基于EOD模式矿山抽蓄联合矿山生态治理可行性研究

国家能源局《关于促进新时代新能源高质量发展的实施方案》明确提出，要大力推广生态修复类项目，支持在石漠化、荒漠化、煤矿塌陷区等地区开发具有生态环境保护和修复效益的新能源项目。同时，为应对全球气候变暖，我国于2020年宣布“碳达峰、碳中和”国家目标，优化工业和产业结构、能源供给消费结构，加快构建“人与自然生命共同体”，是实现“双碳”战略目标的重要途径。

一、矿山抽蓄研究现状

基于WoS和CNKI数据库，本文用图文结合的形式，对检索相关文献进行总结。

(1)论文发文量统计。通过对英文文献WoS数据库的核心文集进行检索，检索主题则输入“energystorageAND((abandonedmines)OＲ(minerestoration))”，限定最近10年的数据。在检索结果中挑选与矿山抽水蓄能有关的文献，总计59篇英文文献。国内文献来源于CNKI的期刊数据库，以“矿井AND抽水蓄能”为主题，限定最近10年的数据，检索全部期刊，并删除重复文献，共检测出72篇结果。对符合要求的59篇国外文献和72篇国内文献进行高频关键词统计，并对含义相近的关键词进行融合。最终，得到词频大于4的英文关键词共计15个，词频大于4的中文关键词有14个。最后使用VOSviewer软件生成国内外关键词高频共现关系图。

WoS、CNKI有关“矿山抽水蓄能”领域论文发文量如图1所示。从图1可以看出，国内外对矿山抽水蓄能的研究已进入上升阶段。根据WoS和CNKI的数据，这2个数据相似，并在2018年开始进入爆发状态。关于矿山抽水蓄能的论文发表数量逐年稳步增加，研究热情持续升温。

(2)高频关键词及共词分析。国内外出现频次排在前5位的高频关键词见表1。从表1可以发现，WoS出现最多的关键词是energystorage(储能)，其次是groundwater(地下水)、abandonedmines(废弃矿井)、reservoir(水库)、renewableenergy(可再生能源)等，说明国外现在主要研究废弃矿井发展可再生能源;CNKI出现最多的关键词是废弃矿井，其次是抽水蓄能、斜井、安全、竖井等，说明国内现在主要研究废弃矿井的抽水蓄能以及地下抽水蓄能的施工技术研究。

表1 国内外出现频次排在前5位的高频关键词

国内外高频关键词共现可视化如图2、图3所示。由图2、图3可知，国内外针对矿坑的抽水蓄能研究，但与之关联的矿区生态环境还缺乏相关研究。

(3)国内外废弃矿井开发抽蓄研究现状。国内目前有相关学者开展过利用废弃矿井开发抽蓄的相关研究，卢开放等认为利用废弃矿井改造建设抽水蓄能电站具有一定的可行性，能够产生较好的动、静态效益;商大成等对废弃矿井进行调研，根据实测参数，巷道空间具有抽水蓄能电站蓄水库的稳定性和强度条件;卞正富等研究黄河流域9个省区5年来废弃矿井抽水蓄能电站可利用井巷空间为1.34×107m3，进而预估利用其建设抽水蓄能电站每年可发电3.78×109kWh，可满足黄河流域9个省区28.4%的弃风、弃光电量的消纳需求，每年直接经济效益约达21.2亿元;FanJinyang等对我国现有煤矿采空区空间的测算，发现利用废弃煤矿采空区开发抽水蓄能电站进行日调节在短期内是可行的(图4)。

图2  国内高频关键词共现可视化图

图3  国外高频关键词共现可视化图

LuPing等研究发现，废弃煤矿的生态修复和环境污染治理对于矿区的经济、社会乃至区域振兴尤为重要;ZhangCun等认为利用废弃矿井地下空间建设抽水蓄能，对矿井水进行集中贮存和处理是一种有效的途径，但须考虑生态环境保护，特别是地表位移和矿区水环境。因此，利用废弃矿井建设抽水蓄能电站具有一定的可行性。但为了确保地下空间的可持续发展，更应在环境保护方面加强对矿山区域环境的生态修复。

二、EOD模式下的“矿山抽蓄+生态修复”项目

在矿山生态修复、消除安全隐患、减少生态环境影响的基础上，利用不同区域、不同类型废弃矿山的地质属性和地下空间分布特征，建设地下抽水蓄能电站。该方法可以最大限度地利用废弃矿山的落差和地下空间，从而消除抽水蓄能选址上的制约因素，增加在废弃矿区建设抽水蓄能电站的适宜性。

中国废弃矿山资源化的进程，首先要着眼于解决废弃矿山的生态环境问题。传统的矿山生态修复主要存在以下问题:①矿山生态修复和环境治理是一项庞大的工程，需要巨大的资金支持。尽管中央财政有投入，但仍无法满足大规模的矿山修复需求。②废弃矿山问题是历史遗留下来的环境污染问题，目前的政策和技术还不能满足矿山修复的要求。因此，有必要创新生态修复模式，提高政府和社会资本的参与度和积极性。

通过采取EOD模式下的“矿山抽蓄+生态修复”，实现经济发展和环境保护的双赢。该模式将环境治理和经济发展有机结合，致力于实现项目资金自平衡，推动生态文明建设与新能源建设协调发展，追求产业与环境修复相结合，还能获得政策上的支持。

三、推进“碳达峰、碳中和”

“矿山抽蓄+生态修复”的模式不仅改善矿区本身的生态环境，同时对于实现“双碳”目标至关重要。“矿山抽蓄+生态修复”通过以下方面，提升“碳汇”能力。

(1)通过土壤重构与植被重建提高矿区“碳汇”能力。针对胜利矿的研究表明，重构后的土壤与植被重建可以有效提高土壤有机质含量，且碳氮比高于未毁损地原土壤，有利于提升土壤碳库的固碳量，推动“双碳”目标的实现。

(2)通过改变土地利用类型，使矿区“碳源”变“碳汇”。土地利用类型是陆地碳储量的重要影响因素，矿山环境修复后土地利用类型的转变，如转变为耕地、草地和林地等，可以促使矿区由“碳源”变“碳汇”，且随着生态修复年限增加，矿区土地固碳能力不断增加，甚至能优于修复前的原地貌，推动实现“双碳”目标。

(3)矿山生态修复的“新能源+”模式。中国煤矿地区太阳能资源储量丰富，初步估算理论储量达2053.67×1015kJ/a，可减少二氧化碳排放1892.56亿t/a。同时拥有丰富的风能资源，富煤地区风能年可开发资源量折合标准煤约7500万t/a，可减少二氧化碳排放约2亿t/a。

未来的矿山生态修复可以实行“新能源+”模式，因地制宜地发展“新能源+旅游”“新能源+农业”“新能源+植被”等多种模式。通过这种新的修复模式，一方面，可以减少火力发电量，推动当地能源结构优化调整;另一方面，“新能源+”修复模式可能比传统的单一发展模式的碳减排效益更好，最终实现生态与经济双赢。

四、矿区地下空间再利用

截至2016年底，谢和平等估算全国煤矿采空区地下空间体积约为138.36亿m3，按照平均每年开采34亿t原煤速度预测，2030年全国煤矿地下采空区将达约234.52亿m3。以喀斯特地区贵州省为例，贵州省生产煤矿数量572个，占全国生产煤矿总量的12.54%。贵州省生产煤矿规模合计17213万t/a，占全国规模总量的4.98%。地下可利用空间4948万m3，占全国规模总量的8.47%。另外，算上其他金属、非金属废弃矿山的地下空间，国内矿山地下空间可再利用潜力巨大。

国内有大量的废弃矿井，如果能够充分利用地下抽水蓄能电站，可以有效解决可再生能源的储存问题，节约地表建设用地，避免大量的地下空间浪费。此举不仅可以实现废弃矿山的生态修复，还可以促进资源枯竭型城市的转型升级，对推进生态文明建设具有重要的现实意义。

五、结论与展望

通过探讨生态导向的区域开发项目(EOD项目)，分析了目前矿山生态修复存在的现状及问题，并对“矿山抽蓄+矿山生态修复”研究进行了探讨和展望，得到主要认识和建议如下。

(1)当前重大生态环境治理项目实施面临资金来源不足、生态环境治理与产业发展脱节、环境效益难以转化为经济效益等问题。通过EOD模式，将生态环境治理与矿山抽水蓄能深度融合，以产业发展为生态环境保护提供支撑，允许市场主体将相关行业未来收益提前投资于生态环境管理，然后通过后期的工业增加值来回收管理成本。“矿山抽蓄+矿山生态修复”模式对实现“双碳”目标和废弃矿山用地再利用也具有积极推动作用。

(2)进一步扩大融资规模、金融机构对EOD项目的认识。银行和金融机构对生态环保相关产业的支持力度有限，反映出银行和金融机构对EOD模式项目重视不够、热情不足。同时也说明金融机构没有认识到生态环境保护项目的长期性和全球性意义，这将对融资环境产生负面影响。

(3)为进一步完善生态环境保护法律法规体系，有关部门应建立健全奖惩激励机制，指导和监督相关行业和企业认真落实国家产业和环境政策，主动承担生态环境保护责任。从法律角度全面推进生态环境保护，为EOD模式下的投融资提供法律和监管保护。(作者：叶润成，李茂斌，梁毅)