董曉敏，柴雅彬，顧新洲

（天津市水文水資源勘測管理中心，天津 300061）

1 引言

地下儲能技術(shù)是把大氣的冷熱能源以地下水為介質(zhì)，儲存在含水層中，供使用期間提取。它與風(fēng)能、太陽能一樣，是一種低維修、高能效的利用自然能的方法，是不產(chǎn)生環(huán)境污染的“綠色能源”。地下儲能系統(tǒng)重視能源的儲存和地下水資源保護(hù)，運(yùn)行過程中保持地下水采補(bǔ)平衡，對環(huán)境不產(chǎn)生影響。地下水不受氣溫變化的影響，溫度比較穩(wěn)定，儲能效果顯著。夏季儲存的水溫高于原含水層水溫，冬季儲存的水溫低于原含水層水溫，反季節(jié)利用可以大幅度提高系統(tǒng)供暖和制冷效果，從而達(dá)到節(jié)能的目的。由于其具有環(huán)保和節(jié)能的雙重優(yōu)勢，近期在國內(nèi)外都得到了大力的推廣和應(yīng)用。與國外相比，我國地下儲能技術(shù)研究和應(yīng)用起步較晚，在熱泵機(jī)組的優(yōu)化設(shè)計(jì)和工程應(yīng)用上還存在較大差距。通過對運(yùn)行中的地下儲能系統(tǒng)進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查和監(jiān)測評價(jià)，跟蹤評估地下儲能系統(tǒng)的運(yùn)行效果，在發(fā)現(xiàn)問題、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步加強(qiáng)地下儲能技術(shù)的深入研究。

2 項(xiàng)目概況

天津市河西區(qū)青少年宮位于天津市河西區(qū)解放南路357號，系原解放南路中學(xué)，包括教學(xué)、實(shí)驗(yàn)、辦公、學(xué)術(shù)交流等房屋設(shè)施，總建筑面積21 262 m2，項(xiàng)目占地面積10 666.72 m2。為了實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境和節(jié)約辦公經(jīng)費(fèi)的目的，本項(xiàng)目采用以地下水為介質(zhì)的地下儲能系統(tǒng)進(jìn)行供暖和制冷，設(shè)計(jì)建議選用4臺克萊門特?zé)岜脵C(jī)組，2臺運(yùn)行，2臺備用。

該地下儲能系統(tǒng)于2010年正式投入運(yùn)行，機(jī)房熱泵機(jī)組啟動時配有專人值班，交接班時值班人員負(fù)責(zé)記錄開采井及回灌井水表讀數(shù)。系統(tǒng)熱泵機(jī)組參數(shù)由設(shè)備安裝商設(shè)定，現(xiàn)狀出水溫度26.3℃，回水溫度24.5℃，提取溫差1.8℃。系統(tǒng)采用一采兩灌的方式運(yùn)行，基本能滿足室內(nèi)夏季制冷和冬季供暖需求。系統(tǒng)采用自動遠(yuǎn)傳計(jì)量水表，運(yùn)行至2011年9月平均回灌率95.7%，基本處在取水許可規(guī)定范圍。各供暖、制冷期用水統(tǒng)計(jì)情況，見表1。

表1 河西青少年宮用水量統(tǒng)計(jì)

3 應(yīng)用存在問題

3.1 設(shè)備選擇問題

由于種種客觀原因，河西青少年宮地下儲能系統(tǒng)的建設(shè)施工分別由多個單位承包，熱泵機(jī)組、室內(nèi)風(fēng)機(jī)的采購和設(shè)備安裝、供熱管網(wǎng)鋪設(shè)分別由不同公司負(fù)責(zé)實(shí)施，導(dǎo)致系統(tǒng)整體的兼容配套工作復(fù)雜，對系統(tǒng)的整體性能產(chǎn)生了負(fù)面影響，既降低了系統(tǒng)使用壽命，又不能有效實(shí)現(xiàn)初始設(shè)計(jì)的節(jié)能目標(biāo)。系統(tǒng)熱泵機(jī)組在不到2年的使用過程中已出現(xiàn)多次損壞，維修工作任務(wù)繁重，直接影響了地下儲能系統(tǒng)的供暖（制冷）效果。

3.2 運(yùn)行管理問題

系統(tǒng)設(shè)施建設(shè)和運(yùn)行環(huán)節(jié)中，相關(guān)負(fù)責(zé)人員未能及時做好溝通和交接，造成系統(tǒng)設(shè)備原始資料不完備，加之操作及管理人員對地下儲能系統(tǒng)的原理缺乏認(rèn)識，在機(jī)組運(yùn)行中操作不當(dāng)，未能按照原水資源論證設(shè)計(jì)方案中“大溫差小流量”的原則使用該系統(tǒng)，僅提取1.8℃的溫差，造成單井開采量超過回灌能力。同時，采用一采兩灌的方式運(yùn)行使高溫水和低溫水回灌至同一含水層，長期如此惡性循環(huán)導(dǎo)致地溫場紊亂、回灌效果差的結(jié)果；系統(tǒng)回?fù)P量增大，直接造成了水資源的浪費(fèi)和系統(tǒng)運(yùn)行成本的提高。

4 對策

4.1 盡快開展相關(guān)培訓(xùn)，建立持證上崗制度

為了更好地運(yùn)行和維護(hù)熱泵系統(tǒng)，建議開展定期的地下水源儲能系統(tǒng)使用管理人員和操作人員培訓(xùn)工作，建立操作工人持證上崗資格制度，提高使用單位的運(yùn)行管理水平，提升地下水源儲能系統(tǒng)使用效率。

4.2 實(shí)行一采一灌的系統(tǒng)運(yùn)行方式

改變一采兩灌的錯誤運(yùn)行方式是諸多措施中的重中之重。通過相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，從水源熱泵制冷、供熱的雙向功能的角度看，提取地下水溫差在10℃左右時25℃水溫的地下水在能源利用上最具有經(jīng)濟(jì)性。因此，應(yīng)按照初始設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)備的完善；對系統(tǒng)設(shè)置和運(yùn)行貫徹“大溫差小流量”的原則，加大溫差設(shè)定值，減少地下水的開采量，有效緩解回灌壓力。

4.3 適當(dāng)運(yùn)用價(jià)格杠桿，控制地下水開采量

現(xiàn)行的《取水許可和水資源費(fèi)管理?xiàng)l例》僅對地下水源熱泵系統(tǒng)的回?fù)P水量進(jìn)行水資源費(fèi)的征收、管理和監(jiān)督，而對其地下水利用量未作出明確的要求。水行政主管部門應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對地下儲能系統(tǒng)管理，通過運(yùn)用價(jià)格杠桿對系統(tǒng)運(yùn)行中的地下水利用量進(jìn)行控制，使用水業(yè)主單位認(rèn)識到節(jié)約用水的重要性。

4.4 建立設(shè)備廠商及施工單位市場準(zhǔn)入及懲罰機(jī)制

目前，多數(shù)項(xiàng)目建設(shè)業(yè)主單位只看到該系統(tǒng)節(jié)能的優(yōu)勢，卻在設(shè)備和施工單位等的選擇上往往重視不夠。據(jù)調(diào)查，天津地區(qū)地下儲能系統(tǒng)的安裝普遍存在密封不好、監(jiān)測設(shè)施殘缺等問題，甚至部分用戶設(shè)備安裝不配套、無測壓管、無精濾裝置，給管理部門的后期運(yùn)行、監(jiān)測以及系統(tǒng)維護(hù)帶來很大的困難。因此，有關(guān)部門應(yīng)盡快出臺相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)對設(shè)備廠商及施工單位管理，建立市場準(zhǔn)入及懲罰機(jī)制，對有不良記錄的廠商及單位及時進(jìn)行通報(bào)和處罰，規(guī)范市場行為，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，以確保建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)高質(zhì)量的地下儲能系統(tǒng)，提高系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和高效性。同時，進(jìn)一步加強(qiáng)對項(xiàng)目設(shè)計(jì)、施工安裝、調(diào)試、驗(yàn)收的監(jiān)督管理，提升建設(shè)單位的使用滿意度。

4.5 廣泛開展論證后評估工作

為了實(shí)行最嚴(yán)格水資源管理制度，按照《建設(shè)項(xiàng)目水資源論證管理辦法》規(guī)定業(yè)主單位委托具有資質(zhì)的論證單位進(jìn)行了建設(shè)項(xiàng)目水資源論證，并編制了建設(shè)項(xiàng)目水資源論證報(bào)告書。但在系統(tǒng)建成后沒有對實(shí)際運(yùn)行情況進(jìn)行及時的后續(xù)跟蹤服務(wù)。結(jié)合水利部辦公廳 《關(guān)于開展建設(shè)項(xiàng)目水資源論證后評估工作的通知》（辦資源〔2011〕329號）及天津市相關(guān)規(guī)定，有關(guān)部門應(yīng)廣泛開展論證后評估工作，委托資質(zhì)單位針對取水許可審批的落實(shí)情況和系統(tǒng)的建設(shè)實(shí)施情況、實(shí)際運(yùn)行情況、日常監(jiān)督管理情況等方面進(jìn)行為期不少于3年的跟蹤調(diào)查，在對數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、發(fā)現(xiàn)問題并及時提出整改措施，以促進(jìn)水資源的合理和可持續(xù)利用。