地?zé)崮荛_發(fā)挑戰(zhàn)仍存

文/貢曉麗

“由于地?zé)釤崴患眲∠陆担F(xiàn)在北京、天津都已經(jīng)得到政府的明確指示，從現(xiàn)在到今年年底不再開展新的地?zé)犴?xiàng)目。”北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局能源處處長(zhǎng)李寧波在2017第九屆中國(guó)國(guó)際地源熱泵行業(yè)高層論壇上表示。

“如果地?zé)崴乃恢鹉瓿掷m(xù)下降，將來就是無能可采、無能可用。但是這種情況現(xiàn)在仍然存在，而且還在發(fā)生。”李寧波說。

2017年1月，我國(guó)發(fā)布的《地?zé)崮荛_發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》，給地?zé)岷偷卦礋岜檬袌?chǎng)注入了一針強(qiáng)心劑。雖然機(jī)會(huì)已來，但地?zé)岙a(chǎn)業(yè)仍存在很多需要解決的問題：為什么我們?cè)趽碛写罅砍晒Φ卦礋岜庙?xiàng)目案例的同時(shí)，不成功的案例同樣并不鮮見？地?zé)崴绾稳炕毓啵啃屡d行業(yè)如何抱團(tuán)取暖？這也是與會(huì)專家與企業(yè)普遍關(guān)注的問題。

尾水回灌是手段而非目的

位于北京的北苑家園，是北京最大的地?zé)峁┡鐓^(qū)項(xiàng)目，截至目前運(yùn)行已超過10年，依然穩(wěn)定。“為什么這個(gè)社區(qū)的地?zé)犴?xiàng)目可持續(xù)，就是把所有的水回灌了。”李寧波說，經(jīng)過十多年的監(jiān)測(cè)，該地區(qū)地下水的水位、水溫、水量均沒有變化，“這說明只要能夠保證回灌，地?zé)?.0模式是可持續(xù)的”。

如何提高淺層低熱能開采效率，在資源可恢復(fù)的強(qiáng)度范圍內(nèi)開發(fā)利用？這直接影響著行業(yè)的推廣應(yīng)用。開采程度決定著資源的平衡問題，淺層地?zé)岬某梢驒C(jī)理、傳熱機(jī)理、模型模擬的研究對(duì)于地源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行非常重要。

“地下的熱來源、熱交換、熱恢復(fù)是一個(gè)復(fù)雜的過程，地下看不見、摸不著，很多地方也還沒有研究透。”李寧波坦言。

要做到地?zé)犴?xiàng)目可持續(xù)，地?zé)嵛菜?00%回灌。中國(guó)能源研究會(huì)地?zé)釋I(yè)委員會(huì)專家委員會(huì)主任、中國(guó)地源熱泵產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟專家委員會(huì)主任鄭克棪對(duì)此并不完全同意。

“各個(gè)地方的地質(zhì)條件不一樣，砂巖回灌就是國(guó)際難題，有的地方有時(shí)候確實(shí)做不到100%回灌。”但鄭克棪認(rèn)為這并沒有關(guān)系，“回灌是措施、手段，并不是目的。”

鄭克棪表示，要將技術(shù)條件、經(jīng)濟(jì)條件綜合考慮，如果需要多次過濾、加壓回灌，那么所用的設(shè)備、電力，這些成本開銷比抽出來熱水用的熱量花費(fèi)還高，回灌要花更多的錢，顯然從經(jīng)濟(jì)條件考慮是不合適的。

究竟可以留多少熱水不回灌，就能保證地下水位平衡又能利用地?zé)崴膬r(jià)值？鄭克棪表示，這還需要更多的模擬。

“細(xì)節(jié)決定成敗”

除了對(duì)資源本身的理論研究，單從地源熱泵這方面考慮，也有諸多問題待解。

天津市建筑設(shè)計(jì)院暖通設(shè)計(jì)總工程師伍小亭認(rèn)為，所謂“不成功”的地源熱泵項(xiàng)目主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：一次能源效率接近甚至低于常規(guī)系統(tǒng)，沒能實(shí)現(xiàn)利用可再生能源，降低化石能源消耗的初衷；盡管一次能源效率高于常規(guī)系統(tǒng)，但增量成本過高，節(jié)能回報(bào)年限過長(zhǎng)，甚至超過法定的財(cái)務(wù)測(cè)算年限，造成項(xiàng)目不具有財(cái)務(wù)生存力；系統(tǒng)性能穩(wěn)定性不佳，表現(xiàn)為系統(tǒng)投入使用幾年后，其能力衰減明顯，甚至影響正常使用，需再次投資改造。

同時(shí)，伍小亭也提出了對(duì)以上問題的解決方案：“細(xì)節(jié)決定成敗”，通過精細(xì)化設(shè)計(jì)，做到“確實(shí)節(jié)能、收益可期、穩(wěn)定高效”。

伍小亭認(rèn)為，“精細(xì)化”主要體現(xiàn)在以下方面：設(shè)計(jì)模式由處方式轉(zhuǎn)變?yōu)樾阅芑ㄗ兇胧?dǎo)向?yàn)槟繕?biāo)導(dǎo)向）；設(shè)計(jì)方法由“對(duì)標(biāo)”轉(zhuǎn)變?yōu)閮?yōu)化分析下的“基本合標(biāo)”（模擬分析貫穿始終）；重視對(duì)末端需求的研究，比如負(fù)荷、二次能源品位、運(yùn)行規(guī)律、保障率等；對(duì)“源”的勘察與分析，如能力（強(qiáng)度、分布、長(zhǎng)期熱儲(chǔ)）、品位（設(shè)計(jì)取值的確定、運(yùn)行周期內(nèi)的變化規(guī)律）；基于多方案比選的技術(shù)路線制定，采用單一熱泵系統(tǒng)還是復(fù)合型熱泵系統(tǒng)？需要蓄能還是非蓄能？這些都可在好好比較后選出最優(yōu)方案。

此外，還要開展作以系統(tǒng)能效為目標(biāo)的設(shè)計(jì)參數(shù)研究，如綜合源側(cè)、輸配、用戶側(cè)末端等；基于增量投資回收年限系統(tǒng)配置，如優(yōu)化調(diào)峰、蓄能的容量與參數(shù)；在設(shè)計(jì)階段即考慮運(yùn)行調(diào)節(jié)策略，使其作為設(shè)計(jì)的導(dǎo)入條件，避免系統(tǒng)實(shí)施后不具備正確運(yùn)行調(diào)節(jié)的硬件環(huán)境。

資源是硬道理

“我們現(xiàn)在開采的多是常規(guī)地?zé)崮埽瑴囟雀哂?5℃，以地?zé)崃黧w（水+蒸汽）的形式出現(xiàn)，埋藏深度一般在3000米以內(nèi)。”中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所地?zé)豳Y源研究中心主任龐忠和說。

由于很多地?zé)犴?xiàng)目已經(jīng)超過3000米，龐忠和建議，或許可以將“中深層”的深度定義從3000米調(diào)整到4000米，“4000以下干脆叫超深層，這個(gè)地?zé)崮芸梢愿蔁釒r的概念差不多”。

資源是硬道理。然而，要高品位資源就要有深度，深度大面對(duì)的各種技術(shù)挑戰(zhàn)就更大。

中國(guó)科學(xué)院院士汪集旸在《有關(guān)中深層地?zé)豳Y源開發(fā)利用的若干問題》的報(bào)告中提出，若一個(gè)地區(qū)對(duì)開發(fā)利用地?zé)豳Y源的要求很大，但又找不出能滿足能源需求的合適熱儲(chǔ)，那就必須考慮對(duì)天然熱儲(chǔ)進(jìn)行人工改造，以滿足該地區(qū)的能源需求。但深鉆與水力壓裂技術(shù)也是解決這一問題面臨的兩大技術(shù)難點(diǎn)，同時(shí)成本極高、資金回收期長(zhǎng)、投入產(chǎn)出比低等問題也需要提前考慮。目前比較成功的改造案例都是在現(xiàn)有水熱系統(tǒng)的深部或者外圍去做的改造。

龐忠和指出，地?zé)崂庙?xiàng)目能不能做，需要靠資源說話，做得好與壞，由管理和技術(shù)決定。地?zé)嵯到y(tǒng)的品質(zhì)分析可以采用五要素法：熱源，維持地?zé)嵯到y(tǒng)的熱量補(bǔ)給源；水源，維持流體循環(huán)的水源；通道，地?zé)崃黧w循環(huán)的高滲透性構(gòu)造；儲(chǔ)層，地?zé)崃黧w儲(chǔ)集層；蓋層，減緩地?zé)嵯到y(tǒng)熱量散失的隔熱層。

干熱巖開發(fā)技術(shù)仍然屬于世界性的難題，國(guó)際上通用的干熱巖開發(fā)技術(shù)是增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)。中國(guó)工程院院士曹耀峰指出，該系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)有選區(qū)選址、系統(tǒng)描述和設(shè)計(jì)、高效成井、人工熱儲(chǔ)、系統(tǒng)運(yùn)行等。“現(xiàn)在我們并沒有多少成功的經(jīng)驗(yàn)，要開發(fā)利用干熱巖，挑戰(zhàn)仍然很大。”

盡管困難重重，曹耀峰仍然對(duì)干熱巖利用充滿信心，“2016年8月份，國(guó)務(wù)院印發(fā)了《“十三五”國(guó)家科技創(chuàng)新規(guī)劃》，比較系統(tǒng)地在深海、深藍(lán)、深空、深地等能夠拓展國(guó)家戰(zhàn)略利益、保證國(guó)家戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)的領(lǐng)域做出了部署，這對(duì)干熱巖的勘探開發(fā)有極大推動(dòng)作用。”

“將來不管是國(guó)土資源部還是科技部，不論以國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、重大研發(fā)項(xiàng)目還是重大工程的形式，一些資金和扶持政策一定會(huì)陸續(xù)出臺(tái)，我們也要做好方方面面的準(zhǔn)備。”曹耀峰說。