淺層地溫能開發(fā)利用現(xiàn)狀和存在的問題及對策研究

張凌鵬

摘要：近年來，隨著經(jīng)濟不斷快速發(fā)展，對于資源消耗速度也在與日俱增，構建資源節(jié)約與環(huán)境友好型社會成為了我國城市化建設重點內(nèi)容。淺層地溫能是一種新型能源，具備可再生性，加上儲量巨大、分布廣泛、埋藏深度較淺的特點，成了當前我國經(jīng)濟生產(chǎn)重要清潔能源之一，并且具備較好發(fā)展態(tài)勢。然而，在實際開發(fā)與利用淺層地溫能過程中還存在一些問題需要改進，從而制約了其開發(fā)與利用的效果。為此，本文對我國淺層地溫能開發(fā)利用現(xiàn)狀及存在的問題進行了深入分析，進而對相關發(fā)展策略進行了有效探討，希望能夠為推動淺層地溫能開發(fā)利用效率進一步提升提供有效參考。

關鍵詞：淺層地溫能；開發(fā)利用；現(xiàn)狀；問題；對策

淺層地溫能是近年來新興發(fā)展的一種可再生的綠色環(huán)保能源，并且具備儲量大、分布廣、埋藏淺的特點，借助熱泵技術對淺層地溫能進行收集能夠有效利用于日常供暖與制冷方面。發(fā)展淺層地溫能是當前我國構建資源節(jié)約型與環(huán)境友好型社會重要能源利用結構，并且加強對淺層地溫能開發(fā)利用效率是降低化石能源應用比例，減少污染物排放，實現(xiàn)我國社會、經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要措施。

1.我國淺層地溫能開發(fā)利用現(xiàn)狀

在淺層地溫能開發(fā)利用研究方面，我國起步相對較晚，首次對淺層地溫能進行系統(tǒng)研究始于1989年。20世紀90年代我國實現(xiàn)了對地源熱泵技術進一步研究，逐漸興起了熱泵技術在我國能源領域發(fā)展熱潮，并相繼在熱泵模型仿真、試驗裝置、能耗評價、系統(tǒng)材質(zhì)等方面獲得較大進步。我國“十一五”正式將地源熱泵技術列為科技攻關重要內(nèi)容，淺層地溫能系統(tǒng)關注與扶持力度進一步加大。

在國家相關部門重視與支持下，淺層地溫能技術實現(xiàn)了較快發(fā)展速度。2005年至2010年間，我國相關部門相繼組織多次淺層地溫能開發(fā)利用現(xiàn)場經(jīng)驗交流會，出臺了《地源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)范》《淺層地溫能資源評價規(guī)范》等文件，以及出版了相關論文集進行支持、宣傳。雖然我國淺層地溫能開發(fā)利用技術起步相對較低，但基于較高技術水平發(fā)展優(yōu)勢，獲得了較快發(fā)展速度。目前，我國已經(jīng)超過30個省、市、區(qū)開展了淺層地溫能開發(fā)項目，淺層地溫能供暖制冷的單位超過3400多個，采用淺層地溫能進行供暖制冷的建筑面積也超過了1.4億（m2）。并且，隨著熱泵技術越來越完善，應用越來越廣泛，淺層地溫能開發(fā)利用效率將獲得進一步提升。

2.影響淺層地溫能開發(fā)利用因素分析

（1）氣候地質(zhì)條件

我國幅員遼闊，地大物博，地質(zhì)氣候等也是復雜多樣。在南方，淺層地熱能主要用于夏季制冷，北方則主要用于冬季供暖。地表熱輸入量要遠小于地源熱泵系統(tǒng)熱輸入量，地下水徑流出現(xiàn)變化、地下溫度上升，形成局部蓄熱現(xiàn)象，地源熱泵制冷效率將大受影響。此外，淺層地溫開發(fā)過程中極易發(fā)生局部“冷堆積”現(xiàn)象?？梢姡刭|(zhì)環(huán)境與地下水等地質(zhì)條件對淺層地溫能開發(fā)利用有著較大影響。

（2）關鍵技術因素

地源熱泵機組運行質(zhì)量是淺層地溫能開發(fā)利用的關鍵，因此地源熱泵技術是淺層地溫能開發(fā)新技術，也難免遇到技術方面的難題。當前，地源熱泵產(chǎn)品制造標準并不統(tǒng)一，難以充分保障產(chǎn)品質(zhì)量。加上，地源熱泵領域的技術水平高低不一，甚至于存在一些地源熱泵項目無法實現(xiàn)計劃運行效果。所以，目前我國淺層地溫能源開發(fā)與利用受到國外技術嚴重制約。

（3）節(jié)能環(huán)保因素

地下水是淺層地溫能項目地下能量提取與交換主要媒介，在地源熱泵系統(tǒng)運行過程中，地下水會經(jīng)過重新注入含水層這個環(huán)節(jié)，這一階段對于灌水技術有著較高要求，一些企業(yè)基于節(jié)約成本目的不遵守相關技術要求，嚴重破壞和浪費地下水資源，在節(jié)能環(huán)保方面限制了地源熱泵系統(tǒng)的發(fā)展。

3.目前我國淺層地溫能開發(fā)利用存在問題分析

（1）初始階段成本大

地源熱泵技術是淺層地溫能開發(fā)主要技術，其技術效益會對項目開發(fā)的經(jīng)濟、社會效益以及發(fā)展前景產(chǎn)生直接影響作用。在地源熱泵技術經(jīng)濟效益指標中，初始階段的項目建設投資包括了土建、設備采購安裝等，占據(jù)較大成本比重，經(jīng)常出現(xiàn)前期建設投資成本過大而導致后期運行疲軟，淺層地熱資源開發(fā)利用效率不高。

（2）政府支持力度小

政府政策支持與財政補貼是淺層地溫能開發(fā)利用項目順利建設運行重要保障，較大的政府支持力度不但能夠提高項目開發(fā)業(yè)主積極性，稅收優(yōu)惠等政策也極大程度緩解了項目初期投資壓力。項目后期運行中水、電方面政策保障、支持也極為重要。然而目前我國在淺層地溫能開發(fā)利用方面的稅收抵扣、資本補貼、公用服務優(yōu)惠等配套政策方面的支持力度較小，有待進一步提高支持力度。

（3）地質(zhì)環(huán)境重視較輕

一般來說，地源熱泵系統(tǒng)冬季土壤吸收熱量要比夏季土壤釋放熱量總量大，因此會導致土壤冷熱失衡問題。地源熱泵系統(tǒng)在長期使用后，地溫下降破壞了原地層溫度環(huán)境，不利于原地表生物正常生長，進而會對生態(tài)環(huán)境造成一定破壞。在回灌技術等技術水平限制下，會出現(xiàn)地下水回收、補給不及時、不充分，引起地下水供應失衡、地下水污染、地表沉降等問題。

（4）缺乏健全的管理機制與信息平臺

就現(xiàn)階段淺層地溫能的開發(fā)與利用情況看來，缺乏一個較為系統(tǒng)的信息平臺以及統(tǒng)一的信息統(tǒng)計口徑與溝通平臺。通常情況下都是由市場驅(qū)動淺層地溫能的開發(fā)利用。雖然當前國家大力倡導節(jié)能減排，并且各級地方政府也非常支持開發(fā)利用淺層地溫能，陸續(xù)出臺了有關鼓勵政策，不過管理力度不足。在實際開發(fā)與利用過程中涉及到國土、水利、住建以及規(guī)劃等部門，但是沒有構建起科學合理的管理體制，同時沒有對有關部門的管理職責進行明確細分，所以對后續(xù)不同部門進行事宜的協(xié)商與協(xié)調(diào)較為不利，而且也不能全程監(jiān)督與管理淺層地溫能的調(diào)查、開發(fā)、利用與評價工作。淺層地溫能開發(fā)利用處于缺乏健全的管理機制與信息平臺的情況下，受市場主導，政府監(jiān)管不到位，缺乏良好的服務企業(yè)與服務體系，沒有一個規(guī)范的師承準入制度，所以導致其處于分散、自發(fā)以及粗放經(jīng)營的階段。

4.加強淺層地溫能開發(fā)利用相關對策

（1）完善相關管理體系

在開發(fā)和利用淺層地溫能過程中，設計許多部門的有效協(xié)調(diào)，要求相關管理部門，必須明確職責分工，同時做好對地下水等資源保護，加強對環(huán)境監(jiān)測力度，為項目建設運行提供穩(wěn)定環(huán)境條件保障。國家相關部門應同步加強對淺層地溫能開發(fā)利用技術標準與評價體系的合理制定。通過不斷完善市場準入機制，形成集方案審批、資源規(guī)劃、項目建設、項目運行為一體的管理與服務體系，推動淺層地溫能產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

（2）完善相關配套政策

首先，政府相關部門應不斷完善配套政策，根據(jù)有效項目評估確定用地、財稅等方面政策扶持力度，地方政府應充分利用國家政策加大項目引進力度，鼓勵實現(xiàn)項目創(chuàng)新管理。其次，在技術創(chuàng)新與技術研發(fā)方面，通過整合技術資源，為項目建設提供技術交流平臺，以建設示范項目推動淺層地溫能開發(fā)利用技術創(chuàng)新，形成良好的政策氛圍。

（3）加強地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測力度

加強地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測，形成地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡，對于淺層地溫能項目開發(fā)而言至關重要。同步建立地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對淺層地溫能開發(fā)與運行過程監(jiān)測，能夠及時發(fā)現(xiàn)地質(zhì)環(huán)境問題，避免地質(zhì)問題而影響項目正常建設、運行。在埋地地源熱泵機組運行中，地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測主要是對地溫場變化進行監(jiān)測。尤其是在地下水型地源熱泵系統(tǒng)運行過程中必須對地溫、地下水水位、水質(zhì)等因素變化情況進行長期監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)異常隱患，快速響應對溫度場變化異常以及地下水污染等問題。

（4）加強項目分區(qū)合理推進

我國南方地區(qū)夏熱冬冷，應結合氣候特點，基于詳細的淺層地溫能調(diào)查，合理地對項目進行分地區(qū)推進。結合相應的調(diào)查評價，以及當前的淺層地溫能開發(fā)技術水平，合理地劃分規(guī)劃區(qū)域。因此，我國華南南部的淺層地溫能開發(fā)應以制冷應用為主，東北等北方地區(qū)則要以供暖為主。而除了南北差異性，地形地質(zhì)上的差異也是在進行項目開發(fā)和試點示范建設過程中必須充分考慮的分區(qū)因素。在進行分區(qū)推進過程中，應注意做好問題分析與經(jīng)驗總結，為后續(xù)的淺層地溫能項目的開發(fā)提供有效參考。

（5）加強關鍵技術研發(fā)

要想實現(xiàn)淺層地溫能開發(fā)利用水平有效提升，加強對關鍵技術開研發(fā)極為重要，唯有結合實際情況對關鍵技術的適應性、創(chuàng)新性進行完善，才能有效提升項目的建設價值。首先，國家相關部門應盡快組織專家團隊，對巖土體熱物性參數(shù)原位測試相關技術標準進行合理制定，通過招投標的方式，或者也具備較高研發(fā)實力的企業(yè)、機構進行合作，開發(fā)出具備自主知識產(chǎn)權的測試儀器或者應用技術，打破技術限制，提高項目開發(fā)效益。其次，國家相關部門應注意加強度國外先進熱泵技術開發(fā)引進、消化、吸收，進行技術創(chuàng)新與本土化，提高淺層地溫能開發(fā)與利用水平。

（6）積極建設完善的檢測網(wǎng)絡

當前在我國內(nèi)部分地區(qū)的淺層地溫能開發(fā)與利用工作已經(jīng)初見成效，不過同時也將部分問題暴露出來。通過對統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，單單建筑能耗在整個社會終端能耗中占據(jù)了約27%，因此實現(xiàn)建筑節(jié)能與減排具有極為積極的現(xiàn)實意義。大量實踐表明實現(xiàn)建筑節(jié)能減排的一項有效防范就是利用地源熱泵技術開發(fā)利用淺層地溫能。當前我國建筑面積不斷增加，因此淺層地溫能的開發(fā)與利用具有良好的發(fā)展前景，同時建設一個完善的檢測網(wǎng)絡，確保其開發(fā)利用的合理性，切不能盲目推進。

第一，結合國家氣候特征來科學開展各個地區(qū)的淺層地溫能調(diào)查評價與開發(fā)利用工作。對于華東、華北以及中西部地區(qū)，四季氣候分明，具備開展該項工作，重點圍繞城鎮(zhèn)來實施，結合具體地質(zhì)條件、水文地質(zhì)情況以及巖土體任務性參數(shù)等情況來進行，根據(jù)提供的地下?lián)Q熱系統(tǒng)設計參數(shù)來為淺層地溫能的開發(fā)利用以及管理提供可靠的參考。對于東北、西部這些主要進行供暖以及南方主要進行制冷的地區(qū)需要做到因地制宜，有序開展淺層地溫能的開發(fā)與利用。部分地區(qū)具有良好水文地質(zhì)條件，且地下水補給徑流速度較快的，那么能夠給予調(diào)查評價并大力開展淺層地溫能的開發(fā)與利用。反之，則需要進一步實施論證與研究，利用多種開發(fā)方式以及規(guī)模的試點和示范來進行問題、經(jīng)驗的總結，穩(wěn)步開展該項工作。

第二，注重研發(fā)關鍵技術，切實提升開發(fā)與利用淺層地溫能的效率與質(zhì)量。在進行調(diào)查評價過程中，一項關鍵的基礎數(shù)據(jù)就是巖土體熱物性參數(shù)，所以國土資源部門需要快速設置巖土體物熱性參數(shù)原位測試的技術標準，采取招標或委托的方式來讓我國具有紅犼實例的企業(yè)來研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權的原位測試器，從而為淺層地溫能的調(diào)查評價工作提供有力的技術支持。在實際開發(fā)利用過程中，一個重點內(nèi)容就是確保地源熱泵機組的質(zhì)量。當前國內(nèi)研發(fā)與生產(chǎn)地源熱泵機組還處于一個低水平狀態(tài)，主要還是依賴國外市場。所以我國應當要積極倡導相關企業(yè)提高對地源熱泵機組的重視程度，在國內(nèi)有關部門的支持下大力引進、吸收與轉化國外優(yōu)秀技師，注重自主研發(fā)，盡可能在短時間內(nèi)占據(jù)國內(nèi)市場。

第三，構建起合理的政府協(xié)調(diào)體制，對淺層地溫能的開發(fā)利用進行規(guī)范管理。因為在實際開發(fā)與利用過程中涉及到國土資源、環(huán)境保護、水利以及建設等多個部門，需要必須要切實根據(jù)職責分工來做好協(xié)調(diào)與銜接工作，建設一個合理的協(xié)調(diào)體制。筆者認為可以讓國土資源部門負責調(diào)查、監(jiān)測、規(guī)劃以及管理淺層地溫能的工作；環(huán)境保護部門則主要評價其對環(huán)境的影響程度；水利部門負責取水與回灌許可；建設部門主要是負責制定淺層地溫能的政策，工程設計、施工與運行標準等內(nèi)容。通過根據(jù)以上明確分工，在短時間制定淺層地溫能的勘察、設計、施工與運行資質(zhì)管理體制，確定準入條件，設置有效的監(jiān)管措施，以推動淺層地溫能開發(fā)與利用的管理規(guī)范化以及良好的發(fā)展。

第四，積極建設完善的監(jiān)測網(wǎng)絡，為淺層地溫能合理開發(fā)利用提供基礎支撐。大地熱流、地溫和地下水等長期動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)不僅是淺層地溫能資源評價必需的基礎資料，也是不斷優(yōu)化開發(fā)規(guī)劃布局、避免出現(xiàn)資源與環(huán)境問題的重要依據(jù)。

5.結論

總而言之，淺層地溫能具備較為廣闊的開發(fā)利用前景，對于我國社會經(jīng)濟效益與環(huán)境效益有著極為重要的現(xiàn)實意義。對此我國相關部門、企業(yè)必須對當前我國在淺層地溫能開發(fā)利用水平及其存在的問題予以掌握、分析，并結合實際情況來采取有效措施提高淺層地溫能開發(fā)與利用效益，更好地推進我國城市低碳經(jīng)濟發(fā)展水平提升。

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