北京市淺層地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及對策研究

■ 王 靜/成喜雨

（1.北京節(jié)能環(huán)保促進(jìn)會，北京 100195；2.北京交通大學(xué)理學(xué)院生命科學(xué)與生物工程研究院，北京 100044）

隨著經(jīng)濟(jì)快速增長，能源形勢日趨嚴(yán)峻，淺層地?zé)崮茏鳛橐环N重要的新型能源，其開發(fā)利用成為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑[1]。淺層地?zé)崮苁谴嬖谟诘貧は陆韺訑?shù)百米內(nèi)恒溫帶中的土壤、砂巖和地下水里的低溫地?zé)豳Y源[2]，是一種優(yōu)質(zhì)的清潔能源，具有清潔環(huán)保、可再生、分布廣、儲量大、可用性高等特點。

北京市的淺層地?zé)豳Y源利用歷史悠久，最早能追溯到《魏土地志》中對昌平縣新湯泉的記載。近年來，北京市淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用得到迅速發(fā)展，地?zé)峋倲?shù)已經(jīng)超過300眼，地?zé)豳Y源廣泛應(yīng)用于地?zé)岵膳?、洗浴、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)種養(yǎng)植等領(lǐng)域，并取得了巨大的經(jīng)濟(jì)及社會效益。地?zé)豳Y源的開發(fā)利用已成為北京市具有一定規(guī)模的朝陽產(chǎn)業(yè)[3]，成為節(jié)能減排大軍中不可忽視的力量。

1 北京市淺層地?zé)豳Y源概況

北京市地?zé)豳Y源類型為低溫沉積盆地型地?zé)豳Y源，水溫隨埋藏深度而遞增。地?zé)醿δ苤饕獊碜缘叵律钐幹行律鷰w層以下的中元古界薊縣系霧迷山組和鐵嶺組的巨厚沉積碳酸鹽巖層、新元古界青白口系以及古生界寒武系和奧陶系的碳酸鹽巖層。由于其厚度巨大，分布廣泛，并且構(gòu)造裂隙和巖溶都很發(fā)育，成為地?zé)崴槙车倪\(yùn)移通道。加之周邊地下水不斷補(bǔ)給，使沉積盆地內(nèi)熱儲相對突起的地段及主要導(dǎo)水?dāng)嗔褞У牡責(zé)崃黧w富集，形成地?zé)岙惓５貛Ш途哂虚_發(fā)利用價值的地?zé)崽?。地?zé)崽锏目臻g分布嚴(yán)格受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的控制。目前北京地區(qū)由西北向東南方向共有4條NE向地?zé)針?gòu)造帶，即：懷來——延慶地?zé)釒?、溫泉——沙河、小湯山地?zé)釒?、良鄉(xiāng)——城區(qū)——天竺——李遂地?zé)釒Ш陀苒摇P河營地?zé)釒?，共組成l0個地?zé)崽颷3]。經(jīng)勘查工作證實，北京平原區(qū)地下蘊(yùn)含的淺層地?zé)豳Y源，每年可以提供相當(dāng)于6620萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤的資源量，可滿足9.59億平方米供暖[4]。

2 北京市淺層地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 淺層地?zé)崮芾眉夹g(shù)

淺層地?zé)崮艿睦弥饕峭ㄟ^地源熱泵技術(shù)將賦存于地層中的低品位熱源，通過少量的電能，將其轉(zhuǎn)化為可利用的高品位熱源[5]，為建筑物供熱制冷。地源熱泵系統(tǒng)是由水源熱泵機(jī)組、地?zé)崮芙粨Q系統(tǒng)、建筑物內(nèi)系統(tǒng)組成[6]，其能效轉(zhuǎn)化比可達(dá)到1∶4，即消耗1千瓦的電能可以得到4千瓦的冷熱量。采用地源熱 泵技術(shù)可以大幅度降低用戶的能源使用費(fèi)用，同時，也可大量取代燃煤鍋爐，緩解環(huán)保的壓力[5]。

2.2 淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用現(xiàn)狀

北京地區(qū)開發(fā)淺層地?zé)崮芩玫臒岜孟到y(tǒng)主要包括：地下水源熱泵系統(tǒng)、土壤源熱泵系統(tǒng)、地?zé)嵛菜疅岜孟到y(tǒng)，廣泛應(yīng)用于辦公樓、住宅、學(xué)校、商場、賓館、醫(yī)院等。2008年奧運(yùn)會許多場館和國家大劇院都有不同程度的應(yīng)用，2009年北京市國際鮮花港首次在農(nóng)業(yè)設(shè)施上大規(guī)模利用地源熱泵[7]。2012年北京市淺層地?zé)崮芾每偭繛?4.5萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，比2011年增長44.1%，占全市可再生能源利用總量的15.7%，熱泵供暖服務(wù)面積達(dá)到1736.5萬平方米[8]。

2.3 北京市地源熱泵企業(yè)規(guī)模情況

據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2009年，北京市共有地源熱泵企業(yè)66家，注冊資金在3000萬元以上的企業(yè)僅8家，注冊資金在3000萬元以下的企業(yè)有58家，其中注冊資金小于200萬的企業(yè)有24家，這說明地源熱泵企業(yè)以中小企業(yè)居多。（見表1）

表1 北京市地源熱泵企業(yè)注冊規(guī)模一覽表

2.4 北京市地源熱泵產(chǎn)業(yè)類型分析

淺層地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)作為新興產(chǎn)業(yè)在北京市起步比較早，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)優(yōu)勢明顯，產(chǎn)業(yè)鏈條完整，其中，以系統(tǒng)集成單位居多，占比達(dá)到76%，使得淺層地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)的發(fā)展能夠保持在比較穩(wěn)定的水平。經(jīng)過多年發(fā)展，形成了一批骨干企業(yè)，如：華清集團(tuán)、恒有源集團(tuán)、同方人環(huán)等。他們不僅科研實力、產(chǎn)品技術(shù)更趨精進(jìn)，同時在管理能力、服務(wù)水平上也十分出色，這對北京地區(qū)整個淺層地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有一定的示范作用。

2.5 北京市淺層地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)的科研力量

北京市淺層地?zé)崮芾眉夹g(shù)的科研力量比較雄厚，國內(nèi)一些企業(yè)優(yōu)先從北京獲得技術(shù)和智力支持，在北京市和大專院校聯(lián)合設(shè)立實驗室和研發(fā)中心。例如：華清集團(tuán)擁有國內(nèi)首個地源熱泵系統(tǒng)實驗基地；恒有源科技發(fā)展有限公司擁有國家級企業(yè)技術(shù)中心；北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源與工程學(xué)院擁有“傳熱強(qiáng)化與過程節(jié)能”教育部重點實驗室和“傳熱與能源利用”北京重點實驗室。清華同方人工環(huán)境有限公司擁有北京市級企業(yè)技術(shù)中心，擁有6個大型性能檢測試驗中心，并與清華、中科院、北工大等多家高校和科研院所建立了合作關(guān)系，擁有3家聯(lián)合實驗室。

3 北京市淺層地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題

雖然國家和北京市出臺了一系列的鼓勵措施，使得淺層地?zé)崮軕?yīng)用發(fā)展很快，但由于地源泵技術(shù)在我國的應(yīng)用時間不長，一些規(guī)程規(guī)范還不盡完善，使得全面推廣應(yīng)用地源熱泵技術(shù)存在一些問題。

3.1 缺乏淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用的宏觀指導(dǎo)

開發(fā)利用淺層地?zé)崮埽紫纫辈樵u價項目所在地的地質(zhì)條件，確定淺層地?zé)崮芸砷_發(fā)利用的區(qū)域及合理利用量，預(yù)測開發(fā)利用淺層地?zé)崮墚a(chǎn)生的環(huán)境影響。雖然北京市已經(jīng)初步開展了淺層地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查評價和地下水源熱泵適宜性評價等工作，但尚未建立公共淺層地?zé)崮芾玫刭|(zhì)條件信息數(shù)據(jù)庫和管理系統(tǒng)，缺乏對淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用前期的宏觀指導(dǎo)，使得淺層地?zé)崮艿拈_發(fā)存在一定的盲目性。

3.2 淺層地?zé)崮芷髽I(yè)水平良莠不齊

隨著淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用規(guī)模的擴(kuò)大，吸引了國內(nèi)外企業(yè)蜂擁進(jìn)入淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用市場。大多數(shù)公司根本不具備系統(tǒng)測試能力和設(shè)計能力，缺乏對地下?lián)Q熱系統(tǒng)長期運(yùn)行的地下溫度變化、地下水的回灌、地下水位下降、水資源二次污染等問題的考慮，而且該行業(yè)的門檻不高，對隱蔽施工的監(jiān)理機(jī)制也不夠健全，執(zhí)行力度較弱，造成了施工質(zhì)量不高、設(shè)計不合理、運(yùn)行不科學(xué)、管理不到位的現(xiàn)象，直接影響了淺層地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

3.3 淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用技術(shù)研發(fā)滯后

我國淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用規(guī)模在十幾萬平方米的工程很多，甚至很多城市都有20—30萬平方米的工程，這些工程利用現(xiàn)有技術(shù)，使得大量地埋管換熱器集中在一個地塊，項目長期運(yùn)行后，在中間部位的換熱器換熱能力大大下降，從而影響整個地源熱泵系統(tǒng) 的效率，甚至可能會導(dǎo)致系統(tǒng)的癱瘓[9]。

3.4 工程設(shè)計方法需進(jìn)一步完善

目前工程設(shè)計是根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)估計土壤的換熱能力，并直接確定埋管的數(shù)量和地?zé)峋纳疃?，但不同的土壤資源情況不同，根據(jù)估算的結(jié)果來設(shè)計、施工、安裝，很大程度上會導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)問題，甚至出現(xiàn)取熱（冷）效果差，熱泵機(jī)組停機(jī)。

4 北京市淺層地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展對策建議

4.1 制定發(fā)展規(guī)劃，引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展

結(jié)合全市城鄉(xiāng)規(guī)劃、土地利用總體規(guī)劃，依據(jù)北京市水文地質(zhì)條件，劃分熱泵適用區(qū)，估算該區(qū)域淺層地?zé)崮苜Y源量，加快編制切合實際的淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用規(guī)劃，明確維護(hù)利用淺層地?zé)崮艿南鄳?yīng)目標(biāo)，指導(dǎo)全市淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用。

4.2 加強(qiáng)監(jiān)督管理，規(guī)范行業(yè)行為

對淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用的相關(guān)管理部門明確監(jiān)管責(zé)任，避免行政部門職能交叉。對淺層地?zé)崮艿目辈樵u價、地源熱泵工程建設(shè)單位實行市場準(zhǔn)入制，維持淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用的可持續(xù)性；對從業(yè)人員實行職業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，持證上崗等制度；在地源熱泵技術(shù)的檢測認(rèn)證、設(shè)計、施工和運(yùn)行的認(rèn)證體系、信息統(tǒng)計系統(tǒng)等方面制定實施標(biāo)準(zhǔn)；規(guī)范淺層地?zé)崮艿目辈樵u價，地源熱泵系統(tǒng)的地下?lián)Q熱系統(tǒng)（地埋管）對地下環(huán)境影響評價。

4.3 建立地質(zhì)條件數(shù)據(jù)庫，爭取實現(xiàn)資源共享

為科學(xué)開發(fā)利用淺層地?zé)豳Y源，充分利用前期的地質(zhì)調(diào)查資料，建立公共淺層地?zé)崮芾玫刭|(zhì)條件信息數(shù)據(jù)庫和管理系統(tǒng)，為科學(xué)規(guī)劃與指導(dǎo)北京市淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用提供技術(shù)資料。同時增加在線查詢項目地質(zhì)條件，進(jìn)行地源熱泵應(yīng)用的適用性和經(jīng)濟(jì)性分析，在增強(qiáng)淺層地?zé)崮荛_發(fā)利用的科學(xué)性基礎(chǔ)上，減輕企業(yè)負(fù)擔(dān)。

4.4 完善科技支撐體系，推動淺層地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展

加強(qiáng)淺層地?zé)崮芟嚓P(guān)技術(shù)科學(xué)研究，成立政府支持下的國家級或市級淺層地?zé)崮芨咝Ю脤嶒炇?，建立開放式的試驗研究基地，支持制造適合我國國情、具有高附加值的自主研發(fā)技術(shù)裝備及其成果轉(zhuǎn)化；加強(qiáng)對淺層巖土熱物理性質(zhì)測試研究工作，逐步建立和完善科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ淘O(shè)計方法，使淺層地?zé)崮芨玫貞?yīng)用于社會生活的各個方面。

[1]賀嬌.淺層地?zé)崮荛_發(fā)前景廣闊[J].資源導(dǎo)刊,2009(11):16-17.

[2]付國偉,程聲通.水污染控制系統(tǒng)規(guī)劃[M].北京:清華大學(xué)出版社,1985.

[3]王榮魯,賀可強(qiáng),李晶,等.論北京地區(qū)地?zé)豳Y源勘查開發(fā)現(xiàn)狀和前景[J].地?zé)崮?2008(4):25-28.

[4]鄭克棪,張定友.北京地源熱泵發(fā)展現(xiàn)狀與前景[J].建設(shè)科技，2010(18):22-25.

[5]竇克林.試談淺層地?zé)峒夹g(shù)推廣問題[J].資源導(dǎo)刊,2010(11): 38-39.

[6]GB50366-2005,地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].

[7]鄭克棪.北京地源熱泵行業(yè)前瞻[C]//中國地?zé)崮埽撼删团c展望——李四光倡導(dǎo)中國地?zé)崮荛_發(fā)利用40周年紀(jì)念大會暨中國地?zé)岚l(fā)展研討會論文集.北京:地質(zhì)出版社,2010.

[8]北京市發(fā)展和改革委員會,北京市統(tǒng)計局,北京節(jié)能環(huán)保中心，等.2013北京能源發(fā)展報告[R].北京:北京市發(fā)展和改革委員會,北京市統(tǒng)計局,北京節(jié)能環(huán)保中心,等,2013.

[9]林伯強(qiáng).中國能源發(fā)展報告2013[M].北京:北京大學(xué)出版社,2013.

[10]邢友靜.直擊地源熱泵在中國發(fā)展的軟肋[DB/OL].（2010-06-21）[2014-03-23].http://bao.hvacr.cn/201006_2013104.html.