淺層地溫能開發利用現狀及存在的問題與對策

劉利琴

（廣東省有色金屬地質局九三八隊，廣東 惠州 516023）

淺層地溫能是一種新型的可再生能源，不僅具有清潔環保的效果，而且具有儲量大、分布廣、埋藏淺以及開發利用率低等優勢。通過采用熱泵技術，人們可以收集這種能源，并將其應用在日常供暖和制冷中。未來，淺層地溫能可逐步取代化石能源，大幅度減少污染物排放，促進中國社會經濟實現可持續發展。

1 淺層地溫能源的主要開發利用模式

1.1 屬性發析

1.1.1 太陽能方面的屬性

地下溫度隨著太陽輻射周期的變化而不斷變化。離表面越近，溫度就越接近表面，這就是所謂的“溫度變化區”。淺地表溫度具有太陽能的特性。在溫度帶下，太陽輻射處在一種平衡狀態，溫差接近于0℃，故而被稱為“恒溫地帶”。

1.1.2 地熱能方面的屬性

巖石導熱是從地球內部到地球表面傳遞熱量的主要途徑。這一過程通常由地球熱流和地溫梯度來描述。在特定的地質構造和水文地質條件下，地球上未確定的內熱富集并儲存在地殼的淺部，形成具有開發利用價值的地熱能，在此基礎上形成了淺層地溫能源。在等溫帶下，地熱場完全受地球不確定的內熱控制，地熱場隨深度的增加而增大，稱為“變暖區”。因此，淺層地溫能主要具有地熱能的屬性。

1.1.3 蓄能屬性

淺層地溫能既是一種熱源，又是一種散熱器。熱泵技術是一種從地下巖石和土壤中提取或釋放熱量的技術。在一定的地質條件和氣候環境下，在一定時期的聯合作用下，地下巖體原始溫度場存在一定程度的冷熱聚集現象。地下熱泵系統的去除率高于熱擴散形成率，循環熱去除率低于熱泵系統表面的臨時熱量（冷）積累。然而，地下地質體是開放的。隨著時間的推移，熱量（冷）積累逐漸擴散到周圍地區。如果地下水流條件良好，地下溫度將迅速恢復。熱泵系統可以提取地下儲蓄的冷熱量，從而提升淺層地溫能利用效率[1]。

1.2 淺層地溫能的主要開發利用方式

1.2.1 地下水地源熱泵系統

地下水地源熱泵系統由地下水熱交換系統、機房系統和終端系統三部分組成。其通常是轉移地下土壤中熱量或者冷量到所需要的地方，還利用地下土壤巨大的蓄熱蓄冷能力，冬季地源把熱量從地下土壤中轉移到建筑物內，夏季再把地下的冷量轉移到建筑物內，一個年度形成一個冷熱循環系統，從而達到節能減排的效果[2]。

1.2.2 地埋管地源熱泵系統

地管地源熱泵系統類似于地下水地源熱泵系統，它由三部分組成：地理管傳熱系統、機房系統和終端系統。其工作原理是傳熱介質在封閉的垂直或水平的地理管內循環，利用傳熱介質與地下巖土層和地下水之間的傳熱來達到利用淺層地熱的目的。此外，采用熱泵技術可以實現建筑物的供暖和制冷[3]。

1.2.3 淺層地溫能及其開發利用前景

地熱能是地球表面下儲存的熱量，內部不確定。淺層地溫能是指地表以下一定深度的地熱能（一般從等溫帶到200 m埋深，溫度低于25℃），其在目前的技術經濟條件下具有開發利用價值。淺層地溫能是地熱資源的一部分，它是地球表層巖石和土壤中存在的一種低溫地熱資源[4]。淺層地溫能分布廣泛，埋藏較淺，可作為化石能源的替代物，減少溫室氣體排放。中國遼闊的平原上疏松地層的分布區域，或基巖裸露的地下換熱區，都具備開發利用淺層地熱資源的條件。

2 限制淺層地溫能開發利用的主要因素

2.1 不同氣候地質條件下的適宜性

中國地大物博，氣候多樣。我國南方地區主要運用淺層地熱資源進行夏季制冷。地源熱泵系統的熱輸入量遠大于地表熱輸入量。一旦地下水徑流條件出現問題，地下溫度就會隨之逐年攀升，造成局部“蓄熱”，大大降低了地源熱泵的制冷效率。淺層地溫的開發利用容易出現局部“冷堆積”的現象，淺層地溫能的開發利用應考慮到當地地質環境的特點和地下水的資源功能[5]。

2.2 關鍵技術的限制

在開發利用方面，地源熱泵機組的質量是節能的關鍵。地源熱泵（GSHP）技術和其他新技術一樣，在市場營銷過程中也遇到了一些技術難題。目前，地源熱泵（GSHP）產品缺乏統一的制造標準，致使產品質量一度無法得到保證。加之地源熱泵行業從業人員技術水平參差不齊，導使部分地源熱泵項目根本就起不到節能的效果。因此，在淺層地溫能源開發利用方面，國外品牌一直主導我國市場[6]。

2.3 對環境方面的不利影響

淺層地溫能主要是利用地下水充當介質來實現地下能量的提取和交換，在系統運行的過程中，地下水都應重新注入含水層。但在實踐中，灌水技術要求很高，為了減少成本，部分開發企業往往不遵守相關要求，造成地下水資源被嚴重浪費和破壞，以致直接影響人們的生命財產安全[7]。

3 當前淺層地溫能開發利用存在的問題

3.1 淺層地溫能開發利用初始投資成本過高

由于淺層地溫能開發主要利用地源熱泵技術，該技術的經濟效益直接影響淺層地溫能的開發前景。地源熱泵技術的經濟效益指標主要包括初始投資、運營成本和投資回收期。由于初始投資成本涵蓋范圍較廣，如土建成本、設備購置費、安裝費等，其綜合成本較高，嚴重阻礙淺層地熱資源的開發利用。

3.2 政府支持力度不足

在淺層地溫的開發利用中，政府的政策支持和補貼占據重要地位，同時也在很大程度上激發了開發商的積極性，稅收優惠政策的出臺可以大大減輕投資者的初期投資壓力。在后期運作中，政府有關部門應給予水、電收費方面的政策支持。但是，就目前情況來看，我國在稅收抵扣、資本補貼、公用事業優惠待遇等配套政策方面還沒有進行有效支持，需要引起足夠的重視。

3.3 對地質環境影響重視不夠

由于夏、冬兩季空調的使用時間不多，所以埋管地源熱泵系統在采集時會出現這樣的情況：冬季土壤吸收的熱量大于夏季土壤釋放的熱量，從而出現土壤冷熱失衡現象。此外，該系統的長期使用還會降低地溫，使原地層溫度環境遭到破壞，影響地表植被的正常生長，甚至破壞生態環境。受回灌技術的限制，地下水源熱泵技術的利用依然存在一些問題。例如，如果地下水不及時回收或補給量嚴重不足，將導致地下水供應失衡，造成地表沉降，在整個補給過程中還會不時發生水源二次污染，造成地下水污染。

4 推進淺層地溫能開發利用的建議

4.1 加強社會宣傳工作，提高公眾認知度

要充分利用現代傳媒技術，加大對淺層地熱資源開發利用的宣傳力度，普及淺層地源熱泵（GSHP）的知識，并通過傳媒和專題報道，宣傳和推廣優秀案例，提升人們的認知水平，真正使其走進人們的生活。淺層地熱資源具有清潔環保的優點，將在城市建設中得到廣泛的應用。因此，有必要采取積極措施，促進淺層地溫能的全面開發利用，進而創造良好的生態環境。

4.2 完善相關管理體系

淺層地溫能開發利用涉及的部門較多。要有效地開發利用淺層地熱資源，必須明確管理部門的職責分工，同時要對資源保護和環境監測進行合理的監督。國家不僅要制定淺層地溫能資源開發利用的相關技術標準和規范，而且要制定淺層地溫能資源開發利用的評價體系。逐步建立市場準入制度，構建方案審批、規劃、勘探、評價、設計、施工、監測、承兌和作業的管理體系和服務體系，為規范和指導淺層地溫能產業可持續發展打下堅實的基礎。

4.3 完善相關配套政策

政府相關部門要完善配套政策，制定嚴格的項目評估指標，鼓勵企業創新管理模式，充分利用現有的能源補貼等優惠政策，指導和支持其開發和利用淺層地溫能。同時，要支持技術研發和創新，鼓勵企業開發利用淺層地溫能，引導其建設示范項目，進而創造良好的社會氛圍，促進淺層地溫能源的有效開發利用。

4.4 加強地質環境監測工作

在開發利用淺層地溫能時，要加強對地質環境的監測，逐步建立淺層地溫能地質環境監測網。對于新的淺層地溫能開發項目，為了便于日后的監測，地質環境監測系統必須同步建立。對于埋地地源熱泵而言，地質環境監測系統的主要功能是監測地溫場的變化。對于地下水型地源熱泵系統，人們必須根據各種因素（如地溫、地下水水質和水位）進行長期監測。一旦發現異常，必須立即采取適當的措施來解決地下水污染和地下溫度場長期單向變化等問題。