淺層地溫能開發(fā)利用現(xiàn)狀及存在的問題與對策

劉利琴

（廣東省有色金屬地質(zhì)局九三八隊，廣東 惠州 516023）

淺層地溫能是一種新型的可再生能源，不僅具有清潔環(huán)保的效果，而且具有儲量大、分布廣、埋藏淺以及開發(fā)利用率低等優(yōu)勢。通過采用熱泵技術(shù)，人們可以收集這種能源，并將其應(yīng)用在日常供暖和制冷中。未來，淺層地溫能可逐步取代化石能源，大幅度減少污染物排放，促進(jìn)中國社會經(jīng)濟實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

1 淺層地溫能源的主要開發(fā)利用模式

1.1 屬性發(fā)析

1.1.1 太陽能方面的屬性

地下溫度隨著太陽輻射周期的變化而不斷變化。離表面越近，溫度就越接近表面，這就是所謂的“溫度變化區(qū)”。淺地表溫度具有太陽能的特性。在溫度帶下，太陽輻射處在一種平衡狀態(tài)，溫差接近于0℃，故而被稱為“恒溫地帶”。

1.1.2 地?zé)崮芊矫娴膶傩?/p>

巖石導(dǎo)熱是從地球內(nèi)部到地球表面?zhèn)鬟f熱量的主要途徑。這一過程通常由地球熱流和地溫梯度來描述。在特定的地質(zhì)構(gòu)造和水文地質(zhì)條件下，地球上未確定的內(nèi)熱富集并儲存在地殼的淺部，形成具有開發(fā)利用價值的地?zé)崮埽诖嘶A(chǔ)上形成了淺層地溫能源。在等溫帶下，地?zé)釄鐾耆艿厍虿淮_定的內(nèi)熱控制，地?zé)釄鲭S深度的增加而增大，稱為“變暖區(qū)”。因此，淺層地溫能主要具有地?zé)崮艿膶傩浴?/p>

1.1.3 蓄能屬性

淺層地溫能既是一種熱源，又是一種散熱器。熱泵技術(shù)是一種從地下巖石和土壤中提取或釋放熱量的技術(shù)。在一定的地質(zhì)條件和氣候環(huán)境下，在一定時期的聯(lián)合作用下，地下巖體原始溫度場存在一定程度的冷熱聚集現(xiàn)象。地下熱泵系統(tǒng)的去除率高于熱擴散形成率，循環(huán)熱去除率低于熱泵系統(tǒng)表面的臨時熱量（冷）積累。然而，地下地質(zhì)體是開放的。隨著時間的推移，熱量（冷）積累逐漸擴散到周圍地區(qū)。如果地下水流條件良好，地下溫度將迅速恢復(fù)。熱泵系統(tǒng)可以提取地下儲蓄的冷熱量，從而提升淺層地溫能利用效率[1]。

1.2 淺層地溫能的主要開發(fā)利用方式

1.2.1 地下水地源熱泵系統(tǒng)

地下水地源熱泵系統(tǒng)由地下水熱交換系統(tǒng)、機房系統(tǒng)和終端系統(tǒng)三部分組成。其通常是轉(zhuǎn)移地下土壤中熱量或者冷量到所需要的地方，還利用地下土壤巨大的蓄熱蓄冷能力，冬季地源把熱量從地下土壤中轉(zhuǎn)移到建筑物內(nèi)，夏季再把地下的冷量轉(zhuǎn)移到建筑物內(nèi)，一個年度形成一個冷熱循環(huán)系統(tǒng)，從而達(dá)到節(jié)能減排的效果[2]。

1.2.2 地埋管地源熱泵系統(tǒng)

地管地源熱泵系統(tǒng)類似于地下水地源熱泵系統(tǒng)，它由三部分組成：地理管傳熱系統(tǒng)、機房系統(tǒng)和終端系統(tǒng)。其工作原理是傳熱介質(zhì)在封閉的垂直或水平的地理管內(nèi)循環(huán)，利用傳熱介質(zhì)與地下巖土層和地下水之間的傳熱來達(dá)到利用淺層地?zé)岬哪康摹４送?，采用熱泵技術(shù)可以實現(xiàn)建筑物的供暖和制冷[3]。

1.2.3 淺層地溫能及其開發(fā)利用前景

地?zé)崮苁堑厍虮砻嫦聝Υ娴臒崃?，?nèi)部不確定。淺層地溫能是指地表以下一定深度的地?zé)崮埽ㄒ话銖牡葴貛У?00 m埋深，溫度低于25℃），其在目前的技術(shù)經(jīng)濟條件下具有開發(fā)利用價值。淺層地溫能是地?zé)豳Y源的一部分，它是地球表層巖石和土壤中存在的一種低溫地?zé)豳Y源[4]。淺層地溫能分布廣泛，埋藏較淺，可作為化石能源的替代物，減少溫室氣體排放。中國遼闊的平原上疏松地層的分布區(qū)域，或基巖裸露的地下?lián)Q熱區(qū)，都具備開發(fā)利用淺層地?zé)豳Y源的條件。

2 限制淺層地溫能開發(fā)利用的主要因素

2.1 不同氣候地質(zhì)條件下的適宜性

中國地大物博，氣候多樣。我國南方地區(qū)主要運用淺層地?zé)豳Y源進(jìn)行夏季制冷。地源熱泵系統(tǒng)的熱輸入量遠(yuǎn)大于地表熱輸入量。一旦地下水徑流條件出現(xiàn)問題，地下溫度就會隨之逐年攀升，造成局部“蓄熱”，大大降低了地源熱泵的制冷效率。淺層地溫的開發(fā)利用容易出現(xiàn)局部“冷堆積”的現(xiàn)象，淺層地溫能的開發(fā)利用應(yīng)考慮到當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)環(huán)境的特點和地下水的資源功能[5]。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)的限制

在開發(fā)利用方面，地源熱泵機組的質(zhì)量是節(jié)能的關(guān)鍵。地源熱泵（GSHP）技術(shù)和其他新技術(shù)一樣，在市場營銷過程中也遇到了一些技術(shù)難題。目前，地源熱泵（GSHP）產(chǎn)品缺乏統(tǒng)一的制造標(biāo)準(zhǔn)，致使產(chǎn)品質(zhì)量一度無法得到保證。加之地源熱泵行業(yè)從業(yè)人員技術(shù)水平參差不齊，導(dǎo)使部分地源熱泵項目根本就起不到節(jié)能的效果。因此，在淺層地溫能源開發(fā)利用方面，國外品牌一直主導(dǎo)我國市場[6]。

2.3 對環(huán)境方面的不利影響

淺層地溫能主要是利用地下水充當(dāng)介質(zhì)來實現(xiàn)地下能量的提取和交換，在系統(tǒng)運行的過程中，地下水都應(yīng)重新注入含水層。但在實踐中，灌水技術(shù)要求很高，為了減少成本，部分開發(fā)企業(yè)往往不遵守相關(guān)要求，造成地下水資源被嚴(yán)重浪費和破壞，以致直接影響人們的生命財產(chǎn)安全[7]。

3 當(dāng)前淺層地溫能開發(fā)利用存在的問題

3.1 淺層地溫能開發(fā)利用初始投資成本過高

由于淺層地溫能開發(fā)主要利用地源熱泵技術(shù)，該技術(shù)的經(jīng)濟效益直接影響淺層地溫能的開發(fā)前景。地源熱泵技術(shù)的經(jīng)濟效益指標(biāo)主要包括初始投資、運營成本和投資回收期。由于初始投資成本涵蓋范圍較廣，如土建成本、設(shè)備購置費、安裝費等，其綜合成本較高，嚴(yán)重阻礙淺層地?zé)豳Y源的開發(fā)利用。

3.2 政府支持力度不足

在淺層地溫的開發(fā)利用中，政府的政策支持和補貼占據(jù)重要地位，同時也在很大程度上激發(fā)了開發(fā)商的積極性，稅收優(yōu)惠政策的出臺可以大大減輕投資者的初期投資壓力。在后期運作中，政府有關(guān)部門應(yīng)給予水、電收費方面的政策支持。但是，就目前情況來看，我國在稅收抵扣、資本補貼、公用事業(yè)優(yōu)惠待遇等配套政策方面還沒有進(jìn)行有效支持，需要引起足夠的重視。

3.3 對地質(zhì)環(huán)境影響重視不夠

由于夏、冬兩季空調(diào)的使用時間不多，所以埋管地源熱泵系統(tǒng)在采集時會出現(xiàn)這樣的情況：冬季土壤吸收的熱量大于夏季土壤釋放的熱量，從而出現(xiàn)土壤冷熱失衡現(xiàn)象。此外，該系統(tǒng)的長期使用還會降低地溫，使原地層溫度環(huán)境遭到破壞，影響地表植被的正常生長，甚至破壞生態(tài)環(huán)境。受回灌技術(shù)的限制，地下水源熱泵技術(shù)的利用依然存在一些問題。例如，如果地下水不及時回收或補給量嚴(yán)重不足，將導(dǎo)致地下水供應(yīng)失衡，造成地表沉降，在整個補給過程中還會不時發(fā)生水源二次污染，造成地下水污染。

4 推進(jìn)淺層地溫能開發(fā)利用的建議

4.1 加強社會宣傳工作，提高公眾認(rèn)知度

要充分利用現(xiàn)代傳媒技術(shù)，加大對淺層地?zé)豳Y源開發(fā)利用的宣傳力度，普及淺層地源熱泵（GSHP）的知識，并通過傳媒和專題報道，宣傳和推廣優(yōu)秀案例，提升人們的認(rèn)知水平，真正使其走進(jìn)人們的生活。淺層地?zé)豳Y源具有清潔環(huán)保的優(yōu)點，將在城市建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用。因此，有必要采取積極措施，促進(jìn)淺層地溫能的全面開發(fā)利用，進(jìn)而創(chuàng)造良好的生態(tài)環(huán)境。

4.2 完善相關(guān)管理體系

淺層地溫能開發(fā)利用涉及的部門較多。要有效地開發(fā)利用淺層地?zé)豳Y源，必須明確管理部門的職責(zé)分工，同時要對資源保護和環(huán)境監(jiān)測進(jìn)行合理的監(jiān)督。國家不僅要制定淺層地溫能資源開發(fā)利用的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，而且要制定淺層地溫能資源開發(fā)利用的評價體系。逐步建立市場準(zhǔn)入制度，構(gòu)建方案審批、規(guī)劃、勘探、評價、設(shè)計、施工、監(jiān)測、承兌和作業(yè)的管理體系和服務(wù)體系，為規(guī)范和指導(dǎo)淺層地溫能產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

4.3 完善相關(guān)配套政策

政府相關(guān)部門要完善配套政策，制定嚴(yán)格的項目評估指標(biāo)，鼓勵企業(yè)創(chuàng)新管理模式，充分利用現(xiàn)有的能源補貼等優(yōu)惠政策，指導(dǎo)和支持其開發(fā)和利用淺層地溫能。同時，要支持技術(shù)研發(fā)和創(chuàng)新，鼓勵企業(yè)開發(fā)利用淺層地溫能，引導(dǎo)其建設(shè)示范項目，進(jìn)而創(chuàng)造良好的社會氛圍，促進(jìn)淺層地溫能源的有效開發(fā)利用。

4.4 加強地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工作

在開發(fā)利用淺層地溫能時，要加強對地質(zhì)環(huán)境的監(jiān)測，逐步建立淺層地溫能地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)。對于新的淺層地溫能開發(fā)項目，為了便于日后的監(jiān)測，地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)必須同步建立。對于埋地地源熱泵而言，地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能是監(jiān)測地溫場的變化。對于地下水型地源熱泵系統(tǒng)，人們必須根據(jù)各種因素（如地溫、地下水水質(zhì)和水位）進(jìn)行長期監(jiān)測。一旦發(fā)現(xiàn)異常，必須立即采取適當(dāng)?shù)拇胧﹣斫鉀Q地下水污染和地下溫度場長期單向變化等問題。