地下巷道群建设抽水蓄能电站的适宜性评估方法及系统

1.本发明涉及建设抽水蓄能电站的适宜性评估技术领域，尤其涉及地下巷道群建设抽水蓄能电站的适宜性评估方法及系统。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
3.随着煤炭等矿产资源的不断开采以及不可再生能源的枯竭等多种原因，大量因资源开发而遗留下的矿井随之废弃，矿井关停后形成巨大的地下空间资源或水资源。因此，利用废弃矿井建设抽水蓄能电站不仅是一种抽水蓄能电站新形式的探索，更是基于电力市场和生态环境恢复双向需求的产物，社会、环境意义远大于经济效益，同时，可以为废弃矿井抽水蓄能电站可行性提供评价方法，助力构建以新能源为主体的新型电力系统。
4.利用废弃矿井地下水库梯度建设抽水蓄能电站是在电力负荷低谷期将水从下水库抽到上水库，将电能转化重力势能储存起来，在电网负荷高峰期将水从上水库释放到下水库发电，是废弃矿井综合利用的重要方式，不仅可以解决高比例清洁能源入网调节的难题，还能解决废弃矿井带来的危害，且帮助周围生态环境恢复等众多的优点。但是，在工程技术方面，利用废弃矿井地下水库梯度建设抽水蓄能电站不仅要考虑水源条件还要考虑废弃矿井复杂的工程地质、安全性、经济性等难题。目前，关于利用废弃矿井地下水库梯度建设抽水蓄能电站的研究，仅是停留在如何建设抽水蓄能电站上，但是在建设抽水蓄能电站时，并没有考虑废弃矿井地下水库梯度建设抽水蓄能电站的适宜性，可能导致抽水蓄能电站在建设时施工困难，或建成后，不能正常使用的问题。


技术实现要素：

5.本发明为了解决上述问题，提出了地下巷道群建设抽水蓄能电站的适宜性评估方法及系统，实现了对废弃矿井地下巷道群建设抽水蓄能电站适宜性的科学、全面评估，确定了废弃矿井地下巷道群建设抽水蓄能电站的适宜性等级，为抽水蓄能电站在废弃矿井地下巷道群的建设提供可靠的施工依据，确保抽水蓄能电站建设中安全施工及建成后正常运行。
6.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.第一方面，提出了地下巷道群建设抽水蓄能电站的适宜性评估方法，包括：
8.根据建设抽水蓄电站的各评价因素构建准则层；
9.根据影响各评价因素的子因素构建子准则层；
10.根据适宜性等级构建判断层；
11.获取准则层、子准则层和判断层中各因素得分；
12.通过得分和层次分析法确定准则层中各因素权重、子准则层中各因素权重，及判断层各因素对子准则层中各因素的权重；
13.将判断层各因素对子准则层中各因素的权重与准则层各因素对应的子准则层各因素权重相乘，获得判断层各因素对准则层各因素的重要性排序矩阵，将重要性排序矩阵与对应的准则层中各因素权重相乘，获得各适宜性等级得分；
14.选取得分最高的适宜性等级为建设抽水蓄能电站的适宜性评估结果。
15.第二方面，提出了地下巷道群建设抽水蓄能电站的适宜性评估系统，包括：
16.模型构建模块，用于根据建设抽水蓄电站的各评价因素构建准则层，根据影响各评价因素的子因素构建子准则层，根据适宜性等级构建判断层；
17.得分获取模块，用于获取准则层、子准则层和判断层中各因素得分；
18.权重确定模块，用于通过得分和层次分析法确定准则层中各因素权重、子准则层中各因素权重，及判断层各因素对子准则层中各因素的权重；
19.适宜性等级得分确定模块，用于将判断层各因素对子准则层中各因素的权重与准则层各因素对应的子准则层各因素权重相乘，获得判断层各因素对准则层各因素的重要性排序矩阵，将重要性排序矩阵与对应的准则层中各因素权重相乘，获得各适宜性等级得分；
20.适宜性评估结果获取模块，用于选取得分最高的适宜性等级为建设抽水蓄能电站的适宜性评估结果。
21.第三方面，提出了一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成地下巷道群建设抽水蓄能电站的适宜性评估方法所述的步骤。
22.第四方面，提出了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成地下巷道群建设抽水蓄能电站的适宜性评估方法所述的步骤。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
24.1、本发明实现了对废弃矿井地下巷道群建设抽水蓄能电站适宜性的科学、全面评估，确定了废弃矿井地下巷道群建设抽水蓄能电站的适宜性等级，为抽水蓄能电站在废弃矿井地下巷道群的建设提供可靠的施工依据，确保抽水蓄能电站建设中安全施工及建成后正常运行。
25.本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
26.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
27.图1为实施例1公开方法中构建的评价递阶层次结构。
具体实施方式
28.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
29.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
30.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根
据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
31.实施例1
32.为了实现对废弃矿井地下巷道群建设抽水蓄能电站适宜性的科学、全面评价，在该实施例中公开了地下巷道群建设抽水蓄能电站的适宜性评估方法。
33.地下巷道群建设抽水蓄能电站的适宜性评估方法，包括：
34.s1：确定建设抽水蓄能电站的评价因素、个评价因素的子因素及适宜性等级。
35.在对废弃矿井地下巷道群建设抽水蓄能电站的适宜性进行评价前，首先，根据废弃矿井所在地区社会发展需求，综合分析利用废弃矿井沉陷区和地下巷道群建设抽水蓄能电站的必要性，如某废弃矿井距离市区较近，改建为抽水蓄能电站可以入网，能提供新能源调节用电高峰期，具有可行性。
36.其次，根据废弃矿井地下巷道群建设抽水蓄能电站的具体情况，确定废弃矿井地下巷道群地块评估范围，如：上述废弃矿井占地面积80km2，项目预计安装六台水电机，建设地上及地下厂房各一个。
37.之后，再根据确定的评价因素及子因素，对废弃矿井地下巷道群建设抽水蓄能电站的适宜性进行评价，并确定适宜性等级。
38.其中，评价因素包括水源条件、工程地质、废弃矿井现状、拟安装设备参数及经济性。
39.影响水源条件的子因素包括废弃矿井所在地年平均降水量、弃矿井所在地年平均蒸发量、废弃矿井距河流距离、河流含沙量、年平均径流深、年平均渗流量、水质级别及年平均最低温度。
40.经查阅资料该废弃矿井所在区域，年平均降雨量在645mm，年平均蒸发量在400mm左右，距离某河流2km，河流含沙量为0.3kg/m3，年平均径流深为100mm，年平均渗流量在20万m3，水质级别为ⅱ级，年平均最低温度20℃。
41.影响工程地质的子因素包括正常地下涌水量、矿区岩石等级、围岩稳定状态等级、地震级别、沉陷区边坡稳定性系数及岩石风化程度。
42.经现场勘探及计算，该废弃矿井正常地下涌水量为400mm/h，矿区岩石等级为
ⅴ
级，巷道围岩稳定状态等级为ⅲ级，地震级别为2级，沉陷区边坡稳定性系数为3，岩石风化程度为微风化。
43.影响废弃矿井现状的子因素包括废弃矿井年限、井口断面直径、有害气体浓度、上巷道群容积、下巷道群容积、巷道群高差、巷道群水力坡度及引水隧道距高比、地下巷道群温度、废弃矿井面积及周围人口密度。
44.该废弃矿井废弃年限为1年，井口段面直径为8m，有害气体浓度为0.1％，上巷道群容积约为80万m3，下巷道群容积约为60万m3，巷道群高差800m，巷道群水力坡度为1.5，引水隧道距高比为1.5，地下巷道群温度为26℃，废弃矿井面积为150平方公里，周围人口密度每平方公里为350。
45.影响拟安装设备参数的子因素包括装机容量、水泵扬程、上水库有效容积、上下水库库容比、地下厂房占地面积及地下厂房高度。
46.拟装机容量500mw，拟采用水泵扬程450m，拟建设上水库有效容积450万m3，上下水库库容比为1：1，地下厂房占地面积为300m2，地下厂房高度为4m。
47.影响经济性的子因素子因素包括年发电量、转化效率、年净利润、平均工作时长、年利润率、距负荷区域距离及利用新能源抽水占比。
48.预计改建后年发电量700kw，转化效率为80％，预计年净利润240万元，平均工作时长为9h/d，年利润率13％，距负荷区域距离3km，利用新能源抽水占比48％。
49.适宜性等级包括五级，分别为非常适宜、适宜、较适宜、适宜性较差、适宜性差。
50.s2：根据建设抽水蓄电站的各评价因素构建准则层；根据影响各评价因素的子因素构建子准则层；根据适宜性等级构建判断层。
51.为了实现对废弃矿井地下巷道群建设抽水蓄能电站的适宜性进行评价，并获得适宜性等级，构建了如图1所示的评价递阶层次结构，具体为：目标层为对废弃矿井地下巷道群建设抽水蓄能电站的适宜性进行评价，将建设抽水蓄电站的各评价因素放入准则层中，将影响各评价因素的子因素放入子准则层中，将适宜性等级放入判断层中。
52.s3：获取准则层、子准则层和判断层中各因素得分；通过得分和层次分析法确定准则层中各因素权重、子准则层中各因素权重，及判断层各因素对子准则层中各因素的权重。
53.其中，准则层中各因素得分为准则层各因素对目标层两两比较得分，子准则层中各因素得分为子准则层各因素对相应准则层因素两两比较得分，判断层中各因素得分为判断层各因素对子准则层中各因素的两两比较得分。
54.在具体实施时，通过专家对准则层和各评价因素对应的子准则层中因素进行两两比较打分，获得准则层中因素的两两比较得分，及各评价因素对应的子准则层中因素的两两比较得分。
55.为了保证得分的准确性，根据现场勘探得到的子准则层的数据，开展研讨会由n个煤矿领域、地质领域、抽水蓄能领域、新能源发电领域、电力系统领域、环境领域专家根据重要程度标度表对准则层和准则层的子准则层进行两两比较打分并对n个专家的打分进行平均值计算，每个领域人数均等，且不少于2人。
56.本次废弃矿井研讨会召集10个专家参加，各专家对准则层和准则层的子准则层进行两两比较打分平均值见以下各表：
57.表1准则层平均打分表
[0058] 水源条件工程地质废弃矿井现状安装设备参数经济性水源条件111/21/31/4工程地质1111/21/3废弃矿井现状21111/2安装设备参数32111经济性43211
[0059]
表2水源条件的子准则层平均打分表
[0060][0061][0062]
表3工程地质的子准则层平均打分表
[0063][0064]
表4废弃矿井现状的子准则层平均打分表
[0065][0066][0067]
表5拟安装设备参数的子准则层平均打分表
[0068]
[0069]
表6经济性的子准则层平均打分表
[0070][0071]
表7判断层对水源条件下各因素评价打分表
[0072]
[0073]
[0074][0075]
表8判断层对工程地质下各因素评价打分表
[0076]
[0077][0078]
表9判断层对废弃矿井现状下各因素评价打分表
[0079]
[0080]
[0081][0082]
表10判断层对安装设备参数下各因素评价打分表
[0083]
[0084][0085]
[0086]
表11判断层对经济性下各因素评价打分表
[0087]
[0088][0089]
准则层中各因素权重为准则层中各因素对目标层的权重，子准则层中各因素权重为子准则层中各因素对相应准则层因素的权重。
[0090]
获得准则层中各因素权重、子准则层中各因素权重，及判断层各因素对子准则层中各因素的权重的过程为：
[0091]
根据准则层各因素得分、各评价因素对应子因素得分以及判断层各因素得分，构
[0104][0105]
(5)拟安装设备参数的子准则层判断矩阵a4及其权重集ω4[0106][0107]
(6)经济性的子准则层判断矩阵a5及其权重集ω5[0108][0109]
(7)判断层对水源条件下各因素判断矩阵及权重集，分别为：
[0110]
判断层对年平均降水量的判断矩阵a6及权重ω6：
[0111][0112]
判断层对年平均蒸发量的判断矩阵a7及权重ω7：
[0113][0114]
判断层对距河流距离的判断矩阵a8及权重ω8：
[0115][0116]
判断层对含沙量的判断矩阵a9及权重ω9：
[0117][0118]
判断层对年平均径流深的判断矩阵a
10
及权重ω
10
：
[0119][0120]
判断层对年平均渗流量的判断矩阵a
11
及权重ω
11
：
[0121][0122]
判断层对水质级别的判断矩阵a
12
及权重ω
12
：
[0123][0124]
判断层对年平均温度的判断矩阵a
13
及权重ω
13
：
[0125][0126]
(8)判断层对工程地质下各因素判断矩阵及权重，包括：
[0127]
判断层对正常地下涌水量的判断矩阵a
14
及权重ω
14
：
[0128][0129]
判断层对矿区岩石等级的判断矩阵a
15
及权重ω
15
：
[0130][0131]
判断层对围岩稳定状态等级的判断矩阵a
16
及权重ω
16
：
[0132][0133]
判断层对地震级别的判断矩阵a
17
及权重ω
17
：
[0134][0135]
判断层对沉陷区边坡稳定系数的判断矩阵a
18
及权重ω
18
：
[0136][0137]
判断层对岩石风化程度的判断矩阵a
19
及权重ω
19
：
[0138][0139]
(9)判断层对废弃矿井现状下各因素判断矩阵及权重，包括：
[0140]
判断层对废弃矿井年限的判断矩阵a
20
及权重ω
20
：
[0141][0142]
判断层对井口断面直径的判断矩阵a
21
及权重ω
21
：
[0143][0144]
判断层对有害气体浓度的判断矩阵a
22
及权重ω
22
：
[0145][0146]
判断层对上巷道群容积的判断矩阵a
23
及权重ω
23
：
[0147][0148]
判断层对下巷道群容积的判断矩阵a
24
及权重ω
24
：
[0149][0150]
判断层对巷道群高差的判断矩阵a
25
及权重ω
25
：
[0151][0152]
判断层对巷道群水力坡度的判断矩阵a
26
及权重ω
26
：
[0153][0154]
判断层对引水隧道距高比的判断矩阵a
27
及权重ω
27
：
[0155][0156]
判断层对地下巷道群温度的判断矩阵a
28
及权重ω
28
:
[0157][0158]
判断层对废弃矿井面积的判断矩阵a
29
及权重ω
29
:
[0159][0160]
判断层对周围人口密度的判断矩阵a
30
及权重ω
30
:
[0161][0162]
(10)判断层对拟安装设备参数下各因素判断矩阵及权重，包括：
[0163]
判断层对装机容量的判断矩阵a
31
及权重ω
31
：
[0164]
[0165]
判断层对水泵扬程的判断矩阵a
32
及权重ω
32
：
[0166][0167]
判断层对上水库有效容积的判断矩阵a
33
及权重ω
33
：
[0168][0169]
判断层对下水库有效容积的判断矩阵a
34
及权重ω
34
：
[0170][0171]
判断层对地下厂房占地面积的判断矩阵a
35
及权重ω
35
：
[0172][0173]
判断层对地下厂房高度的判断矩阵a
36
及权重ω
36
：
[0174][0175]
(11)判断层对经济性下各因素判断矩阵及权重，包括：
[0176]
判断层对年发电量的判断矩阵a
37
及权重ω
37
：
[0177][0178]
判断层对转化效率的判断矩阵a
38
及权重ω
38
：
[0179][0180]
判断层对年净利润的判断矩阵a
39
及权重ω
39
：
[0181][0182]
判断层对年平均工作时长的判断矩阵a
40
及权重ω
40
：
[0183][0184]
判断层对年利润率的判断矩阵a
41
及权重ω
41
：
[0185][0186]
判断层对距负荷区域距离的判断矩阵a
42
及权重ω
42
：
[0187][0188]
判断层对利用新能源抽水占比的判断矩阵a
43
及权重ω
43
：
[0189][0190]
通过层次分析法在计算权重时，还进行了一致性检验，具体为：根据准则层判断矩阵、各评价因素的子准则层判断矩阵、判断层各因素对子准则层中各因素的判断矩阵及各因素权重，求出各自的最大特征值λ
max
和一致性指标ci并根据一致性指标ci、平均随机一致性指标ri求解一致性比例cr，分别判断其一致性检验是否通过，当cr小于0.1时检验通过，其公式分别为：
[0191][0192]
式中：n为矩阵阶数。
[0193]
根据上述公式得到的准则层及各子准则层的一致性检验结果如表12所示；得到的判断层一致性检验结果如表13所示，计算得到的cr值均小于0.1，一致性检验均通过。
[0194]
表12准则层及子准则层一致性检验结果
[0195][0196]
表13判断层一致性检验结果
[0197][0198]
通过判断层各因素对子准则层中各因素的权重构建判断层各因素对准则层各因素对应的子准则层各因素的权重集wi。
[0199]
(1)判断层对水源条件下各因素的权重集w1，
[0200][0201]
(2)判断层对工程地质下各因素的权重集w2，
[0202]
[0203]
(3)判断层对废弃矿井现状下各因素的权重集w3，
[0204][0205]
(4)判断层对拟安装设备参数下各因素的权重集w4，
[0206][0207]
(5)判断层对经济性下各因素的权重集w5，
[0208][0209]
s4：将判断层各因素对子准则层中各因素的权重与准则层各因素对应的子准则层中各因素权重相乘，获得判断层各因素对准则层各因素的重要性排序矩阵，将重要性排序矩阵与对应的准则层中各因素权重相乘，获得各适宜性等级得分；选取得分最高的适宜性等级为建设抽水蓄能电站的适宜性评估结果。
[0210]
具体的，根据s3构建的判断层各因素对准则层各因素对应的子准则层各因素的权重集wi与准则层各因素对应的子准则层中各因素权重ωi相乘获得判断层各因素对准则层各因素的重要性排序矩阵bi，将准则层所有因素的重要性排序矩阵进行汇总，获得总排序矩阵c，将总排序矩阵与准则层中各因素权重相乘，获得适宜性等级得分，如表14所示，适宜性等级的得分最大的为废弃矿井地下巷道群建设抽水蓄能电站的适宜性。
[0211]
(1)水源条件重要性排序矩阵b1[0212]
b1＝w1·
ω1＝(0.31085834 0.34134704 0.14174806 0.09739312 0.10855047)
t
[0213]
(2)工程地质重要性排序矩阵b2[0214]
b2＝w2·
ω2＝(0.16522386 0.27243156 0.43654922 0.06095938 0.06482722)
t
[0215]
(3)废弃矿井现状重要性排序矩阵b3[0216]
b3＝w3·
ω3＝(0.19485812 0.30341481 0.27753392 0.12021941 0.10404852)
t
[0217]
(4)拟安装设备参数重要性排序矩阵b4[0218]
b4＝w4·
ω4＝(0.22067832 0.31717507 0.22174382 0.14245435 0.09806011)
t
[0219]
(5)经济性重要性排序矩阵b5[0220]
b5＝w5·
ω5＝(0.21217639 0.39020576 0.11881613 0.17190941 0.10684615)
t
[0221]
总排序矩阵c计算如下:
[0222][0223]
适宜性等级得分矩阵g
[0224]
g＝c
·
ω0＝(0.214775879 0.3362562 0.216214249 0.133914424 0.09895488)
t
[0225]
表14各适宜性等级得分
[0226]
等级得分非常适宜0.214775879适宜0.3362562较适宜0.216214249适宜性较差0.133914424适宜性差0.09895488
[0227]
可知，最高分为0.3362562，故废弃矿井建设抽水蓄能电站的适宜性等级为适宜。
[0228]
本实施例公开的实现了对废弃矿井地下巷道群建设抽水蓄能电站适宜性的科学、全面评估，确定了废弃矿井地下巷道群建设抽水蓄能电站的适宜性等级，为抽水蓄能电站在废弃矿井地下巷道群的建设提供可靠的施工依据，确保抽水蓄能电站建设中安全施工及建成后正常运行。
[0229]
实施例2
[0230]
在该实施例中，公开了地下巷道群建设抽水蓄能电站的适宜性评估系统，包括：
[0231]
模型构建模块，用于根据建设抽水蓄电站的各评价因素构建准则层，根据影响各评价因素的子因素构建子准则层，根据适宜性等级构建判断层；
[0232]
得分获取模块，用于获取准则层、子准则层和判断层中各因素得分；
[0233]
权重确定模块，用于通过得分和层次分析法确定准则层中各因素权重、子准则层中各因素权重，及判断层各因素对子准则层中各因素的权重；
[0234]
适宜性等级得分确定模块，用于将判断层各因素对子准则层中各因素的权重与准则层各因素对应的子准则层各因素权重相乘，获得判断层各因素对准则层各因素的重要性排序矩阵，将重要性排序矩阵与对应的准则层中各因素权重相乘，获得各适宜性等级得分；
[0235]
适宜性评估结果获取模块，用于选取得分最高的适宜性等级为建设抽水蓄能电站的适宜性评估结果。
[0236]
实施例3
[0237]
在该实施例中，公开了一种电子设备，包括存储器和处理器以及存储在存储器上并在处理器上运行的计算机指令，所述计算机指令被处理器运行时，完成实施例1公开的地
下巷道群建设抽水蓄能电站的适宜性评估方法所述的步骤。
[0238]
实施例4
[0239]
在该实施例中，公开了一种计算机可读存储介质，用于存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时，完成实施例1公开的地下巷道群建设抽水蓄能电站的适宜性评估方法所述的步骤。
[0240]
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。