浅层地温能开发要因“地”制宜

□段金平 段海明

由于对地质条件的不甚了解，导致目前一些本应节能的地源热泵项目并不节能，甚至一些本不适宜开发利用浅层地温能的地区，居然成了开发利用示范区。中国地调局浅层地温能研究与推广中心总工程师冉伟彦表示，浅层地温能的开发利用方式要根据不同地区对供暖和制冷的不同需求，更要根据一个地区的地质条件而定——

浅层地温能开发要因“地”制宜

□段金平 段海明

在地球上的传统能源越来越枯竭，而且碳排放量过高的今天，世界各国都在积极寻找新的清洁的可替代能源。

4月2日，联合国秘书长潘基文在视察肯尼亚奥卡瑞地热发电站时呼吁，全球各国要加大对清洁能源的开发利用。美国总统奥巴马在今年1月份的国情咨文中表示，希望到2035年美国80%的电力来自清洁能源。3月30日，奥巴马宣布的《美国能源安全规划》再次重申大力发展清洁能源，减少对国外石油的依赖。我国前不久发布的国民经济发展第十二个五年规划纲要中，明确提出要积极发展新能源。种种迹象表明，清洁能源正在日益受到关注，并将成为未来能源市场的主宰者。

地下200米以内土壤和地下水中所蕴藏的地温热能，采用热泵技术进行采集利用后，不仅可以供暖，也可以制冷，而且环境效益很好。作为一种可再生的清洁能源，浅层地温能正在成为清洁能源大军中一股不可忽视的力量。

为此，记者日前采访了中国地调局浅层地温能研究与推广中心总工程师冉伟彦，听他讲述如何开发利用好浅层地温能这一绿色清洁能源。

浅层地温能分布广泛，可利用前景广阔

冉伟彦介绍说，浅层地温能资源广泛分布于除赤道附近和高纬度地区之外的广大区域，尤其在中纬度，四季气温变化明显的地区有较高的利用价值。就我国而言，地处北纬30°～42°的大量城市是冬冷夏热需要冷、暖双供的地区，同时也是浅层地温能能够发挥最大效用的地区。据估算，全国31个省（市、区）的287个地级市每年可利用的浅层地温能的资源量相当于3.56亿吨标准煤的发热量，每年可减排二氧化碳9.32亿吨。

由于地源热泵技术发展的不均衡，浅层地温能在世界各国的开发利用也是不平衡的。瑞士人在1921年最先提出地源热泵的概念，到上世纪50年代，欧洲开始了研究地源热泵的第一次高潮。但由于当时能源价格低，这种系统并不经济，因而未得到推广。直到上世纪70年代初，出现第一次世界能源危机，地源热泵才开始日益受到重视。在政府的资助下，许多公司开始了地源热泵的研究、生产和安装。自上世纪90年代以来，浅层地温能开发利用步入快速发展时期，美国的地能中央空调系统每年以10%的速度稳步增长，欧洲各国的地源热泵也以近30%的速度在递增。2005年，全世界共有130万台地源热泵、总装机容量1.57万兆瓦，到2010年，全世界装机容量增加了2.3倍，美国、中国、瑞典、挪威、德国的总装机容量世界领先。

我国开发利用浅层地温能资源起步较晚，在上世纪80年代才开始地源热泵领域的研究。受国际大环境影响以及地源热泵自身所具备的节能、环保优势，这项技术日益受到重视。近年来，地源热泵技术已成为国内建筑节能和暖通空调界的热门研究课题，并开始大量应用于工程实践，掀起了一股地热空调的热潮。截至2011年2月，我国浅层地温能利用的建筑面积已超过1.3亿平方米，每年可减少二氧化碳排放4000万吨，其中80%的项目集中在辽宁、北京、河南、河北、山东、湖北和天津等地。

忽视地质条件，导致节能工程不节能

浅层地温能的开发利用只通过消耗少量电能，就能从浅层土体或地下水中提取大量的热量或冷量，而地下水的水质、水量不发生任何变化，不排放二氧化碳等气体及灰尘，对外界的环境影响极小。与传统的锅炉供暖相比，地源热泵系统对一次能源利用率可以达到90%以上，而中型锅炉房则仅为65%左右。

可以说，利用浅层地温能可以达到节能和减排的“双赢”，为解决建筑节能减排提供了一条重要途径。近年来，我国浅层地温能开发迅速，一些地方政府以极大的热情和力度推广浅层地温能，但开发过程中存在的一系列问题也逐渐凸显出来。

“最突出的是地源热泵项目不重视地质勘查，而且对项目的设计、施工单位未设置准入条件，没有资质要求，致使地源热泵项目节能效果差别很大。”冉伟彦对目前地源热泵行业内不经地质勘查、项目直接上马的现状表示非常担忧。“目前从事地源热泵技术研究的地勘单位非常少，而许多进行地源热泵技术研究的单位又不懂地质专业知识，很多地源热泵项目的设计是由地源热泵设备经销商完成的，往往忽视了地质条件对浅层地温能开发利用的限制。”

冉伟彦介绍，浅层地温能是蕴藏在地表以下一定深度内的低品位地热资源，其分布状态、运移规律、品位高低、开发利用方式等均受到地质体富水性和导热性能等制约，特别是浅层地温能开发利用工程中采集和释放热的能力和程度与当地地质环境组成、地质环境中流体部分的活动能力和岩土固体颗粒部分的热传导能力有直接的关系。我国地域辽阔，从南到北地温和气温的分布不同，即使同一纬度，海拔高度不一样，对供暖和制冷的需求也不一样。而且我国各省市地质情况千差万别，有的城市处于平原，有的城市处于山区，如同样位于沿海的青岛、大连属于滨海山地型，而上海、天津则属于滨海平原型，由于覆盖厚度不同，所采取的换热方式和经济性都有很大区别。即使在同一地区，由于地层颗粒度及含水层厚度、渗透系数等条件的差别，不同地段的浅层地温能的开发利用也可能不同。

“就是因为对地质情况不了解，有些根本不适宜开发利用浅层地温能的地区，现在居然成了示范区。”冉伟彦说。浅层地温能资源分布、资源量家底不清，使开发利用受到很大限制，甚至存在很大风险。

有资料显示，北京的一些地区，地下水地源热泵分布密集，极有可能导致几个热泵工程的部分地下水相互影响，导致热泵效率降低等。有的项目位于永定河古河道冲洪积扇的下游，水文地质条件较差，回灌量不足抽水量的30%。调查发现，北京目前已建的地下水地源热泵，位于冲洪积扇下部或水文地质条件较差的项目占项目总数的28.2%。

“开发利用超前，勘查评价滞后，造成的直接后果就是节能工程不节能。”冉伟彦进一步解释说，由于不重视地质条件，缺乏浅层地温能资源勘查评价的技术标准和测试技术，缺乏浅层地温能开发利用后地质环境变化的长期监测数据，工程设计不合理，施工不规范，导致了地下水回灌情况不好，水资源浪费，不同水质层间污染扩散，热污染等问题，进而导致效能低下，甚至工程失败。

用好浅层地温能，调查评价是基础

大力发展浅层地温能是大势所趋，尽快开展浅层地温能资源调查评价，摸清我国主要城市浅层地温能资源家底势在必行。

让人值得欣慰的是，2008年12月，国土资源部下发了《关于大力推进浅层地温能开发利用的通知》，从调查评价、编制规划、加强监测三个方面，对推进我国浅层地温能开发利用进行了部署。随着天津市浅层地温能调查评价与开发利用试点工作的完成，前不久，国土资源部启动了全国29个省会级城市浅层地温能的调查评价和开发利用工作。根据我国应对气候变化规划总体部署，国土资源部初步规划，在10年时间内，每年增加地热资源直接利用量400亿千卡，增加高温地热资源发电500亿千卡；探明浅层地温能可开采量17000亿千卡/年，可以替代2.6亿吨标准煤，占我国目前能源消耗总量的8.5%（按2009年我国能源消费总量30.66亿吨标准煤计），可减少6.8亿吨二氧化碳的排放。

据冉伟彦介绍，在推进全国浅层地温能调查评价工作中，中国地调局浅层地温能研究与推广中心将从多方面提供技术支持。据了解，国土资源部地质环境司、中国地质调查局借助该中心，已连续4年举办了5期全国性的浅层地温能资源勘查评价和开发利用高级研修班暨学术交流会，为在全国范围内推广浅层地温能储备了人才。今后，该中心将依托部市合作，共建全国浅层地温能研究与推广中心和国家重点实验室，为全国浅层地温能开发利用提供基础性的技术服务，开展相关技术攻关、仪器设备研制、政策法规研究等工作，制定行业资质管理办法，加强行业准入管理，为推进浅层地温能调查评价、用好浅层地温能这一清洁能源而努力。

冉伟彦认为，要用好浅层地温能，还需要社会各界共同努力，加强地质、建设、环保、财政等部门之间的联合互动，超前关注浅层地温能开发利用对地质环境的影响，研究推进浅层地温能开发利用的优惠政策，不断提高浅层地温能资源的社会认知程度，从而让浅层地温能为构建资源集约型和环境友好型社会发挥更大作用。 （原载《中国矿业报》）