能源就地供應(yīng)，使城市能源可以自我“造血”

       人們在參觀北京奧運村時，會看到一塊由美國綠色建筑協(xié)會頒發(fā)的綠色環(huán)保金獎——“能源與環(huán)境設(shè)計先鋒金獎”。而這，只是北京淺層地溫能技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用典型案例中的一個。目前，北京以淺層地溫能技術(shù)進行供暖供冷的建筑面積已達4000萬平方米，約為全市建筑總面積的4.4%。這就是說，北京已部分實現(xiàn)了能源的就地供應(yīng)，且這一比例正在逐年提高。

       衛(wèi)萬順，中國地質(zhì)調(diào)查局淺層地溫能研究與推廣中心主任。談起這一技術(shù)在北京的逐年走俏，他坦言，這是問題引導(dǎo)和需求拉動、政府支持相結(jié)合的結(jié)果。

       據(jù)他介紹，早在1999年，北京市地勘局就確立了以城市地質(zhì)為主的發(fā)展思路。他們在研究現(xiàn)代城市需求后發(fā)現(xiàn)，除能源生產(chǎn)型城市外，其他城市的能源供應(yīng)——煤、電、氣，幾乎全部要依賴外部供應(yīng)。一旦外部供應(yīng)出現(xiàn)問題，城市就會喪失生存機能。

       解決這一問題的辦法，顯然就是增加能源的就地供應(yīng)，打造城市能源供應(yīng)的自我“造血”功能。按照這一思路，北京市地勘局在研究國外文獻時發(fā)現(xiàn)，瑞典當(dāng)時開發(fā)了淺層地溫能技術(shù)。他們在組織技術(shù)人員深入研究后發(fā)現(xiàn)，這一技術(shù)的核心其實就是提取淺層巖土體的溫差、再輔以少量電力為建筑物供暖供冷。而對淺層巖土體的研究，正是地勘隊伍的強項。

       于是，北京市地勘局在該局所屬地質(zhì)勘察技術(shù)院院內(nèi)開展了試驗，并于1999年建成了應(yīng)用這一技術(shù)對院辦公樓進行集中供暖供冷的中央空調(diào)系統(tǒng)。隨后，利用提取溫差的基本原理，以地勘局辦公樓院內(nèi)的自備水井為取溫介質(zhì)，于2001年成功對局辦公樓進行了中央空調(diào)系統(tǒng)改造。在兩例成功案例的示范下，北京市地勘局開始把淺層地溫能等清潔能源作為主業(yè)發(fā)展方向，重點承擔(dān)淺層地溫能等新能源的公益性和商業(yè)性工作，并成立了北京市華清地?zé)衢_發(fā)有限責(zé)任公司，加大了市場的開拓力度。

       “政府的支持則體現(xiàn)在兩方面。”衛(wèi)萬順說，一是業(yè)務(wù)主管部門的技術(shù)支持。2006年，國土資源部開始了淺層地溫能勘查評價試點工作；2007年，在北京召開了全國地溫能（淺層地?zé)崮埽╅_發(fā)利用現(xiàn)場經(jīng)驗交流會。同年，中國地質(zhì)調(diào)查局淺層地溫能研究與推廣中心在北京市地勘局掛牌，淺層地溫能的開發(fā)利用上升到國家層面；2008年，《國土資源部關(guān)于大力推進地?zé)崮荛_發(fā)利用的通知》印發(fā)，全面部署我國淺層地溫資源的勘查評價、規(guī)劃編制和地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工作；2009年，在天津召開全國淺層地?zé)崮芎偷責(zé)崮苜Y源管理工作會議，頒布了《淺層地?zé)崮芸辈樵u價規(guī)范》。淺層地溫能技術(shù)，也由北京單打獨斗式的探索走向全國全面應(yīng)用推廣的新階段。二是政府的政策支持。北京市政府曾于2006年5月印發(fā)了《關(guān)于發(fā)展熱泵系統(tǒng)的指導(dǎo)意見》，對這一技術(shù)的應(yīng)用提供明確的資金支持：選用地下（表）水源熱泵的，每平方米補助35元；選用地源熱泵和再生水源熱泵的，每平方米補助50元，使淺層地溫能技術(shù)在全市得到迅速推廣。據(jù)統(tǒng)計，2006年以后，北京淺層地溫能技術(shù)供暖供冷面積保持了每年約150%的增長速度。2013年，隨著國家能源局等四部委聯(lián)合制定《關(guān)于促進地?zé)崮荛_發(fā)利用的指導(dǎo)意見》的印發(fā)，對淺層地溫能的政策支持也上升到國家層面。

       在業(yè)務(wù)主管部門的支持下，中國地調(diào)局淺層地溫能研究與推廣中心以為城市植入更多的能源“綠色干細(xì)胞”為己任，大力開展了從學(xué)科的創(chuàng)立到各環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，使淺層地溫能技術(shù)的取溫介質(zhì)從初期單一的淺層土壤、地下水，發(fā)展到地?zé)崴⒊鞘兄兴⒌乇硭榷喾N形式。

       這些資源能滿足城市多大能源需求？對這一疑問，衛(wèi)萬順用北京的數(shù)據(jù)進行了說明：經(jīng)勘查，北京市平原區(qū)淺層地溫能熱容量為1.95×1015千焦，折合標(biāo)準(zhǔn)煤6670萬噸，可供暖面積7.2億平方米；截止到2013年底，全市公民用建筑物總面積約9億平方米。“如果再考慮城市中水、地表水等其他介質(zhì)的熱容量，資源保障是沒有大問題的。”衛(wèi)萬順說，“重要的是，這些資源除就在當(dāng)?shù)赝猓€都是可再生的。”

       在加大關(guān)鍵技術(shù)研究的同時，中國地調(diào)局淺層地溫能研究與推廣中心還加大了全國推廣應(yīng)用的力度。自2007年成立以來，中心已成功舉辦了九期全國高級研修班和兩期學(xué)術(shù)交流會，累計培訓(xùn)全國技術(shù)骨干1000余人；在全國成立了3個中心的分支機構(gòu)，開展不同地質(zhì)因素對淺層地溫能開發(fā)利用的影響研究和在當(dāng)?shù)貞?yīng)用推廣；多次派專家前往開展技術(shù)扶持與技術(shù)交流工作，帶動了當(dāng)?shù)爻鞘袦\層地溫資源開發(fā)的步伐。萬國城地埋管地源熱泵項目、用友軟件園復(fù)合式地源熱泵項目、奧運村再生水源熱泵項目、上海世博軸江水源地源熱泵項目等一批成功案例，如星星之火正引燃各地的應(yīng)用熱情。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2014年底，全國利用地源熱泵技術(shù)開發(fā)淺層地溫能供熱制冷的建筑物面積已超過3.3億平方米，預(yù)計到“十二五”末期將達到5億平方米。

       能源就地供應(yīng)，不再是一個美麗的夢。

       自主創(chuàng)新，淺層地溫能資源利用模式“百花齊放”

       地處北京望京的金茂府，是全國知名的高端住宅品牌，其中央空調(diào)系統(tǒng)搭載的就是由中國地調(diào)局淺層地溫能研究與推廣中心試驗研究過的毛細(xì)管網(wǎng)輻射技術(shù)。

       如果細(xì)數(shù)，在淺層地溫能技術(shù)的開發(fā)上，淺層地溫能研究與推廣中心已實現(xiàn)了從引進到自主創(chuàng)新的根本性轉(zhuǎn)變，形成了以地源熱泵為基礎(chǔ)，冰蓄冷、水蓄冷、水蓄熱、大溫差風(fēng)盤等的綜合能源利用方式；基于多年的工程實踐與理論研究，凝練出“地源熱泵、置換式新風(fēng)、毛細(xì)管網(wǎng)輻射”三大核心技術(shù)，實現(xiàn)了地源熱泵與室內(nèi)環(huán)境的無縫對接，并在末端毛細(xì)管網(wǎng)和農(nóng)業(yè)設(shè)施領(lǐng)域取得了長足的發(fā)展。

       談到這一轉(zhuǎn)變，衛(wèi)萬順說，主要得益于淺層地溫能研究與推廣中心成立后一直秉承加強人才隊伍建設(shè)和自主創(chuàng)新理念。

       據(jù)他介紹，研究與推廣中心成立后，就以人才隊伍建設(shè)為基礎(chǔ)，大力開展相關(guān)基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)的自主研究工作。

       在人才隊伍建設(shè)上，中心采取了三管齊下的辦法。一是明確了人才培養(yǎng)的機制。堅持“高級人才重點培養(yǎng)，優(yōu)秀人才優(yōu)先培養(yǎng)，緊缺人才加快培養(yǎng)，后備人才全面培養(yǎng)”的方針，根據(jù)每位技術(shù)人員的特長和業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，分別對每位技術(shù)人員提出專項研究內(nèi)容。二是在政治和工作生活上，營造有利于人才成長的環(huán)境。經(jīng)常開展思想交流、野外拓展等活動，增強了大家的工作熱情和進取精神；貫徹人文關(guān)懷理念，特別是在吃、住、行等方面，盡可能幫助大家解除后顧之憂；注重營造尊重人才、鼓勵創(chuàng)新的環(huán)境，公開平等、競爭擇優(yōu)的制度環(huán)境。三是實施人才培養(yǎng)計劃。按照計劃，中心通過專業(yè)培訓(xùn)、野外試驗操作以及繼續(xù)教育等形式對科研人員進行系統(tǒng)培養(yǎng)。邀請相關(guān)專業(yè)的專家教授，對科研過程中遇到的難題進行一對一指導(dǎo)，或者以講座、野外指導(dǎo)的形式進行培訓(xùn)。選派技術(shù)人員到各合作高校進行短期學(xué)習(xí)或進修，提高基礎(chǔ)理論水平。劃出專項經(jīng)費，鼓勵科研人員發(fā)表科技論文；定期組織專題研討會。目前，中心有20余名技術(shù)骨干納入中共北京市委組織部優(yōu)秀人才培養(yǎng)團體資助項目——《提高淺層地溫能開發(fā)利用綜合效能實驗研究中人才培養(yǎng)與科研團隊建設(shè)》。

       在自主創(chuàng)新上，中心長期與清華大學(xué)熱能工程系、中國地質(zhì)大學(xué)（北京）水環(huán)學(xué)院建立合作研究關(guān)系，逐步形成了以高校為科研支撐、以解決實際問題為目標(biāo)的自主創(chuàng)新機制。在這一機制下，中心技術(shù)團隊完成了關(guān)鍵性技術(shù)設(shè)備研發(fā)、淺層地溫能綜合效能實驗室建設(shè)及一系列有影響力的重大工程技術(shù)推廣服務(wù)工作，形成了通過試驗—開展研究—進行監(jiān)測—指導(dǎo)實踐的工作體系。

       作為一個新生事物，隨著淺層地溫資源開發(fā)規(guī)模的逐年擴大，這一開發(fā)模式是否會引發(fā)新地質(zhì)環(huán)境問題，逐漸進入人們的視野。為此，中心加大了實驗和監(jiān)測兩個環(huán)節(jié)的工作力度，以用數(shù)據(jù)說服人。

       在實驗方面，針對淺層地溫能資源熱儲量計算方法中的許多相關(guān)參數(shù)還不能做到實地測量的情況，2007年，中心開展了淺層地溫能熱冷響應(yīng)測試系統(tǒng)研制工作。該測試系統(tǒng)能夠模擬地埋管換熱器夏季的運行工況（向地層釋放熱量）和冬季的運行工況（從地層中取熱），直接測定地埋管換熱器的吸熱能力和排熱能力，可用于指導(dǎo)單項工程設(shè)計和進行區(qū)域淺層地溫能資源量的評價。

       2009年，北京市地勘局、淺層地溫能研究與推廣中心和北京市華清地?zé)衢_發(fā)有限責(zé)任公司共同出資建設(shè)了淺層地溫能綜合實驗室。目前，實驗室已初步具備淺層地溫能開發(fā)利用中基本參數(shù)的實驗測試功能，獲取的部分測試及監(jiān)測數(shù)據(jù)，以及綜合效能研究的階段性成果，對于指導(dǎo)實際工程設(shè)計具有重要意義。

       在監(jiān)測方面，已在北京建成2個監(jiān)測站和40個監(jiān)測點以及監(jiān)測中心，形成了北京淺層地溫能資源開發(fā)利用監(jiān)測站網(wǎng)，加強了淺層地溫能開發(fā)利用的地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測工作，為建設(shè)淺層地溫能開發(fā)利用對地質(zhì)環(huán)境影響預(yù)警預(yù)報系統(tǒng)打下基礎(chǔ)，為預(yù)測北京市淺層地溫場變化趨勢以及評價淺層地溫能開發(fā)利用對地下環(huán)境影響提供了依據(jù)。同時，也為開展淺層地溫能高效轉(zhuǎn)化研究，以及合理、安全、有效地開發(fā)利用淺層地溫能資源提供了數(shù)據(jù)支撐。其中，2014年在通州張家灣地面沉降監(jiān)測站開展的《淺層地溫能開發(fā)利用換熱機理實驗平臺建設(shè)及研究》正在進行中，其結(jié)果將為淺層地溫能的可再生性、科學(xué)合理高效利用提供基礎(chǔ)監(jiān)測研究資料。

       基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新，帶來了以地源熱泵技術(shù)為主的淺層地溫能資源利用模式的“百花齊放”。2000年以來，以江水源+地源熱泵技術(shù)的上海世博軸項目，再生水熱泵冷熱源技術(shù)的奧運村，復(fù)合式能源系統(tǒng)的北京國際鮮花港、用友軟件園等一批典型項目先后面世后，人們有關(guān)于城市能源的認(rèn)識，也醍醐灌頂般地覺醒：原來，城市的能源就在城市自身，“生命線”是可以靠城市自身來解決的。經(jīng)計算，僅北京規(guī)劃區(qū)2000平方公里淺層地溫能的儲量，就相當(dāng)于1.07億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。

       理論與實踐相結(jié)合，兩大體系的建立為淺層地溫能資源開發(fā)利用提供了理論和技術(shù)支撐

       “在收獲一個個成功工程案例的同時，我們還創(chuàng)立了自己的淺層地溫能地質(zhì)學(xué)理論體系和淺層地溫能資源勘查評價體系。”指著辦公桌上的《北京淺層地溫能資源》、《中國淺層地溫能資源》和《淺層地溫能資源評價》3本專著，衛(wèi)萬順自豪地說，“兩大體系的建立，為我國淺層地溫能資源的開發(fā)利用，提供了理論和技術(shù)支撐。”

       那么，這兩大體系到底解決了哪些問題？又包括哪些內(nèi)容？衛(wèi)萬順一一道來。

       隨著淺層地溫能資源開發(fā)規(guī)模的逐年擴大，一些制約這一產(chǎn)業(yè)發(fā)展的問題就陸續(xù)出現(xiàn)：從認(rèn)識上看，存在著“資源和非資源”兩種觀點的爭論；從方法技術(shù)上看，勘查評價工作如何做、以什么規(guī)范做、應(yīng)開發(fā)哪些關(guān)鍵技術(shù)等現(xiàn)實課題亟待解決；從環(huán)境影響看，淺層地溫能資源開發(fā)到底有沒有環(huán)境隱患的顧慮，需要有理論解釋和監(jiān)測數(shù)據(jù)的支撐。

       針對這一現(xiàn)實，中心組織技術(shù)人員按照研究指導(dǎo)—工程實踐—提煉升華的路線，再輔之以實驗、監(jiān)測的技術(shù)手段，在全國率先組織開展了淺層地溫能勘查評價工作。在總結(jié)、提煉工程實踐經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，編寫了《中國淺層地溫能資源》、《淺層地溫能資源評價》、《北京淺層地溫能資源》3部專著和《淺層地溫能開發(fā)利用中的關(guān)鍵問題研究》、《北京平原區(qū)淺層地溫場特征及其影響因素研究》等20余篇有關(guān)淺層地溫能勘查開發(fā)的論文，系統(tǒng)回答了3類問題：

       ——淺層地溫能不僅是資源，而且潛力巨大、可循環(huán)利用?？辈榻Y(jié)果表明，北京平原區(qū)淺層地溫能冬季可開采利用量折合標(biāo)準(zhǔn)煤為0.667億噸，約是北京目前建筑物供暖制冷消耗的1.6倍，可供暖面積7.2億平方米。31個省會城市淺層地溫能開發(fā)利用總能量折合標(biāo)準(zhǔn)煤2.8億噸，約是全國目前建筑物供暖制冷消耗的0.8倍。

       ——先后編制了《淺層地?zé)崮芸辈樵u價規(guī)范》、《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》（2009版）、《省級淺層地?zé)崮苷{(diào)查評價工作方案》、《北京市地埋管地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》和《北京市再生水熱泵工程技術(shù)規(guī)范》，解決了勘查評價和開發(fā)利用上無據(jù)可依的狀況。

       ——針對專家和公眾的環(huán)境擔(dān)憂，兩大體系則從兩方面進行了闡述。一方面，站在地質(zhì)學(xué)理論的高度，淺層地溫能的能量主要來源于地球內(nèi)部的熱能（少部分來自太陽輻射能），而這兩種能源相對人類歷史來說為可再生資源；另一方面，則從利用原理上闡述，說明開發(fā)淺層地溫能就是冬季從地層中取出熱量給建筑物供暖、夏季吸收建筑物的熱量釋放到地層中儲存，總體上實現(xiàn)了來自地球深部的熱傳導(dǎo)與換熱量的平衡，不存在一些學(xué)者提出的“熱堆積”或“冷堆積”的情況。

       兩大體系的創(chuàng)立，給政府大力推廣應(yīng)用以極大的信心。以北京為例，自2006年以來，北京市政府、中國地調(diào)局等部門先后委托中心實施了《北京市淺層地溫能開發(fā)利用現(xiàn)狀、問題及對策戰(zhàn)略研究》、《北京示范區(qū)淺層地溫能初步評價》等項目，進行了《北京市淺層地?zé)崮苜Y源利用規(guī)劃》、《北京市再生水熱能利用研究及規(guī)劃》等規(guī)劃的研究編制工作，在能源消耗上明確了地?zé)帷\層地溫能及再生水熱能“三能”綜合應(yīng)用的理念。淺層地溫能資源的開發(fā)利用也漸入佳境：截至2012年底，北京已建成地源熱泵項目1111個，應(yīng)用面積達3435萬平方米；地下水地源熱泵項目911個，約2446萬平方米，地埋管地源熱泵項目149個，應(yīng)用面積649萬平方米；再生水及污水源熱泵項目38個，應(yīng)用面積140萬平方米；深層地?zé)?熱泵項目13個，應(yīng)用面積200萬平方米。每年可節(jié)約運行費用 3億元，每年約可替代標(biāo)準(zhǔn)煤46萬噸，并大大減少了空氣中污染物的排放。《北京市地源熱泵應(yīng)用調(diào)查評價研究》研究數(shù)據(jù)表明，淺層地溫能的開發(fā)利用，每年可替代煤炭用量約90萬噸。

       “90萬噸是什么概念呢？”衛(wèi)萬順?biāo)懔艘还P賬：以每個車皮的最大載重量70噸、一個專列最大編組50個車皮計，把90萬噸煤炭運進北京需要257個煤炭專列。“也就是說，每一天半就要有一個煤炭專列進京才行。”

       正是看到了淺層地溫能資源開發(fā)利用巨大的綜合效益，2013年，北京市政府進一步加大了對這一技術(shù)應(yīng)用的政策支持力度。目前，由北京市發(fā)改委、財政局、國土資源局、環(huán)保局、規(guī)劃委和水務(wù)局聯(lián)合制定的《關(guān)于北京市進一步促進地?zé)崮荛_發(fā)及熱泵系統(tǒng)利用的實施意見》已經(jīng)印發(fā)，決定對2013年到2017年建成或新建的淺層地溫能利用項目提供政策支持：新建的再生水（污水）、余熱和土壤源熱泵供暖項目，對熱源和一次管網(wǎng)給予50%的資金支持，既有燃煤、燃油供暖鍋爐實施熱泵系統(tǒng)改造項目，對熱泵系統(tǒng)給予50%的資金支持；市政府固定資產(chǎn)投資全額建設(shè)項目，新建或改造熱泵供暖系統(tǒng)的按現(xiàn)行政策執(zhí)行。專業(yè)化能源公司投資、建設(shè)和運營的熱泵供暖項目，可享受上述資金支持。

       在這一政策支持下，北京市地勘局局長劉輝表示將在通州城市副中心、新機場、冬奧會主辦地延慶等區(qū)域大力推廣使用淺層地溫能，優(yōu)先利用再生水熱能，有條件的地區(qū)要加強地?zé)?、淺層地溫能及再生水熱能的綜合利用工作。淺層地溫能等清潔可再生能源必將在未來京津冀協(xié)同發(fā)展、生態(tài)文明建設(shè)中發(fā)揮更大的作用。

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責(zé)編：liu