□段金平 段海明

由于對(duì)地質(zhì)條件的不甚了解，導(dǎo)致目前一些本應(yīng)節(jié)能的地源熱泵項(xiàng)目并不節(jié)能，甚至一些本不適宜開發(fā)利用淺層地溫能的地區(qū)，居然成了開發(fā)利用示范區(qū)。中國(guó)地調(diào)局淺層地溫能研究與推廣中心總工程師冉偉彥表示，淺層地溫能的開發(fā)利用方式要根據(jù)不同地區(qū)對(duì)供暖和制冷的不同需求，更要根據(jù)一個(gè)地區(qū)的地質(zhì)條件而定——

淺層地溫能開發(fā)要因“地”制宜

□段金平 段海明

在地球上的傳統(tǒng)能源越來越枯竭，而且碳排放量過高的今天，世界各國(guó)都在積極尋找新的清潔的可替代能源。

4月2日，聯(lián)合國(guó)秘書長(zhǎng)潘基文在視察肯尼亞奧卡瑞地?zé)岚l(fā)電站時(shí)呼吁，全球各國(guó)要加大對(duì)清潔能源的開發(fā)利用。美國(guó)總統(tǒng)奧巴馬在今年1月份的國(guó)情咨文中表示，希望到2035年美國(guó)80%的電力來自清潔能源。3月30日，奧巴馬宣布的《美國(guó)能源安全規(guī)劃》再次重申大力發(fā)展清潔能源，減少對(duì)國(guó)外石油的依賴。我國(guó)前不久發(fā)布的國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展第十二個(gè)五年規(guī)劃綱要中，明確提出要積極發(fā)展新能源。種種跡象表明，清潔能源正在日益受到關(guān)注，并將成為未來能源市場(chǎng)的主宰者。

地下200米以內(nèi)土壤和地下水中所蘊(yùn)藏的地溫?zé)崮?，采用熱泵技術(shù)進(jìn)行采集利用后，不僅可以供暖，也可以制冷，而且環(huán)境效益很好。作為一種可再生的清潔能源，淺層地溫能正在成為清潔能源大軍中一股不可忽視的力量。

為此，記者日前采訪了中國(guó)地調(diào)局淺層地溫能研究與推廣中心總工程師冉偉彥，聽他講述如何開發(fā)利用好淺層地溫能這一綠色清潔能源。

淺層地溫能分布廣泛，可利用前景廣闊

冉偉彥介紹說，淺層地溫能資源廣泛分布于除赤道附近和高緯度地區(qū)之外的廣大區(qū)域，尤其在中緯度，四季氣溫變化明顯的地區(qū)有較高的利用價(jià)值。就我國(guó)而言，地處北緯30°～42°的大量城市是冬冷夏熱需要冷、暖雙供的地區(qū)，同時(shí)也是淺層地溫能能夠發(fā)揮最大效用的地區(qū)。據(jù)估算，全國(guó)31個(gè)?。ㄊ?、區(qū)）的287個(gè)地級(jí)市每年可利用的淺層地溫能的資源量相當(dāng)于3.56億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的發(fā)熱量，每年可減排二氧化碳9.32億噸。

由于地源熱泵技術(shù)發(fā)展的不均衡，淺層地溫能在世界各國(guó)的開發(fā)利用也是不平衡的。瑞士人在1921年最先提出地源熱泵的概念，到上世紀(jì)50年代，歐洲開始了研究地源熱泵的第一次高潮。但由于當(dāng)時(shí)能源價(jià)格低，這種系統(tǒng)并不經(jīng)濟(jì)，因而未得到推廣。直到上世紀(jì)70年代初，出現(xiàn)第一次世界能源危機(jī)，地源熱泵才開始日益受到重視。在政府的資助下，許多公司開始了地源熱泵的研究、生產(chǎn)和安裝。自上世紀(jì)90年代以來，淺層地溫能開發(fā)利用步入快速發(fā)展時(shí)期，美國(guó)的地能中央空調(diào)系統(tǒng)每年以10%的速度穩(wěn)步增長(zhǎng)，歐洲各國(guó)的地源熱泵也以近30%的速度在遞增。2005年，全世界共有130萬臺(tái)地源熱泵、總裝機(jī)容量1.57萬兆瓦，到2010年，全世界裝機(jī)容量增加了2.3倍，美國(guó)、中國(guó)、瑞典、挪威、德國(guó)的總裝機(jī)容量世界領(lǐng)先。

我國(guó)開發(fā)利用淺層地溫能資源起步較晚，在上世紀(jì)80年代才開始地源熱泵領(lǐng)域的研究。受國(guó)際大環(huán)境影響以及地源熱泵自身所具備的節(jié)能、環(huán)保優(yōu)勢(shì)，這項(xiàng)技術(shù)日益受到重視。近年來，地源熱泵技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)建筑節(jié)能和暖通空調(diào)界的熱門研究課題，并開始大量應(yīng)用于工程實(shí)踐，掀起了一股地?zé)峥照{(diào)的熱潮。截至2011年2月，我國(guó)淺層地溫能利用的建筑面積已超過1.3億平方米，每年可減少二氧化碳排放4000萬噸，其中80%的項(xiàng)目集中在遼寧、北京、河南、河北、山東、湖北和天津等地。

忽視地質(zhì)條件，導(dǎo)致節(jié)能工程不節(jié)能

淺層地溫能的開發(fā)利用只通過消耗少量電能，就能從淺層土體或地下水中提取大量的熱量或冷量，而地下水的水質(zhì)、水量不發(fā)生任何變化，不排放二氧化碳等氣體及灰塵，對(duì)外界的環(huán)境影響極小。與傳統(tǒng)的鍋爐供暖相比，地源熱泵系統(tǒng)對(duì)一次能源利用率可以達(dá)到90%以上，而中型鍋爐房則僅為65%左右。

可以說，利用淺層地溫能可以達(dá)到節(jié)能和減排的“雙贏”，為解決建筑節(jié)能減排提供了一條重要途徑。近年來，我國(guó)淺層地溫能開發(fā)迅速，一些地方政府以極大的熱情和力度推廣淺層地溫能，但開發(fā)過程中存在的一系列問題也逐漸凸顯出來。

“最突出的是地源熱泵項(xiàng)目不重視地質(zhì)勘查，而且對(duì)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工單位未設(shè)置準(zhǔn)入條件，沒有資質(zhì)要求，致使地源熱泵項(xiàng)目節(jié)能效果差別很大?！比絺?duì)目前地源熱泵行業(yè)內(nèi)不經(jīng)地質(zhì)勘查、項(xiàng)目直接上馬的現(xiàn)狀表示非常擔(dān)憂?！澳壳皬氖碌卦礋岜眉夹g(shù)研究的地勘單位非常少，而許多進(jìn)行地源熱泵技術(shù)研究的單位又不懂地質(zhì)專業(yè)知識(shí)，很多地源熱泵項(xiàng)目的設(shè)計(jì)是由地源熱泵設(shè)備經(jīng)銷商完成的，往往忽視了地質(zhì)條件對(duì)淺層地溫能開發(fā)利用的限制?！?/p>

冉偉彥介紹，淺層地溫能是蘊(yùn)藏在地表以下一定深度內(nèi)的低品位地?zé)豳Y源，其分布狀態(tài)、運(yùn)移規(guī)律、品位高低、開發(fā)利用方式等均受到地質(zhì)體富水性和導(dǎo)熱性能等制約，特別是淺層地溫能開發(fā)利用工程中采集和釋放熱的能力和程度與當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)環(huán)境組成、地質(zhì)環(huán)境中流體部分的活動(dòng)能力和巖土固體顆粒部分的熱傳導(dǎo)能力有直接的關(guān)系。我國(guó)地域遼闊，從南到北地溫和氣溫的分布不同，即使同一緯度，海拔高度不一樣，對(duì)供暖和制冷的需求也不一樣。而且我國(guó)各省市地質(zhì)情況千差萬別，有的城市處于平原，有的城市處于山區(qū)，如同樣位于沿海的青島、大連屬于濱海山地型，而上海、天津則屬于濱海平原型，由于覆蓋厚度不同，所采取的換熱方式和經(jīng)濟(jì)性都有很大區(qū)別。即使在同一地區(qū)，由于地層顆粒度及含水層厚度、滲透系數(shù)等條件的差別，不同地段的淺層地溫能的開發(fā)利用也可能不同。

“就是因?yàn)閷?duì)地質(zhì)情況不了解，有些根本不適宜開發(fā)利用淺層地溫能的地區(qū)，現(xiàn)在居然成了示范區(qū)。”冉偉彥說。淺層地溫能資源分布、資源量家底不清，使開發(fā)利用受到很大限制，甚至存在很大風(fēng)險(xiǎn)。

有資料顯示，北京的一些地區(qū)，地下水地源熱泵分布密集，極有可能導(dǎo)致幾個(gè)熱泵工程的部分地下水相互影響，導(dǎo)致熱泵效率降低等。有的項(xiàng)目位于永定河古河道沖洪積扇的下游，水文地質(zhì)條件較差，回灌量不足抽水量的30%。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，北京目前已建的地下水地源熱泵，位于沖洪積扇下部或水文地質(zhì)條件較差的項(xiàng)目占項(xiàng)目總數(shù)的28.2%。

“開發(fā)利用超前，勘查評(píng)價(jià)滯后，造成的直接后果就是節(jié)能工程不節(jié)能。”冉偉彥進(jìn)一步解釋說，由于不重視地質(zhì)條件，缺乏淺層地溫能資源勘查評(píng)價(jià)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)試技術(shù)，缺乏淺層地溫能開發(fā)利用后地質(zhì)環(huán)境變化的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，工程設(shè)計(jì)不合理，施工不規(guī)范，導(dǎo)致了地下水回灌情況不好，水資源浪費(fèi)，不同水質(zhì)層間污染擴(kuò)散，熱污染等問題，進(jìn)而導(dǎo)致效能低下，甚至工程失敗。

用好淺層地溫能，調(diào)查評(píng)價(jià)是基礎(chǔ)

大力發(fā)展淺層地溫能是大勢(shì)所趨，盡快開展淺層地溫能資源調(diào)查評(píng)價(jià)，摸清我國(guó)主要城市淺層地溫能資源家底勢(shì)在必行。

讓人值得欣慰的是，2008年12月，國(guó)土資源部下發(fā)了《關(guān)于大力推進(jìn)淺層地溫能開發(fā)利用的通知》，從調(diào)查評(píng)價(jià)、編制規(guī)劃、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)三個(gè)方面，對(duì)推進(jìn)我國(guó)淺層地溫能開發(fā)利用進(jìn)行了部署。隨著天津市淺層地溫能調(diào)查評(píng)價(jià)與開發(fā)利用試點(diǎn)工作的完成，前不久，國(guó)土資源部啟動(dòng)了全國(guó)29個(gè)省會(huì)級(jí)城市淺層地溫能的調(diào)查評(píng)價(jià)和開發(fā)利用工作。根據(jù)我國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化規(guī)劃總體部署，國(guó)土資源部初步規(guī)劃，在10年時(shí)間內(nèi)，每年增加地?zé)豳Y源直接利用量400億千卡，增加高溫地?zé)豳Y源發(fā)電500億千卡；探明淺層地溫能可開采量17000億千卡/年，可以替代2.6億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，占我國(guó)目前能源消耗總量的8.5%（按2009年我國(guó)能源消費(fèi)總量30.66億噸標(biāo)準(zhǔn)煤計(jì)），可減少6.8億噸二氧化碳的排放。

據(jù)冉偉彥介紹，在推進(jìn)全國(guó)淺層地溫能調(diào)查評(píng)價(jià)工作中，中國(guó)地調(diào)局淺層地溫能研究與推廣中心將從多方面提供技術(shù)支持。據(jù)了解，國(guó)土資源部地質(zhì)環(huán)境司、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局借助該中心，已連續(xù)4年舉辦了5期全國(guó)性的淺層地溫能資源勘查評(píng)價(jià)和開發(fā)利用高級(jí)研修班暨學(xué)術(shù)交流會(huì)，為在全國(guó)范圍內(nèi)推廣淺層地溫能儲(chǔ)備了人才。今后，該中心將依托部市合作，共建全國(guó)淺層地溫能研究與推廣中心和國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，為全國(guó)淺層地溫能開發(fā)利用提供基礎(chǔ)性的技術(shù)服務(wù)，開展相關(guān)技術(shù)攻關(guān)、儀器設(shè)備研制、政策法規(guī)研究等工作，制定行業(yè)資質(zhì)管理辦法，加強(qiáng)行業(yè)準(zhǔn)入管理，為推進(jìn)淺層地溫能調(diào)查評(píng)價(jià)、用好淺層地溫能這一清潔能源而努力。

冉偉彥認(rèn)為，要用好淺層地溫能，還需要社會(huì)各界共同努力，加強(qiáng)地質(zhì)、建設(shè)、環(huán)保、財(cái)政等部門之間的聯(lián)合互動(dòng)，超前關(guān)注淺層地溫能開發(fā)利用對(duì)地質(zhì)環(huán)境的影響，研究推進(jìn)淺層地溫能開發(fā)利用的優(yōu)惠政策，不斷提高淺層地溫能資源的社會(huì)認(rèn)知程度，從而讓淺層地溫能為構(gòu)建資源集約型和環(huán)境友好型社會(huì)發(fā)揮更大作用。 （原載《中國(guó)礦業(yè)報(bào)》）