編前：談到中國近幾年來地源熱泵行業(yè)的飛速發(fā)展，鄭老滿臉欣慰。從他1994年去聯(lián)合國工作，到2004年開始連續(xù)六年擔(dān)任國際地?zé)釁f(xié)會理事，鄭老深切感受到了全球地源熱泵發(fā)展的蓬勃態(tài)勢，更堅信中國有能力跟上，成為一個地源熱泵大國。而他，也一直在為這個目標(biāo)孜孜不倦地努力著……
地源熱泵的明天在中國
——訪中國能源研究會常務(wù)理事鄭克炎
鄭克炎可以說是中國地源熱泵行業(yè)中離世界最近的人。近二十年來，他一直游走在國際與國內(nèi)，對全世界和中國地源熱泵行業(yè)的發(fā)展都有著一手的數(shù)據(jù)，更有著深刻的感受和理解。 排名 國家 年利用能量 熱泵數(shù)量 利用溫度 COP 1 美國 47400 TJ(1012焦耳) 100萬臺 5~25°C 3.5 2 中國 29035 TJ 2.1萬臺 14~36°C 3.0~3.8 3 瑞典 22500 TJ 30萬臺 5~20°C 3.5 4 挪威 16400 TJ 26萬臺 6~8°C 3.5 5 德國 10368 TJ 17.8萬臺 8~12°C 3.5 對比項(xiàng)目 美國 中國 2009年地源熱泵利用能量 47400 TJ 29035 TJ 2004年地源熱泵利用能量 22214 TJ 6569 TJ 5年間的絕對增長 25186 TJ 22466 TJ 5年間的增長比率 113 % 442 % 5年間的平均年累進(jìn)增長率 14 % 30 % 預(yù)測年份 美國 中國 年累進(jìn)增長率14% 年累進(jìn)增長率30% 2010 54036 TJ 37745 TJ 2011 61601 TJ 49069 TJ 2012 70225 TJ 63790 TJ 2013 80057 TJ 82927 TJ 2014 91265 TJ 107804 TJ
世界地源熱泵行業(yè)蓬勃前行
鄭老告訴記者，當(dāng)今世界地源熱泵的增長遠(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)勢已經(jīng)逐漸被認(rèn)知和普及，因此吸引了投資商和客戶的眼球。
他解釋說，地源熱泵的平均能效系數(shù)（COP）為3.5，它消耗一份電能（比如1 kW）的同時，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?。最保守估計，?jié)能效果達(dá)到30%是沒有爭議的?？梢哉f，地源熱泵是節(jié)能減排單項(xiàng)技術(shù)中效率最高的。
目前，世界地源熱泵的應(yīng)用主要集中在北美、歐洲和中國。在世界地?zé)岽髸?，參加報告地源熱泵利用的國家，?000年的26國已經(jīng)增加到2010年的43個國家。據(jù)2010年世界地?zé)岽髸慕y(tǒng)計數(shù)據(jù)，地源熱泵的年利用能量已經(jīng)達(dá)到了214782 TJ（1012焦耳），與2005年世界地?zé)岽髸慕y(tǒng)計數(shù)據(jù)相比，五年內(nèi)增長了2.45倍，平均年累進(jìn)增長率達(dá)到了19.7%；地源熱泵的設(shè)備容量為35236 MWt（兆瓦熱量），在五年間增長了2.29倍，平均年累進(jìn)增長率為18.0%。這是社會和客戶認(rèn)可地源熱泵能力最直接的表現(xiàn)。
按美國和西歐典型家用機(jī)組的平均容量12 kW計算，2010年世界累計裝機(jī)294萬套，是2005年的2倍。實(shí)際使用的家用機(jī)組，有的小至5,5kW，而商業(yè)和公用建筑的機(jī)組可大至150kW甚至更高，中國生產(chǎn)的特大型單體機(jī)組已大于4000kW。
中國地源熱泵行業(yè)迎頭趕上
進(jìn)入21世紀(jì)前后，通過中外交流，跟隨世界潮流，中國開始試驗(yàn)性的應(yīng)用和引進(jìn)地源熱泵，并取得了快速的發(fā)展。
鄭老說，我國最初的地源熱泵工程應(yīng)用，以北京起步最早，發(fā)展最快，2006年北京市地源熱泵工程應(yīng)用面積738萬㎡，居全國之首。此后北京雖然每年增長300至500萬m2，但沈陽市的地源熱泵應(yīng)用后來居上，2007年躍居全國第一，達(dá)到1810萬㎡。此后仍每年新增地源熱泵供暖面積1500萬㎡以上，2008年達(dá)到3585萬㎡，2009年已達(dá)到5462萬㎡。2008年，沈陽市地源熱泵供暖已占全部建筑供暖面積的18%，當(dāng)年沈陽市大氣優(yōu)良環(huán)境的天數(shù)達(dá)到了330天，環(huán)保效益顯著，2009年仍然保持了這樣的環(huán)境效益。東北重工業(yè)城市沈陽的地源熱泵供暖為城市環(huán)境保護(hù)和利用清潔能源闖出了一條新路。
從整體上看，我國地源熱泵工程應(yīng)用每年擴(kuò)展面積越來越大，2007年增長了近1800萬㎡，2008年增長了2400萬㎡，2009年更增長了3870萬㎡，全國地源熱泵總利用面積已達(dá)1.007億㎡。這個數(shù)字在2010年的世界地?zé)岽髸?，已?jīng)使中國地源熱泵在世界上的排名躍升至世界第二位。中國連續(xù)兩年的年增長率都超過60%，這個中國速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了世界地源熱泵近5年來保持的近20%年增長率。
伴隨地源熱泵工程應(yīng)用的快速增長，為適應(yīng)市場急速膨脹的巨大需求，國內(nèi)地源熱泵生產(chǎn)企業(yè)迅速發(fā)展。10年來，我國生產(chǎn)熱泵機(jī)組的廠商由世紀(jì)初的幾家，已發(fā)展至超過200家，分布在山東、北京、深圳、大連、杭州、蘇州、廣州等地。國產(chǎn)品以水－水系統(tǒng)的大機(jī)組為主，主流是螺桿式壓縮機(jī)＋殼管式換熱器，也有渦旋式壓縮機(jī)＋板式換熱器或套管式換熱器的模塊式機(jī)組，大型機(jī)能達(dá)2000-3000 kW制熱（制冷）量，也有小型適應(yīng)家庭使用的小于10kW機(jī)，但以50-2000kW為主要產(chǎn)品。除熱泵主機(jī)外，熱泵相關(guān)配件和PE管線等的生產(chǎn)廠家還有100多家。另外，國外知名品牌的熱泵公司也陸續(xù)登陸中國，建立生產(chǎn)基地或合資企業(yè)，產(chǎn)品就地供應(yīng)中國市場。同時，設(shè)計和施工隊(duì)伍也迅速擴(kuò)大，目前全國該行業(yè)的設(shè)計和施工隊(duì)伍超過10萬人。
作為行業(yè)活躍的標(biāo)志，全國各地每年多次召開地源熱泵相關(guān)的展覽會、研討會，2010年全國地源熱泵行業(yè)高層論壇參加者450多人，創(chuàng)行業(yè)大會人數(shù)的最高記錄。可再生能源協(xié)會和資源綜合利用協(xié)會的地源熱泵專業(yè)委員會，以及中國能源研究會地?zé)釋I(yè)委員會都舉辦各類地源熱泵培訓(xùn)班，每年不下20場，加快培養(yǎng)初級和中級技術(shù)人才；相關(guān)專業(yè)的大學(xué)畢業(yè)生和碩士生、博士生供不應(yīng)求。所有這些，充分體現(xiàn)了行業(yè)大發(fā)展的欣欣向榮局面。
更為重要的是，國家政府給與了政策和資金上的大力支持。一方面是政策性的支持，如《可再生能源法》、《節(jié)約能源法》中都對行業(yè)扶持有所規(guī)定，有具體給予補(bǔ)助的實(shí)施條例，還有中長期能源發(fā)展規(guī)劃目標(biāo)。另一方面是公益性的扶持，比如國土資源部布置各地開展淺層地?zé)崮艿馁Y源評價，劃出地源熱泵的適宜開發(fā)區(qū)和較適宜開發(fā)區(qū)，避免用戶的風(fēng)險損失。2010年國土資源部和天津市人民政府共同支持在天津試點(diǎn)，完成了天津市淺層地?zé)崮苜Y源評價，包括地源熱泵和水源熱泵的適宜區(qū)和較適宜區(qū)的劃分；現(xiàn)在正接續(xù)開展典型示范工程建設(shè)，包括樣板工程和相應(yīng)的一系列地溫和環(huán)境監(jiān)測。讓全國各地政府和工程用戶更相信地源熱泵項(xiàng)目的節(jié)能減排能力和環(huán)境效益，從而保障今后行業(yè)的健康發(fā)展。
利用溫度下限過高：行業(yè)發(fā)展的癥結(jié)
據(jù)2010年世界地?zé)岽髸慕y(tǒng)計，截止至2009年，世界地源熱泵應(yīng)用的排名序列前5位是：美國、中國、瑞典、挪威、德國。
地源熱泵應(yīng)用排名世界前列國家的對比
鄭老介紹，從表格中可以看出，中國地源熱泵行業(yè)有自身的特點(diǎn)：一是中國主要為大樓建筑服務(wù)，以大型熱泵居多，因此熱泵總數(shù)少；二是中國的利用溫度偏高。其中，上限的36攝氏度，是天津利用地?zé)峁┡菜臏囟热嵩倮茫酥?，上限溫度也?5攝氏度，與其他國家基本持平；但是，下限溫度遠(yuǎn)高于世界先進(jìn)國家。
下限溫度過高，在鄭老看來，這正是我國地源熱泵行業(yè)發(fā)展的瓶頸。他舉例說，瑞典和挪威的許多地域在北緯60度，他們都可以成功地利用地源熱泵，而我國在哈爾濱（北緯45度）卻還不敢嘗試做地源熱泵供暖，這是因?yàn)闃I(yè)內(nèi)有些人士擔(dān)心 “冷熱不平衡”問題。
對此，鄭老解釋說，其實(shí)，大地并不是一個封閉的“盒子”，越往地球中心，溫度越高，地球表面的熱量如果被取走，地心的熱量就會逐漸補(bǔ)充過來，所以說地?zé)崾强稍偕茉?。它并不是夏?ldquo;存”多少熱量，冬季才能“取”多少，這種所謂的“平衡”是沒有科學(xué)依據(jù)的。鄭老介紹說，經(jīng)過長期的監(jiān)測，已經(jīng)證明了“冬夏不平衡”問題無須擔(dān)憂。比如，北京4個月120天供暖期內(nèi)，在剛開始供暖時，地下溫度降低很快，第一個月從15攝氏度降低到9攝氏度。但是過了嚴(yán)寒期，隨著熱泵負(fù)荷逐漸減小，到了2月份，雖然還在供暖，但是地下溫度已經(jīng)開始上升。當(dāng)4個月供暖期全部結(jié)束時，地下溫度已經(jīng)恢復(fù)了了80%，剩下的20%在夏季完全能夠得以恢復(fù)。
所以，降低利用溫度的下限，這將是行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的突破口。鄭老補(bǔ)充說，在項(xiàng)目開始時，一定要按照規(guī)范的要求做熱響應(yīng)實(shí)驗(yàn)，以此確定打多少孔，能取出多少熱，并可以通過計算機(jī)模擬運(yùn)行30年看看效果如何，這樣經(jīng)過了測試和模擬運(yùn)行，就可以大膽地降低利用溫度的下限，仍然能夠收到理想的效果。
五年內(nèi)中國地源熱泵將成為世界第一
目前，中國地源熱泵應(yīng)用排名僅次于美國，居世界第2位，那么，和美國相比，中國實(shí)際差距有多大？我們能不能超過美國？什么時候能超過美國？鄭老用兩個表格說明了他的觀點(diǎn)：
中國和美國地源熱泵的對比數(shù)字
因?yàn)橹袊钠骄昀圻M(jìn)增長率比美國高一倍多，所以按此速度，鄭老預(yù)測了2015年世界地?zé)岽髸y(tǒng)計數(shù)字：
中國地源熱泵趕上和超過美國的預(yù)測數(shù)字
這個預(yù)測數(shù)字是否可靠呢？據(jù)不完全統(tǒng)計，我國2010年地源熱泵供暖應(yīng)用已達(dá)1.5億平方米面積，這比2009年底的統(tǒng)計數(shù)字增長了約49%，若按此計算，則2010年我國的地源熱泵利用的地?zé)崮芰恳堰_(dá)43250 TJ，這就已經(jīng)超出上表的預(yù)測。
鄭老信心百倍地告訴記者，中國地源熱泵的繼續(xù)快速增長肯定可以在下一次世界地?zé)岽髸贤瓿沙^美國的目標(biāo)，成為世界第一！
專家簡介：鄭克炎，1962年畢業(yè)于南京大學(xué)地質(zhì)系水文地質(zhì)工程地質(zhì)專業(yè)，1970年后主要從事地下熱水和礦泉水勘查和研究工作,是發(fā)現(xiàn)北京城區(qū)地?zé)崽锏闹饕暙I(xiàn)人之一。1981年由UNDP選派赴新西蘭奧克蘭大學(xué)地?zé)釋W(xué)院進(jìn)修一年，1982年參加中法合作西藏地質(zhì)研究，1983－1985年任中意合作西藏地?zé)犴?xiàng)目的中方專家組長，1986－1989年任北京水文地質(zhì)公司地?zé)崾抑魅?，主持的北京地?zé)峥蒲许?xiàng)目獲地質(zhì)礦產(chǎn)部科技二等獎，1989－1994年調(diào)任地礦部科技司副處長，負(fù)責(zé)全國水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)和地?zé)岬目萍脊芾?，任中國地質(zhì)學(xué)會環(huán)境地質(zhì)專業(yè)委員會委員、中國土地學(xué)會理事，兼任中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）客座教授。1994年受聯(lián)合國聘為咨詢專家，三次派赴太平洋島國密克羅尼西亞任找水專家，最后于2001年圓滿完成任務(wù)回國，獲受援國總統(tǒng)簽署的嘉獎。回國后任中國能源研究會地?zé)釋I(yè)委員會副秘書長，2004年被選為國際地?zé)釁f(xié)會（IGA）理事，2005年9月被選為中國能源研究會地?zé)釋I(yè)委員會主任，現(xiàn)任中國能源研究會地?zé)釋I(yè)委員會專家委員會主任、北京市新能源與可再生能源協(xié)會地源熱泵專業(yè)委員會主任/教授，工作中完成國內(nèi)外各類地?zé)?、礦泉水、水文地質(zhì)報告200余份，在國內(nèi)外發(fā)表學(xué)術(shù)論文580余篇。在國際地?zé)峤缬幸欢曂啻问車H組織資助赴國外參加國際地?zé)岽髸?/span>
責(zé)編：王東
