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式抽水蓄能电站，并已从地质构造、库区水源、工程布置、经济效益、法规政策、社会评价等方面开
展详细的可行性分析 ［３５］ 。作为世界上最深的金矿，其巷道群分布于地下 ５００～４０００ｍ，拟采用级联式
抽水蓄能布置，两级电站水头分别为 １２００和 １５００ｍ，建成后将是世界上水头最高的抽水蓄能电站。
西班牙 Ａｓｔｕｒｉａｎ中央盆地大部分矿山于 ２０１８年底关闭，拟改造为一座半地下式抽水蓄能电站 ［３６］ ，
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主巷道深 ５００～６００ｍ，水平间隔 ８０～１００ｍ，断面面积约 ３０ｍ ，可利用长度约 ６ｋｍ，初次蓄水及蒸发
损失补充水源为矿井涌水，无需额外建设引水渠道。
结合国外探索经验，同时考虑我国废弃矿井的空间分布特征，谢和平等 ［２２］ 、顾大钊 ［３７］ 和袁亮 ［３８］
相继提出，可将废弃矿井遗留的巨大地下空间改造为储水用地下水库或抽水蓄能电站地下水库。针对
西北地区因煤炭开发导致的水资源严重短缺问题，原神华集团于 ２０１０年在神东矿区大柳塔煤矿建成
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了首座分布式地下水库，截至 ２０２２年已建成 ３５座，最大储水量约 ３１００万ｍ ，是世界上仅有的煤矿地
下水库群 ［３９］ ，为地下水库 建 设 提 供 了 有 益 探 索。江 苏 省 在 全 国 率 先 提 出 “矿 地 融 合” 开 发 模 式，
２０２０年 １１月，华东勘测设计研究院编制 《综合利用地下坑道建设抽水蓄能电站研究报告》，拟利用句
容市石砀山铜矿废弃露天采石宕口扩建上水库，并将地下巷道群改建为下水库，电站装机容量 １２００ＭＷ，
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库容约 ７００万ｍ 。２０２１年 ９月，天津大学水力学研究所采用水气两相流数值模拟方法，对抽水蓄能电
站地下水库运行过程水力特性进行了全面研究（《江苏句容石砀山铜矿抽水蓄能电站下水库布置方案水
力学数值模拟研究》，２０２１）。２０２２年，中国矿业大学对淮北岱河废弃煤矿改建的抽水蓄能电站地下
水库进行了初步设计及优化，分析了简单地下水库巷道内部两相流特性 ［４０］ 。２０２２年 ２月 ２５日，国内
首个结合地下抽水蓄能发电技术的多能互补能源综合体项目在山东省淄博市正式开工，该工程计划利
用淄川废弃矿区矿井建设总装机容量为 ２２００ＭＷ 的抽水蓄能电站群。目前，我国已分别在云南省 ［４１］
和黄河流域九省区 ［４２］ 开展地下抽水蓄能电站建设潜力评估，一系列调研与规划预示着我国地下抽水蓄
能电站工程应用与发展的可观前景。
表 １列出了部分典型地下抽水蓄能电站关键设计参数，受矿洞拓扑结构、围岩应力分布和水文地
质条件等因素影响，不同废弃矿井建设地下抽水蓄能电站的限制因素各异，缺乏普适性设计方案。
表 １ 部分地下抽水蓄能电站关键设计参数

电站名称 电站类型 巷道长度?ｋｍ 发电水头?ｍ 调节库容?万ｍ ３ 装机容量?ＭＷ
美国 ＭｏｕｎｔＨｏｐｅ工程 半地下 ８１０ ６２０ ２０４０
美国 Ｓｕｍｍｉｔ工程 半地下 ６７１ ９５７ １５００
奥地利 Ｐｆａｆｆｅｎｂｏｄｅｎ工程 半地下 １．５ １３４ ３００
德国 Ｇｒｕｎｄ工程 全地下 ２５ ７００ ２４～２６ １００
德国 Ｐｒｏｓｐｅｒ － Ｈａｎｉｅｌ工程 半地下 １５．５ ５６０ ６０ ２００
西班牙 Ａｓｔｕｒｉａｎ工程 半地下 ５．７ ３００～６００ １７ ２３．５２
南非 ＦＷＲ工程 全地下级联 ６７ ２４００～３０００ １００ １２３０

目前，抽水蓄能电站地下水库建设基本停留在设计构想阶段，相关科学问题探索尽管基于实际废
弃矿井开展，但往往采用较为理想化的地下水库概念模型，未完全考虑库区实际空间分布和进?出水口
型式，忽略地下水库细部结构对电站运行的影响。国内外鲜有系统且完整的同类工程建设经验，缺乏
抽水蓄能电站地下水库运行过程中水力特性理论分析、精细模拟与试验研究，存在诸多有待解决的水
力学挑战和难题。

４ 抽水蓄能电站地下水库关键水力学问题

常规抽水蓄能电站上、下水库均建在地面，无论是人工开挖的上水库，还是利用天然河道的下水
库，其库区均为开敞水域。地下抽水蓄能电站的地下水库，无论是半地下式抽水蓄能电站的下水库，
还是全地下式抽水蓄能电站的上水库和下水库，均利用废弃矿井的地下巷道、硐室或采空区等废弃空

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