節約能源主要指節約不可再生常規能源,而要真正實現規模的節約效應,就必須大力發展地熱能、太陽能、生物質能和風能等可再生能源及新能源。淺層地溫能作為一種清潔可再生能源,在利用的過程當中,它不像化石燃料那樣在獲取能源和生產電力的同時排放大量的燃燒產物,對環境造成嚴重汙染,引起溫室效應、酸雨、土地沙漠化等問題。因此,開發利用清潔無汙染的淺層地溫能已是社會發展的必然趨勢。
淺層地溫能是地球淺表層數百米內的土壤巖石和地下水中所蘊藏的一種低溫熱能,其能量主要來源於太陽輻射和地球梯度增溫。淺層地溫能廣泛存在於地球淺表層(<200米)巨大的恆溫帶中,土壤溫度相對恆定,幾乎不受環境氣候變化的影響。如北京地區淺表層年平均溫度為13 ~15度,其能量的來源主要是地面吸收了約40%的太陽輻射熱能。與深層地熱相比,淺層地溫能分布廣泛、儲量巨大、再生迅速、採集方便、開發利用價值更大。因此,淺層地溫能作為一種新型、可再生的優質清潔能源,以具有可再生、儲量大、清潔環保和可用性強等特點和優勢,越來越受到國家和社會的重視。對淺層地溫能的開發利用,主要採用熱泵系統(包括水源熱泵和地源熱泵兩種)進行。
我國淺層地溫能儲量巨大。據專家測算,我國地下近百米深度內的土壤每年可採集的低溫能量是我國目前發電裝機容量4億千瓦的3750倍,而地下百米內地下水每年可採集的低溫能量也有2億千瓦。據專家測算,北京平原區按 6900平方千米計算,每年可開採淺層地溫能的資源量相當於1.4億噸標準煤,為2003年北京供暖能源消耗的11 00萬噸標準煤的12 倍。目前,我國供暖、製冷和生活熱水消耗的能源,主要來自於煤、油、氣等一次性能源的燃燒,不僅造成能源利用的浪費,而且還會汙染環境。通過採集淺層低溫地溫能並略加提升後,不但可以滿足供暖(冷)的需求,同時還可以實現供暖(冷)區域的零汙染排放,直接改善適用區域的大氣質量。
淺層地溫能經濟實惠。經測算,一平方米建築投資約為250元~380 元,比同樣滿足供暖、製冷和生活熱水條件的燃氣和空調系統等降低20 %~30%,其運行費用明顯低於其他清潔能源,且就地取能,免於運輸、傳送,沒有廢渣,因此其可用性強。
淺層地溫能安全性強。淺層地溫能的利用主要是通過水源熱泵能量交換循環或地埋管能量交換兩種方式進行,不同於傳統利用燃煤、燃油為能源的鍋爐取暖方式,從而避免了因燃燒過度或材料因素引起的鍋爐爆炸等安全隱患,使住宅供暖的安全性得到保障。
淺層地溫能開發利用前景廣闊。北京市從21世紀初開始成規模地應用淺層地溫能為冷、熱源的熱泵集中採暖、製冷工程,到2007年9月底,北京市有1050多萬平方米的建築利用地源熱泵系統供暖(冷)。利用地源熱泵技術,每平方米地面空間可提供200瓦至300瓦的能量,可為4~6 平方米的住宅類建築(按50瓦/平方米的負荷指標計算)供暖,若結合 30%~50%調峰熱源,可為8~10平方米建築供暖。地源熱泵"冷熱源"建設費用一般為20 0~300元/平方米。地埋管換熱器可布設於道路、綠化帶、停車場、建築基礎下,原則上適用於任何地層和建築。8年探索-- 奠定淺層地溫能開發基礎北
京市地勘局開發利用淺層地溫能資源,認識早、起步快。從1999年開始開展利用淺層地溫能為建築物供暖的研究與試驗,2002年起先後與清華大學、天津大學、中國地質大學、中科院能源所及國外公司在北京地區合作開展技術研發,先後完成了北京市第一個大型地源熱泵項目和第一個大型水源熱泵項目。
截至2007年9月底,北京地勘局已完成熱泵空調項目數百例,面積約500萬平方米,佔北京市淺層地溫能利用面積(1050萬平方米)的50 %。完成的熱泵工程項目種類全,既有土壤源熱泵系統,如,國內目前運行的最大地源熱泵系統工程--中石化管理幹部學院地源熱泵空調系統、國家北方苗木基地地源熱泵空調系統等,又有地下水源熱泵系統,如,國內單體規模最大的地熱採暖工程--北苑家園地熱採暖示範工程、全國最大的燃煤鍋爐改為水源熱泵供暖項目---北京友誼醫院項目、北京第一個大型商用水源熱泵空調系統--空軍招待所水源熱泵項目和北京市地質勘察技術院立水橋基地水源熱泵項目等。這些項目分布在北京市的不同地區,既有適宜於水源熱泵的地區,也有適宜於土壤源熱泵的地區;有北部地區,也有南部地區。
通過實踐,北京市地勘局不僅建立了完善的地源熱泵、水源熱泵等淺層地溫能開發技術,而且取得了北京地區豐富的淺層地溫能相關信息資料,基本摸清了北京市不同地區淺層地溫能的基本特徵,為北京市大規模開發淺層地溫能資源奠定了基礎,也為在全國大規模開發淺層地溫能資源積累了經驗。高層重視--促進淺層地溫能開發提速北
京市地勘局淺層地溫能資源開發利用8年探索研究與示範工程,受到國土資源部、中國地調局和北京市領導的高度重視和充分肯定,大規模研究與推廣利用迅速展開。2005年3月,時任國土資源部部長的孫文盛、北京市副市長陸昊先後視察了由北京市地勘局設計施工的中石化管理幹部學院等熱泵工程後明確指出,地熱能是自然的地下資源,它的開 發利用符合發展循環經濟的要求,地源熱泵空調系統是很好的環保節能手段,希望北京市地勘局進一步深入研究,做好示範,在更大範圍內推廣利用。中國地調局原局長孟憲來也多次聽取北京市地勘局專題匯報。 2005年9月22日,方克定教授率部地勘司、環境司、礦產開發司和中國地調局發展研究中心相關人員,專程到北京市地勘局調研淺層地熱能資源開發利用情況,並向部建議召開一次淺層地熱能資源勘查開發經驗交流會。2007年1月29日~30日,由國土資源部主辦,中國地調局、北京市地勘局、北京市國土局承辦的"全國地熱(淺層地熱能)開發利用現場經驗交流會"在北京召開,國土資源部黨組副書記、副部長李元和副部長小蘇等出席會議,來自全國400多位代表考察了示範工程,並就國內外地熱資源勘查評價、開發利用情況等進行了經驗交流。會議強調,要充分認識開發利用地熱資源的重要意義,積極探索、加強合作,推進地熱資源的合理開發利用和地熱產業化發展,並就我國今後地熱資源勘查開發與管理工作安排作了全面介紹。2007年1月27日,中國地質調查局淺層地溫能研究與推廣中心成立,中心設在北京市地勘局。該中心專門從事全國淺層地溫能研究與推廣工作。
為加大淺層地溫技術的推廣應用,支持發展可再生能源,北京市政府相繼出臺了一系列優惠鼓勵政策。《北京城市總體規劃(2004年-2020 年)》明確指出:要因地制宜發展新能源和可再生能源。積極發展新能源,推廣熱泵技術,推廣淺層地熱等能源新技術產業化進程。《北京市 "十一五"時期能源發展及節能規劃》指出:北京將重點發展地熱能、太陽能、生物質能和風能。《北京市"十一五"時期地質勘查發展規劃》對淺層地溫能資源開發利用進行了詳細部署。北京市發改委、北京市國土局等九部門出臺了《關於發展熱泵系統的指導意見》,北京市國土局制定了《關於地源熱泵項目的申報程序及有關管理要求的說明》,實施對選用熱泵系統的項目給予補助的政策並予以規範。北京市地勘局申請 立項的"北京市平原區淺層地溫能資源地質勘查項目"得到市財政專項資金支持。專題研究--力推淺層地溫能造福人民如
何規範、節約、高效地開發利用淺層地溫能資源?北京市地勘局通過對8年來開發利用淺層地溫能資源工作的系統總結,就目前北京市在淺層地溫能開發利用方面存在的一些重大問題,於今年專題開展了科學開發利用淺層地溫能亟須解決的重大地質問題戰略研究工作,編制了《北京市淺層地溫能資源調查與開發戰略研究》。該專題研究了淺層地溫能資源的基本特徵,介紹了其開發利用技術,分析了國外淺層地溫能開發利用現狀、我國及北京市開發利用淺層地溫能資源現狀,開展了能耗與成本分析,總結了該局開發利用淺層地溫能資源的實踐歷程和重要啟示,認真分析了淺層地溫能資源開發利用中存在的問題。與此同時,北京地勘局提出了可持續開發利用和保護淺層地溫能資源的對策與建議:
一是與相關規劃緊密銜接,加大推進力度。要把推進淺層地溫能資源開發利用與相關規劃緊密銜接起來,作為推動節能降耗的一項具體措施,明確責任主體,加大實施力度。
二是以地質勘查評價為基礎,查清資源家底。科學開發利用淺層地溫能資源,必須重視開發利用前期的資源調查評價工作,重點開展熱泵相關土壤參數調查;研究淺層地溫能資源和地下水之間的相互關係;進行熱泵適用區劃分,估算熱泵適宜區淺層地溫能資源量等。要貫徹落實科學發展觀,堅持"在保護中開發,在開發中保護"的方針,重視開發利用資源前環境影響評估工作,開展水源熱泵適用區開發利用淺層地溫能資源對環境影響的評估工作,重點評估因開發能源而造成新的地面沉降、水質汙染和熱汙染等環境地質問題,減少環境隱患,實現可持續發展。
三是加強相關技術研發,建立地溫場長期監測系統,提高能源利用效率。科學開發利用北京市淺層地溫能資源,必須堅持節約高效原則,加強淺層巖土熱物性測試儀的研發;建立不同地層熱物性資料庫;開展不同換熱方式地下傳熱模型的模擬試驗;地埋管換熱器提高效率的設計優化;高性能回填材料的研究等相關技術研發工作,使採用熱泵系統開發利用淺層地溫能資源的功效更高;建立地溫場長期監測系統,長期觀測換熱井及周圍地層溫度、水位、水質以及換熱(換冷 )情況,了解( 監測)其變化規律,特別是地源井回灌能力和溫度恢復情況;進行熱源井井距試驗,確定最佳井距數據;觀測地下換熱系統的實際換熱(換冷) 效果,測量地層熱流值及熱傳導係數。通過長期觀測,為管理部門提供可靠的基礎數據,使熱泵系統不斷完善、不斷提高效率。
根據北京市能源規劃和地熱規劃的要求,"十一五"期間,北京市將進一步加大推廣熱泵技術的力度,利用淺層地溫能面積將達到3500多萬平方米。北京市地勘局將繼續發揮地質專業技術優勢,藉此次全國淺層地溫能資源開發利用高級研修班和全國淺層地溫能資源開發利用學術研討會召開的大好時機,在總結以往經驗的基礎上,立足北京、面向全 國,在更大範圍內推廣這一綠色能源消費模式,讓地質工作在改善全國的能源消費結構、保障能源戰略安全中發揮作用,為辦好2008年北京奧運會和建設宜居城市,實現首都天藍、地綠、水清的優美環境而做出應有的貢獻。