地下儲能系統在天津市河西區青少年宮項目中的應用

董曉敏，柴雅彬，顧新洲

（天津市水文水資源勘測管理中心，天津 300061）

1 引言

地下儲能技術是把大氣的冷熱能源以地下水為介質，儲存在含水層中，供使用期間提取。它與風能、太陽能一樣，是一種低維修、高能效的利用自然能的方法，是不產生環境污染的“綠色能源”。地下儲能系統重視能源的儲存和地下水資源保護，運行過程中保持地下水采補平衡，對環境不產生影響。地下水不受氣溫變化的影響，溫度比較穩定，儲能效果顯著。夏季儲存的水溫高于原含水層水溫，冬季儲存的水溫低于原含水層水溫，反季節利用可以大幅度提高系統供暖和制冷效果，從而達到節能的目的。由于其具有環保和節能的雙重優勢，近期在國內外都得到了大力的推廣和應用。與國外相比，我國地下儲能技術研究和應用起步較晚，在熱泵機組的優化設計和工程應用上還存在較大差距。通過對運行中的地下儲能系統進行現場調查和監測評價，跟蹤評估地下儲能系統的運行效果，在發現問題、總結經驗的基礎上，進一步加強地下儲能技術的深入研究。

2 項目概況

天津市河西區青少年宮位于天津市河西區解放南路357號，系原解放南路中學，包括教學、實驗、辦公、學術交流等房屋設施，總建筑面積21 262 m2，項目占地面積10 666.72 m2。為了實現節約能源、保護環境和節約辦公經費的目的，本項目采用以地下水為介質的地下儲能系統進行供暖和制冷，設計建議選用4臺克萊門特熱泵機組，2臺運行，2臺備用。

該地下儲能系統于2010年正式投入運行，機房熱泵機組啟動時配有專人值班，交接班時值班人員負責記錄開采井及回灌井水表讀數。系統熱泵機組參數由設備安裝商設定，現狀出水溫度26.3℃，回水溫度24.5℃，提取溫差1.8℃。系統采用一采兩灌的方式運行，基本能滿足室內夏季制冷和冬季供暖需求。系統采用自動遠傳計量水表，運行至2011年9月平均回灌率95.7%，基本處在取水許可規定范圍。各供暖、制冷期用水統計情況，見表1。

表1 河西青少年宮用水量統計

3 應用存在問題

3.1 設備選擇問題

由于種種客觀原因，河西青少年宮地下儲能系統的建設施工分別由多個單位承包，熱泵機組、室內風機的采購和設備安裝、供熱管網鋪設分別由不同公司負責實施，導致系統整體的兼容配套工作復雜，對系統的整體性能產生了負面影響，既降低了系統使用壽命，又不能有效實現初始設計的節能目標。系統熱泵機組在不到2年的使用過程中已出現多次損壞，維修工作任務繁重，直接影響了地下儲能系統的供暖（制冷）效果。

3.2 運行管理問題

系統設施建設和運行環節中，相關負責人員未能及時做好溝通和交接，造成系統設備原始資料不完備，加之操作及管理人員對地下儲能系統的原理缺乏認識，在機組運行中操作不當，未能按照原水資源論證設計方案中“大溫差小流量”的原則使用該系統，僅提取1.8℃的溫差，造成單井開采量超過回灌能力。同時，采用一采兩灌的方式運行使高溫水和低溫水回灌至同一含水層，長期如此惡性循環導致地溫場紊亂、回灌效果差的結果；系統回揚量增大，直接造成了水資源的浪費和系統運行成本的提高。

4 對策

4.1 盡快開展相關培訓，建立持證上崗制度

為了更好地運行和維護熱泵系統，建議開展定期的地下水源儲能系統使用管理人員和操作人員培訓工作，建立操作工人持證上崗資格制度，提高使用單位的運行管理水平，提升地下水源儲能系統使用效率。

4.2 實行一采一灌的系統運行方式

改變一采兩灌的錯誤運行方式是諸多措施中的重中之重。通過相關研究發現，從水源熱泵制冷、供熱的雙向功能的角度看，提取地下水溫差在10℃左右時25℃水溫的地下水在能源利用上最具有經濟性。因此，應按照初始設計進行系統設備的完善；對系統設置和運行貫徹“大溫差小流量”的原則，加大溫差設定值，減少地下水的開采量，有效緩解回灌壓力。

4.3 適當運用價格杠桿，控制地下水開采量

現行的《取水許可和水資源費管理條例》僅對地下水源熱泵系統的回揚水量進行水資源費的征收、管理和監督，而對其地下水利用量未作出明確的要求。水行政主管部門應進一步加強對地下儲能系統管理，通過運用價格杠桿對系統運行中的地下水利用量進行控制，使用水業主單位認識到節約用水的重要性。

4.4 建立設備廠商及施工單位市場準入及懲罰機制

目前，多數項目建設業主單位只看到該系統節能的優勢，卻在設備和施工單位等的選擇上往往重視不夠。據調查，天津地區地下儲能系統的安裝普遍存在密封不好、監測設施殘缺等問題，甚至部分用戶設備安裝不配套、無測壓管、無精濾裝置，給管理部門的后期運行、監測以及系統維護帶來很大的困難。因此，有關部門應盡快出臺相關的行業標準，加強對設備廠商及施工單位管理，建立市場準入及懲罰機制，對有不良記錄的廠商及單位及時進行通報和處罰，規范市場行為，嚴把質量關，以確保建設高標準高質量的地下儲能系統，提高系統運行的穩定性和高效性。同時，進一步加強對項目設計、施工安裝、調試、驗收的監督管理，提升建設單位的使用滿意度。

4.5 廣泛開展論證后評估工作

為了實行最嚴格水資源管理制度，按照《建設項目水資源論證管理辦法》規定業主單位委托具有資質的論證單位進行了建設項目水資源論證，并編制了建設項目水資源論證報告書。但在系統建成后沒有對實際運行情況進行及時的后續跟蹤服務。結合水利部辦公廳 《關于開展建設項目水資源論證后評估工作的通知》（辦資源〔2011〕329號）及天津市相關規定，有關部門應廣泛開展論證后評估工作，委托資質單位針對取水許可審批的落實情況和系統的建設實施情況、實際運行情況、日常監督管理情況等方面進行為期不少于3年的跟蹤調查，在對數據分析的基礎上，認真總結經驗、發現問題并及時提出整改措施，以促進水資源的合理和可持續利用。