2010世界地源熱泵發(fā)展最新動(dòng)態(tài)
鄭克棪
（中國(guó)能源研究會(huì)地?zé)釋I(yè)委員會(huì)）
利用地源熱泵技術(shù)開發(fā)淺層地?zé)崮芤殉蔀榈責(zé)豳Y源直接利用的重要方式，我們可以從地源熱泵在世界上的發(fā)展歷程和發(fā)展現(xiàn)狀看出其強(qiáng)大的生命力和發(fā)展前景。
2010年世界地?zé)岽髸?huì)在印度尼西亞巴厘島剛剛結(jié)束，這是國(guó)際地?zé)釁f(xié)會(huì)主辦的五年一次的地?zé)崾?huì)，今年大會(huì)的主題是“地?zé)幔焊淖兪澜绲哪茉?rdquo;。今年的大會(huì)有85個(gè)國(guó)家的2500名與會(huì)者，達(dá)到了歷史最大規(guī)模。同時(shí)，世界地?zé)崂茫绕涫堑卦礋岜玫睦?，也達(dá)到了歷史最大規(guī)模。世界地?zé)岽髸?huì)從各國(guó)提交的國(guó)家報(bào)告中，統(tǒng)計(jì)、總結(jié)了世界地?zé)岚l(fā)展的總況，這是五年一次最精確的權(quán)威統(tǒng)計(jì)數(shù)字。
一、世界地?zé)崂酶琶?/strong>
地?zé)岚l(fā)電在27個(gè)國(guó)家，總裝機(jī)容量達(dá)到了10751MWe（兆瓦電力），年發(fā)電利用熱能67246GWh，平均利用系數(shù)為72%（一年中有72%的時(shí)間在工作）。近五年內(nèi)增長(zhǎng)最大的是美國(guó)530MWe、印尼400MWe、冰島373MWe、新西蘭193MWe。地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量和發(fā)電量的世界排名前十位的是：美國(guó)、菲律賓、印尼、墨西哥、意大利、冰島、新西蘭、日本、薩爾瓦多、肯尼亞。印尼近5年的快速發(fā)展使其排名從2005年的第四位升為第三位，與墨西哥對(duì)換了位置。
地?zé)嶂苯永迷?8個(gè)國(guó)家，總設(shè)備容量達(dá)到了50583MWt（兆瓦熱量），年利用熱能121696GWh，平均利用系數(shù)0.27。利用熱能量的世界排名前十位的是：中國(guó)、美國(guó)、瑞典、土耳其、日本、挪威、冰島、法國(guó)、德國(guó)和荷蘭。在2005年世界地?zé)岽髸?huì)統(tǒng)計(jì)中，瑞典因大力發(fā)展地源熱泵，從2000年的第十位一下躍升至第二位；這五年其熱泵發(fā)展減緩，與美國(guó)對(duì)換了位置，美國(guó)升為第二名。
表1 世界地?zé)崂玫那?名國(guó)家
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排名
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地?zé)岚l(fā)電
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地?zé)嶂苯永?/span>
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地源熱泵
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第一名
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美國(guó)
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中國(guó)
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美國(guó)
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第二名
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菲律賓
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美國(guó)
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中國(guó)
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第三名
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印尼
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瑞典
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瑞典
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第四名
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墨西哥
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土耳其
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挪威
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第五名
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意大利
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日本
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德國(guó)
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二、世界地?zé)嶂苯永脭?shù)據(jù)的分析
2009年世界地?zé)嶂苯永玫目傇O(shè)備容量50583MWt，比2005年世界地?zé)岽髸?huì)的數(shù)據(jù)（統(tǒng)計(jì)截止至2004年）增長(zhǎng)了78.9%，這五年的平均年增長(zhǎng)率是12.33%。地?zé)嶂苯永迷O(shè)備總?cè)萘康淖畲蠓蓊~是地源熱泵，占69.7%，其次是洗浴游泳占13.2%，再次為常規(guī)地?zé)峁┡?0.7%，用于溫室、水產(chǎn)、工業(yè)、融雪等場(chǎng)合所占比例很小。
2009年世界地?zé)嶂苯永玫哪芰渴?38071TJ（121686GWh），比2005年世界地?zé)岽髸?huì)的數(shù)據(jù)（2004年）增長(zhǎng)了60.2%。近五年的平均年增長(zhǎng)率是9.89%。地?zé)嶂苯永玫哪芰孔畲蠓蓊~是地源熱泵占49.0%，其次是洗浴游泳占24.9%，再次為常規(guī)地?zé)峁┡?4.4%，其余溫室、水產(chǎn)、工業(yè)、融雪等所占比例很小。
全球平均的地?zé)嶂苯永孟禂?shù)為0.27，即在每年8760小時(shí)中的運(yùn)行小時(shí)數(shù)為2365小時(shí)。這個(gè)數(shù)字比2005年的0.31和2000年的0.40均有下降，這是因?yàn)榈卦礋岜美玫难杆僭鲩L(zhǎng)，而地源熱泵的利用系數(shù)2009年世界平均值為0.19%。
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圖1 2010年地源熱泵在地?zé)嶂苯永弥械奈恢?/span>
三、地源熱泵的飛速增長(zhǎng)
世界地源熱泵的增長(zhǎng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了地?zé)嶂苯永煤透邷氐責(zé)岚l(fā)電的發(fā)展速度，這是由于地源熱泵節(jié)能、減排的優(yōu)勢(shì)被認(rèn)知和普及，因此吸引了投資商和客戶的眼球。
2010年世界地?zé)岽髸?huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，地源熱泵的年利用能量達(dá)到了214782 TJ（1TJ =1012焦耳），與2005年世界地?zé)岽髸?huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)相比，五年內(nèi)增長(zhǎng)了2.45倍，平均年增長(zhǎng)率達(dá)到了19.7%。2010年世界地?zé)岽髸?huì)統(tǒng)計(jì)的地源熱泵的設(shè)備容量為35236 MWt，其在五年間增長(zhǎng)了2.29倍，平均年增長(zhǎng)率為18.0%。總之，這是社會(huì)和客戶更好地認(rèn)可了地源熱泵的能力而產(chǎn)生的效果。
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圖2 世界地源熱泵與常規(guī)地?zé)峁┡脑鲩L(zhǎng)對(duì)比
世界地源熱泵的應(yīng)用集中在北美、歐洲和中國(guó)。向世界地?zé)岽髸?huì)報(bào)告地源熱泵利用的國(guó)家，2000年是26國(guó)，2005年是33國(guó)，2010年是43個(gè)國(guó)家。
按美國(guó)和西歐典型家用機(jī)組的平均容量12 kW計(jì)算，2010年世界累計(jì)裝機(jī)294萬套，是2005年的2倍，是2000年的4倍。實(shí)際使用的家用機(jī)組，有的小至5,5 kW，而商業(yè)和公用建筑的機(jī)組可大至150 kW甚至更高，中國(guó)生產(chǎn)的特大型單體機(jī)組已大于4000 kW。
美國(guó)的絕大多數(shù)機(jī)組按制冷荷載的峰值設(shè)計(jì),可以涵蓋全部供熱需求（除北部的州），其平均運(yùn)行2000小時(shí)供暖，利用系數(shù)0.23。歐洲的絕大部分機(jī)組按供暖基礎(chǔ)荷載設(shè)計(jì)，并?？紤]用化石燃料補(bǔ)充峰值荷載，這樣的機(jī)組在北歐國(guó)家一年可運(yùn)行6000小時(shí)，利用系數(shù)達(dá)0.68。但歐洲國(guó)家的平均利用約為2200小時(shí)。
地源熱泵的平均能效系數(shù)（COP）按3.5考慮，它消耗一份電能（例1 kW）的同時(shí)，利用了2.5倍（即2.5 kW）的淺層地?zé)崮?，總輸?.5 kWt熱能，這樣其額定容量（設(shè)計(jì)效率）是(COP-1)/COP=0.71，即在其輸出功率中利用了71%的淺層地?zé)崮?。地源熱泵的制冷?yīng)用不作為地?zé)崂每紤]，因?yàn)檫@是將熱量排入了地下巖土體或地下水，但制冷應(yīng)用替代了化石燃料，減少了溫室氣體排放。
世界地源熱泵應(yīng)用的前5個(gè)國(guó)家是美國(guó)、中國(guó)、瑞典、挪威和德國(guó)。
四、節(jié)能減排效果
地?zé)崾潜就粱摹⒖沙掷m(xù)和可再生能源，它替代了其它形式的能源利用，尤其是化石燃料能源。許多國(guó)家利用地?zé)釡p少了對(duì)進(jìn)口燃料的依賴，而且對(duì)所有的國(guó)家都減少了污染，即顆粒物和溫室氣體。
一桶石油的熱量是6.06´109 J，如果這些能量用于發(fā)電，效率因子是0.35，即2.121´109 J轉(zhuǎn)化成了電能；如果這能源用于供熱，效率因子是0.70，即4.242´109 J轉(zhuǎn)化成了有效利用的熱能。
2009年世界地源熱泵利用熱能214782´1012 J，若按發(fā)電利用考慮，這相當(dāng)于一年節(jié)省了1.012億桶或1519萬噸石油，這相當(dāng)于全球石油1天半的消耗量，即全球石油年消耗量的0.42%；如果按鍋爐供熱考慮，這相當(dāng)于一年節(jié)省了0.506億桶或760萬噸石油。
美國(guó)勞倫斯實(shí)驗(yàn)室為美國(guó)能源部（1997）提供了減排的算法，我們可以用之來計(jì)算地源熱泵利用能量的減排效果。算法數(shù)據(jù)是：每節(jié)省1012 J的石油熱量等于節(jié)省碳62.6噸，每節(jié)省1MWh的石油熱量等于減排二氧化碳817 kg。據(jù)此，2009年世界地源熱泵利用熱能214782´1012 J，若用于發(fā)電則相當(dāng)于節(jié)省碳1343萬噸，相當(dāng)于減排二氧化碳4872萬噸。另外，利用地源熱泵的制冷還節(jié)省了1.013億桶或1520萬噸石油，這相當(dāng)于另節(jié)省碳1345萬噸和相當(dāng)于減排二氧化碳4872萬噸。這樣，2009年世界地源熱泵利用總計(jì)節(jié)省碳2688萬噸，相當(dāng)于減排二氧化碳9744萬噸。當(dāng)這214782´1012 J熱能作供熱利用時(shí)，算得的節(jié)能數(shù)據(jù)略小。兩種計(jì)算結(jié)果如表2所示，實(shí)際的情況應(yīng)該是界于這兩者之間。
表2 世界2009年地源熱泵利用的節(jié)省和減排效果
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節(jié)省石油燃料
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節(jié)省碳
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減排CO2
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桶
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當(dāng)量噸
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當(dāng)量噸
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當(dāng)量噸
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作發(fā)電用
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1.012億
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1519萬
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2688萬
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9744萬
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作供熱用
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0.506億
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760萬
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2106萬
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7308萬
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