■ 王 靜/成喜雨

（1.北京節(jié)能環(huán)保促進會，北京 100195；2.北京交通大學理學院生命科學與生物工程研究院，北京 100044）

隨著經(jīng)濟快速增長，能源形勢日趨嚴峻，淺層地熱能作為一種重要的新型能源，其開發(fā)利用成為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑[1]。淺層地熱能是存在于地殼下近表層數(shù)百米內(nèi)恒溫帶中的土壤、砂巖和地下水里的低溫地熱資源[2]，是一種優(yōu)質(zhì)的清潔能源，具有清潔環(huán)保、可再生、分布廣、儲量大、可用性高等特點。

北京市的淺層地熱資源利用歷史悠久，最早能追溯到《魏土地志》中對昌平縣新湯泉的記載。近年來，北京市淺層地熱能開發(fā)利用得到迅速發(fā)展，地熱井總數(shù)已經(jīng)超過300眼，地熱資源廣泛應用于地熱采暖、洗浴、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)種養(yǎng)植等領(lǐng)域，并取得了巨大的經(jīng)濟及社會效益。地熱資源的開發(fā)利用已成為北京市具有一定規(guī)模的朝陽產(chǎn)業(yè)[3]，成為節(jié)能減排大軍中不可忽視的力量。

1 北京市淺層地熱資源概況

北京市地熱資源類型為低溫沉積盆地型地熱資源，水溫隨埋藏深度而遞增。地熱儲能主要來自地下深處中新生帶蓋層以下的中元古界薊縣系霧迷山組和鐵嶺組的巨厚沉積碳酸鹽巖層、新元古界青白口系以及古生界寒武系和奧陶系的碳酸鹽巖層。由于其厚度巨大，分布廣泛，并且構(gòu)造裂隙和巖溶都很發(fā)育，成為地熱水順暢的運移通道。加之周邊地下水不斷補給，使沉積盆地內(nèi)熱儲相對突起的地段及主要導水斷裂帶的地熱流體富集，形成地熱異常地帶和具有開發(fā)利用價值的地熱田。地熱田的空間分布嚴格受區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造的控制。目前北京地區(qū)由西北向東南方向共有4條NE向地熱構(gòu)造帶，即：懷來——延慶地熱帶、溫泉——沙河、小湯山地熱帶、良鄉(xiāng)——城區(qū)——天竺——李遂地熱帶和榆垡——鳳河營地熱帶，共組成l0個地熱田[3]。經(jīng)勘查工作證實，北京平原區(qū)地下蘊含的淺層地熱資源，每年可以提供相當于6620萬噸標準煤的資源量，可滿足9.59億平方米供暖[4]。

2 北京市淺層地熱能產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

2.1 淺層地熱能利用技術(shù)

淺層地熱能的利用主要是通過地源熱泵技術(shù)將賦存于地層中的低品位熱源，通過少量的電能，將其轉(zhuǎn)化為可利用的高品位熱源[5]，為建筑物供熱制冷。地源熱泵系統(tǒng)是由水源熱泵機組、地熱能交換系統(tǒng)、建筑物內(nèi)系統(tǒng)組成[6]，其能效轉(zhuǎn)化比可達到1∶4，即消耗1千瓦的電能可以得到4千瓦的冷熱量。采用地源熱 泵技術(shù)可以大幅度降低用戶的能源使用費用，同時，也可大量取代燃煤鍋爐，緩解環(huán)保的壓力[5]。

2.2 淺層地熱能開發(fā)利用現(xiàn)狀

北京地區(qū)開發(fā)淺層地熱能所利用的熱泵系統(tǒng)主要包括：地下水源熱泵系統(tǒng)、土壤源熱泵系統(tǒng)、地熱尾水熱泵系統(tǒng)，廣泛應用于辦公樓、住宅、學校、商場、賓館、醫(yī)院等。2008年奧運會許多場館和國家大劇院都有不同程度的應用，2009年北京市國際鮮花港首次在農(nóng)業(yè)設(shè)施上大規(guī)模利用地源熱泵[7]。2012年北京市淺層地熱能利用總量為44.5萬噸標準煤，比2011年增長44.1%，占全市可再生能源利用總量的15.7%，熱泵供暖服務面積達到1736.5萬平方米[8]。

2.3 北京市地源熱泵企業(yè)規(guī)模情況

據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2009年，北京市共有地源熱泵企業(yè)66家，注冊資金在3000萬元以上的企業(yè)僅8家，注冊資金在3000萬元以下的企業(yè)有58家，其中注冊資金小于200萬的企業(yè)有24家，這說明地源熱泵企業(yè)以中小企業(yè)居多。（見表1）

表1 北京市地源熱泵企業(yè)注冊規(guī)模一覽表

2.4 北京市地源熱泵產(chǎn)業(yè)類型分析

淺層地熱能產(chǎn)業(yè)作為新興產(chǎn)業(yè)在北京市起步比較早，產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)優(yōu)勢明顯，產(chǎn)業(yè)鏈條完整，其中，以系統(tǒng)集成單位居多，占比達到76%，使得淺層地熱能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展能夠保持在比較穩(wěn)定的水平。經(jīng)過多年發(fā)展，形成了一批骨干企業(yè)，如：華清集團、恒有源集團、同方人環(huán)等。他們不僅科研實力、產(chǎn)品技術(shù)更趨精進，同時在管理能力、服務水平上也十分出色，這對北京地區(qū)整個淺層地熱能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有一定的示范作用。

2.5 北京市淺層地熱能產(chǎn)業(yè)的科研力量

北京市淺層地熱能利用技術(shù)的科研力量比較雄厚，國內(nèi)一些企業(yè)優(yōu)先從北京獲得技術(shù)和智力支持，在北京市和大專院校聯(lián)合設(shè)立實驗室和研發(fā)中心。例如：華清集團擁有國內(nèi)首個地源熱泵系統(tǒng)實驗基地；恒有源科技發(fā)展有限公司擁有國家級企業(yè)技術(shù)中心；北京工業(yè)大學環(huán)境與能源與工程學院擁有“傳熱強化與過程節(jié)能”教育部重點實驗室和“傳熱與能源利用”北京重點實驗室。清華同方人工環(huán)境有限公司擁有北京市級企業(yè)技術(shù)中心，擁有6個大型性能檢測試驗中心，并與清華、中科院、北工大等多家高校和科研院所建立了合作關(guān)系，擁有3家聯(lián)合實驗室。

3 北京市淺層地熱能產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題

雖然國家和北京市出臺了一系列的鼓勵措施，使得淺層地熱能應用發(fā)展很快，但由于地源泵技術(shù)在我國的應用時間不長，一些規(guī)程規(guī)范還不盡完善，使得全面推廣應用地源熱泵技術(shù)存在一些問題。

3.1 缺乏淺層地熱能開發(fā)利用的宏觀指導

開發(fā)利用淺層地熱能，首先要勘查評價項目所在地的地質(zhì)條件，確定淺層地熱能可開發(fā)利用的區(qū)域及合理利用量，預測開發(fā)利用淺層地熱能產(chǎn)生的環(huán)境影響。雖然北京市已經(jīng)初步開展了淺層地熱資源地質(zhì)勘查評價和地下水源熱泵適宜性評價等工作，但尚未建立公共淺層地熱能利用地質(zhì)條件信息數(shù)據(jù)庫和管理系統(tǒng)，缺乏對淺層地熱能開發(fā)利用前期的宏觀指導，使得淺層地熱能的開發(fā)存在一定的盲目性。

3.2 淺層地熱能企業(yè)水平良莠不齊

隨著淺層地熱能開發(fā)利用規(guī)模的擴大，吸引了國內(nèi)外企業(yè)蜂擁進入淺層地熱能開發(fā)利用市場。大多數(shù)公司根本不具備系統(tǒng)測試能力和設(shè)計能力，缺乏對地下?lián)Q熱系統(tǒng)長期運行的地下溫度變化、地下水的回灌、地下水位下降、水資源二次污染等問題的考慮，而且該行業(yè)的門檻不高，對隱蔽施工的監(jiān)理機制也不夠健全，執(zhí)行力度較弱，造成了施工質(zhì)量不高、設(shè)計不合理、運行不科學、管理不到位的現(xiàn)象，直接影響了淺層地熱能產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

3.3 淺層地熱能開發(fā)利用技術(shù)研發(fā)滯后

我國淺層地熱能開發(fā)利用規(guī)模在十幾萬平方米的工程很多，甚至很多城市都有20—30萬平方米的工程，這些工程利用現(xiàn)有技術(shù)，使得大量地埋管換熱器集中在一個地塊，項目長期運行后，在中間部位的換熱器換熱能力大大下降，從而影響整個地源熱泵系統(tǒng) 的效率，甚至可能會導致系統(tǒng)的癱瘓[9]。

3.4 工程設(shè)計方法需進一步完善

目前工程設(shè)計是根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)估計土壤的換熱能力，并直接確定埋管的數(shù)量和地熱井的深度，但不同的土壤資源情況不同，根據(jù)估算的結(jié)果來設(shè)計、施工、安裝，很大程度上會導致系統(tǒng)運行出現(xiàn)問題，甚至出現(xiàn)取熱（冷）效果差，熱泵機組停機。

4 北京市淺層地熱能產(chǎn)業(yè)發(fā)展對策建議

4.1 制定發(fā)展規(guī)劃，引導產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展

結(jié)合全市城鄉(xiāng)規(guī)劃、土地利用總體規(guī)劃，依據(jù)北京市水文地質(zhì)條件，劃分熱泵適用區(qū)，估算該區(qū)域淺層地熱能資源量，加快編制切合實際的淺層地熱能開發(fā)利用規(guī)劃，明確維護利用淺層地熱能的相應目標，指導全市淺層地熱能開發(fā)利用。

4.2 加強監(jiān)督管理，規(guī)范行業(yè)行為

對淺層地熱能開發(fā)利用的相關(guān)管理部門明確監(jiān)管責任，避免行政部門職能交叉。對淺層地熱能的勘查評價、地源熱泵工程建設(shè)單位實行市場準入制，維持淺層地熱能開發(fā)利用的可持續(xù)性；對從業(yè)人員實行職業(yè)技術(shù)培訓，持證上崗等制度；在地源熱泵技術(shù)的檢測認證、設(shè)計、施工和運行的認證體系、信息統(tǒng)計系統(tǒng)等方面制定實施標準；規(guī)范淺層地熱能的勘查評價，地源熱泵系統(tǒng)的地下?lián)Q熱系統(tǒng)（地埋管）對地下環(huán)境影響評價。

4.3 建立地質(zhì)條件數(shù)據(jù)庫，爭取實現(xiàn)資源共享

為科學開發(fā)利用淺層地熱資源，充分利用前期的地質(zhì)調(diào)查資料，建立公共淺層地熱能利用地質(zhì)條件信息數(shù)據(jù)庫和管理系統(tǒng)，為科學規(guī)劃與指導北京市淺層地熱能開發(fā)利用提供技術(shù)資料。同時增加在線查詢項目地質(zhì)條件，進行地源熱泵應用的適用性和經(jīng)濟性分析，在增強淺層地熱能開發(fā)利用的科學性基礎(chǔ)上，減輕企業(yè)負擔。

4.4 完善科技支撐體系，推動淺層地熱能產(chǎn)業(yè)發(fā)展

加強淺層地熱能相關(guān)技術(shù)科學研究，成立政府支持下的國家級或市級淺層地熱能高效利用實驗室，建立開放式的試驗研究基地，支持制造適合我國國情、具有高附加值的自主研發(fā)技術(shù)裝備及其成果轉(zhuǎn)化；加強對淺層巖土熱物理性質(zhì)測試研究工作，逐步建立和完善科學嚴謹?shù)墓こ淘O(shè)計方法，使淺層地熱能更好地應用于社會生活的各個方面。

[1]賀嬌.淺層地熱能開發(fā)前景廣闊[J].資源導刊,2009(11):16-17.

[2]付國偉,程聲通.水污染控制系統(tǒng)規(guī)劃[M].北京:清華大學出版社,1985.

[3]王榮魯,賀可強,李晶,等.論北京地區(qū)地熱資源勘查開發(fā)現(xiàn)狀和前景[J].地熱能,2008(4):25-28.

[4]鄭克棪,張定友.北京地源熱泵發(fā)展現(xiàn)狀與前景[J].建設(shè)科技，2010(18):22-25.

[5]竇克林.試談淺層地熱技術(shù)推廣問題[J].資源導刊,2010(11): 38-39.

[6]GB50366-2005,地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范[S].

[7]鄭克棪.北京地源熱泵行業(yè)前瞻[C]//中國地熱能：成就與展望——李四光倡導中國地熱能開發(fā)利用40周年紀念大會暨中國地熱發(fā)展研討會論文集.北京:地質(zhì)出版社,2010.

[8]北京市發(fā)展和改革委員會,北京市統(tǒng)計局,北京節(jié)能環(huán)保中心，等.2013北京能源發(fā)展報告[R].北京:北京市發(fā)展和改革委員會,北京市統(tǒng)計局,北京節(jié)能環(huán)保中心,等,2013.

[9]林伯強.中國能源發(fā)展報告2013[M].北京:北京大學出版社,2013.

[10]邢友靜.直擊地源熱泵在中國發(fā)展的軟肋[DB/OL].（2010-06-21）[2014-03-23].http://bao.hvacr.cn/201006_2013104.html.