如何實(shí)現(xiàn)“淺層地溫能+”的模式

李寧波，李 翔，楊俊偉，于 湲

（1. 北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局，北京 100195；2. 中國(guó)地調(diào)局淺層地溫能研究與推廣中心，北京 100195）

如何實(shí)現(xiàn)“淺層地溫能+”的模式

李寧波1、2，李 翔1、2，楊俊偉1、2，于 湲1、2

（1. 北京市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局，北京 100195；2. 中國(guó)地調(diào)局淺層地溫能研究與推廣中心，北京 100195）

目前，為了貫徹落實(shí)綠色發(fā)展理念，淺層地溫能已經(jīng)得到了越來(lái)越廣泛的關(guān)注。從國(guó)家到地方出臺(tái)了很多政策、法規(guī)支持著這種新型可再生能源的開(kāi)發(fā)利用，其發(fā)展前景十分廣闊。但各地因地理環(huán)境、淺層地溫能資源稟賦條件和開(kāi)發(fā)利用方式不同，而呈現(xiàn)較大的差異發(fā)展。如何能更好地利用淺層地溫能，最大限度地做到資源的高效、節(jié)約利用，是我們當(dāng)前需要解決的重點(diǎn)問(wèn)題。為此，本文在多年淺層地溫能研究與實(shí)踐工作的基礎(chǔ)上，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)新思路，開(kāi)創(chuàng)可持續(xù)發(fā)展道路，提出因地制宜、多能并舉的發(fā)展模式，以淺層地溫能為主，充分結(jié)合其他可再生能源的開(kāi)發(fā)利用方式，歸納為“四個(gè)結(jié)合”，并給出淺層地溫能未來(lái)發(fā)展的幾點(diǎn)建議，以供參考和借鑒。

淺層地溫能；因地制宜；多能并舉

0 引言

淺層地溫能的開(kāi)發(fā)利用，主要依托熱泵技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。近年來(lái)隨著大型建筑體（群）量不斷增長(zhǎng)產(chǎn)生的供能需求增加、我國(guó)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整、減排治霾壓力的加大以及政策法規(guī)的支持，使地源熱泵技術(shù)（土壤源和水源）的應(yīng)用得到了迅猛發(fā)展，淺層地溫能的開(kāi)發(fā)利用受到越來(lái)越多的重視，并首次寫(xiě)入國(guó)家“十三五”地?zé)釋?zhuān)項(xiàng)規(guī)劃。按照《地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》，至2020年我國(guó)淺層地溫能的建筑物應(yīng)用面積將比“十二五”末期增加7.26億m2，達(dá)到11.2億m2（國(guó)家發(fā)展改革委等，2017）。我國(guó)淺層地溫能的開(kāi)發(fā)利用將迎來(lái)發(fā)展黃金時(shí)代（表1）。

表1 我國(guó)淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用狀況Tab.1 Development and utilization of shallow geothermal energy in China

在看到淺層地溫能發(fā)展前景廣闊的同時(shí)，我們也應(yīng)對(duì)其有正確的認(rèn)識(shí)和定位。如何能更好地利用淺層地溫能，最大限度地做到資源的節(jié)約利用，是我們當(dāng)前需要解決的重點(diǎn)問(wèn)題，即從前期的粗獷式發(fā)展，逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榫?xì)化的科學(xué)研究、設(shè)計(jì)與管理。而在物質(zhì)、經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用的科學(xué)、合理性主要體現(xiàn)在其滿(mǎn)足性和節(jié)約性?xún)煞矫妫簼M(mǎn)足性即所開(kāi)采的淺層地溫能對(duì)建筑供能需求的滿(mǎn)足程度，這取決于區(qū)域資源條件和開(kāi)發(fā)技術(shù)水平；節(jié)約性則是在滿(mǎn)足建筑需求的前提下，對(duì)能源、土地、物質(zhì)、經(jīng)濟(jì)等資源消耗程度的判別，并間接表達(dá)其環(huán)保屬性。在當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r下，滿(mǎn)足建筑的供冷/熱需求已不再是難題，淺層地溫能的高效開(kāi)發(fā)利用將重點(diǎn)體現(xiàn)在“節(jié)約性”上。因此，在未來(lái)推進(jìn)淺層地溫能利用的發(fā)展過(guò)程中，我們應(yīng)當(dāng)開(kāi)拓思路，因地制宜、多能并舉，開(kāi)創(chuàng)一條切實(shí)有效地可持續(xù)發(fā)展道路。

1 淺層地溫能的屬性及特征

1.1 淺層地溫能的屬性

淺層地溫能是指蘊(yùn)藏在地表以下一定深度（一般小于200m）范圍內(nèi)巖土體、地下水和地表水中具有開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的熱能，其具有就近利用、儲(chǔ)量大、無(wú)環(huán)境污染、使用方便、基本不受地域限制等優(yōu)點(diǎn)，是理想的“綠色環(huán)保的可再生能源”。從淺層地溫能成因角度來(lái)看，其具有自身獨(dú)特的三種屬性：

（1）太陽(yáng)能屬性

在地表以下約15m、20m的范圍內(nèi)，由于受太陽(yáng)輻射影響，其地下溫度隨時(shí)間的周期性變化，越接近地表，溫度與環(huán)境氣溫越接近，稱(chēng)為“變溫帶”，因此，淺層地溫能包含太陽(yáng)能的屬性。變溫帶以下，太陽(yáng)能對(duì)地溫的影響基本消失，此時(shí)太陽(yáng)輻射和地球內(nèi)熱之間的影響達(dá)到一定的平衡狀態(tài)，溫度的年變化幅度接近于零，稱(chēng)之為“恒溫帶”，恒溫帶很薄，其厚度一般為10～20m，且與當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁亟咏?/p>

（2）地?zé)崮軐傩?/p>

地球內(nèi)部蘊(yùn)含著巨大的地?zé)崮埽ㄟ^(guò)火山爆發(fā)、溫泉、噴泉及巖石的熱傳導(dǎo)等方式，源源不斷地向地表傳達(dá)。其中，通過(guò)巖石的熱傳導(dǎo)作用散熱，是地球內(nèi)部熱能向地表散失的主要方式，通常用大地?zé)崃骱偷販靥荻葋?lái)描述該過(guò)程。在特定的地質(zhì)構(gòu)造及水文地質(zhì)條件下，地球內(nèi)熱在地殼淺部富集和儲(chǔ)存起來(lái)，形成了具有開(kāi)發(fā)利用價(jià)值的地?zé)崮堋\層地溫能便在此基礎(chǔ)上形成。在恒溫帶以下，地溫場(chǎng)則完全由地球內(nèi)熱所控制，地溫隨深度增加而增高，稱(chēng)為“增溫帶”，因此，淺層地溫能主要是地?zé)崮艿膶傩浴?/p>

（3）蓄能屬性

不同巖土體在非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過(guò)程中都有一定的蓄熱能力，物體在溫度周期性變化過(guò)程中的蓄熱能力可以用蓄熱系數(shù)來(lái)表征，瞬態(tài)過(guò)程中的蓄熱能力應(yīng)按其比熱容計(jì)算。含水量對(duì)巖土體的熱擴(kuò)散率、蓄熱系數(shù)等熱物性參數(shù)的影響很大。地下水的流動(dòng)對(duì)巖土中溫度分布有顯著的“拖動(dòng)效應(yīng)”，同時(shí)也使巖土的蓄熱量增大（劉伊江，2017）。

淺層地溫能即是熱源也是熱匯，即利用熱泵技術(shù)向地下巖土體中提取或釋放熱量。在一定的地質(zhì)條件和氣候環(huán)境共同作用下，在一定的時(shí)間內(nèi)，地下巖土體在原有溫度場(chǎng)的基礎(chǔ)上存在一定程度上的蓄冷或蓄熱現(xiàn)象，也就是熱泵系統(tǒng)向地下的排熱速度大于地層向四周熱擴(kuò)散的速度或周?chē)臒嵫a(bǔ)充小于熱泵系統(tǒng)從地下的取熱，出現(xiàn)了暫時(shí)的熱(冷)堆積。但地下是個(gè)開(kāi)放的地質(zhì)體，隨著時(shí)間的推移，堆積的熱(冷)量逐漸向四周擴(kuò)散，如果地下水徑流條件好，則地下溫度很快恢復(fù)到原始狀態(tài)。如熱泵系統(tǒng)是冬夏兩用，如在下一使用季時(shí)還沒(méi)有恢復(fù)到原始地溫，此部分堆積的熱量可通過(guò)熱泵系統(tǒng)運(yùn)行將儲(chǔ)蓄的冷、熱量進(jìn)行提取，有助于提高淺層地溫能利用的效率。地溫場(chǎng)的恢復(fù)時(shí)間與不同地質(zhì)構(gòu)造及氣象條件有關(guān)。因此可以說(shuō)淺層地溫能，也具備一定的蓄存能量屬性。

由此可見(jiàn)，淺層地溫能賦存在地殼淺部空間的巖土體中，向下接受地球內(nèi)熱的不斷供給，向上既接受太陽(yáng)、大氣循環(huán)蓄熱的補(bǔ)給，又向大氣中釋放過(guò)剩的熱量。因此，從宏觀地質(zhì)角度上講，地球天然溫度場(chǎng)分布、水圈、大氣圈、太陽(yáng)等對(duì)它都有影響，表現(xiàn)在地溫的高低與板塊構(gòu)造的活動(dòng)性、緯度、水循環(huán)、大氣循環(huán)等密切相關(guān)，是多因素耦合作用下的復(fù)雜變化過(guò)程，這些現(xiàn)象可以稱(chēng)為“淺層地溫能的呼吸”（衛(wèi)萬(wàn)順等,2008）。

1.2 不同氣候帶淺層地溫能的特征

我國(guó)幅員遼闊，從南到北有熱帶、亞熱帶、溫帶、寒溫帶幾種不同的氣候帶，南北方緯度差異較大，年平均氣溫（及地下恒溫帶溫度）隨著緯度的增加而降低，如從海口的24℃變化到哈爾濱的4.5℃；冬、夏季溫差也從南向北增加，從海口的11℃到武漢的25℃，再到哈爾濱的42.6℃（圖1）。說(shuō)明南方全年氣溫高，且冬、夏溫差小；北方平均氣溫低而且冬、夏溫差大。不同緯度地區(qū)氣候溫度呈現(xiàn)較大差異。

圖1 不同緯度地區(qū)年平均氣溫曲線圖Fig.1 The annual average temperature curve in different latitudes

根據(jù)圖1數(shù)據(jù)結(jié)合我國(guó)居民供暖、制冷需求（一月份平均氣溫低于5℃有供暖需求，七月份平均氣溫高于24℃有制冷需求）可以分析出，我國(guó)中部地區(qū)城市（北緯30 ～42）冬冷夏熱需要暖/冷雙供，并且地表以下200m范圍內(nèi)巖土體溫度適中，是淺層地溫能資源能夠發(fā)揮最大作用的地區(qū)；南方地區(qū)（北緯18～30）以夏天制冷需求為主，冬季供暖需求很小；北方地區(qū)（北緯42～50）則以冬天供暖需求為主，夏季制冷量不大（衛(wèi)萬(wàn)順等，2010）。又由于淺層地溫常年穩(wěn)定在當(dāng)?shù)啬昶骄鶜鉁刂希⒔咏虼耍煌貐^(qū)淺層地溫能賦存條件不同，且冬、夏用能情況差異大，尤其是我國(guó)北方寒冷地區(qū)受太陽(yáng)輻射少，變溫帶深度大，約深至30米；地表下200米以淺恒溫層溫度低，冬季暖需求量大且時(shí)間長(zhǎng)，夏季制冷需求量很小，多采取單向（只取熱或冷）利用方式；所以，在此類(lèi)地區(qū)淺層地溫能開(kāi)采過(guò)程中，地下熱平衡問(wèn)題便成為首要考慮因素。

2 實(shí)現(xiàn)“淺層地溫能+”的方式

采用熱泵技術(shù)實(shí)現(xiàn)淺層地溫能的開(kāi)發(fā)利用，由于其節(jié)能、環(huán)保、運(yùn)行安全可靠等諸多優(yōu)點(diǎn)，在全世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。但是往往單一的地源熱泵系統(tǒng)承擔(dān)所有的空調(diào)負(fù)荷，可能會(huì)造成其從地下巖土體中的取/排熱量的不平衡，尤其是北方嚴(yán)寒和南方濕熱地區(qū)，系統(tǒng)周期運(yùn)行后巖土體溫度出現(xiàn)下降或者上升的現(xiàn)象，長(zhǎng)期運(yùn)行系統(tǒng)效率降低，節(jié)能性降低。除此之外，地源熱泵較常規(guī)空調(diào)還存在初投資較高，占地面積較大等問(wèn)題。

如果既能利用地源熱泵本身的優(yōu)勢(shì)又能克服其缺陷，那將對(duì)推動(dòng)淺層地溫能的發(fā)展是非常有利的。因此，在總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們要因地制宜、創(chuàng)新思路，提出以淺層地溫能為基礎(chǔ)，采用多種能源相結(jié)合的供能形式，即復(fù)合式熱泵系統(tǒng)，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，以更好體現(xiàn)其“節(jié)約性”。復(fù)合式地源熱泵系統(tǒng)利用輔助供熱或輔助供冷裝置來(lái)滿(mǎn)足高峰負(fù)荷，在維持地下巖土體熱平衡的同時(shí)降低了系統(tǒng)的初投資，也提高了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和運(yùn)行的可靠性。這樣的結(jié)合方式具體歸納為4個(gè)方面：

2.1 深淺結(jié)合

目前，供暖上應(yīng)用較多的地?zé)崮芊N類(lèi)有淺層地溫能、干熱型地?zé)豳Y源和深層水熱型地?zé)豳Y源。其中，地表以下由淺及深分別為：淺層地溫能，賦存于地表以下200m以淺范圍內(nèi)巖土體和水中；干熱型地?zé)豳Y源，賦存于更深層的中低溫巖土體中，并且伴隨地層深度加大，溫度高于同地區(qū)淺層地溫；水熱型地?zé)豳Y源，賦存于深層大于25℃的地下水中。

淺層地溫能由于人為定義了其地表以下的深度范圍，并且因各地區(qū)地質(zhì)條件以及氣候環(huán)境不同，表現(xiàn)出可開(kāi)采資源量的不同，南北地區(qū)在用途上也有較大差異。以北方嚴(yán)寒地區(qū)為例，地表下淺層巖土平均溫度較低，利用當(dāng)前熱泵技術(shù)，單位體積巖土體可開(kāi)采熱量相對(duì)較少，而建筑供暖需求度高，單一地源熱泵系統(tǒng)往往難以滿(mǎn)足供能需求，因此，可以考慮當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)條件，適當(dāng)結(jié)合深層地?zé)豳Y源的開(kāi)采，彌補(bǔ)淺部地層能量不足的情況。

(1)淺層地溫能與干熱型地?zé)豳Y源的結(jié)合

以哈爾濱地區(qū)為例，年平均氣溫約5.3℃，一月平均溫度為-18.3℃，建筑全年供暖達(dá)6個(gè)月，而該地區(qū)淺層（地表下200米以淺）地溫平均溫度僅為7.7℃，若只采用淺層地溫能供暖，效果可能不佳；但哈爾濱地處松遼盆地王府凹陷，地表下200以深地溫梯度較高，可達(dá)4～4.5℃/100m，將深度延伸至地表下400～500m，地層溫度可達(dá)20～30℃，可開(kāi)采地?zé)豳Y源量也頗為可觀(中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局,2015)。因此，以淺層地溫能為主，中層干熱型地?zé)豳Y源為輔的開(kāi)采供暖模式，對(duì)于該地區(qū)來(lái)講，既節(jié)能環(huán)保，又經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。

（2）淺層地溫能與深層水熱型地?zé)豳Y源的結(jié)合

根據(jù)溫度的不同，通常將水熱型地?zé)豳Y源劃分為高溫、中溫和低溫三類(lèi)。深層地?zé)豳Y源的開(kāi)采也主要是水熱型地?zé)豳Y源，開(kāi)發(fā)用途有發(fā)電、建筑物采暖、農(nóng)業(yè)溫室采暖、溫水育種、灌溉等多方面。與淺層地溫能不同，水熱型地?zé)豳Y源蘊(yùn)藏于特殊的地質(zhì)單元中，我們稱(chēng)之為“熱儲(chǔ)”。可利用的水熱型地?zé)豳Y源必須滿(mǎn)足一定的地質(zhì)構(gòu)造、有流體、儲(chǔ)量大并且便于開(kāi)采等條件，并且開(kāi)采時(shí)還要考慮成本、回灌等問(wèn)題，使其開(kāi)發(fā)利用存在一定的限制。但如果當(dāng)?shù)卦撡Y源賦存條件較好，妥善加以利用，也實(shí)為良策。

目前，淺層地溫能加水熱型地?zé)豳Y源的供暖模式也有不少成功案例，如北京市北苑家園供暖項(xiàng)目，該項(xiàng)目是集住宅、商業(yè)、辦公于一體的綜合性建筑群，供暖面積40.6萬(wàn)m2。實(shí)現(xiàn)了地?zé)崴奶菁?jí)利用，同時(shí)結(jié)合水源熱泵系統(tǒng)，滿(mǎn)足了小區(qū)內(nèi)的冬季供暖和夏季供冷需求，這也是北京地區(qū)最大的地?zé)?熱泵項(xiàng)目。

2.2 天地結(jié)合

氣候資源包括太陽(yáng)輻射、熱量、水分、空氣，風(fēng)能等，它既是一種寶貴的自然資源，也是一種可利用的可再生資源。氣候資源存在區(qū)域特點(diǎn)，不同地區(qū)資源稟賦條件有差異，如：西藏地區(qū)太陽(yáng)能資源豐富，最高達(dá)2333kWh/m2（日輻射量6.4kWh/m2），居世界第二位；內(nèi)蒙古、東南沿海及島嶼風(fēng)能資源豐富，年風(fēng)功率密度在200W/m2以上，甚至達(dá)500W/m2。在類(lèi)似這樣的地區(qū)合理使用氣候資源，將對(duì)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和環(huán)境效益產(chǎn)生顯著增益。

近20年，我國(guó)出臺(tái)不少節(jié)能及可再生能源方面相關(guān)的重大政策：1998年，《中華人民共和國(guó)節(jié)能法》提出，因地制宜、多能互補(bǔ)、綜合利用、講求效益的能源發(fā)展原則。2006年，我國(guó)頒布并實(shí)施《中華人民共和國(guó)可再生能源法》，將可再生能源的開(kāi)發(fā)利用列為能源發(fā)展的優(yōu)先領(lǐng)域。同年，我國(guó)“十一五”規(guī)劃提出，加強(qiáng)風(fēng)能、太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用。十年期間，風(fēng)能開(kāi)發(fā)增長(zhǎng)了一百倍，而太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)更是增長(zhǎng)了六百倍，增長(zhǎng)數(shù)量十分可觀。

然而，數(shù)量上的增長(zhǎng)并不代表效益上的跟進(jìn)，近幾年，由于風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)大規(guī)模集中式增長(zhǎng)過(guò)多，導(dǎo)致風(fēng)電在當(dāng)?shù)叵{不及和跨區(qū)域輸送能力不足等問(wèn)題，“棄風(fēng)限電”現(xiàn)象嚴(yán)重，三北地區(qū)風(fēng)電更是重災(zāi)區(qū)。如何給出相應(yīng)解決措施，還應(yīng)當(dāng)從管理及技術(shù)兩方面著手。因此，我們提出因地制宜，以淺層地溫能為主，結(jié)合風(fēng)能、太陽(yáng)能的技術(shù)手段可以使可再生能源發(fā)揮更大作用。例如，遼寧阜新市研發(fā)出一種全新高效的太陽(yáng)能-地源熱泵系統(tǒng)，將太陽(yáng)能集熱能量?jī)?chǔ)存在地下，冬季供暖時(shí)，將儲(chǔ)存的熱量進(jìn)行提取，達(dá)到很好的節(jié)能效果；或太陽(yáng)能與熱泵直接結(jié)合，北京相關(guān)高校也在研究太陽(yáng)能與地源熱泵結(jié)合為一體的模式；而淺層地溫能與風(fēng)能的結(jié)合，將會(huì)在規(guī)模化利用上有更大的發(fā)揮空間。

另外，值得指出的是，淺層地溫能與這些新能源的結(jié)合，必須要有政府的區(qū)域規(guī)劃來(lái)支撐。淺層地溫能資源分布跟地理區(qū)域有關(guān)，如果沒(méi)有相應(yīng)地方規(guī)劃、政策，以及規(guī)模發(fā)展，發(fā)揮的作用就十分有限。

2.3 調(diào)蓄結(jié)合

調(diào)蓄結(jié)合指的是，多源復(fù)合系統(tǒng)方式綜合應(yīng)用，以淺層地溫能為主，深層地?zé)嶙鳛檠a(bǔ)充，其他能源（燃?xì)狻⒂停┳稣{(diào)峰，加上蓄能系統(tǒng)，既降低初投資，又保障了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。如在加拿大亞伯達(dá)省，2006年首次安裝了一種土壤鉆孔熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)，為當(dāng)?shù)?2處住宅提供冬季供暖，根據(jù)近年來(lái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，該系統(tǒng)的熱量采收率約為25%。這說(shuō)明蓄能系統(tǒng)是有作用的，但不是說(shuō)地下完全就是一個(gè)封閉的蓄能系統(tǒng)，同時(shí)還具有地?zé)崮芎吞?yáng)能的屬性。

在熱泵系統(tǒng)中，冬季正常供暖，而夏季將空調(diào)末端與地下?lián)Q熱系統(tǒng)直接對(duì)接，熱泵機(jī)組不工作，這樣的調(diào)節(jié)方式，在寒區(qū)也是十分有效的，補(bǔ)充熱量更直接，能對(duì)熱平衡起到調(diào)節(jié)作用。長(zhǎng)春理工大學(xué)光電信息學(xué)院淺層地溫能開(kāi)發(fā)利用工程，2015竣工投入使用，面積15萬(wàn)m2，以往每年供暖運(yùn)行成本573萬(wàn)元，而現(xiàn)在采用的地源熱泵系統(tǒng)冬季運(yùn)行成本約175萬(wàn)元。該項(xiàng)目在多項(xiàng)技術(shù)上取得突破，夏季制冷不啟動(dòng)熱泵機(jī)組，直接將末端換的熱經(jīng)過(guò)地下?lián)Q熱系統(tǒng)排入地下，很好地解決了冷熱平衡問(wèn)題，對(duì)嚴(yán)寒地區(qū)淺層地溫能的開(kāi)發(fā)應(yīng)用起到了示范作用。

這里還可列舉一個(gè)大型復(fù)合熱泵系統(tǒng)，優(yōu)化運(yùn)行管理，提高能源效率的案例——北京用友軟件園土壤源熱泵+冰蓄冷+水蓄能復(fù)合熱泵系統(tǒng)。該項(xiàng)目總建筑面積約47.3萬(wàn)m2。利用熱泵、冰蓄冷和變頻等技術(shù)有機(jī)結(jié)合的復(fù)合式熱泵系統(tǒng)解決軟件園區(qū)內(nèi)建筑的冷暖和生活熱水負(fù)荷。節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用約400萬(wàn)元/年。較常規(guī)供暖方式節(jié)能30%左右, 節(jié)約1400噸/年標(biāo)準(zhǔn)煤。該項(xiàng)目的亮點(diǎn)在于蓄能系統(tǒng)，夜間是用電谷期，電價(jià)便宜，利用谷電價(jià)進(jìn)行制冷/熱，并進(jìn)行儲(chǔ)存，白天峰電時(shí)提取儲(chǔ)存能量，極大地節(jié)約了運(yùn)行成本。系統(tǒng)運(yùn)行超過(guò)十年，十分穩(wěn)定。該項(xiàng)目還獲國(guó)家能源局科技進(jìn)步獎(jiǎng)。

2.4 表里結(jié)合

水源熱泵系統(tǒng)可分為地下水和地表水源，其中地表水源熱泵即指江、河、湖、海及污水源熱泵。在我國(guó)很多地區(qū)，地表水資源豐富，其中蘊(yùn)含的可利用的能量巨大。地表水既容易獲取，又免去回灌問(wèn)題，使用起來(lái)十分方便。因此，以淺層地溫能為“里”，地表水為“表”，“表里結(jié)合”的復(fù)合熱泵系統(tǒng)，其適用地區(qū)更加廣闊，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性也更好。如今在北京、上海、南京等地也有很多應(yīng)用案例。

以上海世博軸復(fù)合熱泵系統(tǒng)為例。世博軸在國(guó)內(nèi)首次最大規(guī)模的應(yīng)用地源熱泵以及江水源熱泵技術(shù)的空調(diào)冷熱源集成技術(shù)，也是世博園區(qū)內(nèi)唯一全部使用該技術(shù)的項(xiàng)目。運(yùn)用地源+江水源熱泵技術(shù)設(shè)計(jì)的世博軸“綠色空調(diào)系統(tǒng)”，實(shí)現(xiàn)了100﹪的再生能源運(yùn)用。不僅獲得了廣泛的社會(huì)效益，更獲得了可觀的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)能達(dá)到30﹪以上。這個(gè)自主設(shè)計(jì)、自主開(kāi)發(fā)、自主施工的項(xiàng)目，創(chuàng)造了中國(guó)建筑史上的一個(gè)新紀(jì)錄，并獲得“亞洲國(guó)際地產(chǎn)投資與開(kāi)發(fā)博覽會(huì)”（Cityscape Asia）的重要獎(jiǎng)項(xiàng)——最佳城市綜合體獎(jiǎng)。

另外，人工干預(yù)地下流場(chǎng)的方式也可以提高淺層地溫能的利用效率。如在地埋管埋設(shè)周邊的臨近區(qū)域，通過(guò)人工抽灌地下水的方式，人為影響了地埋管埋設(shè)區(qū)地下水流場(chǎng)的持續(xù)變化，可以顯著改善地埋管換熱效果，這一點(diǎn)也在實(shí)際應(yīng)用中得到了證實(shí)。因此，在地埋管地源熱泵項(xiàng)目前期勘察時(shí)，除了收集水文、氣象、地質(zhì)、包括地?zé)嵯嚓P(guān)資料，尤其要注意相關(guān)的地下水環(huán)境，應(yīng)充分調(diào)查周邊臨近地區(qū)地下水抽灌情況，并在系統(tǒng)設(shè)計(jì)充分予以考慮。

以上所說(shuō)的四種結(jié)合方式不是孤立的，而是可以相互結(jié)合的。總之就是要根據(jù)不同地區(qū)的資源條件，最大程度地利用好各種資源，提高資源的利用效率。這四個(gè)方面做好了，也就從根本上實(shí)現(xiàn)了“淺層地溫能+”的模式。

3 結(jié)論及建議

3.1 政府重視

隨著“十三五”的到來(lái)，國(guó)家及各省市紛紛出臺(tái)規(guī)劃政策，地?zé)帷\層地溫能無(wú)疑成為未來(lái)五年內(nèi)發(fā)展的一大新亮點(diǎn)。政府部門(mén)將繼續(xù)通過(guò)科學(xué)合理地決策，制訂推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的頂層設(shè)計(jì)。

（1）統(tǒng)籌規(guī)劃。以“一帶一路”建設(shè)以及京津冀協(xié)同發(fā)展為契機(jī)，明確以政府為主導(dǎo)，在重點(diǎn)功能區(qū)、新城鎮(zhèn)、重大工程建設(shè)等方面，以剛性的計(jì)劃、指標(biāo)，從規(guī)劃環(huán)節(jié)予以明確。重視熱點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)項(xiàng)目的地?zé)帷\層地溫能開(kāi)發(fā)潛能。如在北京地區(qū)的冬奧會(huì)、新機(jī)場(chǎng)、世園會(huì)等重點(diǎn)項(xiàng)目、優(yōu)先采用地?zé)峁┡浞职l(fā)揮地?zé)帷\層地溫能作為清潔能源為區(qū)域能源規(guī)劃建設(shè)的積極的作用。

（2）加大政府投入。做好基礎(chǔ)勘查評(píng)價(jià)工作，加大技術(shù)研發(fā)和推廣力度，為釋放市場(chǎng)需求提供支持。系統(tǒng)的資源普查和資源潛力評(píng)價(jià)是資源優(yōu)勢(shì)得以充分發(fā)揮的基本條件。在現(xiàn)有地?zé)帷\層地溫能規(guī)劃分區(qū)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高工作精度和廣度，開(kāi)展系統(tǒng)的區(qū)域調(diào)查評(píng)價(jià)工作，進(jìn)一步查明地?zé)帷\層地溫能資源賦存條件，尤其在資源潛力區(qū)和空白區(qū)，制定可持續(xù)的開(kāi)發(fā)利用方案。

（3）制訂優(yōu)惠政策。通過(guò)制訂地?zé)帷\層地溫能供暖的優(yōu)惠政策，加大補(bǔ)貼力度。如北京市已有的相關(guān)補(bǔ)貼政策，采用切實(shí)有效的方法，給予資金支持。選取一定比例的示范城市、示范區(qū)進(jìn)行試點(diǎn)，按一定比例給予資金補(bǔ)貼。對(duì)地?zé)衢_(kāi)發(fā)企業(yè)給予一定資助，對(duì)地?zé)帷\層地溫能供暖企業(yè)給予統(tǒng)一優(yōu)惠電價(jià)。對(duì)利用地?zé)帷\層地溫能為建筑物供暖的新建及改建項(xiàng)目統(tǒng)一執(zhí)行居民電價(jià)標(biāo)準(zhǔn)或給予相應(yīng)差價(jià)補(bǔ)貼，進(jìn)一步提升地?zé)帷\層地溫能等清潔能源在支撐能源安全國(guó)家戰(zhàn)略中的作用，實(shí)現(xiàn)資源的可持續(xù)利用。

3.2 規(guī)模化利用

當(dāng)前，我國(guó)大氣環(huán)境污染問(wèn)題突出。國(guó)家及各地方政府都在出臺(tái)相關(guān)政策以期解決該問(wèn)題。多地通過(guò)“煤改”等方式，減少燃煤使用量，降低碳、氮氧化物及硫等排放，實(shí)現(xiàn)供暖清潔化。淺層地溫能作為一種清潔化的能源，必將在當(dāng)前形勢(shì)下發(fā)揮更加重要的作用。

然而，在推動(dòng)煤改清潔能源過(guò)程中，在一些農(nóng)村地區(qū)推廣淺層地溫能利用并不順利。除去地質(zhì)條件等先天因素，另一個(gè)重要原因就是經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題。農(nóng)村地區(qū)逐門(mén)逐戶(hù)的單一戶(hù)型使用淺層地溫能供暖方式會(huì)因?yàn)榻ㄖ娣e過(guò)小，開(kāi)發(fā)單價(jià)成本會(huì)過(guò)高，而產(chǎn)生不利的推廣影響，這也是不經(jīng)濟(jì)的。因此，針對(duì)這樣的問(wèn)題，必須采取淺層地溫能規(guī)模化應(yīng)用的模式，以區(qū)域（村或成片建筑）建立供暖組團(tuán)，來(lái)降低開(kāi)發(fā)和運(yùn)營(yíng)成本，達(dá)到最佳節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性。

另外，在新建區(qū)域推廣淺層地溫能，尤其是秦嶺-淮河一線以南有冬季供暖需求的地區(qū),應(yīng)當(dāng)優(yōu)先發(fā)展熱泵系統(tǒng)，引導(dǎo)新建建筑優(yōu)先使用熱泵系統(tǒng)，鼓勵(lì)既有供熱系統(tǒng)熱泵改造，支持熱泵系統(tǒng)配套建設(shè)儲(chǔ)能設(shè)施。

3.3 創(chuàng)新機(jī)制

今年以來(lái)，各地方“十三五”規(guī)劃相繼出臺(tái)，在可再生能源發(fā)展方面，各地也在繼續(xù)推進(jìn)相關(guān)鼓勵(lì)政策的實(shí)施或研究制訂新政策，并且也在研究新的投資建設(shè)模式；在繼續(xù)推行合同能源管理模式的同時(shí)，也大力倡導(dǎo)ppp發(fā)展模式，以政府較少的投入，吸引更多社會(huì)資本參與到可再生能源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中。如給予建設(shè)方特許經(jīng)營(yíng)，增加資金回流途徑；設(shè)立初裝費(fèi)，有初投資方面的收益。企業(yè)建設(shè)方和用戶(hù)也因新的政策和投資模式，降低了投資成本，提高了建設(shè)積極性。

3.4 共同發(fā)展

淺層地溫能的利用主要通過(guò)地源熱泵技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，涉及到地質(zhì)、暖通、自控等多個(gè)專(zhuān)業(yè)。目前，行業(yè)發(fā)展已經(jīng)形成一條較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈，其中也包括不同行業(yè)及產(chǎn)業(yè)上、下游的各個(gè)環(huán)節(jié)，如技術(shù)研發(fā)、設(shè)備制造、安裝、設(shè)計(jì)、施工、售后服務(wù)等。各環(huán)節(jié)的高度契合是產(chǎn)業(yè)鏈牢固發(fā)展所必不可少的。因此，要做到以“我”為主，兼收并蓄，各展所長(zhǎng)，相互扶持，即從業(yè)人員在自身的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域發(fā)揮所長(zhǎng)，相互借鑒，綜合考慮，才能使地源熱泵技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中更加成功，進(jìn)而共同推動(dòng)著淺層地溫能事業(yè)的發(fā)展。

國(guó)家發(fā)展改革委，國(guó)家能源局，國(guó)土資源部，2017. 地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用“十三五”規(guī)劃[R].

劉伊江，2017. 圍巖水文地質(zhì)條件對(duì)地鐵隧道熱沉積的影響[J].暖通空調(diào)，47(5)：30-35.

衛(wèi)萬(wàn)順，鄭桂森，冉偉彥，等，2008. 北京淺層地溫能資源[M].北京：中國(guó)大地出版社.

衛(wèi)萬(wàn)順，李寧波，冉偉彥，等，2010. 中國(guó)淺層地溫能資源[M].北京：中國(guó)大地出版社.

中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局，2015. 全國(guó)省會(huì)城市淺層地溫能調(diào)查評(píng)價(jià)綜合研究報(bào)告[R].

How to Implement “Shallow Geothermal Energy+” Model

LI Ningbo1,2,LI Xiang1,2, YANG Junwei, YU Yuan1,2

(1. Beijing Geology Prospecting & Developing Bureau, 2. Shallow Geothermal Energy Promotion Center, China Geological Survey, Beijing 100195)

At present, in order to implement the concept of green development, shallow geothermal energy has been paid more and more attention to. Many policies and regulations have been formulated by national and local authorities to support the development and utilization of this renewable energy for its broad and potential development prospects. However, the development of shallow geothermal energy has great changes in different areas because of the geographical environment, natural occurrence conditions and utilization. How to effectively utilize this kind of resources is an important problem to be solved. Based on many-year research and practice of shallow geothermal energy, we have created a way of sustainable development, and presented that the development should be in accordance with local conditions, combined with other renewable energy, summarized as “Four Combinations”.

shallow geothermal; suit locally; combining multiple energy

A

1007-1903（2017）03-0007-07

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.03.002

李寧波（1962- ），男，碩士，教高，從事多年淺層地溫能研究與推廣工作。Email：dkjlnb@163.com