1、我國城市淺層地熱能開發(fā)利用現(xiàn)狀與趨勢慧聰空調制冷網近年來，淺層地熱能開發(fā)利用得到迅速發(fā)展，成為節(jié)能減排大軍中一股不可忽視的力量。北京約有2000萬m2的建筑利用淺層地熱能供暖和制冷，沈陽市已超過4300萬m2。北京國家大劇院和奧運村、上海世博會等標志性工程都使用了地源熱泵系統(tǒng)。作為可再生能源之一，淺層地熱能開發(fā)利用工作將成為城市地質工作中的重要部分，做好城市地質工作中淺層地熱能開發(fā)利用工作，對生態(tài)城市建設和節(jié)能環(huán)保發(fā)展具有十分重要的意義。 一、我國淺層地熱能 （一）淺層地熱能資源 地熱能是可再生的清潔能源，按照埋藏深度，200米以淺的稱為淺層地熱能，淺層地熱能的溫度略高于當?shù)仄骄鶜鉁?5，溫度

2、比較穩(wěn)定，分布廣泛，開發(fā)利用方便，具有十分廣闊的開發(fā)利用前景。淺層地熱能的利用，主要是通過熱泵技術的熱交換方式，將賦存于地層中的低品位熱源轉化為可以利用的高品位熱源，既可以供熱，又可以制冷。開發(fā)淺層地熱能，可以改善我國能源消費結構，減少二氧化碳排放。 （二）我國淺層地熱能應用潛力 我國淺層地熱能資源十分豐富。最新數(shù)據表明，我國287個地級以上城市淺層地熱能資源量為每年2.781020J，相當于95億噸標準煤。每年淺層地熱能可利用資源量為2.891012kWh，相當于3.56億噸標準煤?？鄢_發(fā)消耗電量，則每年可節(jié)能2.021012kWh，相當于標準煤2.48億噸，減少二氧化碳排放6.52億噸。

3、到2015年，我國利用的淺層地熱能資源量將達到4.261011kWh，相當于5269萬噸標準煤（占我國淺層地熱能可利用資源總量的14.8%）。 （三）地源熱泵技術 地源熱泵技術的進步是帶動淺層地熱能開發(fā)利用的關鍵因素，實踐證明，利用地源熱泵技術開發(fā)淺層地熱能是實現(xiàn)節(jié)能減排十分有效的途徑。 1912年瑞士人首先提出了地源熱泵技術，1946年第一個地源熱泵系統(tǒng)在美國俄勒岡州誕生。1974年起，瑞士、荷蘭和瑞典等國政府逐步資助建立了示范工程。20世紀80年代后期，地源熱泵技術日臻成熟，其節(jié)能和減排效果得到了普遍認可。2010年世界地熱大會的統(tǒng)計數(shù)據，地源熱泵的年利用能量達到了TJ（1012焦耳），與

4、2005年世界地熱大會的統(tǒng)計數(shù)據相比，五年內增長了2.45倍，平均年增長率達到了19.7%。2010年世界地熱大會的統(tǒng)計的地源熱泵的設備容量為35236MWt（兆瓦熱量），其在五年間增長了2.29倍，平均年增長率為18.0%。 二、淺層地熱能開發(fā)利用現(xiàn)狀 我國起步較晚，九十年代才引入地源熱泵技術。清華大學徐秉業(yè)教授把這項技術引入中國，從此開啟了地源熱泵技術在中國的發(fā)展潮流。我國利用地源熱泵技術開發(fā)淺層地熱能與國外相比，雖然起步晚，但發(fā)展很快，其范圍之廣、規(guī)模之大已遠超國外。據初步統(tǒng)計，目前在全國范圍內，除港澳臺地區(qū)外，31個省、市、直轄市、自治區(qū)均有開發(fā)淺層地熱能的地源熱泵系統(tǒng)工程。應用淺層地

5、熱能供暖制冷的建筑物面積1.4億m2，淺層地熱能供暖、制冷的單位（住宅小區(qū)、學校、工廠等）約3400個，80%集中在華北和東北南部地區(qū)，包括北京、天津、河北、遼寧、河南、山東等省市。北京約有2000萬m2的建筑利用淺層地熱能供暖和制冷，沈陽已超過4300萬m2。據估算，2010年淺層地熱能的開發(fā)利用，使我國二氧化碳減排約2200萬噸。 （一）政策推廣 為促進淺層地熱能開發(fā)利用，北京市、沈陽市和國家有關部門先后出臺了有關文件。2006年5月，北京市發(fā)改委等九個部門聯(lián)合印發(fā)了北京市關于發(fā)展熱泵系統(tǒng)的指導意見，對選用地下（表）水地源熱泵的每平方米補助35元，選用地埋管地源熱泵和再生水地源熱泵的，每平

6、方米補助50元。2007年月，沈陽市出臺了地源熱泵系統(tǒng)建設應用管理辦法，凡符合城市供熱規(guī)劃和地源熱泵技術推廣應用規(guī)劃要求，并具備應用地源熱泵技術條件的新建、改建、擴建項目，以及耗能大的單位，應當建立地源熱泵系統(tǒng)。 2009年7月，財政部、住房城鄉(xiāng)建設部下發(fā)了關于印發(fā)可再生能源建筑應用城市示范實施方案的通知，對納入示范的城市，中央財政將予以專項補助5000萬元；對推廣應用面積大，技術類型先進適用，能源替代效果好，能力建設突出，資金運用實現(xiàn)創(chuàng)新，將相應調增補助額度，每個示范城市資金補助最高不超過8000萬元。通知中的“可再生能源”即為太陽能和淺層地熱能。 此外，各地方政府也先后出臺了一系列發(fā)展地源

7、熱泵技術的相關政策和措施。 （二）淺層地熱能資源調查評價 淺層地熱能資源調查評價是淺層地熱能利用的基礎工作，決定淺層地熱能利用的科學性和可持續(xù)性。2008年，國土資源部在全國啟動了淺層地熱能調查評價試點工作，并于當年印發(fā)了關于大力推進淺層地溫能開發(fā)利用的通知，發(fā)布了淺層地溫能勘查技術規(guī)范，成立了淺層地溫能研究推廣中心。國土資源部在2009年制定的國土資源系統(tǒng)應對全球氣候變化工作方案和2010年印發(fā)的關于做好“應對全球氣候變化地質響應與對策”有關工作的通知中，又對淺層地熱能調查評價與開發(fā)利用工作進行了再部署。 自2008年國土資源部下發(fā)了開展淺層地熱資源調查工作通知后，全國各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）

8、市根據淺層地溫能勘查技術規(guī)范分別對轄區(qū)內適宜開發(fā)利用淺層地熱能的主要大中城市，以及經濟發(fā)展規(guī)劃區(qū)開展淺層地熱能調查。 目前，此項工作已經在各省、自治區(qū)、直轄市國土資源系統(tǒng)進行?，F(xiàn)已經完成的有北京市、河北省和天津市等。 重要成果：天津淺層地熱資源調查評價工作 2009年至2010年，國土資源部和天津市聯(lián)合開展了“天津市淺層地溫能調查評價與開發(fā)利用”試點工作。試點工作包括淺層地熱能調查評價、開發(fā)利用規(guī)劃編制、地熱動態(tài)監(jiān)測網建設和淺層地熱能利用示范工程建設等四項工作，試點工作取得了一系列重要成果。 一是全面完成了天津市淺層地熱能資源調查，查明了天津市淺層地熱能分布特點和賦存條件，評價了資源量和開發(fā)利

9、用潛力。計算出淺層地熱能的可利用資源量為1748萬億kJ，冬季可供暖面積13.4億m2，夏季可制冷面積12.6億m2。每年淺層地熱能可利用資源量全部開發(fā)可節(jié)約標準煤5974萬噸，扣除開采的電能消耗，可節(jié)約標準煤4480萬噸，減少向大氣排放二氧化碳等1.17億噸，減少環(huán)境治理費用15.32億元。 二是在調查評價的基礎上，結合天津市社會經濟發(fā)展、城市建設和土地利用規(guī)劃，編制完成了天津市淺層地溫能資源開發(fā)利用規(guī)劃，劃定了開發(fā)適宜區(qū)，分別圈定了適宜地下水、地埋管開發(fā)方式的地段，提出了合理的開發(fā)利用規(guī)模。 三是實施了梅江會展中心等10個具有代表性的淺層地熱能開發(fā)利用示范工程。通過示范工程建設，提出了工程

10、建設與管理的標準和要求，為淺層地熱能開發(fā)利用規(guī)范化建設提供了依據。10個示范工程項目總供熱、制冷面積約100萬m2，建成后每年可節(jié)約標準煤4萬噸，減少排放二氧化碳等10萬噸。 四是建立了由12個動態(tài)監(jiān)測站、1個試驗場和1個試驗研究基地組成的淺層地熱能動態(tài)監(jiān)測網，制定了地埋管地源熱泵動態(tài)監(jiān)測技術規(guī)程。 五是為實現(xiàn)統(tǒng)一管理、科學規(guī)劃、有序開發(fā)、合理利用淺層地熱能資源，全面系統(tǒng)地開展了政策研究工作，完成了淺層地熱能資源開發(fā)利用相關政策研究報告和關于推進天津市淺層地溫能開發(fā)利用工作的建議。 （三）可再生能源建筑應用項目示范及城市示范 住房城鄉(xiāng)建設部2006年啟動了可再生能源建筑應用示范項目，示范項目具

11、有典型性、代表性，技術類型上以太陽能和淺層地熱能為主。到現(xiàn)在為止成功實行了四批示范項目。四批示范項目371個，第一批25個，第二批57個，第三批130個，第四批159個，總補貼金額約26億元。 住房城鄉(xiāng)建設部2009年啟動了可再生能源建筑應用城市示范，對納入示范的城市，中央財政將予以專項補助。目前，納入示范的城市有44個，資金補助基準為每個示范城市5000萬元，具體根據2年內應用面積、推廣技術類型、能源替代效果、能力建設情況等因素綜合核定，切塊到省。推廣應用面積大，技術類型先進適用，能源替代效果好，能力建設突出，資金運用實現(xiàn)創(chuàng)新，將相應調增補助額度，每個示范城市資金補助最高不超過8000萬元；

12、相反，將相應調減補助額度。 （四）存在問題 由于淺層地熱能利用較傳統(tǒng)地熱資源利用發(fā)展晚，且涉及多領域、多行業(yè)，開發(fā)利用過程中也存在一些問題。 1.工程前期未進行淺層地熱能資源勘查評價 地源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)范(GB50366-2005)強制要求地源熱泵系統(tǒng)方案設計前，應進行工程場地現(xiàn)狀調查，并對淺層地熱能資源進行場地勘察。 然而，很多工程設計前都沒有進行勘察工作，一方面在地下水地源熱泵不適宜區(qū)采用了此換熱方式，造成系統(tǒng)建成后產生耗電量大、系統(tǒng)COP低、運行不穩(wěn)定、回灌困難，甚至系統(tǒng)報廢等問題；另一方面根據其經驗布設換熱孔，導致大量浪費。 2.設計參數(shù)依據不足 部分地源熱泵工程由熱泵提供方進行設

13、計，一些商家在設計時，完全憑借經驗，以最簡單的估計模式去設計系統(tǒng)，不少企業(yè)在設計時并沒有做負荷分析，只是簡單地選擇一個經驗數(shù)據。由于設計參數(shù)依據不足，導致一些系統(tǒng)設計出現(xiàn)“大馬拉小車”或者設計負荷不足的現(xiàn)象。 3.缺乏可靠的技術支撐 第一，地下水回灌技術不夠完善，成井工藝有待提高。地下水地源熱泵工程的成井口徑、填礫層厚度、濾水管類型及濾料的選用對回灌量均有較大影響，大多數(shù)施工單位未掌握回灌井施工技術，特別是成井口徑、填礫層厚度、濾水管類型及濾料的選用等，造成許多井不能正常回灌。 第二，部分用戶取水系統(tǒng)的設計、安裝存在一些問題。部分用戶設備安裝不配套（無測壓管、多無精濾裝置）。熱泵系統(tǒng)安裝密封性

14、差，回灌困難，大部分單位每年都需洗井。 第三，部分用戶水源井地層層位確定存在較大的問題，特別是選用第1I含水組地層做為采灌井利用層位時，普遍存在水位偏淺，回灌困難的問題。 第四，部分熱泵運行管理不夠完善，導致回灌運行管理不規(guī)范。一些單位缺乏基本的常識，近三分之一工程運行不回揚，多數(shù)工程運行記錄不完整（多無抽水及回灌水水溫、水量、水位），有些工程存在混層采灌水的問題。 4.管理體制不健全 淺層地熱能開發(fā)利用行政監(jiān)督管理主體不明確，監(jiān)督管理所依據的法律、法規(guī)、政策、標準欠缺，造成淺層地熱能開發(fā)利用秩序混亂。主要表現(xiàn)在項目沒有報批登記手續(xù)，不按地質條件開發(fā)，施工隊伍資質、施工過程監(jiān)管空白，驗收標準不

15、統(tǒng)一。 5.缺乏對淺層地熱能資源開發(fā)利用動態(tài)監(jiān)測 近年來，全國各地建成了大量的地源熱泵系統(tǒng)，但尚未建立地源熱泵地下?lián)Q熱系統(tǒng)監(jiān)測體系，缺少對地源熱泵系統(tǒng)中溫度、水位、水質等動態(tài)變化的監(jiān)測，無法評價淺層地熱能資源開發(fā)利用對地質環(huán)境的影響；大多數(shù)地源熱泵工程系統(tǒng)中都沒有安裝必要的節(jié)能計量裝置，如溫度表、流量計、功率表等，使得項目的節(jié)能計算工作存在一定困難，同時也不便于管理部門的進一步節(jié)能評定工作。 三、淺層地熱能開發(fā)利用發(fā)展趨勢 （一）繼續(xù)推進淺層地熱能資源調查評價工作 推進淺層地熱能資源調查評價工作是地源熱泵技術發(fā)展的基礎，“十二五”期間，淺層地熱能資源調查評價與開發(fā)利用工作將繼續(xù)成為城市地質工作

16、的重點。工作的主要任務是查明我國主要城市淺層地熱能分布特點和賦存條件，評價資源量及開發(fā)利用潛力，編制開發(fā)利用規(guī)劃，建立監(jiān)測網絡，推動淺層地熱開發(fā)利用示范城市建設。 國土資源部“十二五”工作部署中，2012年前將完成省會級城市調查評價工作，2015年前完成地級市和部分重點縣級城鎮(zhèn)調查評價工作。2011年29個省會級城市淺層地熱能調查評價項目年內分兩批實施。第一批實施的城市包括石家莊、呼和浩特、沈陽、長春、杭州、合肥、濟南、鄭州、重慶、西安、蘭州、烏魯木齊等12個城市。第二批實施的城市包括太原、哈爾濱、上海、南京、福州、南昌、武漢、長沙、廣州、南寧、海口、成都、貴陽、昆明、拉薩、西寧、銀川等17個

17、城市。 其目標是： （1）初步查清主要大中城市的淺層地熱能賦存、分布特征及相應的水文地質工程地質特征，測試巖土體熱物性參數(shù)，估算可利用資源量。（2）開展淺層地熱能利用工程（地下水、地源熱泵系統(tǒng)）適宜區(qū)劃分。 （3）選擇有代表性的12個城市建立監(jiān)測實驗區(qū)。對已運行工程進行地下（巖土、水）溫度場的監(jiān)測（至少1個運行周期）工作，評價地源熱泵工程對地質環(huán)境的影響，同時記錄運行工況和能耗，計算換熱能效比，檢驗項目節(jié)能效果。 （4）制定相關技術標準，建立淺層地熱能開發(fā)利用適宜區(qū)劃分、評價數(shù)據庫。為合理開發(fā)利用淺層地熱資源提供基礎數(shù)據，為政府宏觀規(guī)劃與科學管理提供決策依據。 （5）在調查評價的基礎上，結合當?shù)匦姓^(qū)域可再生能源開發(fā)利用中長期目標，編制完成主要城市（鎮(zhèn)）淺層地熱能開發(fā)利用專項規(guī)劃。 （二）加大科研實力和技術創(chuàng)新 加強相關技術研發(fā)與投入，提高淺層地熱能利用效率。 （1）加強淺層巖土熱物性測試的研究； （2）建立不同地層熱物性數(shù)據庫； （3）開展不同換熱方式地下傳熱模型的模擬試驗； （4）建立地溫場長期觀測，包括換熱井及周圍地層溫度、水位、水質以及換熱（換冷）情況，了解（監(jiān)測）其變化規(guī)律，特別是換熱井回灌能力和溫度恢復情況； （5）觀測地下?lián)Q熱系統(tǒng)的實際換熱（換冷)效果，測量地層熱流值及熱傳導系數(shù)。 （三）積極參與示范