浅层地温能，为“美丽中国”添绿

利用浅层地温能供暖的部分建筑

编者按：

　　党的十八大提出的“美丽中国”这一概念，让人向往，也让人深思。改革开放30多年来，我国经济、社会有了长足发展，但资源环境“瓶颈”也正越收越紧。一些资源的短缺、雾霾天气影响、地下水污染等问题时时困扰着人们。

　　随着城市化进程加快，如何保障城市能源需求，保护环境，为老百姓做好服务？地质工作者积极思考，出谋划策，大胆作为。两会期间，记者采访了中国地质调查局浅层地温能研究与推广中心主任卫万顺。他告诉记者，自己的“中国梦”就是让浅层地温能为“美丽中国”作一分贡献。

　　“浅层地温能潜力巨大，用它供暖，能缓解许多城市的天然气荒”，“如今地源热泵技术成熟，容易推广”，“这利于节能减排，希望能有更多政策支持”……在他笃定自信期盼的话语中，人们仿佛能看到那个美丽可触的未来。

　　说说推广经：

　　加大投入，出台政策，降低成本

　　记者：如今，酒香也怕巷子深。浅层地温能一直有点养在深闺人未识似的。要推广这一能源的开发利用，要做哪些功课？

　　卫万顺：我有几个建议。一是浅层地温能应作为一种新型资源加强管理。二是浅层地温能专项规划应纳入城市总体规划。三是应统筹协调，各地优先使用清洁再生水热能，其次是地埋管系统，条件允许情况下也可考虑地下水作为补充。四是为科学利用资源，提高效率，应加大开发利用关键技术研究，加大投入，出台政策，降低成本。五是国土资源部高度重视浅层地温能开发利用，已明确由部和北京市政府共建全国浅层地温能研究推广中心和浅层地温能国家实验室，所以应该落实文件精神，确保有个稳定的队伍，做实做强中心，最终达到改善能源结构，提高浅层地温能在固定能耗所占的比例。

　　在推广过程中，应该先在新小区投入建设使用。而后在旧小区改造。在政策方面，也应该给予优惠，鼓励开发商在小区建设过程中，利用浅层地温能供暖。

　　记者：贵中心有哪些推广经验？卫万顺：一是作好服务，为政府提供技术支持。近年来，中心开展的《北京市平原区浅层地温能资源地质勘查》、《中国再生水热能开发利用前景战略研究》《北京浅层地温能资源开发利用战略研究》等项目获得了多方好评。在规范标准制定方面，代国土资源部及相关部门起草了《国土资源部关于大力推进浅层地热能开发利用的通知》、《浅层地热能勘查评价规范》（国土资源部行业标准）、《省级浅层地热能调查评价工作方案》。

　　二是积极开展合作，大胆走出去，延长地质工作链。通过《北京市再生水热能利用与规划》项目的实施，我们积累了大量实验数据、经验及成果，与再生水主管部门建立了良好合作关系。目前，北京市地勘局勘技院下属的北京市华清地热开发有限责任公司已与北京市排水集团下属北京百氏源环保技术有限公司签订了合作协议，共同出资开展再生水冷热源等新能源开发方面的合作。

　　三是开展浅层地温能开发利用关键攻关及重大工程实践工作。在技术研发推广方面，研制出浅层地温能冷热响应测试系统、初步建成监测网及浅层地温能综合实验室，积极服务于北京奥运村、花博园和上海世博园等重大浅层地温能开发利用项目。

　　四是加强技术交流与培训。已成功举办了七期全国高级研修班和两期学术交流会。累计培训全国技术骨干800余人，并为学员颁发了培训证书，很好地促进了技术领域的交流与技术经济合作。学术交流会参会人员累计约300人。中心20余名技术骨干纳入中共北京市委组织部优秀人才培养团体资助项目——《提高浅层地温能开发利用综合效能实验研究中人才培养与科研团队建设》。

　　记者：在下一阶段，浅层地温能有哪些发展契机、部署和计划？

　　卫万顺：国家能源局、财政部、国土资源部和住建部等四部门近日发布了《促进地热能开发利用的指导意见》。业内人士认为，这将给地热能的开发利用打开政策空间。业内人士推测，到2015年，浅层地温能开发投资额将达1500亿元以上。

　　中国地调局对浅层地温能调查评价工作已作出部署，指导思想是深入贯彻落实科学发展观，按照建设资源节约型、环境友好型社会要求，紧紧抓住国家调整经济结构、转变发展方式的机遇，创新合作机制，调动中央、地方和企业等多方面积极性，大力推进浅层地温能开发利用。总体的目标是完成全国适宜开发利用浅层地温能的城镇浅层地温资源调查评价，编制开发利用规划，建立开发利用监测体系和示范工程，为浅层地温能开发利用管理提供技术支撑。2015年完成全国所有省会级城市和地级城市浅层地温资源调查评价、开发利用规划与监测体系建设；2020年完成全国县级城镇浅层地温资源调查评价、开发利用规划与监测体系建设。“十二五”期间，中央和地方资金投入各5亿元。

　　算算能源账：

　　据估算，我国31个省（区、市）的287个地级市每年浅层地温能可利用资源量为3.56亿吨标准煤。

　　记者：无论是“美丽中国”还是“中国梦”都饱含了人们对美好生活的无限向往。作为地质工作者，您眼中的中国梦是什么？

　　卫万顺：前段时间，我一直非常关注雾霾天气和南方供暖问题。作为一名地质工作者，我认为浅层地温能在南方供暖、缓解雾霾、节约能源等方面，大有可为。我的“中国梦”就是希望这一绿色能源能让我们的家园更舒适更美丽。浅层地温能是地球热能的重要组成部分，具有可持续利用、取用方便、高效节能、运行费用低等优点，是重要的本地化、可再生无污染的资源。浅层地温能资源通过地源热泵技术，用少量的电能就能够解决建筑供暖、制冷及供应生活热水等问题。开发利用浅层地温能对构建资源节约型和环境友好型社会、改善我国现有能源结构、促进国家节能减排战略目标的实现具有非常重要的意义。

　　记者：您能大致介绍一下我国浅层地温能的能源情况吗？

　　卫万顺：2011年的中国地热资源潜力评估报告中指出，据估算我国31个省（区、市）的287个地级市每年浅层地温能可利用资源量为3.56亿吨标准煤。北京、沈阳这些地下水条件比较好的地区每平方公里最多可供约25万平方米的建筑面积。

　　记者：能满足我国供暖需求吗？卫万顺：目前我国城镇建筑总面积近190亿平方米。北方（14省、自治区、直辖市）及长江流域10省市需要冬季供暖的建筑面积约104亿平方米。而这些地区浅层地温能的可利用资源量约2.7亿吨标准煤，如果全部开发利用约可供暖面积100亿平方米，与城镇住宅面积数相当。尤其对于武汉、南京等一些天然气短缺的城市而言，开发利用浅层地温能的意义相当巨大。

　　记者：那目前我国开发利用的情况如何？

　　卫万顺：目前全国浅层地温能开发利用项目服务面积已超过2亿平方米，且每年的增加面积将超过5000万平方米，各地都在轰轰烈烈地开展工作。目前沈阳、北京在浅层地温能资源利用方面走在了全国的前面，而山东、河北等地相关项目也在热火朝天的建设中。据我中心与《地源热泵》杂志共同举办的“中国地源热泵行业十强企业评比”活动的粗略统计，2010年新增面积超过百万平方米的有16个省市。前十名的省市有山东、河北、北京、江苏、辽宁、河南、黑龙江、陕西、新疆、天津。山东超过1000万平方米。天津和新疆分别约200万平方米。这些省市大多在适宜发展区，即气候、经济、地质条件适宜。而云南、西藏、青海项目数很少。

　　记者：从地质角度去看，开发浅层地温能有没有一些条件或限制？

　　卫万顺：虽然浅层地温能资源具有分布广泛、储量巨大、埋藏较浅、可就近开发利用等特点，但开发方式、系统设计、利用效果，则受当地地质、水文地质、气象等条件制约。勘查评价是浅层地温能科学开发利用的基础。浅层地温能的分布状态、运移规律、品位高低均受到地质体富水性及导热性能等制约，了解地质条件就显得十分重要。特别是浅层地温能开发利用工程中采集和释放热的能力和强度与当地地层结构、地下水活动能力和岩土体的热传导能力有直接关系。所以，在谈到一个地区浅层地温能利用时，首先要掌握该地区的区域地质背景，从宏观上把握浅层地温能地质条件和地温场分布，以便为开发利用奠定基础。一些高寒冻土带地区，温度太低，肯定是不适用的。

　　算算环境账：

　　若在287个地级市利用浅层地温能，扣除开发消耗电量，则每年可节能相当于标准煤约2.48亿吨，减少二氧化碳排放6.52亿吨，减少炭粉尘排放1.7亿吨，减少二氧化硫0.18亿吨。

　　记者：为什么说浅层地温能对缓解雾霾天气有好处？

　　卫万顺：除了气象、地形条件外，造成空气严重污染的主要原因是汽车尾气、燃煤造成的污染强度大。据不完全统计，目前电厂、锅炉、散煤排放为北京贡献了17%的PM2.5，可见煤炭燃烧对空气污染的影响还是很大的，节能减排工作仍任重道远。节能减排不仅要注意电厂、工业锅炉、交通等方面的污染源排放量，建筑节能同样需要关注。北京建筑能耗约占全部能耗的32%，而其中大部分是建筑的供暖制冷能耗，浅层地温能通过热泵技术即可替代常规能源解决建筑物的供暖制冷，作为化石能源的替代资源，可以减少污染物排放。若在我国31个省（区、市）的287个地级市推广利用浅层地温能，扣除开发消耗电量，则每年可节能相当于标准煤2.48亿吨，减少二氧化碳排放6.52亿吨，减少炭粉尘排放1.7亿吨，减少二氧化硫0.18亿吨。

　　记者：在具体项目实施的过程中，环保效果怎样？

　　卫万顺：我一直很关注环境保护。在做项目时，我们的实验室都会进行相关测算和监测。如北京用友软件园地埋管地源热泵项目系统是燃煤锅炉系统耗煤量的1/4，是燃气锅炉系统耗气量的1/4，每年可以减少标煤约6500吨，或减少燃气约380万立方米。每年减少排放1.6万吨二氧化碳、487吨二氧化硫、244吨一氧化氮。

　　奥运村再生水热泵系统每年冬季从再生水中提取能量折合标煤约3600吨，占奥运村采暖总能耗的82％，折合天然气约270万立方米，比燃煤采暖可就地减排二氧化碳8600吨，二氧化硫、一氧化氮148吨，粉尘40吨。奥运村再生水热泵冷热源系统工程，让41.3万平方米的奥运村真正实现了制冷供暖零排放、无污染，也实现了中国政府向世界作出的“绿色奥运”的承诺。

　　经过一个制冷季，上海世博轴地埋管、江水源热泵系统运行稳定，为世博会的游览者们提供了舒适空间，达到了低碳、节能、环保的目的，符合本届世博会所倡导的“健康的城市发展”理念。

　　目前，我们还把视角投向了北京市的污水利用。北京市城市污水水量大，并呈现逐年递增的趋势。若采用再生水热泵技术对水中的热能加以利用，发展前景广阔。实施该项目对城市污水热能开发利用具有典型的示范作用。

　　记者：有些民众担心地面塌陷等环境问题，您怎么看？会对生态环境造成影响吗？

　　卫万顺：目前的监测显示，不会造成地面塌陷等环境问题。需要强调的是，地球上的自然能量是在不断循环的，所以绝大多数地区发展浅层地温能并不存在一些学者提出的“热堆积”或“冷堆积”的不平衡情况，不需要过分担忧。

　　开发利用浅层地温能对地面带来的温差改变一般为6摄氏度左右，我们监测发现，一般一天之内就可复原。至于对生物造成的影响，我们建立了地温能开发利用对地质环境影响监测系统，对其进行监控，至今尚未发现任何问题。

　　算算技术账：

　　虽然我国地源热泵技术起步较晚，在短短十几年内工程数量已跃居世界前列。

　　记者：目前我国地源热泵技术水平如何？

　　卫万顺：经过50年的发展，地源热泵技术在北美和欧洲已经比较成熟，逐渐形成了一套完善的计算方法、标准规范和施工工艺。虽然我国起步较晚，在短短十几年内工程数量已跃居世界前列。我们中心敢于在有影响的重大工程中推广应用浅层地温能资源。如北京奥运村为再生水热泵系统，北京花博园为地热+地源热泵系统，上海世博园为江水源+地源热泵系统。同时，为青岛市地源热泵用于地铁环境控制工程进行可行性研究，利用地下水或海水，用于地铁环境控制工程，在全国地铁是首创。

　　北京用友软件园地埋管地源热泵项目，空调系统采用燃气锅炉和冷水机组调峰的地源热泵及水蓄冷、蓄热系统，末端采用热泵专用的风机盘管。该系统几乎集中了目前国内外采暖空调行业所有最先进的技术措施，热泵技术，变频技术、冰蓄冷、水蓄热蓄冷以及与土壤的换热技术有机合理地结合为一体，整个系统建设规模之大，综合性之强，技术措施之先进在国内尚属首例。

　　记者：目前还存在哪些问题？

　　卫万顺：由于浅层地温能资源开发方式、系统设计、利用效果受当地地质、水文地质、气象等条件制约，所以不同地区地质条件不同，所采取的开发利用方式也应不同。

　　岩土体热物理性质是浅层地温能资源量和热泵运行效率的关键因素，而岩土体又具有多孔性和随机结构等特点，表现在不同地质单元乃至同一地质单元上下游之间地层热物理参数也存在差距，可导致计算结果难以满足实际工程使用。加之我国开发利用浅层地温能资源呈区域化和规模化发展趋势，因此应加强对各种岩土体结构、地层的热物性参数、浅层地温能成因机理以及换热过程的实验研究和模拟分析，建立相应的传热模型，为地源热泵工程设计提供正确可靠的技术数据。另外，浅层地温能开发利用在国家节能减排的政策支持下，资源开发利用迅猛发展，已跃居世界前列，但与欧美国家相比我国尚没有可进行专门的岩土体热物性、传热机制和监测研究的国家级浅层地温能综合利用实验室。

　　同时，还没有相应的准入门槛和监管。在施工中，常常出现大马拉小车，或小马拉大车等现象，造成效率低或浪费。

　　算算经济账：

　　1平方米建筑初期投资约为250元至380元，比同样满足供暖、制冷和生活热水条件的燃气和空调系统等降低20%～30%。

　　记者：看来，浅层地温能是既环保又节能的宝贝。那要用这宝贝成本高吗？普通百姓用得起吗？

　　卫万顺：利用浅层地温能主要是运用地源热泵技术，根据地下土壤或地下水温度相对稳定的特性，通过输入少量的高品位电能，将低品位热能向高品位转移，来实现建筑物的供暖和制冷，其效能比可达到3，因此其在经济上比较划算。1平方米建筑初期投资约为250元至380元，比同样满足供暖、制冷和生活热水条件的燃气和空调系统等降低20%～30%。

　　节能的同时，运行成本低。热泵系统运行成本包括年消耗能源费用、热泵系统管理维护人员工资和热泵系统维修费三部分。热泵的年运行成本与常规供热制冷系统相比，具有以下特点：热泵装置不需要燃料输送费用和保管费、排渣运输费等；常规供热制冷系统检修周期较长，因锅炉设备与高温烟气接触，构件极易受损，而热泵系统只有两个部件运动，磨损少，平时无需任何检修；管理人员与劳动强度均可减少，节省工资开支；热泵系统消耗的是电能，因此主要开支是电费。根据实际工程运行统计，在地质条件适宜，系统配置合理的情况下，地源热泵与传统的中央空调系统相比，冬季采暖运行成本可以节约30%以上，夏季可以节约10%以上。

　　前面介绍过的用友软件园地源热泵系统，全年运行费用为33.28元/平方米，非常经济，被国家能源局评为“科技进步三等奖”。

　　资源就地取用，是解决本地能源紧缺有效途径。我国很多中部地区如武汉市本地能源紧缺，大部分需要外部的输送，这些地区应充分利用城市本地的可再生能源满足城市本地能源消费。而浅层地温能的就地取材的优点更适宜缓解当地的能源紧缺状况，节约资金。所以应提高浅层地温能在能耗中的比重。