北方地區(qū)的供暖季將已陸續(xù)結(jié)束，回想起這個(gè)供暖季真可謂跌宕起伏、一波三折。由于北京周邊一些地區(qū)大面積集中“煤改氣”造成天然氣供應(yīng)短缺，部分地區(qū)出現(xiàn)供暖不到位不達(dá)標(biāo)、群眾挨冷受凍情況。去年12月，國(guó)家發(fā)改委等10部委印發(fā)未來(lái)五年北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃。按照規(guī)劃，到2021年北方地區(qū)清潔取暖率達(dá)到70%，基本實(shí)現(xiàn)霧霾嚴(yán)重城市化地區(qū)的散煤供暖清潔化。同時(shí)，對(duì)于位于京津冀大氣污染傳輸通道的“2+26”重點(diǎn)城市的標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格，到2019年“2+26”重點(diǎn)城市城區(qū)清潔取暖率要達(dá)到90%以上。目前，通過(guò)電、氣、清潔燃煤，以及可再生能源供暖等方式，北方地區(qū)清潔取暖比例達(dá)到34%，但總體比例仍然較低，而且發(fā)展緩慢。

  按照習(xí)近平總書(shū)記指出的企業(yè)為主、政府推動(dòng)、居民可承受的方針，宜氣則氣，宜電則電，盡可能利用清潔能源，加快提高清潔供暖比重的指示精神，清潔取暖絕不是簡(jiǎn)單的“一刀切”式的“煤改電、煤改氣”，而是對(duì)煤炭、天然氣、電、可再生能源等多能源形式統(tǒng)籌謀劃，綜合利用。因此，筆者認(rèn)為地?zé)?/a>是北方地區(qū)清潔取暖的有效補(bǔ)充。

  地?zé)?/a>是一種清潔可再生能源

  地?zé)?/a>是來(lái)自地球內(nèi)部核裂變產(chǎn)生的一種能量資源。地球是一個(gè)龐大的熱庫(kù)，蘊(yùn)藏著巨大的熱能，這種熱量滲出地表，于是就有了地?zé)?/a>。地?zé)崮?/a>是一種清潔能源，是可再生能源，其開(kāi)發(fā)前景十分廣闊。

  依據(jù)地?zé)豳Y源的埋深及存在形式可分為淺層地?zé)豳Y源、水熱型地?zé)豳Y源和干熱巖地?zé)豳Y源。淺層地?zé)崮?/a>即地下200米以淺，儲(chǔ)存在巖石、土壤中或地下水里的熱能。它是地球內(nèi)部的熱和太陽(yáng)輻射的熱兩相平衡的結(jié)果，在這個(gè)范圍內(nèi)，溫度基本是恒定的，既可供暖，也可制冷。水熱型地?zé)豳Y源是以蒸氣為主的地?zé)豳Y源和以液態(tài)水為主的地?zé)?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/資源.html" >資源的統(tǒng)稱(chēng)，根據(jù)其溫度可分為高溫（>150度）、中溫（90-150度）低溫<90度三種類(lèi)型。熱干巖型地?zé)豳Y源是蘊(yùn)藏在熱干巖體中的地?zé)豳Y源，儲(chǔ)熱巖體中不存在熱水和蒸氣，埋深3000米以上。其溫度可達(dá)到數(shù)百攝氏度，但是由于地表缺乏大氣降水，或者因?yàn)槠浔旧淼耐杆芰μ睿荒苄纬?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/水熱型地?zé)?html" >水熱型地?zé)?/a>資源，而巖體所蘊(yùn)藏的大量熱能目前還難以直接利用。

  我國(guó)地?zé)?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/資源.html" >資源十分豐富，地?zé)豳Y源總量占世界的7.9%，可采儲(chǔ)量相當(dāng)于4626.5億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。據(jù)國(guó)土資源部中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局統(tǒng)計(jì)，截至目前，我國(guó)337個(gè)主要城市淺層地?zé)崮?/a>可開(kāi)采資源量折合標(biāo)準(zhǔn)煤7億噸，相當(dāng)于全國(guó)用于供暖制冷總能源消耗的60%以上；可實(shí)現(xiàn)建筑物供暖制冷面積320億平方米，相當(dāng)于現(xiàn)狀總面積的2倍以上。根據(jù)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局地?zé)豳Y源調(diào)查評(píng)價(jià)成果，截至2015年底，我國(guó)年利用淺層地?zé)?/a>能對(duì)建筑物供暖制冷面積為3.92億平方米，其中京津冀8500萬(wàn)平方米，約占全國(guó)的20%，是我國(guó)淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)程度最高、用于建筑物供暖制冷規(guī)模最大的地區(qū)。

  國(guó)家對(duì)地?zé)崛∨?/a>開(kāi)發(fā)高度重視。早在1997年，科技部與美國(guó)能源部簽署的《中美能效與可再生能源合作議定書(shū)》中，其主要內(nèi)容之一就是“地源熱泵”技術(shù)的合作；2006年，建設(shè)部就頒布了《地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》，作為新型高效、可再生能源技術(shù)的水源熱泵技術(shù)被列入目錄；2013年初，國(guó)家能源局、財(cái)政部、國(guó)土資源部和住建部《關(guān)于促進(jìn)地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用的指導(dǎo)意見(jiàn)》出臺(tái)，提出到2020年，地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用量達(dá)到5000萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，將形成完善的地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用技術(shù)和產(chǎn)業(yè)體系。2017年初，國(guó)家發(fā)改委、能源局、國(guó)土資源部等部門(mén)聯(lián)合印發(fā)了《地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》，要求在“十三五”時(shí)期，新增地?zé)崮芄┡ㄖ评洌?/a>面積11億平方米，其中新增淺層地?zé)崮芄┡ㄖ评洌?/a>面積7億平方米。該規(guī)劃顯示，“十三五”期間，淺層地?zé)崮芄┡ㄖ评洌?/a>可拉動(dòng)投資約1400億元。

  今年1月8日，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)土資源部、環(huán)境保護(hù)部、住房城鄉(xiāng)建設(shè)部、水利部、國(guó)家能源局聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于加快淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用促進(jìn)北方采暖地區(qū)燃煤減量替代的通知》，要求對(duì)地?zé)豳Y源因地制宜開(kāi)發(fā)利用，對(duì)現(xiàn)有非清潔燃煤供暖適宜用淺層地?zé)?/a>能替代的，應(yīng)盡快完成替代；對(duì)集中供暖無(wú)法覆蓋的城鄉(xiāng)結(jié)合部等區(qū)域，在適宜發(fā)展淺層地?zé)崮芄┡?/a>的情況下，積極發(fā)展淺層地?zé)崮芄┡?/a>。要根據(jù)供熱資源稟賦，因地制宜選取淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用方式。同時(shí)要求創(chuàng)新開(kāi)發(fā)利用模式，在淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用領(lǐng)域大力推廣采取合同能源管理模式，鼓勵(lì)將淺層地?zé)崮?/a>開(kāi)發(fā)利用項(xiàng)目整體打包，采取建設(shè)-運(yùn)營(yíng)-維護(hù)一體化的合同能源管理模式，系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)維護(hù)交由專(zhuān)業(yè)化的合同能源服務(wù)公司。

  地?zé)崛∨?/a>（制冷）技術(shù)已經(jīng)成熟

  地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)利用主要是發(fā)電和直接利用兩種模式。高溫地?zé)豳Y源主要用于發(fā)電，比如西藏羊八井地?zé)犭娬?/a>。中低溫地?zé)?/a>以直接利用為主，對(duì)于25度以下淺層地?zé)?，可利?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/熱泵.html" >熱泵進(jìn)行供暖和制冷，目前淺層和水熱型地?zé)崮芄┡ㄖ评洌?/a>技術(shù)已基本成熟。

  淺層地?zé)崮?/a>屬于低品位熱源，應(yīng)用主要使用熱泵技術(shù)，需要結(jié)合熱泵系統(tǒng)為建筑物供暖制冷。按所取能源對(duì)象可以分為地埋管地源熱泵系統(tǒng)、地下水地源熱泵系統(tǒng)和地表水地源熱泵系統(tǒng)。地埋管地源熱泵理論上適合任意地質(zhì)條件，地下為閉式換熱系統(tǒng)，不會(huì)對(duì)地區(qū)地下水造成影響，是今后地源熱泵發(fā)展的重點(diǎn)；地下水源熱泵簡(jiǎn)便易行、造價(jià)低，水井占地面積小，但受水文地質(zhì)條件影響較大，只適宜在地下水較為豐富、穩(wěn)定、回灌條件較好的區(qū)域；地表水熱泵系統(tǒng)投資較低，缺點(diǎn)是地表水源容易受自然條件影響，影響系統(tǒng)負(fù)荷的因素較多，容易造成不穩(wěn)定。因此，開(kāi)發(fā)淺層地?zé)豳Y源必須考慮賦存條件、負(fù)荷范圍，因地制宜地選擇不同的熱泵利用方式。深層水熱型地?zé)?/a>資源取暖主要依靠抽取地?zé)崴?/a>，并提取其儲(chǔ)存的熱能為建筑物供暖。如果提取的地?zé)崴?/a>出水溫度合適，可以直接用于供暖；如果溫度過(guò)高，可以結(jié)合水泵梯級(jí)利用，降低地?zé)嵛菜?/a>溫度，提高地?zé)峋C合利用率。

  地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)技術(shù)層面已經(jīng)十分簡(jiǎn)單。對(duì)于淺層地?zé)?/a>要求地埋管孔數(shù)與布局方案合理，使得地埋管地源熱泵系統(tǒng)在運(yùn)行一整個(gè)供冷供暖季后，能夠維持平衡；另外，鉆進(jìn)埋管技術(shù)要十分成熟，在施工過(guò)程中防止對(duì)周邊區(qū)域地下水資源造成污染。對(duì)于深層地?zé)峁┡?/a>技術(shù)要求，一是要加強(qiáng)地?zé)嵛菜?/a>回灌技術(shù)，這對(duì)于地?zé)豳Y源保護(hù)、減少資源浪費(fèi)、延長(zhǎng)生產(chǎn)井壽命、防止環(huán)境污染具有關(guān)鍵作用，要做到取熱后的地?zé)嵛菜?/a>百分之百進(jìn)行回灌，只取熱不取水；二是關(guān)于地?zé)峋?/a>鉆技術(shù)，要針對(duì)不同深度、地層、巖性和不同熱儲(chǔ)類(lèi)型優(yōu)化設(shè)計(jì)井深結(jié)構(gòu)，提高地?zé)峋?/a>使用壽命。

  多年來(lái)，我國(guó)中低溫地?zé)?/a>利用始終走在世界前列，連續(xù)20多年總量排名世界第一。特別是2004年后年增長(zhǎng)率超過(guò)30%，應(yīng)用范圍擴(kuò)展至全國(guó)，其中80%集中在華北和東北南部，包括北京、天津、河北、遼寧、河南、山東等地區(qū)。

  地?zé)崛∨?/a>要實(shí)現(xiàn)有序開(kāi)發(fā)、合理利用、科學(xué)管理隨著地?zé)崂?/a>技術(shù)的逐步提高，相比煤炭等不可再生能源，地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)具有一定的成本優(yōu)勢(shì)。

  目前，隨著我國(guó)多年的產(chǎn)業(yè)發(fā)展和技術(shù)攻關(guān)，通過(guò)地源熱泵技術(shù)的淺層地?zé)崮軕?yīng)用已經(jīng)突破了成本瓶頸。北京城市副中心、北京新機(jī)場(chǎng)以及雄安新區(qū)建設(shè)都在規(guī)模化使用淺層地?zé)崮苜Y源。

  據(jù)專(zhuān)家介紹，北京地下的溫度大概在14至16度。冬天把這部分通過(guò)熱泵機(jī)組、壓縮機(jī)提升，變成高品位熱能供室內(nèi)供暖，夏天再把室外的熱放到地下，從地下?lián)Q出涼來(lái)，為室內(nèi)降溫。筆者曾參觀過(guò)國(guó)內(nèi)最大多熱能綜合利用項(xiàng)目——北京國(guó)際鮮花港，它是北京2009年主辦第七屆中國(guó)花卉博覽會(huì)的主要工程，是現(xiàn)今國(guó)內(nèi)唯一大規(guī)模使用地?zé)峋C合技術(shù)解決現(xiàn)代農(nóng)業(yè)設(shè)施采暖的大型工程項(xiàng)目。它采用地?zé)帷?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/水源熱泵.html" >水源熱泵、地源熱泵為主，燃?xì)忮仩t為輔的綜合能源設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了多能互補(bǔ)、優(yōu)化利用、降低費(fèi)用的目的。北京市海淀區(qū)北清路一產(chǎn)業(yè)園采用這種技術(shù)，相比于傳統(tǒng)的煤電，全年供暖制冷成本節(jié)省一半，其供暖制冷一平方米在16-17元，而北京集中供暖大概是一平方米27-28元，天然氣供暖則達(dá)到36元，因此此項(xiàng)技術(shù)具有很好的經(jīng)濟(jì)性。

  過(guò)去北方農(nóng)村地區(qū)取暖大部分都是采用散煤燃燒形式，造成嚴(yán)重污染和濃重霧霾，而且經(jīng)濟(jì)性差、供暖效果不佳。北京市門(mén)頭溝龍泉鎮(zhèn)龍泉霧村三面環(huán)水、一面臨山，在2016年“煤改電”無(wú)煤化改造時(shí)，選用地源熱泵中標(biāo)企業(yè)——恒有源地能熱寶系統(tǒng)為百姓冬季供暖、夏季制冷和提供日常生活熱水，實(shí)現(xiàn)了能源的清潔高效利用。該村1477戶總計(jì)4000多人，整村采用單井循環(huán)換熱地能熱寶系統(tǒng)，年替代標(biāo)煤1萬(wàn)噸，減少二氧化硫排放169噸、氮氧化物排放123噸，榮獲“北京市2017年節(jié)能低碳技術(shù)產(chǎn)品示范案例”。

  當(dāng)然，開(kāi)發(fā)地?zé)?/a>取暖要照顧到環(huán)境和資源條件，前期需要進(jìn)行地?zé)豳Y源勘察，并對(duì)項(xiàng)目地?zé)峁┡?/a>的適宜性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)勘察結(jié)果，制定合理的開(kāi)發(fā)利用規(guī)劃，確定適宜的開(kāi)發(fā)利用模式，做到有序開(kāi)發(fā)、合理利用、科學(xué)管理，提高地?zé)崂?/a>效率。對(duì)于淺層地?zé)?/a>，如果使用地埋管熱泵系統(tǒng)，則需要考慮區(qū)域地層可鉆性和土壤換熱能力，評(píng)估地?zé)峁┡?/a>的經(jīng)濟(jì)性；對(duì)于深層地?zé)?/a>，則必須確定項(xiàng)目區(qū)存在水量、溫度是否合適，是否具有深層地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)性，也可以采用系統(tǒng)的最優(yōu)化設(shè)計(jì)，即結(jié)合項(xiàng)目所在區(qū)域資源條件、負(fù)荷特點(diǎn)，綜合考慮經(jīng)濟(jì)、安全等諸多因素，制定幾種能源相結(jié)合即多能互補(bǔ)的復(fù)合式能源利用系統(tǒng)，利用大數(shù)據(jù)云計(jì)算技術(shù)，制定多層級(jí)、模塊化供用一體化解決方案，滿足供暖（制冷）需要，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的最大化。比如，可以采用地?zé)豳Y源供暖負(fù)責(zé)基礎(chǔ)負(fù)荷、常規(guī)能源供暖負(fù)責(zé)短期尖峰負(fù)荷的復(fù)合式多能互補(bǔ)能源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)地?zé)豳Y源和常規(guī)能源在運(yùn)行出力上合理結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能源穩(wěn)定的供應(yīng)性和經(jīng)濟(jì)合理性；同時(shí)，還要做好城市地下空間及資源的利用，這需要多部門(mén)間的協(xié)同合作以及監(jiān)測(cè)體系的建立。

  總之，正如《關(guān)于加快淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用、促進(jìn)北方采暖地區(qū)燃煤減量替代的通知》指出的那樣，按照“企業(yè)為主、政府推動(dòng)、居民可承受”方針，鼓勵(lì)相關(guān)地區(qū)創(chuàng)新投融資模式、供熱體制和供熱運(yùn)營(yíng)模式，進(jìn)一步放開(kāi)城鎮(zhèn)供暖行業(yè)的市場(chǎng)準(zhǔn)入；大力推廣政府和社會(huì)資本合作（PPP）模式，積極支持社會(huì)資本參與淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)；鼓勵(lì)投資主體發(fā)行綠色債券實(shí)施淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用；鼓勵(lì)金融機(jī)構(gòu)、融資租賃企業(yè)創(chuàng)新金融產(chǎn)品和融資模式支持淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用；統(tǒng)籌運(yùn)用相關(guān)政策，支持和規(guī)范淺層地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用，提升居民供暖清潔化水平，改善空氣環(huán)境質(zhì)量。由此可見(jiàn)，作為北方地區(qū)清潔取暖的有效補(bǔ)充，未來(lái)我國(guó)地?zé)崮芾?/a>一定會(huì)出現(xiàn)一個(gè)井噴式發(fā)展。