地源熱泵清潔且高效 長足發(fā)展還需克服諸多不足

    地源熱泵是一種利用地熱能將地下的熱量與冷量傳輸?shù)降厣线M行供暖與制冷，再從地上將多余的冷量和熱量傳輸?shù)降叵卤３制胶獾难b置。其包含兩個主要載體，一是地，二是熱泵，前者強調其能源來源，后者則是其使用方式，歸根結底是一種“空調”。地源熱泵要獲得長足發(fā)展還要克服冷熱負荷平衡、地下水資源的污染等問題，這有賴于科學的方案論證。
    地源熱泵清潔且高效 長足發(fā)展還需克服諸多不足
　　未來的戰(zhàn)略能源當中，除了人們耳熟能詳?shù)乃?、核能、太陽能、風能、海洋能等，還有一種逐漸被了解的新能源——地熱能。地熱能以其巨大的儲量、廣泛的分布、穩(wěn)定的屬性、清潔高效的利用，逐漸在能源市場中嶄露頭角，日益走入人們生活與生產(chǎn)中。
　　地源熱泵利用的是賦存最廣泛的淺層地熱能，目前是地熱開發(fā)中最熱門的利用項目。
　　地源熱泵，包含兩個主要載體，一是地，二是熱泵，前者強調其能源來源，后者則是其使用方式，歸根結底是一種“空調”。
　　“將地下的熱量與冷量傳輸?shù)降厣线M行供暖與制冷，再從地上將多余的冷量和熱量傳輸?shù)降叵卤３制胶猓雌饋碇皇且粋€傳輸?shù)倪^程，實際上為人們提供了溫暖與涼爽，同時又不必擔憂帶來環(huán)境問題，清潔高效的同時，利用的是可再生能源?！敝袊茖W院院士汪集旸介紹。
　　“地源熱泵要獲得長足發(fā)展還要克服冷熱負荷平衡、地下水資源的污染等問題，這有賴于科學的方案論證?！鄙綎|建筑大學熱能工程學院院長、地源熱泵研究所副所長刁乃仁說。
　　遍地開花
　　2014年2月，時任國家能源局局長吳新雄在河北雄縣召開現(xiàn)場會，宣布整個雄縣地區(qū)已經(jīng)不用燒煤、石油和天然氣，完全依靠地熱提供冷、熱能源。而之前能夠完全依賴地熱能的地區(qū)只有冰島的首都雷克雅未克。
　　小洋口地區(qū)最近打出一口92度的熱水井，水量在3000立方米左右，有望成為下一個“雄縣”。汪集旸大力提倡打造“小洋口”模式，解決冬天供暖、夏天制冷的問題。
　　“記得小時候在老家讀書，冬天又濕又冷，沒有暖氣，耳朵上、手上都生凍瘡，只能靠燒炭來取暖?！蓖艏瘯D回憶說，燒煤炭既浪費能源又污染環(huán)境。
　　“雖然小洋口發(fā)現(xiàn)的熱水井水量不大，但也能解決當?shù)氐娜∨瘑栴}。就像廣東豐順地區(qū)建立的我國第一個地熱發(fā)電站，雖然裝機容量只有300千瓦，但是一直到現(xiàn)在都運行良好，當時的確解決了當?shù)氐碾娏栴}。”汪集旸介紹說。
　　在現(xiàn)場考察小洋口時，汪集旸為其作了一個整體規(guī)劃，從中低溫發(fā)電開始，一直到供暖、制冷、綜合利用、溫泉療養(yǎng)……
　　天津的地源熱泵同樣出色，天津17萬平方米的無障礙埋管區(qū)域，使用地源熱泵和水源熱泵，冬天供熱、夏天供冷，總建筑面積達90萬平方米。
　　我國擁有全球最大的建筑市場，比美國、歐洲的建筑市場都大。若現(xiàn)有建筑面積的5%，新增建筑面積的40%能采用地源熱泵供熱，則供熱面積可達到32.5億平方米。潛在的市場規(guī)模達1萬億元之多。“這個蛋糕還希望有更多人來分享。”汪集旸說。
　　制約仍存
　　“地源熱泵作為北方地區(qū)采暖方式之一，的確應該引起足夠的重視，尤其是目前面臨著新農(nóng)村建設和城區(qū)周邊的農(nóng)村改造、農(nóng)村住宅小區(qū)建設進一步的推進。因此，有效解決好地源熱泵系統(tǒng)設計、施工質量，建設長期高效穩(wěn)定運行的地源熱泵系統(tǒng)是未來地源熱泵的一個發(fā)展方向?！钡竽巳试?015第七屆地源熱泵行業(yè)高層論壇上指出。
　　但從地源熱泵的制約因素來看，在建筑容積率較高的場合受限、冷熱負荷的平衡問題一直存在。另一方面，地埋管地下熱泵對地下水的擾動與污染不可小覷?！叭绻@孔穿過不同地下水層，可能會引起地下水水質的串流甚至污染，回灌不密集，地表水的滲透也會對地下水帶來污染以及地下溫度場的擾動。”刁乃仁介紹說。
　　他認為，應該對中大型系統(tǒng)方案設計給予足夠重視，同時地表水污水源、海水源熱泵還應該考慮初投資和運行費用、效率問題?！翱傊?，低品位能源利用是有代價的，要消耗高品位的電能，污水或者海水熱回收所需要的能量搬運機同樣耗電。壓縮比小，冷端與熱端溫差小，這樣效率才會提高?！?BR>　　在較大項目的建設上，如果方案設計成單一制熱或者單一制冷也是不科學的。此外，復合變化大、使用周期短的項目設計同樣不合理?！叭绻w育場館或影劇院所也采用復合的地埋管熱泵系統(tǒng)，復合強度過大而造成使用時間縮短，方案顯然不合理?！钡竽巳收J為，由于土地面積受限，規(guī)劃系統(tǒng)規(guī)模不宜過大。
　　如果地源熱泵的設計不科學、施工質量差、對水資源產(chǎn)生負面影響甚至某種程度的威脅，這樣比較起來，節(jié)能效益變差，社會綜合效益無法體現(xiàn)。
　　找準對策
　　針對以上問題，刁乃仁認為，應該謹慎選擇項目、選擇宜用的項目、做好設計與施工，才是質量的保證。
　　先進應該體現(xiàn)在適宜和高效，而不是高頻，基礎方案一定要采用適宜技術。“設計合理的方案可提高生產(chǎn)力，與硬件設備結合，兩手都要硬，這樣充分深入的方案論證，精心仔細的設計才是好項目的基礎?！钡竽巳收f。
　　另外，地熱資源的前期勘探也非常重要，尤其對地下巖層的掌握和地下水資源分布的了解非常必要。
　　“地熱勘察更主要的是解決資源性條件，所以對大型系統(tǒng)來說能否長期穩(wěn)定運行，要靠資源性條件和系統(tǒng)性條件綜合分析評判?！钡竽巳收f。
　　資源性條件有地質條件、氣象條件、換熱強度條件；系統(tǒng)性條件包括建筑物冷熱負荷強度以及冷熱負荷是否平衡、連續(xù)運行時間，這就牽扯到地埋管換熱器的設計，同時也要考慮地熱換熱器的體形系數(shù)。
　　國家能源局新能源和可再生能源司規(guī)劃，“十三五”新增加地熱供暖面積將達到9.5億平方米，其中地源熱泵新增7億平方米，常規(guī)地熱供暖增加2.5億平方米，連同“十二五”的5億平方米，至2020年可實現(xiàn)全國地熱供暖面積14.5億平方米。
　　“‘十三五’新增7億平方米如何實現(xiàn)？”中國能源研究會地熱專業(yè)委員會原主任鄭克棪指出，“這要求國家的政策支持。全國每年完成新建建筑面積18億～20億平方米，如果政策落實，地熱開發(fā)者能像現(xiàn)在的太陽能光伏開發(fā)商一樣容易拿到補助，‘十三五’的指標是可以完成的。”
　　一個新常態(tài)下熱泵行業(yè)大發(fā)展的時代即將到來，汪集旸總結道，這里面既有機遇又有挑戰(zhàn)?！盁岜眯袠I(yè)一定要抓住機遇、迎接挑戰(zhàn)，勇于拼搏，開創(chuàng)新局面?！?