摘要：5月27日，武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室、水利水电学院副教授杨威嘉在《自然综述·清洁技术》（Nature Reviews Clean Technology）创刊首卷第5期（Volume 1 Issue 5），在线发表了题为“支撑清洁能源系统的抽水蓄能

5月27日，武汉大学水资源工程与调度全国重点实验室、水利水电学院副教授杨威嘉在《自然综述·清洁技术》（Nature Reviews Clean Technology）创刊首卷第5期（Volume 1 Issue 5），在线发表了题为“支撑清洁能源系统的抽水蓄能运行”（“Pumped storage hydropower operation for supporting cleanenergysystems”）的长文综述，系统梳理了抽水蓄能在推动电力可持续发展中的关键运行作用、挑战和发展趋势，涵盖设备技术、运行调控、电力市场及环境影响等多方面，并展望了其在实现零碳能源系统中的发展路径，可为全球能源转型中的大规模储能需求提供重要参考。

武汉大学为第一署名/唯一通讯单位，杨威嘉为第一作者及通讯作者，武汉大学教授程永光、副研究员赵志高、研究生王冉与李旭东参与研究；西班牙马德里理工大学Juan Ignacio Pérez-Díaz、沙特阿卜杜拉国王科技大学Julian David Hunt、瑞士洛桑联邦理工学院Elena Vagnoni、挪威科技大学Jonas Kristiansen Nøland、欧盟委员会联合研究中心Emanuele Quaranta等为合作专家。

抽水蓄能凭借其技术成熟、储能量大、响应迅速、寿命长等优势，成为构建新型电力系统和促进新能源消纳的关键支撑。国际可再生能源署（IRENA）预测，为实现1.5℃温控目标，到2050年全球抽水蓄能容量需达到4.2亿千瓦，目前约1.8亿千瓦，发展空间巨大。然而，在新形势下抽水蓄能灵活运行仍面临多重挑战，如技术上的装备升级改造和调控方法优化，经济上的建设周期长、投资大与收益风险的平衡，政策上的配套支持和辅助服务补偿机制，环境上的正面效应增强和负面效应消除等。破解技术-经济-政策-环境复杂博弈，成为释放抽水蓄能灵活运行潜力的关键。

本文在运行设备技术层面，系统梳理了灵活运行挑战下的抽水蓄能系统运行原理和分类，以及各种机组及装备技术要点和设计挑战（图1）。在运行调控技术层面，聚焦调度优化、频率调节与动态控制、和综合辅助服务三大领域，从多时间尺度深度探讨了抽水蓄能在电力平衡中的关键作用及挑战。在运行经济市场层面，聚焦成本回收等难题，对比总结了全球典型的抽水蓄能市场机制与多渠道收益模式创造的经济价值，揭示了其在低碳系统中发展的政策冲突与机遇。在运行综合效益及权衡方面，从“能源-水-环境”三个维度探讨了抽水蓄能的综合效益与潜在影响（图2），包括长时储能、水资源管理、及碳和生态环境等。最后，还介绍了海水、低水头、矿山、季节性等新型高潜力的抽水蓄能技术开发方案（图3），以及基于人工智能与大数据的抽水蓄能系统智能运维技术进展。

图1 抽水蓄能的主要技术形式和设备

图2 抽水蓄能在“能源-水管理-环境”三个维度的综合效益与潜在影响

图3 抽水蓄能的新型应用开发场景

本文针对抽水蓄能运行技术研发提出了系列建议，主要包括：抽水蓄能的多种配置方案及对应的装备升级与数字化转型对提升系统运行经济性、可靠性和灵活性至关重要；而高水头、大容量、宽负荷及变速机组则是关键技术突破方向。抽水蓄能与新能源及其他储能协同的多尺度优化调控体系优化，可增强其调节灵活性和运行效能；此外，非发电类辅助服务的市场价值日益凸显，完善电力市场补偿机制刻不容缓。最后，充分利用并权衡“能源-水-环境”多维价值及影响，开发海水等新型应用场景，对抽水蓄能的可持续发展意义非凡。

该研究得到国家自然科学基金（企业联合基金重点项目、面上项目、青年项目）、智能电网国家科技重大专项、湖北省自然科学基金杰出青年项目的共同支持，以及武汉大学教授杨建东、期刊编辑部的专业建议。

据悉，《自然综述·清洁技术》（Nature Reviews Clean Technology）是Nature Portfolio旗下于2025年1月推出的新刊，聚焦于减少有害环境影响的技术和工艺，涵盖清洁能源和材料，能源效率提升，资源可持续利用，和废物减量等领域，关注可持续转型挑战及应对技术。其文章题材包括综述、观点、评论等，旨在发表连接科学、技术、经济和政策的解决方案，为学术界与产业界构建国际化交流平台。

内容来源：武汉大学

中国电工技术学会

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来源：枯木生玫瑰