5月27日，武漢大學(xué)水資源工程與調(diào)度全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、水利水電學(xué)院副教授楊威嘉在《自然綜述·清潔技術(shù)》（Nature Reviews Clean Technology）創(chuàng)刊首卷第5期（Volume 1 Issue 5），在線發(fā)表了題為“支撐清潔能源系統(tǒng)的抽水蓄能運(yùn)行”（“Pumped storage hydropower operation for supporting cleanenergysystems”）的長(zhǎng)文綜述，系統(tǒng)梳理了抽水蓄能在推動(dòng)電力可持續(xù)發(fā)展中的關(guān)鍵運(yùn)行作用、挑戰(zhàn)和發(fā)展趨勢(shì)，涵蓋設(shè)備技術(shù)、運(yùn)行調(diào)控、電力市場(chǎng)及環(huán)境影響等多方面，并展望了其在實(shí)現(xiàn)零碳能源系統(tǒng)中的發(fā)展路徑，可為全球能源轉(zhuǎn)型中的大規(guī)模儲(chǔ)能需求提供重要參考。

武漢大學(xué)為第一署名/唯一通訊單位，楊威嘉為第一作者及通訊作者，武漢大學(xué)教授程永光、副研究員趙志高、研究生王冉與李旭東參與研究；西班牙馬德里理工大學(xué)Juan Ignacio Pérez-Díaz、沙特阿卜杜拉國(guó)王科技大學(xué)Julian David Hunt、瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院Elena Vagnoni、挪威科技大學(xué)Jonas Kristiansen N?land、歐盟委員會(huì)聯(lián)合研究中心Emanuele Quaranta等為合作專(zhuān)家。

抽水蓄能憑借其技術(shù)成熟、儲(chǔ)能量大、響應(yīng)迅速、壽命長(zhǎng)等優(yōu)勢(shì)，成為構(gòu)建新型電力系統(tǒng)和促進(jìn)新能源消納的關(guān)鍵支撐。國(guó)際可再生能源署（IRENA）預(yù)測(cè)，為實(shí)現(xiàn)1.5℃溫控目標(biāo)，到2050年全球抽水蓄能容量需達(dá)到4.2億千瓦，目前約1.8億千瓦，發(fā)展空間巨大。然而，在新形勢(shì)下抽水蓄能靈活運(yùn)行仍面臨多重挑戰(zhàn)，如技術(shù)上的裝備升級(jí)改造和調(diào)控方法優(yōu)化，經(jīng)濟(jì)上的建設(shè)周期長(zhǎng)、投資大與收益風(fēng)險(xiǎn)的平衡，政策上的配套支持和輔助服務(wù)補(bǔ)償機(jī)制，環(huán)境上的正面效應(yīng)增強(qiáng)和負(fù)面效應(yīng)消除等。破解技術(shù)-經(jīng)濟(jì)-政策-環(huán)境復(fù)雜博弈，成為釋放抽水蓄能靈活運(yùn)行潛力的關(guān)鍵。

本文在運(yùn)行設(shè)備技術(shù)層面，系統(tǒng)梳理了靈活運(yùn)行挑戰(zhàn)下的抽水蓄能系統(tǒng)運(yùn)行原理和分類(lèi)，以及各種機(jī)組及裝備技術(shù)要點(diǎn)和設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)（圖1）。在運(yùn)行調(diào)控技術(shù)層面，聚焦調(diào)度優(yōu)化、頻率調(diào)節(jié)與動(dòng)態(tài)控制、和綜合輔助服務(wù)三大領(lǐng)域，從多時(shí)間尺度深度探討了抽水蓄能在電力平衡中的關(guān)鍵作用及挑戰(zhàn)。在運(yùn)行經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)層面，聚焦成本回收等難題，對(duì)比總結(jié)了全球典型的抽水蓄能市場(chǎng)機(jī)制與多渠道收益模式創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，揭示了其在低碳系統(tǒng)中發(fā)展的政策沖突與機(jī)遇。在運(yùn)行綜合效益及權(quán)衡方面，從“能源-水-環(huán)境”三個(gè)維度探討了抽水蓄能的綜合效益與潛在影響（圖2），包括長(zhǎng)時(shí)儲(chǔ)能、水資源管理、及碳和生態(tài)環(huán)境等。最后，還介紹了海水、低水頭、礦山、季節(jié)性等新型高潛力的抽水蓄能技術(shù)開(kāi)發(fā)方案（圖3），以及基于人工智能與大數(shù)據(jù)的抽水蓄能系統(tǒng)智能運(yùn)維技術(shù)進(jìn)展。

圖1 抽水蓄能的主要技術(shù)形式和設(shè)備

圖2 抽水蓄能在“能源-水管理-環(huán)境”三個(gè)維度的綜合效益與潛在影響

圖3 抽水蓄能的新型應(yīng)用開(kāi)發(fā)場(chǎng)景

本文針對(duì)抽水蓄能運(yùn)行技術(shù)研發(fā)提出了系列建議，主要包括：抽水蓄能的多種配置方案及對(duì)應(yīng)的裝備升級(jí)與數(shù)字化轉(zhuǎn)型對(duì)提升系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性、可靠性和靈活性至關(guān)重要；而高水頭、大容量、寬負(fù)荷及變速機(jī)組則是關(guān)鍵技術(shù)突破方向。抽水蓄能與新能源及其他儲(chǔ)能協(xié)同的多尺度優(yōu)化調(diào)控體系優(yōu)化，可增強(qiáng)其調(diào)節(jié)靈活性和運(yùn)行效能；此外，非發(fā)電類(lèi)輔助服務(wù)的市場(chǎng)價(jià)值日益凸顯，完善電力市場(chǎng)補(bǔ)償機(jī)制刻不容緩。最后，充分利用并權(quán)衡“能源-水-環(huán)境”多維價(jià)值及影響，開(kāi)發(fā)海水等新型應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)抽水蓄能的可持續(xù)發(fā)展意義非凡。

該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金（企業(yè)聯(lián)合基金重點(diǎn)項(xiàng)目、面上項(xiàng)目、青年項(xiàng)目）、智能電網(wǎng)國(guó)家科技重大專(zhuān)項(xiàng)、湖北省自然科學(xué)基金杰出青年項(xiàng)目的共同支持，以及武漢大學(xué)教授楊建東、期刊編輯部的專(zhuān)業(yè)建議。

據(jù)悉，《自然綜述·清潔技術(shù)》（Nature Reviews Clean Technology）是Nature Portfolio旗下于2025年1月推出的新刊，聚焦于減少有害環(huán)境影響的技術(shù)和工藝，涵蓋清潔能源和材料，能源效率提升，資源可持續(xù)利用，和廢物減量等領(lǐng)域，關(guān)注可持續(xù)轉(zhuǎn)型挑戰(zhàn)及應(yīng)對(duì)技術(shù)。其文章題材包括綜述、觀點(diǎn)、評(píng)論等，旨在發(fā)表連接科學(xué)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和政策的解決方案，為學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界構(gòu)建國(guó)際化交流平臺(tái)。

內(nèi)容來(lái)源：武漢大學(xué)

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