可再生能源中的“潛力股”
——淺層地?zé)崮?/h1>
2015-01-09 06:52:24戴麗
節(jié)能與環(huán)保 2015年7期
文 // 本刊記者 戴麗
隨著經(jīng)濟(jì)快速增長，能源形勢(shì)日趨嚴(yán)峻，淺層地?zé)崮茏鳛橐环N重要的新型能源，其開發(fā)利用成為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。國內(nèi)外實(shí)踐證明，利用地源熱泵技術(shù)開發(fā)淺層地?zé)?溫)能為建筑物供熱、制冷是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑。5月28日，中國新能源建筑產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟舉辦“淺層地能與新能源建筑研討會(huì)”，討論利用淺層地能為建筑物無燃燒智慧供熱新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀、問題及解決方案。
淺層地?zé)崮苁莾?yōu)質(zhì)可再生能源
淺層地?zé)崮埽侵傅乇硗寥馈⒌叵滤⒑恿鳌⒑粗形仗柲堋⒌責(zé)崮芏N(yùn)藏的低溫位熱能。是一種優(yōu)質(zhì)的清潔能源，具有清潔環(huán)保、可再生、分布廣、儲(chǔ)量大、可用性高等特點(diǎn)。地源熱泵技術(shù)，是利用了淺層地?zé)崮茏鳛槔錈峤粨Q源，通過能量轉(zhuǎn)換，為建筑物提供綠色清潔的空調(diào)系統(tǒng)。
業(yè)內(nèi)人士表示，與傳統(tǒng)燃煤、燃?xì)夤嵯啾龋捎玫卦礋岜玫闹醒肟照{(diào)系統(tǒng)每消耗1千瓦能量，可以得到4千瓦以上的熱量或冷量，加上運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，綜合節(jié)能超過50%，甚至可以達(dá)到70%左右。在污染物排放方面，利用地源熱泵系統(tǒng)相對(duì)于普通空調(diào)可減少污染物排放40%以上，與電供暖相比可減少污染物排放70%以上。同時(shí)，夏季減少了冷卻塔的飄水損失，減緩了城市“熱島效應(yīng)”；冬季無燃燒過程，對(duì)終端用戶來說實(shí)現(xiàn)了污染物“零排放”。
淺層地?zé)崮茉诠I(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用效果同樣顯著。在天津?qū)氎鎱^(qū)，該市首個(gè)大規(guī)模集中供熱地源熱泵項(xiàng)目于2013年投入使用，取代了原有的兩臺(tái)20噸燃煤蒸汽鍋爐，整個(gè)園區(qū)實(shí)現(xiàn)供熱15萬平方米。據(jù)測(cè)算，每年減少二氧化碳排放96噸，氮氧化物29.4噸，煙塵排放19噸。
而在全國范圍內(nèi)看，我國淺層地?zé)崮苜Y源量相當(dāng)于95億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，增強(qiáng)型地?zé)崮芾碚撡Y源量更是相當(dāng)于860萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，大致相當(dāng)于2013年全國能源消費(fèi)總量的20多萬倍。目前業(yè)內(nèi)一致認(rèn)為，其平均利用系數(shù)是風(fēng)電的3至4倍、太陽能的4至5倍、生物質(zhì)能的1.5倍，在可再生能源當(dāng)中屬于優(yōu)質(zhì)能源。
我國淺層地?zé)崮苜Y源豐富
我國淺層地?zé)崮荛_始使用起步較晚，2005～2006年王秉忱、吳學(xué)敏、沈夢(mèng)培等六位國務(wù)院參事連續(xù)兩年跟蹤調(diào)研我國地?zé)豳Y源的合理開發(fā)利用問題，向國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)提出三份國務(wù)院參事建議，兩次在中南海向兩位主管副總理匯報(bào)調(diào)研成果，其中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了應(yīng)大力開發(fā)利用淺層地?zé)?溫)能，得到國務(wù)院的高度重視。從2007年開始，國土資源部、建設(shè)部(現(xiàn)住建部)與科技部等部門積極推進(jìn)此項(xiàng)工作，取得了重大進(jìn)展。
我國淺層地?zé)崮茇S富，如果加以開發(fā)利用能夠節(jié)約大量的煤炭資源，取得巨大的環(huán)境效益。以京津冀地區(qū)為例，目前北京地區(qū)由西北向東南方向共有4條NE向地?zé)針?gòu)造帶，即：懷來——延慶地?zé)釒А厝澈印⑿降責(zé)釒А⒘监l(xiāng)——城區(qū)——天竺——李遂地?zé)釒Ш陀苒摇P河營地?zé)釒В步M成10個(gè)地?zé)崽铩＝?jīng)勘查工作證實(shí)，北京平原區(qū)地下蘊(yùn)含的淺層地?zé)豳Y源，每年可以提供相當(dāng)于6620萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的資源量，可滿足9.59億平方米供暖。
天津計(jì)算出淺層地?zé)崮艿目衫觅Y源量為1748萬億千焦，冬季可供暖面積13.4億m2，夏季可制冷面積12.6億m2。每年淺層地?zé)崮芸衫觅Y源量全部開發(fā)可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤5974萬噸，扣除開采的電能消耗，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤4480萬噸，減少向大氣排放二氧化碳等1.17億噸，減少環(huán)境治理費(fèi)用15.32億元。
河北省淺層地?zé)崮苜Y源豐富，設(shè)區(qū)城市淺層地?zé)崮軣崛萘繛?07.5×1012千焦，其中水源熱泵適宜區(qū)面積1365.73平方公里、地源熱泵適宜區(qū)面積3626.56平方公里。全部開發(fā)利用年可代替燃煤345.46萬噸，減排二氧化碳898.20萬噸、二氧化硫6.91萬噸、氮氧化物2.42萬噸、粉塵3.45萬噸。
據(jù)介紹，截至2012年底，北京市已建地源熱泵項(xiàng)目約有1111個(gè)，其中地下水地源熱泵911個(gè)；地埋管地源熱泵149個(gè)；再生水及污水源熱泵38個(gè)；深層地?zé)?熱泵13個(gè)。
截至2012年底，北京應(yīng)用應(yīng)用熱泵建筑面積約為3435萬平方米 ，其中地下水地源熱泵約2446萬平方米；地埋熱地源熱泵約649萬平方米；再生水及污水源熱泵約140萬平方米；深層地?zé)?熱泵約200萬平方米。
目前，北京市淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用已形成規(guī)模性發(fā)展趨勢(shì)，但在發(fā)展過程中仍存在設(shè)計(jì)不匹配、運(yùn)行管理不規(guī)范等問題，需要政府部門、行業(yè)組織等各方面共同努力，完善各個(gè)環(huán)節(jié)，科學(xué)推廣應(yīng)用。
目前還存在共同性的問題
業(yè)內(nèi)專家指出，雖然國家和北京市出臺(tái)了一系列的鼓勵(lì)措施，使得淺層地?zé)崮軕?yīng)用發(fā)展很快，但由于地源泵技術(shù)在我國的應(yīng)用時(shí)間不長，目前我國在淺層地?zé)崮艿氖褂梅矫娲嬖谥恍┕餐缘膯栴}。
一是缺乏淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用的宏觀指導(dǎo)。開發(fā)利用淺層地?zé)崮埽紫纫辈樵u(píng)價(jià)項(xiàng)目所在地的地質(zhì)條件，確定淺層地?zé)崮芸砷_發(fā)利用的區(qū)域及合理利用量，預(yù)測(cè)開發(fā)利用淺層地?zé)崮墚a(chǎn)生的環(huán)境影響。雖然北京市已經(jīng)初步開展了淺層地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查評(píng)價(jià)和地下水源熱泵適宜性評(píng)價(jià)等工作，但尚未建立公共淺層地?zé)崮芾玫刭|(zhì)條件信息數(shù)據(jù)庫和管理系統(tǒng)，缺乏對(duì)淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用前期的宏觀指導(dǎo)，使得淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)存在一定的盲目性。
二是淺層地?zé)崮芷髽I(yè)水平良莠不齊。隨著淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用規(guī)模的擴(kuò)大，吸引了國內(nèi)外企業(yè)蜂擁進(jìn)入淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用市場(chǎng)。大多數(shù)公司根本不具備系統(tǒng)測(cè)試能力和設(shè)計(jì)能力，缺乏對(duì)地下?lián)Q熱系統(tǒng)長期運(yùn)行的地下溫度變化、地下水的回灌、地下水位下降、水資源二次污染等問題的考慮，而且該行業(yè)的門檻不高，對(duì)隱蔽施工的監(jiān)理機(jī)制也不夠健全，執(zhí)行力度較弱，造成了施工質(zhì)量不高、設(shè)計(jì)不合理、運(yùn)行不科學(xué)、管理不到位的現(xiàn)象，直接影響了淺層地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
三是淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用技術(shù)研發(fā)滯后。我國淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用規(guī)模在十幾萬平方米的工程很多，甚至很多城市都有20～30萬平方米的工程，這些工程利用現(xiàn)有技術(shù)，使得大量地埋管換熱器集中在一個(gè)地塊，項(xiàng)目長期運(yùn)行后，在中間部位的換熱器換熱能力大大下降，從而影響整個(gè)地源熱泵系統(tǒng)的效率，甚至可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的癱瘓。
四是工程設(shè)計(jì)方法需進(jìn)一步完善。目前工程設(shè)計(jì)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)估計(jì)土壤的換熱能力，并直接確定埋管的數(shù)量和地?zé)峋纳疃龋煌耐寥蕾Y源情況不同，根據(jù)估算的結(jié)果來設(shè)計(jì)、施工、安裝，很大程度上會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)問題，甚至出現(xiàn)取熱（冷）效果差，熱泵機(jī)組停機(jī)。
業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，要在全國推廣淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用，應(yīng)該繼續(xù)推進(jìn)淺層地?zé)崮苜Y源調(diào)查評(píng)價(jià)工作；加大科研實(shí)力和技術(shù)創(chuàng)新；推進(jìn)示范城市建設(shè)，帶動(dòng)淺層地?zé)崮苜Y源開發(fā)利用。同時(shí)有關(guān)部門還應(yīng)該加大宣傳力度，提高社會(huì)對(duì)淺層地?zé)崮苜Y源開發(fā)利用的認(rèn)知程度；進(jìn)一步加強(qiáng)資源的勘查評(píng)價(jià)及開發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)研究與科技攻關(guān)，為可持續(xù)利用提供科學(xué)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提高利用效率，減少開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)； 明確淺層地?zé)崮苄袠I(yè)監(jiān)督管理機(jī)構(gòu)；進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范建設(shè)，完善淺層地?zé)崮苣苄Ш铜h(huán)境影響監(jiān)測(cè)工作等等。
文 // 本刊記者 戴麗
隨著經(jīng)濟(jì)快速增長，能源形勢(shì)日趨嚴(yán)峻，淺層地?zé)崮茏鳛橐环N重要的新型能源，其開發(fā)利用成為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。國內(nèi)外實(shí)踐證明，利用地源熱泵技術(shù)開發(fā)淺層地?zé)?溫)能為建筑物供熱、制冷是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的有效途徑。5月28日，中國新能源建筑產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟舉辦“淺層地能與新能源建筑研討會(huì)”，討論利用淺層地能為建筑物無燃燒智慧供熱新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀、問題及解決方案。
淺層地?zé)崮苁莾?yōu)質(zhì)可再生能源
淺層地?zé)崮埽侵傅乇硗寥馈⒌叵滤⒑恿鳌⒑粗形仗柲堋⒌責(zé)崮芏N(yùn)藏的低溫位熱能。是一種優(yōu)質(zhì)的清潔能源，具有清潔環(huán)保、可再生、分布廣、儲(chǔ)量大、可用性高等特點(diǎn)。地源熱泵技術(shù)，是利用了淺層地?zé)崮茏鳛槔錈峤粨Q源，通過能量轉(zhuǎn)換，為建筑物提供綠色清潔的空調(diào)系統(tǒng)。
業(yè)內(nèi)人士表示，與傳統(tǒng)燃煤、燃?xì)夤嵯啾龋捎玫卦礋岜玫闹醒肟照{(diào)系統(tǒng)每消耗1千瓦能量，可以得到4千瓦以上的熱量或冷量，加上運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，綜合節(jié)能超過50%，甚至可以達(dá)到70%左右。在污染物排放方面，利用地源熱泵系統(tǒng)相對(duì)于普通空調(diào)可減少污染物排放40%以上，與電供暖相比可減少污染物排放70%以上。同時(shí)，夏季減少了冷卻塔的飄水損失，減緩了城市“熱島效應(yīng)”；冬季無燃燒過程，對(duì)終端用戶來說實(shí)現(xiàn)了污染物“零排放”。
淺層地?zé)崮茉诠I(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用效果同樣顯著。在天津?qū)氎鎱^(qū)，該市首個(gè)大規(guī)模集中供熱地源熱泵項(xiàng)目于2013年投入使用，取代了原有的兩臺(tái)20噸燃煤蒸汽鍋爐，整個(gè)園區(qū)實(shí)現(xiàn)供熱15萬平方米。據(jù)測(cè)算，每年減少二氧化碳排放96噸，氮氧化物29.4噸，煙塵排放19噸。
而在全國范圍內(nèi)看，我國淺層地?zé)崮苜Y源量相當(dāng)于95億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，增強(qiáng)型地?zé)崮芾碚撡Y源量更是相當(dāng)于860萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，大致相當(dāng)于2013年全國能源消費(fèi)總量的20多萬倍。目前業(yè)內(nèi)一致認(rèn)為，其平均利用系數(shù)是風(fēng)電的3至4倍、太陽能的4至5倍、生物質(zhì)能的1.5倍，在可再生能源當(dāng)中屬于優(yōu)質(zhì)能源。
我國淺層地?zé)崮苜Y源豐富
我國淺層地?zé)崮荛_始使用起步較晚，2005～2006年王秉忱、吳學(xué)敏、沈夢(mèng)培等六位國務(wù)院參事連續(xù)兩年跟蹤調(diào)研我國地?zé)豳Y源的合理開發(fā)利用問題，向國務(wù)院領(lǐng)導(dǎo)提出三份國務(wù)院參事建議，兩次在中南海向兩位主管副總理匯報(bào)調(diào)研成果，其中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)了應(yīng)大力開發(fā)利用淺層地?zé)?溫)能，得到國務(wù)院的高度重視。從2007年開始，國土資源部、建設(shè)部(現(xiàn)住建部)與科技部等部門積極推進(jìn)此項(xiàng)工作，取得了重大進(jìn)展。
我國淺層地?zé)崮茇S富，如果加以開發(fā)利用能夠節(jié)約大量的煤炭資源，取得巨大的環(huán)境效益。以京津冀地區(qū)為例，目前北京地區(qū)由西北向東南方向共有4條NE向地?zé)針?gòu)造帶，即：懷來——延慶地?zé)釒А厝澈印⑿降責(zé)釒А⒘监l(xiāng)——城區(qū)——天竺——李遂地?zé)釒Ш陀苒摇P河營地?zé)釒В步M成10個(gè)地?zé)崽铩＝?jīng)勘查工作證實(shí)，北京平原區(qū)地下蘊(yùn)含的淺層地?zé)豳Y源，每年可以提供相當(dāng)于6620萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的資源量，可滿足9.59億平方米供暖。
天津計(jì)算出淺層地?zé)崮艿目衫觅Y源量為1748萬億千焦，冬季可供暖面積13.4億m2，夏季可制冷面積12.6億m2。每年淺層地?zé)崮芸衫觅Y源量全部開發(fā)可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤5974萬噸，扣除開采的電能消耗，可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤4480萬噸，減少向大氣排放二氧化碳等1.17億噸，減少環(huán)境治理費(fèi)用15.32億元。
河北省淺層地?zé)崮苜Y源豐富，設(shè)區(qū)城市淺層地?zé)崮軣崛萘繛?07.5×1012千焦，其中水源熱泵適宜區(qū)面積1365.73平方公里、地源熱泵適宜區(qū)面積3626.56平方公里。全部開發(fā)利用年可代替燃煤345.46萬噸，減排二氧化碳898.20萬噸、二氧化硫6.91萬噸、氮氧化物2.42萬噸、粉塵3.45萬噸。
據(jù)介紹，截至2012年底，北京市已建地源熱泵項(xiàng)目約有1111個(gè)，其中地下水地源熱泵911個(gè)；地埋管地源熱泵149個(gè)；再生水及污水源熱泵38個(gè)；深層地?zé)?熱泵13個(gè)。
截至2012年底，北京應(yīng)用應(yīng)用熱泵建筑面積約為3435萬平方米 ，其中地下水地源熱泵約2446萬平方米；地埋熱地源熱泵約649萬平方米；再生水及污水源熱泵約140萬平方米；深層地?zé)?熱泵約200萬平方米。
目前，北京市淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用已形成規(guī)模性發(fā)展趨勢(shì)，但在發(fā)展過程中仍存在設(shè)計(jì)不匹配、運(yùn)行管理不規(guī)范等問題，需要政府部門、行業(yè)組織等各方面共同努力，完善各個(gè)環(huán)節(jié)，科學(xué)推廣應(yīng)用。
目前還存在共同性的問題
業(yè)內(nèi)專家指出，雖然國家和北京市出臺(tái)了一系列的鼓勵(lì)措施，使得淺層地?zé)崮軕?yīng)用發(fā)展很快，但由于地源泵技術(shù)在我國的應(yīng)用時(shí)間不長，目前我國在淺層地?zé)崮艿氖褂梅矫娲嬖谥恍┕餐缘膯栴}。
一是缺乏淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用的宏觀指導(dǎo)。開發(fā)利用淺層地?zé)崮埽紫纫辈樵u(píng)價(jià)項(xiàng)目所在地的地質(zhì)條件，確定淺層地?zé)崮芸砷_發(fā)利用的區(qū)域及合理利用量，預(yù)測(cè)開發(fā)利用淺層地?zé)崮墚a(chǎn)生的環(huán)境影響。雖然北京市已經(jīng)初步開展了淺層地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查評(píng)價(jià)和地下水源熱泵適宜性評(píng)價(jià)等工作，但尚未建立公共淺層地?zé)崮芾玫刭|(zhì)條件信息數(shù)據(jù)庫和管理系統(tǒng)，缺乏對(duì)淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用前期的宏觀指導(dǎo)，使得淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)存在一定的盲目性。
二是淺層地?zé)崮芷髽I(yè)水平良莠不齊。隨著淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用規(guī)模的擴(kuò)大，吸引了國內(nèi)外企業(yè)蜂擁進(jìn)入淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用市場(chǎng)。大多數(shù)公司根本不具備系統(tǒng)測(cè)試能力和設(shè)計(jì)能力，缺乏對(duì)地下?lián)Q熱系統(tǒng)長期運(yùn)行的地下溫度變化、地下水的回灌、地下水位下降、水資源二次污染等問題的考慮，而且該行業(yè)的門檻不高，對(duì)隱蔽施工的監(jiān)理機(jī)制也不夠健全，執(zhí)行力度較弱，造成了施工質(zhì)量不高、設(shè)計(jì)不合理、運(yùn)行不科學(xué)、管理不到位的現(xiàn)象，直接影響了淺層地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。
三是淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用技術(shù)研發(fā)滯后。我國淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用規(guī)模在十幾萬平方米的工程很多，甚至很多城市都有20～30萬平方米的工程，這些工程利用現(xiàn)有技術(shù)，使得大量地埋管換熱器集中在一個(gè)地塊，項(xiàng)目長期運(yùn)行后，在中間部位的換熱器換熱能力大大下降，從而影響整個(gè)地源熱泵系統(tǒng)的效率，甚至可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的癱瘓。
四是工程設(shè)計(jì)方法需進(jìn)一步完善。目前工程設(shè)計(jì)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)估計(jì)土壤的換熱能力，并直接確定埋管的數(shù)量和地?zé)峋纳疃龋煌耐寥蕾Y源情況不同，根據(jù)估算的結(jié)果來設(shè)計(jì)、施工、安裝，很大程度上會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)問題，甚至出現(xiàn)取熱（冷）效果差，熱泵機(jī)組停機(jī)。
業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，要在全國推廣淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用，應(yīng)該繼續(xù)推進(jìn)淺層地?zé)崮苜Y源調(diào)查評(píng)價(jià)工作；加大科研實(shí)力和技術(shù)創(chuàng)新；推進(jìn)示范城市建設(shè)，帶動(dòng)淺層地?zé)崮苜Y源開發(fā)利用。同時(shí)有關(guān)部門還應(yīng)該加大宣傳力度，提高社會(huì)對(duì)淺層地?zé)崮苜Y源開發(fā)利用的認(rèn)知程度；進(jìn)一步加強(qiáng)資源的勘查評(píng)價(jià)及開發(fā)利用關(guān)鍵技術(shù)研究與科技攻關(guān)，為可持續(xù)利用提供科學(xué)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，提高利用效率，減少開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)； 明確淺層地?zé)崮苄袠I(yè)監(jiān)督管理機(jī)構(gòu)；進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范建設(shè)，完善淺層地?zé)崮苣苄Ш铜h(huán)境影響監(jiān)測(cè)工作等等。
