淺層地溫能開發要因“地”制宜

□段金平 段海明

由于對地質條件的不甚了解，導致目前一些本應節能的地源熱泵項目并不節能，甚至一些本不適宜開發利用淺層地溫能的地區，居然成了開發利用示范區。中國地調局淺層地溫能研究與推廣中心總工程師冉偉彥表示，淺層地溫能的開發利用方式要根據不同地區對供暖和制冷的不同需求，更要根據一個地區的地質條件而定——

淺層地溫能開發要因“地”制宜

□段金平 段海明

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

4月2日，聯合國秘書長潘基文在視察肯尼亞奧卡瑞地熱發電站時呼吁，全球各國要加大對清潔能源的開發利用。美國總統奧巴馬在今年1月份的國情咨文中表示，希望到2035年美國80%的電力來自清潔能源。3月30日，奧巴馬宣布的《美國能源安全規劃》再次重申大力發展清潔能源，減少對國外石油的依賴。我國前不久發布的國民經濟發展第十二個五年規劃綱要中，明確提出要積極發展新能源。種種跡象表明，清潔能源正在日益受到關注，并將成為未來能源市場的主宰者。

地下200米以內土壤和地下水中所蘊藏的地溫熱能，采用熱泵技術進行采集利用后，不僅可以供暖，也可以制冷，而且環境效益很好。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地調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之外的廣大區域，尤其在中緯度，四季氣溫變化明顯的地區有較高的利用價值。就我國而言，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，同時也是淺層地溫能能夠發揮最大效用的地區。據估算，全國31個省（市、區）的287個地級市每年可利用的淺層地溫能的資源量相當于3.56億噸標準煤的發熱量，每年可減排二氧化碳9.32億噸。

由于地源熱泵技術發展的不均衡，淺層地溫能在世界各國的開發利用也是不平衡的。瑞士人在1921年最先提出地源熱泵的概念，到上世紀50年代，歐洲開始了研究地源熱泵的第一次高潮。但由于當時能源價格低，這種系統并不經濟，因而未得到推廣。直到上世紀70年代初，出現第一次世界能源危機，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、生產和安裝。自上世紀90年代以來，淺層地溫能開發利用步入快速發展時期，美國的地能中央空調系統每年以10%的速度穩步增長，歐洲各國的地源熱泵也以近30%的速度在遞增。2005年，全世界共有130萬臺地源熱泵、總裝機容量1.57萬兆瓦，到2010年，全世界裝機容量增加了2.3倍，美國、中國、瑞典、挪威、德國的總裝機容量世界領先。

我國開發利用淺層地溫能資源起步較晚，在上世紀80年代才開始地源熱泵領域的研究。受國際大環境影響以及地源熱泵自身所具備的節能、環保優勢，這項技術日益受到重視。近年來，地源熱泵技術已成為國內建筑節能和暖通空調界的熱門研究課題，并開始大量應用于工程實踐，掀起了一股地熱空調的熱潮。截至2011年2月，我國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。

忽視地質條件，導致節能工程不節能

淺層地溫能的開發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、水量不發生任何變化，不排放二氧化碳等氣體及灰塵，對外界的環境影響極小。與傳統的鍋爐供暖相比，地源熱泵系統對一次能源利用率可以達到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到節能和減排的“雙贏”，為解決建筑節能減排提供了一條重要途徑。近年來，我國淺層地溫能開發迅速，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目不重視地質勘查，而且對項目的設計、施工單位未設置準入條件，沒有資質要求，致使地源熱泵項目節能效果差別很大。”冉偉彥對目前地源熱泵行業內不經地質勘查、項目直接上馬的現狀表示非常擔憂。“目前從事地源熱泵技術研究的地勘單位非常少，而許多進行地源熱泵技術研究的單位又不懂地質專業知識，很多地源熱泵項目的設計是由地源熱泵設備經銷商完成的，往往忽視了地質條件對淺層地溫能開發利用的限制。”

冉偉彥介紹，淺層地溫能是蘊藏在地表以下一定深度內的低品位地熱資源，其分布狀態、運移規律、品位高低、開發利用方式等均受到地質體富水性和導熱性能等制約，特別是淺層地溫能開發利用工程中采集和釋放熱的能力和程度與當地地質環境組成、地質環境中流體部分的活動能力和巖土固體顆粒部分的熱傳導能力有直接的關系。我國地域遼闊，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，對供暖和制冷的需求也不一樣。而且我國各省市地質情況千差萬別，有的城市處于平原，有的城市處于山區，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濟性都有很大區別。即使在同一地區，由于地層顆粒度及含水層厚度、滲透系數等條件的差別，不同地段的淺層地溫能的開發利用也可能不同。

“就是因為對地質情況不了解，有些根本不適宜開發利用淺層地溫能的地區，現在居然成了示范區。”冉偉彥說。淺層地溫能資源分布、資源量家底不清，使開發利用受到很大限制，甚至存在很大風險。

有資料顯示，北京的一些地區，地下水地源熱泵分布密集，極有可能導致幾個熱泵工程的部分地下水相互影響，導致熱泵效率降低等。有的項目位于永定河古河道沖洪積扇的下游，水文地質條件較差，回灌量不足抽水量的30%。調查發現，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條件較差的項目占項目總數的28.2%。

“開發利用超前，勘查評價滯后，造成的直接后果就是節能工程不節能。”冉偉彥進一步解釋說，由于不重視地質條件，缺乏淺層地溫能資源勘查評價的技術標準和測試技術，缺乏淺層地溫能開發利用后地質環境變化的長期監測數據，工程設計不合理，施工不規范，導致了地下水回灌情況不好，水資源浪費，不同水質層間污染擴散，熱污染等問題，進而導致效能低下，甚至工程失敗。

用好淺層地溫能，調查評價是基礎

大力發展淺層地溫能是大勢所趨，盡快開展淺層地溫能資源調查評價，摸清我國主要城市淺層地溫能資源家底勢在必行。

讓人值得欣慰的是，2008年12月，國土資源部下發了《關于大力推進淺層地溫能開發利用的通知》，從調查評價、編制規劃、加強監測三個方面，對推進我國淺層地溫能開發利用進行了部署。隨著天津市淺層地溫能調查評價與開發利用試點工作的完成，前不久，國土資源部啟動了全國29個省會級城市淺層地溫能的調查評價和開發利用工作。根據我國應對氣候變化規劃總體部署，國土資源部初步規劃，在10年時間內，每年增加地熱資源直接利用量400億千卡，增加高溫地熱資源發電500億千卡；探明淺層地溫能可開采量17000億千卡/年，可以替代2.6億噸標準煤，占我國目前能源消耗總量的8.5%（按2009年我國能源消費總量30.66億噸標準煤計），可減少6.8億噸二氧化碳的排放。

據冉偉彥介紹，在推進全國淺層地溫能調查評價工作中，中國地調局淺層地溫能研究與推廣中心將從多方面提供技術支持。據了解，國土資源部地質環境司、中國地質調查局借助該中心，已連續4年舉辦了5期全國性的淺層地溫能資源勘查評價和開發利用高級研修班暨學術交流會，為在全國范圍內推廣淺層地溫能儲備了人才。今后，該中心將依托部市合作，共建全國淺層地溫能研究與推廣中心和國家重點實驗室，為全國淺層地溫能開發利用提供基礎性的技術服務，開展相關技術攻關、儀器設備研制、政策法規研究等工作，制定行業資質管理辦法，加強行業準入管理，為推進淺層地溫能調查評價、用好淺層地溫能這一清潔能源而努力。

冉偉彥認為，要用好淺層地溫能，還需要社會各界共同努力，加強地質、建設、環保、財政等部門之間的聯合互動，超前關注淺層地溫能開發利用對地質環境的影響，研究推進淺層地溫能開發利用的優惠政策，不斷提高淺層地溫能資源的社會認知程度，從而讓淺層地溫能為構建資源集約型和環境友好型社會發揮更大作用。 （原載《中國礦業報》）