schematic diagram of pumped storage power stations in mining area-underground space group

2 云南省自然能源及能源消費概況

能源是經(jīng)濟社會持續(xù)發(fā)展的動力，也是人類賴以生存和進步的物質(zhì)基礎(chǔ)。人口、資源和環(huán)境是當(dāng)今世界經(jīng)濟和社會發(fā)展面臨的三大問題，資源問題更是重中之重，特別是能源資源的可持續(xù)發(fā)展問題[21-23]。

云南省具有豐富的能源資源，開發(fā)條件優(yōu)越。云南省是中國水能資源最豐富的省份之一，全省水電資源理論蘊藏量為1.03×108kW，技術(shù)可開發(fā)量為1.02×108kW，經(jīng)濟可開發(fā)量為9.78×107kW，僅次于四川省，居全國第2位。此外，云南省內(nèi)煤炭、太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能也比較豐富。云南省水能源主要集中于金沙江、瀾滄江、怒江三大水系，云南省境內(nèi)可開發(fā)利用的流段占全省可開發(fā)裝機容量的92%以上，其資源集中，交通便利，徑流豐沛穩(wěn)定，同時具有良好的建造水庫的地形、地質(zhì)條件，調(diào)節(jié)性能好，電能質(zhì)量優(yōu)，是中國水電資源中的“富礦”；煤炭資源豐富，保有儲量2.46×1010t，約占全國總量的1/4[24]；云南省太陽能資源異常豐富，可開發(fā)的太陽能儲量達到75.75%，相當(dāng)于5.56×1010t標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒釋放的能量，云南省太陽能發(fā)電裝機可達到1.5×108kW以上，超過水電可裝機容量的50%[24]，昆明已成為全國太陽能熱利用普及率最高的省會城市；云南省生物質(zhì)能亦極為豐富，至2020年，生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)已發(fā)展成為云南省一大優(yōu)勢產(chǎn)業(yè)，將形成年產(chǎn)燃料乙醇3×106t、生物柴油8×105t的生產(chǎn)能力，新增工業(yè)總產(chǎn)值190億元，工業(yè)增加值68.4億元[24]；云南省大多數(shù)地區(qū)風(fēng)能分布廣泛，地形效應(yīng)顯著，風(fēng)向穩(wěn)定，風(fēng)力發(fā)電機安全性高，因此，云南省局部地區(qū)，不僅年平均風(fēng)速超過3.5 m/s，且風(fēng)季（恰逢干季）風(fēng)速均達4.5 m/s，目前云南省己建成投產(chǎn)風(fēng)電廠10個，累計總裝機容量430.5 MW，年發(fā)電量3.86×1010kW·h[24]，平均利用小時數(shù)處于全國較高水平。2018年以來，云南省總發(fā)電量逐漸增加，具體情況見表1。2019年，云南省全社會用電量達1.81×1011kW·h，全年西電東送電量1.40×1011kW·h，完成對境外送電量2.56×109kW·h；2020年云南省全社會用電量達2.03×1011kW·h，新增電力裝機及總發(fā)電裝機容量變化如圖2所示。以水電為主的清潔能源裝機8.83×107kW，占比85.4%；火電裝機占比14.6%[25]?？傮w來看，云南省電力供需呈現(xiàn)發(fā)電量、用電量持續(xù)增長的特點。由上述特點可知，在不遠的將來，云南省電力供需平衡將被打破，供給將會出現(xiàn)明顯缺額。因此，加快風(fēng)光等可再生能源的開發(fā)和抽水蓄能電站建設(shè)勢在必行。

表1 云南省近3年發(fā)電情況表Tab.1 Power generation situation in Yunnan Province in recent three years

圖2 云南省新增電力裝機及總發(fā)電裝機容量Fig.2 New installed power capacity and total installed power capacity of Yunnan Province

3 云南省礦山概況

云南省地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，成礦條件優(yōu)越，礦產(chǎn)資源尤其是有色金屬極為豐富，被譽為“有色金屬王國”。并且，礦種較全，全國162個礦種僅云南就已發(fā)現(xiàn)148種，其中已探明儲量的有86種。全省已建立國有礦山286座，鄉(xiāng)鎮(zhèn)及個體礦山10 578個，其中共生、伴生礦較多，利用價值較高，全省共生、伴生礦床約占礦床總量的31%[26]。另外，云南礦產(chǎn)分布較廣，金屬礦遍及108個縣（市），煤礦分布16個縣（市），礦山眾多，其累積采空區(qū)已超過1.5×109m3[15]。由于受地形的限制，云南省內(nèi)礦山主要采用豎井、斜井及其組合方式進行開拓，礦井開采工程存在較大高差。云南省內(nèi)礦山的開采方法主要以空場采礦法為主，這就在井下形成了大量的老舊空區(qū)，因此“大高差、多空區(qū)”是云南礦山普遍存在的特點[27]，該特點為建造井下抽水蓄能電站創(chuàng)造了較好的基礎(chǔ)條件。

4 云南省礦井抽水蓄能潛力評估及經(jīng)濟效益分析

云南省老舊采空區(qū)較多，采空區(qū)累積已達1.5×109m3，考慮到礦井的區(qū)位便捷性、圍巖穩(wěn)定性、系統(tǒng)安全性、技術(shù)復(fù)雜性、開發(fā)潛力及電站的站址選擇等多種因素，預(yù)估建設(shè)礦井抽水蓄能電站的可利用空區(qū)約為1.2×108m3（占比約8%）[15]。因此本文利用該空間建設(shè)礦井抽水蓄能電站并對其蓄能和損耗進行計算，進而分析其潛力和技術(shù)經(jīng)濟的可行性?；居嬎懔鞒谭譃槌樗哪芎洼斔钅軆刹糠帧０凑针娬灸昀眯r數(shù)為1 825 h，云南省可利用空區(qū)1.2×108m3（可分為上下水庫均為6×107m3），凈水頭高度為600 m，根據(jù)發(fā)電量計算公式（Wzf=H2Vgρη2），可預(yù)估云南省每年利用抽水蓄能電站最大可發(fā)電3.29×1010kW·h。

根據(jù)抽水蓄能電站電能消耗與發(fā)電量之比為4∶3，表面上看是一種無法盈利的效益，但實際上是一種行之有效的節(jié)能措施[28]，因為生產(chǎn)和社會生活規(guī)律決定了一天24小時的電力消耗是不平衡的，如圖3所示，其可按正弦函數(shù)表示，高峰段與低峰段陰影面積可代表其用電量的多少。計算可知，每天在低峰段與高峰段時的用電量約為1∶1，電力系統(tǒng)可根據(jù)調(diào)峰來解決電力盈缺現(xiàn)象。調(diào)峰必須增加費用，增加后備容量。文獻[28]表明，抽水蓄能發(fā)電作為補充電源比燃煤發(fā)電更為經(jīng)濟，抽水蓄能電站的綜合效率為75%左右，但因峰谷電價相差較大，實際經(jīng)濟效益并不低。

圖3 峰谷時段劃分示意圖Fig.3 Division of peak and valley periods

云南省電網(wǎng)銷售電價為0.447元/(kW·h),電價成本為0.282元/(kW·h)[24]，每年可發(fā)電3.29×1010kW·h，靜態(tài)效益為5.43×109元，其動態(tài)效益更為可觀，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）抽水填谷：在電網(wǎng)用電低谷期，為了確保核電和大型電網(wǎng)機組安全、經(jīng)濟地運行，通過抽水方式存儲了低電網(wǎng)值的電能消耗，減小了電網(wǎng)負荷的峰谷差。

2）調(diào)頻：抽水蓄能單元的輸出能量根據(jù)負荷的瞬時變化而調(diào)整，迅速適應(yīng)系統(tǒng)的負荷要求，從而使網(wǎng)絡(luò)的頻率保持在規(guī)定的范圍內(nèi)。

3）調(diào)相：抽水蓄能機組可以進行發(fā)電和抽水調(diào)相，即某地區(qū)負荷較低、電壓較高而無法控制，或負荷較高、電壓較低而損壞設(shè)備時，進行調(diào)相可控制電壓，使其處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

4）負荷調(diào)整：抽水蓄能機組能隨時將出力在50%～105%的范圍內(nèi)進行調(diào)整，以適應(yīng)電網(wǎng)需求。

5）提高電網(wǎng)可靠性：由于抽水蓄能電站具有較高的靈活性和快速啟動能力，可以減少系統(tǒng)被迫停機的次數(shù)和時間，從而提高系統(tǒng)的電能質(zhì)量，提高系統(tǒng)的可靠性[28]。

6）電解水制氫：氫能是未來發(fā)展中必不可少的一個重要能源，抽水蓄能電站可利用清潔能源電解水制氫，較好地解決了風(fēng)能、太陽能等清潔能源受晝夜變化、氣候因素影響的間歇性問題。

5 礦井抽水蓄能電站建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)

作者提出的云南省礦井地下空間群抽水蓄能電站組成及需要解決的關(guān)鍵技術(shù)如圖4所示。

圖4 礦井抽水蓄能電站組成及關(guān)鍵技術(shù)路線圖Fig.4 Composition and key technology roadmap of mine pumped-storage power stations

5.1 礦井抽水蓄能電站站址選擇

礦井抽水蓄能電站的布局首先要滿足地區(qū)電網(wǎng)調(diào)峰的要求[29]，其站址選擇還應(yīng)考慮以下主要因素。

1）礦山地質(zhì)條件。所選礦山地質(zhì)構(gòu)造簡單、水文地質(zhì)條件清晰，不處于喀斯特地貌區(qū)域，且無暗河，應(yīng)盡量避免選擇完全無地下水的礦山。

2）礦區(qū)位置。礦井抽水蓄能電站選址時盡量選擇接近供電點即提供電力的基礎(chǔ)發(fā)電站和分布式光伏、風(fēng)能發(fā)電站，以減少輸電線路的建設(shè)投資和建成后的輸電損耗。

3）井下采空區(qū)（地下空間）分布與圍巖狀態(tài)。所選礦山應(yīng)為廢棄礦山或即將退役的礦山，且在開采歷史上無重大安全事故發(fā)生記錄。井下采空區(qū)（地下空間）相對連續(xù)、體積適合，處于穩(wěn)定狀態(tài)。對于圍巖的穩(wěn)定性與礦井抽水蓄能電站建設(shè)的復(fù)雜性而言，金屬礦一般優(yōu)于煤礦；云南省金屬礦數(shù)量和可利用地下空間遠超煤礦，在建設(shè)礦井抽水蓄能電站時可優(yōu)先選擇具有穩(wěn)定巷道、采空區(qū)和圍巖的金屬礦山。

4）可繼續(xù)使用的基礎(chǔ)設(shè)施。建設(shè)過程中，礦山原有的重要基礎(chǔ)性設(shè)施（如交通和通信系統(tǒng)、變電站、開拓等）應(yīng)繼續(xù)使用，實現(xiàn)廢棄礦井資源的最大化利用，進而降低建設(shè)投資。

5.2 地下空間的選擇

在礦山開采過程中，會形成大量的地下空間，這些地下空間主要由3部分構(gòu)成：井巷工程、采空區(qū)、地下硐室。對于支護良好且處于穩(wěn)定狀態(tài)的地下巷道、硐室等地下空間群可作為蓄能電站的儲水空間。采空區(qū)可能存在大量的自由、連續(xù)或間歇性空間，難以加固和防滲。因此，對于地下抽水蓄能電站，一般不考慮將未經(jīng)處理的采空區(qū)作為蓄水庫。但在礦山開采時，可通過留設(shè)礦柱、采空區(qū)局部充填等方式使采空區(qū)處于穩(wěn)定狀態(tài)進而用作蓄水庫。

5.3 地下空間圍巖支護

利用礦井建設(shè)抽水蓄能電站的關(guān)鍵在于作為上下水庫和圍巖的長期穩(wěn)定性、安全性和相對密閉性。因此對圍巖的支護必不可少，在設(shè)計時，首先應(yīng)對地下空間圍巖的穩(wěn)定性進行研究與分析，根據(jù)其多場耦合作用下的強度衰減規(guī)律、裂隙擴展特性、滲流特性等分析其邊界變化條件，確定其穩(wěn)定性。因此，對于地下空間具有永久支撐的區(qū)域，如井下主巷道、井底車場等，由于這些區(qū)域具有穩(wěn)定的支護、良好的密閉性和較長的使用壽命，對其進行簡單的加固和防滲，即可作為地下抽水蓄能電站水庫的首選。

5.4 地下空間防滲

上、下水庫蓄水過程中，由于滲漏等原因?qū)е滤畮焖康脑黾踊驕p少，將降低發(fā)電量，增加補給和排水成本，降低電站的綜合效率，影響工程的安全。與常規(guī)抽水蓄能電站不同的是礦山空間分為蓄水和非蓄水區(qū)，因此應(yīng)對上、下水庫進行封堵和防滲?？捎脼r青混凝土襯砌與面板壩結(jié)合進行密封，排水系統(tǒng)則采用鋼筋混凝土襯砌形式防滲。

此外，建設(shè)時還應(yīng)考慮巷道圍巖的時效性。相關(guān)研究表明，幾乎各類巖石都存在遇水軟化現(xiàn)象，在含水條件下，其抗壓強度與相關(guān)力學(xué)指標(biāo)均比干燥條件下有所降低[30]。因此用于蓄水的巷道服務(wù)年限比正常情況下更短。設(shè)計裝機容量時需考慮水庫空間的利用程度，抽水時由于無法利用的礦坑水而導(dǎo)致的水庫水量降低或水庫與地下水系能夠相連通而導(dǎo)致水量增加，都會影響到裝機容量的大?。煌瑫r在不斷抽放水循環(huán)作用下，水流的沖擊作用會使圍巖產(chǎn)生大量的裂隙、裂紋，對圍巖的力學(xué)性能和破壞模式產(chǎn)生顯著影響，導(dǎo)致在應(yīng)力水平較低時有可能發(fā)生破壞[31-34]。

6 礦井抽水蓄能電站實例分析

以云南省某礦為例，選擇地質(zhì)條件較好、巷道布置方式簡單且圍巖穩(wěn)定的區(qū)域為井下抽水蓄能建設(shè)地段[35]。該礦井抽水蓄能電站參數(shù)如表2所示，其基本計算流程分為抽水和輸水兩部分[36]。

表2 廢棄礦井改建為抽水蓄能電站參數(shù)Tab.2 Recon struction parameters of pumped storage power station from the abandoned coal mine

6.1 計算耗電量

抽水流量為：

式中：V為上水庫蓄能庫容，為6.197×105m3；t為抽水時間，為1.8×104s，可計算得到Q=34.43 m3/s。

沿程水頭與局部水頭損失為：

式中：Hf為計算沿程水頭損失（克服沿程摩擦阻力做功而損失的水頭，它隨著流程長度的增加而增加），m；μ為沿程阻力系數(shù)，0.02；l為計算段長度，為1 956 m；ν為經(jīng)濟流速，取2.4 m/s；d為輸管直徑，取0.5 m；g為重力加速度，取9.8 m/s2；ξ為局部水頭損失系數(shù)，水庫的ξ值為1.0；v為流速，m/s，為1.75 m/s；由此可得到沿程水頭損失Hf為22.99 m，局部水頭損失Hj（在流動局部地區(qū)因邊界急劇改變引起流動急劇調(diào)整、消耗能量而損失的水頭）為0.15 m。

抽水工況水頭損失：

式中：Hj為局部水頭損失，為0.15 m；Hp為抽水工況水頭損失，為23.14 m。

抽水工況的平均揚程為：

式中：Zs為上水庫平均水位，為1 108 m；Zx為下水庫平均水位，為774 m；Hp為抽水工況水頭損失，為23.14 m；H1為抽水工況的平均揚程（水泵所能夠揚水的平均高度），經(jīng)計算可得H1為357.14 m。

根據(jù)式（1）～（5），計算所得平均水頭、抽水流量等參數(shù)，以及廠商提供水泵機組參數(shù)，可選擇適宜水泵，由水泵型號、級數(shù)、軸功率以及耗電量等參數(shù)，確定相應(yīng)匹配的電機型號。

水泵最大耗電量為：

式中：Wzh為水泵的最大耗電量；H1為平均揚程，為357.14 m；V為上水庫總?cè)莘e，為6.197×105m3；ρ為水的密度，為1.0×103kg/m3；g為重力加速度，取9.8 m/s2；η1為水泵的機械效率，取87%。經(jīng)以上數(shù)據(jù)計算可得一次裝滿上水庫（無水）的耗電量為5.24×105kW·h。

6.2 計算發(fā)電量

抽水蓄能電站輸水發(fā)電時和抽水耗電時的流量是一致的，其工況水頭損失一致，故不作重復(fù)計算。

發(fā)電工況平均水頭為：

式中：Zs為上水庫平均水位，為1 108 m；Zx為下水庫平均水位，為774 m；Ht為發(fā)電工況水頭損失，為23.14 m；H2為發(fā)電工況平均水頭，經(jīng)計算可得為310.86 m。

發(fā)電機一次性最大發(fā)電量為：

式中：Wzf為發(fā)電機的最大發(fā)電量；H2為發(fā)電工況平均水頭，為310.86 m；V為上水庫總?cè)莘e，為6.17×105m3；ρ為水的密度，為1.0×103kg/m3；g為重力加速度，取9.8 m/s2；η2為發(fā)電機的機械效率，取92%。經(jīng)以上數(shù)據(jù)計算可得出上水庫一次性全部放水條件下的最大發(fā)電量為4.82×105kW·h。

裝機容量為：

式中：P為裝機容量，kW；H為發(fā)電工況平均水頭，為310.86 m；Q為流量，為34.43 m3/s；η3為效率系數(shù)（9.8×η4）；η4為綜合效率，一般取0.80～0.90，此處取0.85。經(jīng)以上數(shù)據(jù)計算可得，裝機容量為9.91×104kW,由于礦山的實際有效可用空間與計算有些出入，可選擇該礦山的裝機容量為1.0×105kW。

由上述計算結(jié)果可知，此礦山可選擇裝機容量為1.0×105kW，按照電站年循環(huán)365次發(fā)電，年利用小時數(shù)為1 825 h，年發(fā)電量可達1.76×108kW·h。如不考慮人員及設(shè)備所需費用，則抽水蓄能電站每年都能夠盈利，由此可見根據(jù)對比修建抽水蓄能電站的成本和收入情況，可得出修建抽水蓄能電站的方案具有一定的可行性。

7 結(jié)論

通過收集整理已有礦井抽水蓄能電站資料，對云南省礦井抽水蓄能電站潛力進行了推斷性評估，隨著以后對云南省礦井抽水蓄能電站的勘察推進和實測資料的補充，礦井抽水蓄能電站的潛力評價結(jié)果將更加具有有效性和精確性，主要結(jié)論與展望如下：

1）云南省礦產(chǎn)資源豐富，礦山眾多，發(fā)展礦井抽水蓄能電站有非常良好的條件基礎(chǔ)。利用礦井建設(shè)抽水蓄能電站，不僅為其他能源的大規(guī)模開發(fā)創(chuàng)造必要條件，如風(fēng)能和太陽能，而且還利用了已存在的地下空間。這將對未來的現(xiàn)代化、生態(tài)化礦山、節(jié)能采礦和環(huán)境發(fā)展產(chǎn)生深遠的影響。

2）云南省建設(shè)礦井抽水蓄能電站開發(fā)潛力巨大，其礦井可利用空區(qū)約為1.2×108m3，進而可預(yù)估云南省最高每年利用抽水蓄能電站發(fā)電3.29×1010kW·h。

3）通過對某礦山具體實例分析，可得到礦山可選擇機組裝機容量為1.0×105kW，年發(fā)電量為1.76×108kW·h，由此可見，該礦山修建抽水蓄能電站的方案具有一定的可行性，對礦井抽水蓄能電站的發(fā)展有著一定的促進作用和指導(dǎo)意義。

4）礦井抽水蓄能電站的建設(shè)受井下空間結(jié)構(gòu)、容積、地質(zhì)條件等的影響，其循環(huán)蓄放水條件下圍巖損傷機理及流固耦合作用等相關(guān)技術(shù)需要進一步研究與深化，同時針對具體情況，需要不同的創(chuàng)新性技術(shù)設(shè)計方案，此外，一方面礦井抽水蓄能電站的發(fā)展未能全面實施，可見其在技術(shù)方面尚未完全成熟；同時，其經(jīng)濟效益也需進一步量化，找到合理的商業(yè)模式和機制，建立一個長期安全性評價標(biāo)準(zhǔn)，使電站能夠長期穩(wěn)定的運營，為良好的市場提供空間。

5）礦井建設(shè)抽水蓄能電站的發(fā)展可與智慧礦山相結(jié)合，以抽水蓄能數(shù)字化、信息化為前提和基礎(chǔ)，對抽水蓄能電站進行實時調(diào)控、自動分析、快速處理，建設(shè)智慧抽水蓄能電站，最終實現(xiàn)抽水蓄能一體化建設(shè)。