南京淺層地溫能開發(fā)利用現(xiàn)狀研究

鄂 建，陳明珠，楊露梅，汪 霄，龔紅衛(wèi)，李 曼

(1.江蘇省地質(zhì)調(diào)查研究院，江蘇 南京 210018;2.南京工業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 211800)

0 引言

淺層地溫能，又叫淺層地?zé)崮埽柑N藏在地表以下一定深度范圍內(nèi)巖土體、地下水和地表水中具有開發(fā)利用價值的熱能(衛(wèi)萬順等，2010)。淺層地溫能是一種具有良好節(jié)能減排效益的可再生能源，主要通過地源熱泵系統(tǒng)進行開發(fā)并循環(huán)利用，實現(xiàn)建筑的制冷與供暖。隨著全球節(jié)能減排的形勢日益嚴峻，淺層地溫能的開發(fā)利用日益受到各界的重視。南京正處在經(jīng)濟快速發(fā)展時期，節(jié)能減排和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整壓力巨大。大力開發(fā)利用淺層地溫能對南京構(gòu)建資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會、保障能源安全、改善南京現(xiàn)有能源結(jié)構(gòu)、促進節(jié)能減排戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)具有非常重要的意義。

1 開發(fā)利用環(huán)境分析

自2009年南京被列為全國首批可再生能源建筑應(yīng)用示范城市以來，淺層地溫能的開發(fā)利用逐漸提速，開發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域擴展到政府公共建筑、辦公大樓、商業(yè)廣場及一般民用住宅等領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計，南京淺層地溫能應(yīng)用面積每年均以約40萬m2的速度在增長，截止2013年9月，已有141處淺層地溫能開發(fā)利用工程，應(yīng)用面積已經(jīng)超過600萬m2。

南京淺層地溫能得以大規(guī)模開發(fā)利用的原因主要有以下幾個方面。

(1)開發(fā)利用淺層地溫能是促進節(jié)能減排工作的重要手段。近年來，節(jié)能減排日益受到全社會的關(guān)注和重視。目前普遍認為，建筑節(jié)能是各種節(jié)能途徑中潛力最大、最為直接有效的方式，而建筑供暖用能占我國建筑能耗的50%以上，供暖系統(tǒng)的節(jié)能對建筑節(jié)能目標的貢獻率約為30%。淺層地溫能正是一種優(yōu)質(zhì)的低品位能源，利用地源熱泵系統(tǒng)實現(xiàn)建筑供暖與制冷，比傳統(tǒng)的空調(diào)采暖要節(jié)省約30%的能源消耗。作為全國首批“可再生能源建筑應(yīng)用示范城市”，南京在推廣包括淺層地溫能在內(nèi)的可再生能源方面的工作力度較大，出臺相關(guān)政策和措施，直接促進了淺層地溫能資源的開發(fā)利用，越來越多的新建建筑開始選擇地源熱泵系統(tǒng)。

(2)南京具備開發(fā)利用淺層地溫能的自然條件。南京冬季濕冷，夏季悶熱，是典型的夏熱冬冷地區(qū)，冬季取暖與夏季制冷的需求都很大。南京地處長江中下游平原，松散沉積物分布較為廣泛，地下水和地表水資源十分豐富，100 m以淺的巖土體的平均溫度一般為17°～19°，與冬夏兩季的氣溫溫差較大，應(yīng)用地源熱泵系統(tǒng)進行建筑的供暖供冷，可以有效實現(xiàn)淺層地溫能的循環(huán)利用，因此成為了同時實現(xiàn)冬季供暖和夏季供冷的最佳模式。

(3)經(jīng)濟社會發(fā)展對建筑供暖供冷的需求日益強烈。南京近年來GDP一直保持10%以上的增長，經(jīng)濟發(fā)展形勢總體較好，第二、三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展形勢越來越好。城市居民收入凈額不斷增加，購買力水平提升較快。目前，南京建筑供熱和制冷主要依靠空調(diào)，由于對空調(diào)的需求逐步強烈，每百戶擁有空調(diào)數(shù)量逐年遞增(圖1)。此外，近年來南京城市建設(shè)力度也比較大，城市擴展速度比較快，固定資產(chǎn)投資保持在15%以上的增幅，其中房地產(chǎn)投資占20%～30%。房地產(chǎn)市場的持續(xù)發(fā)展不斷推高南京的建筑能耗總量，凸顯建筑節(jié)能的重要性，更為可再生能源的發(fā)展提供契機。基于上述原因，南京生活能耗總量不斷攀升。生活能源消費量增速加快，2010年，生活能耗同比增長24%，年均增長速度達16.1%，高于全市能源消費總量增長速度8.06%。初期投資較傳統(tǒng)的空調(diào)設(shè)備高的地源熱泵系統(tǒng)，由于具有舒適性高、節(jié)能省電的特點，已逐漸被社會大眾所接受。

圖1 “十一五”期間南京市每百戶擁有空調(diào)數(shù)量Fig.1 Diagram showing air-conditioning numbers of every hundred households in Nanjing during the“Eleven Fifth”period

2 開發(fā)利用現(xiàn)狀

通過對南京141個淺層地溫能開發(fā)利用工程項目的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)有下列特點。

2.1 公共建筑占主導(dǎo)地位

141個開發(fā)利用工程項目中，公共建筑90個，居住建筑51個，公共建筑占的比例為64%，接近2/3，多為學(xué)校、醫(yī)院、展廳、酒店等建筑類型。公共建筑占主導(dǎo)地位的主要原因是公共建筑面積大且空調(diào)設(shè)備使用率大多較高，使用地源熱泵系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮其經(jīng)濟、節(jié)能的優(yōu)勢，節(jié)省大量維護費用，且投資主體多為政府和企事業(yè)單位，而居住建筑的空調(diào)使用率普遍偏低，不能充分發(fā)揮地源熱泵系統(tǒng)經(jīng)濟、節(jié)能的優(yōu)勢，且地源熱泵系統(tǒng)初期的投資較高，也尚未能讓社會居民廣泛認同和接受，因此使用地源熱泵系統(tǒng)的居住建筑多為高端住宅小區(qū)、別墅等。

2.2 開發(fā)利用工程區(qū)域分布不均勻

141個開發(fā)利用工程項目中，除去溧水和高淳兩區(qū)，新城區(qū)所占數(shù)量較大，而老城區(qū)數(shù)量相對較小。如建鄴區(qū)、江寧區(qū)和棲霞區(qū)作為新城區(qū)，平均開發(fā)利用工程數(shù)量超過27個，而老城區(qū)的平均工程數(shù)量則僅為10個。其主要原因是淺層地溫能在2005年后才在南京實現(xiàn)應(yīng)用，而新城區(qū)新建工程數(shù)量較多，基數(shù)較大，老城區(qū)則由于建設(shè)程度較高，新建工程數(shù)量相對偏低，基數(shù)偏小，而既有建筑改造的難度相對新建建筑大(圖2)。

圖2 南京市各區(qū)淺層地溫能開發(fā)利用工程數(shù)量統(tǒng)計圖Fig.2 Statistics of exploitation and utilization projects of shallow geothermal energy in districts of Nanjing

2.3 地埋管地源熱泵系統(tǒng)項目占據(jù)主導(dǎo)地位

141個開發(fā)利用工程項目中，地埋管地源熱泵系統(tǒng)項目有135個，地表水地源熱泵系統(tǒng)項目6個，未統(tǒng)計到地下水地源熱泵系統(tǒng)項目。地埋管地源熱泵系統(tǒng)占比高達95.7%，且分布廣泛，主要原因是地埋管地源熱泵系統(tǒng)的適宜性較為廣泛，幾乎不受地域限制，且受水文地質(zhì)條件、巖土體類型和城市規(guī)劃的制約相對較小;而地表水地源熱泵系統(tǒng)受到地表水水源的限制，且受到較多法律法規(guī)的制約;地下水地源熱泵系統(tǒng)則與水文地質(zhì)條件密切相關(guān)，工程場地條件、地下水水質(zhì)、水量和水位等都對地下水的開發(fā)利用有較大的制約，開發(fā)利用難度相對較大(圖3)。

圖3 南京市各區(qū)地表水地源熱泵系統(tǒng)工程分布圖Fig.3 Distribution of heat pump system projects of surface water source in districts of Nanjing

2.4 節(jié)能減排效益總體較高

通過對南京多處淺層地溫能開發(fā)利用示范工程研究發(fā)現(xiàn)，節(jié)能減排效益總體較高。其中，居住建筑全年常規(guī)能源替代量平均為17.7 kg/m2標準煤，每平方米全年減排 CO243.9 kg、SO20.425 kg、粉塵0.177 kg。而公共建筑全年常規(guī)能源替代量每平方米平均為8.5 kg標準煤，全年減排CO221.0 kg、SO20.171 kg、粉塵0.085 kg。根據(jù)南京淺層地溫能開發(fā)利用工程現(xiàn)狀估算，每年可替代標準煤9.36萬t，減排CO223.2萬t，減排SO2和粉塵分別為0.22萬t和0.09萬t。根據(jù)南京市淺層地溫能調(diào)查評價成果，南京每年可開采的淺層地溫能資源總量高達1 009萬 t標準煤，未來還有相當大的開發(fā)利用潛力。

3 存在的問題

南京淺層地溫能開發(fā)利用存在的問題。

(1)開發(fā)利用超前，調(diào)查評價與專項規(guī)劃相對落后。作為地?zé)豳Y源的一部分，淺層地溫能的開發(fā)利用必須建立在地質(zhì)勘查評價工作的基礎(chǔ)上(衛(wèi)萬順等，2009)。應(yīng)對淺層地溫能開發(fā)利用的可行性、適宜性及開發(fā)利用容量進行科學(xué)評價與規(guī)劃，因地制宜制定開發(fā)利用方案，確定合理的可開采資源量和具體開發(fā)利用方式。但目前淺層地溫能的開發(fā)與勘查評價工作大多存在脫節(jié)，部分開發(fā)利用方案選定缺乏科學(xué)依據(jù)，開發(fā)規(guī)模與資源條件不匹配，存在盲目性，導(dǎo)致工程節(jié)能減排效益不高，成功率偏低。

(2)重建筑應(yīng)用，輕地質(zhì)評估，動態(tài)監(jiān)測不到位。由于淺層地溫能主要應(yīng)用于建筑節(jié)能領(lǐng)域，因此對地面以上的地源熱泵機房及空調(diào)末端受到的關(guān)注較多，而地下巖土體的淺層地溫能賦存情況、換熱情況則往往被忽視(鄂建等，2013)。對可能出現(xiàn)的各類地質(zhì)環(huán)境問題缺乏深入研究和有效評估，未系統(tǒng)建立動態(tài)檢測設(shè)施對開發(fā)利用過程中的地質(zhì)環(huán)境變化開展長期監(jiān)測，沒有認識到淺層地溫能開發(fā)利用過程中的潛在風(fēng)險。

(3)信息平臺缺失，管理機制不健全，市場混亂無序。目前，淺層地溫能的開發(fā)利用缺乏統(tǒng)一的信息統(tǒng)計口徑和溝通平臺，沒有總覽全局的信息平臺。現(xiàn)階段，南京淺層地溫能的開發(fā)利用主要由市場驅(qū)動，雖然在節(jié)能減排的大環(huán)境下，國家與地方各級政府對淺層地溫能的開發(fā)利用十分支持，并出臺了一些鼓勵政策，但并未進行有效管理，淺層地溫能的開發(fā)利用涉及國土、規(guī)劃、住建、水利等多個部門，但至今尚未建立一套完善可行的管理機制，未明確分解相關(guān)部門的管理職責(zé)，這不利于各部門協(xié)調(diào)處理相關(guān)事宜，不利于對淺層地溫能調(diào)查評價和開發(fā)利用全過程的有效監(jiān)管。在信息平臺缺失和管理機制不健全的背景下，淺層地溫能開發(fā)利用主要由市場驅(qū)動，缺乏政府的有效監(jiān)管，服務(wù)企業(yè)與服務(wù)體系缺乏，市場準入機制混亂無序，處在自發(fā)、分散和粗放經(jīng)營的階段(鄂建等，2013)。

4 開發(fā)利用建議

為促進南京淺層地溫能科學(xué)開發(fā)利用，使節(jié)能減排工作落到實處，應(yīng)按照“規(guī)劃引領(lǐng)、政策跟進、多元發(fā)展、注重實效”的方針，全方位地開展工作。

(1)合理規(guī)劃開發(fā)利用目標與布局。依據(jù)南京市淺層地溫能調(diào)查評價的成果，綜合考慮南京城市發(fā)展趨勢、未來淺層熱溫能開發(fā)利用需求、開發(fā)行為對區(qū)內(nèi)各相關(guān)保護對象的潛在影響等因素，進行規(guī)劃分區(qū)。根據(jù)南京確定的“中心城—新城—新市鎮(zhèn)”城市發(fā)展體系，將南京主城、副城、新城及部分新市鎮(zhèn)區(qū)域確定為規(guī)劃期內(nèi)淺層地溫能開發(fā)的重點區(qū)域。以優(yōu)先鼓勵辦公建筑項目和大型公共建筑項目開發(fā)利用淺層地溫能，積極引導(dǎo)發(fā)展高檔民用住宅小區(qū)建筑項目為原則，在開發(fā)重點區(qū)域部署重點項目。

(2)加強淺層地溫能開發(fā)利用管理，建立完善的行業(yè)服務(wù)體系。針對淺層地溫能開發(fā)利用涉及多個部門的特點，應(yīng)明確各管理部門的職責(zé)分工，實現(xiàn)對淺層地溫能開發(fā)利用、資源保護、環(huán)境監(jiān)測等全過程的有效監(jiān)管。制定淺層地溫能開發(fā)利用準入程序、準入條件、準入審查依據(jù)等相關(guān)準入制度;制定淺層地溫能勘查及開發(fā)利用方案審查制度;制定規(guī)范淺層地溫能資源開發(fā)利用的相關(guān)技術(shù)標準、規(guī)范。逐步構(gòu)建系統(tǒng)的涵蓋市場準入和項目審批、規(guī)劃、勘查評價、設(shè)計、施工、監(jiān)測、驗收、運行等諸方面的管理制度和行業(yè)服務(wù)體系，為規(guī)范和引導(dǎo)淺層地溫能產(chǎn)業(yè)健康、可持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

(3)加強重點區(qū)域的詳細勘查評價，構(gòu)建全面的動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。在淺層地溫能重點開發(fā)利用區(qū)域，積極做好基礎(chǔ)性、公益性的資源調(diào)查評價工作，為重點區(qū)域的淺層地溫能開發(fā)利用提供科學(xué)依據(jù)。構(gòu)建淺層地溫能開發(fā)利用信息平臺，加強對現(xiàn)有淺層地溫能開發(fā)利用工程的動態(tài)監(jiān)測與維護，重點關(guān)注淺層地溫能開發(fā)利用的節(jié)能減排效益、地質(zhì)環(huán)境變化和環(huán)境影響情況，不斷摸索總結(jié)適宜不同地質(zhì)環(huán)境、不同建筑類型的淺層地溫能開發(fā)利用經(jīng)驗，逐漸明確淺層地溫能開發(fā)利用的合理方式。

(4)完善價格財稅扶持政策，鼓勵創(chuàng)新，推廣示范工程。制定出臺相關(guān)鼓勵政策，嚴格開發(fā)利用工程的評估審查工作，鼓勵合同能源管理等創(chuàng)新模式，充分利用好已有的節(jié)能補貼資金、新能源發(fā)展基金，并給予項目審核、規(guī)劃、土地出讓、電價、稅收等方面的優(yōu)惠政策，引導(dǎo)、鼓勵、支持淺層地溫能推廣應(yīng)用工作。支持技術(shù)研發(fā)和技術(shù)創(chuàng)新，鼓勵開展淺層地溫能開發(fā)利用適應(yīng)性研究、系統(tǒng)運行、控制與監(jiān)測、技術(shù)經(jīng)濟環(huán)境評價指標體系等方面的研究以及相關(guān)軟件的開發(fā)。在政府的主導(dǎo)下，建設(shè)淺層地溫能開發(fā)利用的示范工程，營造大力推進淺層地溫能利用的良好社會氛圍。

5 結(jié)論

南京淺層地溫能開發(fā)利用已取得一定成效，但依然存在問題與不足，為更好地滿足能源發(fā)展需求，實現(xiàn)節(jié)能減排目標，抓住可再生能源發(fā)展契機，克服技術(shù)產(chǎn)業(yè)等方面存在的劣勢，需要做好淺層地溫能的開發(fā)利用管理工作，完善相關(guān)政策，細化實施程序，做好組織宣傳工作，提高全社會的認知，使南京地區(qū)淺層地溫能開發(fā)利用快速健康發(fā)展。

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