安徽省开发城镇新型能源资源的几点思考

■ 孟庆海/赵仁璧

（安徽工业经济职业技术学院，合肥 230051）

十八大以来，五大发展理念已深入人心。各级党委、政府高度重视绿色清洁能源的开发利用，特别是地温能、地热能、太阳能等城镇新型能源资源的开发利用，为此，国家发展改革委、国家能源局、国土资源部于2017年1月23日印发《地热能开发利用“十三五”规划》，系统地指导新能源开发利用。安徽省地处江淮大地，地温能等新型能源资源赋存量大，开发利用技术逐渐成熟，系统开发前景广阔，节能减排意义重大。本文根据安徽省内资源禀赋、生态条件和环境容量，分析技术现状和存在的问题，探讨如何对城镇新型能源资源进行系统开发，以期大幅降低开发利用成本，以最少的资源环境代价取得最大的社会经济效益。

1 城镇新型能源资源概述

随着科学技术的进步与发展，城市规模不断壮大，城镇建筑用能对能源资源需求迅猛增加的同时，也涌现出一批新型能源资源，需要我们重新认识。按照现有的技术水平，城镇新型能源资源主要有：地温能、地热能、太阳能、风能等，均系清洁可再生能源，对现有生态、环境和资源造成的损失和破坏较小，且低成本、高产出、高效益。

地温能是相对于深层高温（≥25℃）地热能而言，指温度25℃以下，深200m以内，蕴藏在地壳表层的土壤、岩石、水源中的可再生能源，具有浅层、低温、恒温、可再生等特点。根据热泵利用技术的不同，依靠地表上下土壤空间的水体岩土体交代循环换取能源，可分为水源型地温能和土壤源型地温能。水源型地温能包含的水体主要有：城镇污水源、地表水源（含江河湖等）、表层地下水源(地表水体与浅层地下水的结合体)、地下水源。水源型是以“对流+传导”为主要能量运移方式的地温能开发技术；土壤源型是以埋管方式提取浅层地温能。

地热能系指由地壳内部产生的热能，以目前的技术手段可开发利用且经济可行的能源资源。地热能温度在25℃以上，主要表现为水热型地热能（温泉）和干热型地热能（干热岩）。太阳能是指太阳的热辐射能，主要表现是太阳光线，一般光电作用发电或者为光热作用产生提供能源。风能是指空气流动所产生的动能转化的能源。本文主要探讨以热泵系列新技术开发城镇地温能及地热能新型能源资源问题。

2 国内城镇新型能源资源系统开发应用新模式

国内在20世纪80—90年代开始研究推广热泵技术，2006年国家发改委将“地源热泵供暖和空调”列入重点发展项目，地源热泵应用和技术出现爆炸式增长，2014年地源热泵应用增长趋缓，但出现规模开发利用新趋势，形成以下几个系统开发新模式。

雄县模式：项目所在地河北省雄县被称为“无烟城”，经过中石化新星公司7年的建设，利用中深层地热建成385万m2城镇供暖能力，地热供暖覆盖了95%以上的城区，惠及人口近8.9万。项目既清洁又经济，获得广泛认可，雄县也成为我国地热供暖的试验田和推广复制的范本。在2014年国家能源局全国首次地热工作会议上提出，“雄县模式”在技术上成熟，经济上可行，可推广、可复制。

东营模式：由胜利油田管理局下属的海利丰公司打造，是一种余热和地热复合利用模式。其通过胜利油田开采石油的回灌水（水温35～55℃）提取热能和结合利用废弃的采油井开采地热为东营市城市供暖，在居民用户供暖收费单季8元/m2低价模式下，仍实现企业盈利。

合肥热电塘西河模式：合肥滨湖新区核心区区域能源项目，规划供冷供热建筑面积300万至500万m2，总投资9.3亿元。项目使用热泵技术，利用公共绿地土壤源、城市污水处理站污水源提取能源，与冰蓄冷、天然气分布式能源等多种能源相结合，并以市政热源作为该系统的备用和补充，实现多能互补型能源供应形式解决建筑用能。项目按照低碳节能、绿色环保的理念设计，目前处于建设期，其经济效益有待运营验证。

北京城市副中心模式：北京城市副中心办公核心区地热“两能”制冷供暖项目（一期）。项目为PPP模式，概算总投资14亿元，由北京市地质矿产勘查开发局（以下简称“北京地勘局”）负责投资、建造、运营。项目一期总供暖制冷面积240万m2，2个一级站，16座二级站。技术上采用自主研发的SGIS智慧地热能集成系统技术(勘探—开发技术系统、设计—施工技术系统、运维—管理系统)。核心办公区的外围仍由北京地勘局负责开发，按照“可再生能源优先，常规能源系统保障”的原则，在北京城市副中心全面推广太阳能、地热能与常规能源系统的智能耦合发展，提升重点区域能源绿色智能高效水平，力争北京城市副中心整体可再生能源比重达15%以上。能源利用方案 ：根据北京市政府专题会及专家会意见，行政办公能源规划方案应根据条件优先利用可再生能源（地源热泵和太阳能），其他清洁能源作为补充，建设多能耦合、智能高效的能源供应系统。冷热源方案：地源热泵+深层地热+水蓄能+辅助冷热源，其中地源热泵—深层地热装机比例约为60%，其他能源调峰系统装机比例为40%。屋顶光伏、光伏幕墙装机容量约40MW。

南京江水源模式：由南京某集团投入实施，利用江水源热泵技术成功实施了包括南京朗诗国际街区在内的一系列节能环保型建筑项目。该集团承建的南京鼓楼服务外包产业园能源站项目，充分利用江水源可再生能源，采用节能环保先进技术，总体服务面积达260万m2。近期在南京经开区在建的7座江水源能源站，可实现1600万m2建筑的供冷供热，该项目不仅是国内最大的区域集中供冷、供暖项目，在世界上亦属前列。

3 安徽省城镇新型能源资源基本情况

3.1 浅层地温能资源丰富，适宜于规模化开发利用

安徽省属暖温带向亚热带过渡的中部季风气候类型，淮河以北属暖温带半湿润季风气候，淮河以南属亚热带湿润季风气候。年平均气温14～17℃，冬寒夏炎，具有供暖及制冷双重需求，适宜地下热交换。浅层地温能开发利用主要适宜于地源型（地埋管），有大流量水系通过的城镇适宜地下水源型及地表水源型。淮北平原松散层厚度大于100m的地区、江淮波状平原及沿江丘陵较松散岩类地区，以单一地层结构为主，地下水富水性较好，较适宜地源型开发利用。沿主要地表水体周边地带可采用水源型方式，水源主要有长江、淮河、新安江及其主要干流，以及部分湖泊、水库等。

安徽省浅层地温能资源十分丰富，分布广泛，开发利用潜力巨大。据调查评价资料，16个地级城市建设规划区浅层地温能总热容量为453.41×1013kJ；可利用总量每年316.25×1013kJ、878.43×109kW·h，冬/夏季可利用换热功率112.04×106kW/195.46×106kW。其开发利用资源潜力为：冬季可供暖面积223.94×107m2，夏季可制冷面积279.20×107m2，平均每平方公里冬季可供暖面积1.88×105m2、夏季可制冷面积2.35×105m2。

3.2 水热型地热资源丰富，分布广泛

安徽省水热型地热资源丰富，分布广泛，开发利用条件较好。按成因可分为地质构造控制呈带状分布和层状分布的盆地型两大类型。全省初步勘查水热型深层地热资源40多处，水温一般30～60℃。2009—2013年在亳州市勘查寻找了一处大型地热田。据已有资料，亳州—阜阳、淮南潘集、定远和合肥—肥东四盆地内经估算，地热流体的总贮存量约为1.435×1011m3, 可开采量约3.42×108m3/a，地热能约为4.247×1016J/a，其中亳—阜盆地总贮存量达1.279×1011m3、可开采量3.2×108m3/a，地热能3.8×1016J/a。

4 安徽省城镇新型能源资源开发利用现状及存在的问题

安徽省在2008年开始有浅层地温能的应用项目，至今全省地源热泵供冷供暖的建筑面积已达2000万m2，特别是在2015年12月15日安徽省住房城乡建设厅、安徽省发改委、安徽省财政厅、安徽省国土资源厅联合出台《推进浅层地热能在建筑中规模化应用实施方案》以后，大量的地源热泵项目得到实施。安徽省新能源开发利用事业方兴未艾，地源热泵的热源有土壤源、水源、污水源、太阳能热水源等，形式多种多样，但大部分以土壤源为主，利用规模较小，多是单个建筑物或小区内的几栋建筑物供冷供热使用方式，以能源站规模集中供应开发利用极少。安徽省新能源快速发展为社会带来了显著效益，但笔者个人认为其发展过程中还存在以下问题。

4.1 城镇新型能源资源大量闲置

目前，安徽省地源热泵项目多为业主响应绿色建筑要求而建设，由于是业主的自主行为，新能源资源开发建设的范围被框定在其用地范围内，大多是根据其用地范围内的资源可利用量进行建设，而安徽省城镇所拥有的大量水源地温能、城市污水源地温能及绿地空间土壤源地温能大量闲置，特别是优质高效表层地下水（地表水和浅层地下水的结合体）新型水源型地温能资源，皖北地区中深层地热水资源，城市绿地空间地温能资源，安徽三大水系新安江、长江、淮河流经城区强透水层地温能资源。

4.2 热源资源使用和开发强度不合理

安徽省的地源热泵工程多以土壤源为主，使用热源资源单一，未能做到因地制宜，多能源资源互补，高效低成本能源资源优先。土壤源的能源资源开发强度不合理。安徽省地源热泵工程换热孔设计基本上按照相关的规范间距设计，未能根据场地的水文地质条件和场地换热率特点精确计算确定孔间距，造成项目节能效率不高，有些项目的年使用直接成本达58元/m2，超过空调的使用费用。合肥市的地源热泵使用最好的直接成本大约为18元/m2·年，与北京地区普遍在13元/m2·年左右还有很大的差距。主要原因为场地土壤源的能源资源开发强度不合理造成冷热堆积和低效运行（据有关测试，制冷和供热时地源侧入泵温度每提高或降低一度，热泵节能效率提高或降低3%）。

4.3 管理部门多元制约系统开发和综合利用

在新能源供冷供热开发利用方面，政府管理部门有发改委、能源局、住建厅、国土厅、水利厅、环保厅等，如水热型地热资源属矿产资源，由国土资源厅管理，同时地热水又属水资源，归水利厅管理，开发利用的环境问题归环保厅管理。地温能资源无论有多大的经济价值和社会价值，无论如何浪费和闲置，由于其未纳入矿产资源而无人管理；发改委管项目核准，能源局只管城镇新建区能源规划，没有更多的精力和权限关注城镇新能源资源开发利用问题；住建厅只关注某栋或某几栋建筑的绿建问题，再生能源和节能只是其中的一项指标，未能主导城镇新型能源资源系统开发利用，而城市新能源开发利用是一个系统工程，政出多门、制约条件过多限制了新能源的系统开发和综合利用。

5 安徽省开发利用城镇新型能源资源的几点思考

安徽省地处我国南北气候分界线，一年四季分明，夏季潮湿闷热，绝大部分建筑夏季使用离不开空调，冬季潮湿阴冷，居民住宅和办公建筑供暖需求巨大，城镇建筑制冷供暖用能占建筑总用能的40%以上，亟需开发城镇新型能源资源解决建筑用能问题，降低城市整体能耗，实现绿色能源发展。对安徽城镇新型能源资源开发利用，笔者有以下几点思考及建议。

5.1 查清城镇新型能源资源，摸清新资源家底

近年来，热泵系列技术迅猛发展，太阳能、地温能（污水能、地表水地温能、地下水地温能、表层地下水地温能、土壤源地温能）、地热能组合开发技术日新月异，同时蓄能技术也融进新型能源资源开发，技术进步让开发利用成本降低，使城镇涌现一大批新型能源资源。对于新技术条件下出现的新资源，亟需进行系统的勘查评价，查清可开发利用的资源量及新资源开发合理的经济指标，更迫切的是需要将新能源资源开发使用列入城市发展规划，避免造成新能源资源的浪费。

城镇新能源资源勘查评价要从定性评价（目前的适宜性分区）转为定量评价（查清资源总量、边界条件、合理开采强度、开采组合模式及开采技术条件等），要查清城市区块或同一水文地质单元内各种工况和开采模式技术条件下可供开发的资源量、经济合理开采强度和各地经济水平条件下的新能源开发盈亏平衡经济指标参数。勘查评价要以城镇规划为基础，其结果要写入城镇规划中，规划中应明确各规划区块新能源资源开发利用的各项指标、开发利用模式及开发技术条件。

5.2 积极试行新型能源资源开发利用新模式

新能源资源开发技术日新月异，根据安徽省新能源资源的特点，按照因地制宜原则设计开发利用方案；同时要遵循规模效益原则，即降低用户使用的一致性和提高系统的使用率，以规模降低单位造价增加节能效率，从而实现新能源开发系统的规模经济性；还应遵循最优节能工况运行原则，即提高或降低入泵侧温度，同时降低或提高出泵侧温度。积极应用再生能源开发利用最新技术。笔者认为安徽省应尝试以下新模式和新技术：多源互补型城市复合能源站、表层地下水为主体城市复合能源站、深层地热和浅层地温能结合利用的城市能源站、特殊地质体储取能源开发的城市能源站、用户末端新技术地面调温空调系统等。

5.2.1 多源互补型城市复合能源站

实践中，由于建筑容积率大、使用峰值高、一致性和使用率低等因素造成新能源技术推广应用困难。单一供给热源难以满足建筑用能需求，满负荷设计又会造成建造成本高和运行不节能等问题，为此，应尝试多源互补型复合能源站。主体方案：建设城市地下能源循环利用管网，全城域综合利用所有的新型能源资源（土壤源、水源、太阳能、废弃余能等），以用户集中区二级分布式能源站，结合其他能源利用技术和调峰技术，促进城市建筑节约用能。该类型能源站利用多源互补解决因容积率高、场地空间不足造成的地温能开发强度过大问题；利用蓄能技术解决公用建筑夜间设备闲置问题，同时降低系统整体造价和解决设计负荷过大问题；利用低谷电降低系统运营成本。该系统遵循低成本能源优先使用和运行费用最低原则，是新能源工程最新技术集成发展的集合体。多源互补型能源站系统地解决了城市新能源资源浪费问题，可大幅提高城市绿色能源使用率，城镇新型能源资源富集区甚至可实现碳零排放，有利于生态环境建设。如安徽省宣城市，内有水阳江通过，河流及一级阶地下伏地层有砾石层，透水性极强，地下水极为丰富，若建设多源互补型城市能源站，可供应1000万m2建筑用能，每平米综合成本仅180元。

5.2.2 表层地下水为主体城市复合能源站

表层地下水是指在地表以下20米以内松散岩土体中含有的地下水。地下水与地表水体相连接，易开采，地层透水性极强，地表水体能很快地补充被开采的地下水，被开采取能利用后的地下水可直接排入地表水体，无需回灌，可循环开采利用且循环开采量巨大，新能源开发系统建造成本低。可以说，表层地下水是新型极为高效的资源。其优点：地下水水温稳定在16～18℃,与安徽省的地表水体（冬季在10℃±，夏季在23℃±）相比地温能资源储量巨大。据相关研究资料，制冷和供热时地源侧入泵温度每提高或降低1℃，热泵节能效率可提高3%，也就是说，表层地下水源为主的能源站系统相对南京和武汉效率较高的（系统能效比5.0）地表水水源热泵，能效比可提高15%以上；无环境问题，由于入泵温度低，其出泵的温度低于25℃，可直接排入地表水体，远低于夏季地表水表层水体温度，无环境热害问题。安徽省有长江、淮河、新安江三大水系流经，许多城镇表层地下水资源特别丰富，表层地下水源为主的能源站在安徽省三大水系沿线城镇开发意义重大，且能实现系统的高效节能。泾县医院和屯溪新安江边的黄山市市民游泳馆地源热泵项目即使用的表层地下水，使用效果证明：与其他热泵系统相比，表层地下水系统可大幅度提高系统的节能效率和降低系统的建造成本。

5.2.3 深层地热和浅层地温能结合利用的城市能源站

安徽省皖北地区赋存有大量的地热资源。据资料，可开采量3.2×108m3/a，地热能3.8×1016J/a，单井涌水量1000～1500m3/d，地热水温度45～60℃，可进行大规模的开采。同时皖北地区第四纪覆盖层较厚，大于600m，多为粉细砂、细沙、中粗砂地层，地下水丰富，单井涌水量2000m3/d左右，赋存大量地温能资源，具备城市能源站规模开发的条件，极为适用地面调温空调系统和热泵系列技术，可在安徽北部城市进行规模开发。

5.2.4 特殊地质体储取能源开发的城市能源站

特殊地质体是指由于人工活动和自然形成的地下巨型孔腔，其体积巨大，有许多大于上亿立方米，环境温度稳定，可进行大规模的储存提取地温能资源。如淮南、淮北、铜陵、安庆的矿山采空区，巢湖的天然岩溶溶洞，这种特殊的地质体可以成为城市新型能源资源开发的“金矿”。经可行性研究初步计算，淮北市的采空区可以实现供应数千万平米建筑用能，可解决城区大部分建筑用能。

5.2.5 用户末端新技术地面调温空调系统

地面调温空调系统（FCH，Floor Cooling and Heating System），是在水机风盘系统基础上引入地面调温系统，冬季采用地暖采暖，夏季采用风机盘管与地暖联合制冷。现行的空调系统大部分都是以处理空气的方式给房间降温，不可避免地会存在噪音和吹风感问题。FCH则是空气降温与建筑降温同时进行，不依赖风量，从而彻底避免了传统空调噪音大和吹风感的问题。同时，地面调温还可以带来辐射空调的效果，大幅提高了制冷与采暖的舒适度。FCH冬季采用舒适度最高的地暖，夏季采用地面调温，实现了无声、无吹风感、恒温的高舒适空调效果，冬夏两季都能满足消费者对于冷暖舒适型需求。FCH由于结合了辐射末端，实现了高温制冷，在整个制冷过程实现了较大幅度的温湿分离，避免了传统空调全部采用温湿耦合方式处理冷负荷造成的巨大能源浪费。相较于三恒（恒温、恒湿、恒氧）系统高昂的造价，FCH具有更大的成本优势。

5.3 加强相关保障措施建设，优化管理

5.3.1 制定地方法规，优先开发利用城镇新型能源资源

安徽省有三大水系和广袤的湖泊，大多城镇表层地下水地温能资源储量巨大，将其系统开发与综合利用，能够经济高效地解决建筑用能问题。建议制定地方法规，优先开发利用。国土资源厅应将优质的城镇新型能源资源定性为能源矿产资源，纳入能源矿产资源管理，避免其浪费；能源局应将城镇新型能源资源的勘查评价结果应用于城镇能源规划；住建厅可将再生能源利用比例写入地方新建城镇区域规划条例；环保厅可将利用再生能源产生的碳减排等环保效益写入地方环保措施条例。

5.3.2 出台相关激励政策，鼓励新型能源开发利用

新型能源的开发利用应该是政府主导，企业参与，市民获利。建议政府有关部门出台政策，鼓励企业投资开发城镇新型能源资源，授予其新能源开发利用特许经营证，以新能源开发利用的比例高低来确定城市集中供冷供热特许经营权的经营者，政府制定收费基准价；鼓励以城市复合能源站的模式开发利用新能源，解决城市新能源资源浪费问题；要求所有的城市新建区必须制定建筑用能的新能源利用规划，新能源资源富集区必须开发利用新能源。

5.3.3 优化管理，发挥相关部门的主导作用

十九大以后，国家调整了自然资源部门的管理权限，以自然资源部门为主导，发改、能源、住建、环保等部门参与，可以很好地解决多头管理、政出多门问题。自然资源部门可以利用自然资源管理和区域规划的权限，系统解决城镇新型能源资源开发管理多元化问题，发挥相关事业单位如地勘局的主观能动性。地勘局可作为新型能源资源开发的业务主导部门，充分利用其在自然资源调查、生态环境保护与修复、资源环境承载力评价等方面的技术优势，主导全省城镇城区、新建城区及城区周边外围所有新型能源资源系统的勘查评价，查清规模储量和适宜的开发强度，为新型能源开发利用提供坚强的地质科技数据支撑，为政府决策提供依据，并根据城市拥有的新能源储量和城市规划，完成城市复合能源站的初步设计，优先在拥有优质资源的城区打造PPP复合能源站项目，进行市场运作，形成新能源利用示范。