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解锁夏热冬冷地区浅层地热开发利用路线

2020年12月1日

上世纪50年代,我国确立了以“秦岭—淮河”为界的国内冬季集中供暖分界线,南方不在集中供暖之列。进入本世纪以来,南方地区冬季极端天气屡屡出现,在经济发展向好以及人民生活水平日渐提升形势下,南方各地集中供暖呼声日渐高涨,夏热冬冷地区尤为强烈。

1.夏热冬冷地区供热(制冷)需求增长具有现实基础

全国气候区域分为严寒地区、冰冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区和温和地区。其中夏热冬冷地区大致包括长江中下游地区及其延伸领域,该地区涉及16个省、市、自治区,面积达180万平方公里,人口有5亿之众。该气候区夏季气温高于35℃以上的时间有20天左右,最热时气温高达 41℃以上。该地区全年相对湿度高,年平均相对湿度在70%~80%左右,有时达到90%以上。人体所感受到的温度是气温和湿度共同作用的结果,湿度每增加10%,人体感受到的温度则降低1℃。夏热冬冷地区冬季平均温度虽然在0℃以上,但其湿度远高于北方,导致冬季体感冰冷。本世纪以来极端天气让南方地区广大民众追求冬季集中供暖的愿望进一步强烈起来,目前集中供暖已开始在部分地区实践。

2.浅层地热在夏热冬冷地区集中供暖(制冷)中可发挥重要作用

按照目前行业标准,浅层地热是指200米以浅的土壤、地下水以及地表水蕴含的热能。夏热冬冷地区具有广阔的土地面积和丰富的地表水资源,推广使用地源热泵技术具有得天独厚的条件。

国家统计局数据显示,2018年四川、浙江等9省份年地表水资源量在8000亿立方米规模以上,高于全国平均水平,具有开展水源热泵项目的天然条件。江水的夏季月平均温度为22-25℃,冬季月平均温度为 11-16℃,水温日变化幅度不超过0.5℃,是一种具有良好品质的稳定的冷热源。

城市污水也是重要热源,将污水中的热量予以利用是实现循环经济促进经济社会可持续发展的有效途径之一。目前国内部分城市已开启污水热源利用方面的工程。夏热冬冷地区是国内经济发达地区,城市化和工业化程度高,人均水资源利用量在全国居于领先水平。江苏2018年的人均水资源利用量达到736立方米,位居黑龙江之后,排名全国第二,安徽、江西、湖南的人均用水量均在500立方米以上。国家统计局的数据显示,2018年全国城市污水处理能力达到1.8亿立方米。综合考虑人口、经济发展水平以及人均水资源利用等指标,估计夏热冬冷地区城市污水量至少占全国总量的1/3以上。未来污水源是夏热冬冷地区供热的热源之一。

3.夏热冬冷地区在国内浅层地热开发存在问题

3.1应用领域单一,以城市新区公用建筑为主

目前地源热泵供暖制冷项目应用领域相对单一,已有的项目主要集中在车站、机场、商场、医院以及学校等公用建筑领域,项目选址新区居多,公用建筑居多,民用住宅领域占比相对较少。从施工约束条件看,地源热泵项目在民宅应用易受容积率过高的限制。由于涉及钻孔与设备安装,地源热泵项目实施需要有一定的占地面积,实践中发现容积率低于0.6是地源热泵在民用住宅得以推广的必要条件。水平埋管地源热泵占地面积大,垂直埋管地源热泵施工虽然占地面积小,但是钻探工程深度增加或导致施工难度加大并提高投资费用。

3.2 地源热泵项目初投资高

地源热泵的能效较普通空调和空气源热泵整体要好。其最大的短板是初投资较高,往往超出用户承受能力。设燃煤锅炉房初投资为1,则地下水源热泵系统初投资约为1.25-2.8,土壤源热泵系统初投资约为2-3.2。地源热泵项目很多情况下静态增量投资回收期高达10年,运行费用低并不一定足以抵消其高额初投资的不足。

3.3地源热泵技术应用的“便捷化”程度有待进一步提升

地源热泵技术应用的便捷程度目前还不够高。由于对热泵基本常识普及不够,忽略了对从业人员、热用户以及生产厂家热泵基本常识的普及教育,导致民众对热泵技术的基本常识缺乏全面了解和深入理解。热用户对采用热泵技术的认知度不够,施工方对施工质量的严肃性认识不足。项目运维人员常在不了解系统性能与特性的情况下进行操作,导致系统运行效率下降,其中热平衡问题出现就是典型的例子。

4.未来夏热冬冷地区浅层地热开发利用路线图

4.1坚持区域集中式冷热联供发展的基本宗旨

针对夏热冬冷地区大规模铺设管网和改造建筑实施集中供热不经济的现实,可以探索以局部地区为单元的分布式集中供热(制冷)发展路线,重视以小区为单元的集中供暖(制冷)。小区集中供暖不需要采用大规模的集中热源,可应用新型能源,且管网的敷设相对简单,应该是夏热冬冷地区主流集中供热(制冷)发展模式。

4.2因地制宜,多区域、多层次推进水地源热泵项目

一是扩大在城市新区的推广范围,鼓励在公用建筑、别墅群、联排别墅区实施地源热泵工程,稳定和巩固原有的发展路线。公用建筑和别墅区建设地源热泵项目基本不受工程施工空间要求限制,且公用建筑运营方及别墅区住户一般具有相应的设备安装费用支付能力,不会受到经济能力因素的制约。

二是向普通民用住宅领域渗透拓展。对于具备施工条件的普通住宅小区,无论是位于城市新区还是老区,均可尝试推广,此路径的实施需要政策方面予以强力跟进,必要时需要予以补贴。地源热泵项目若仅仅局限于公用建筑和别墅、高档小区,其利用推广效果会打折扣。要尽可能拓展其应用领域,实现地热资源惠及大众的目标。

三是与新农村建设相结合,在农村普及推广。农村发展地源热泵项目最大的优势是农村住宅区具备充足的施工土地面积。未来随着乡村振兴战略的实施,农村的住宅可能出现集中和连片建设的发展格局,类似于城市的小区。农村高层建筑比较少,不存在容积率的限制,应该非常有利于实施地源热泵工程。目前华东和华中地区农村人口接近2.5亿,是非常大的市场空间。

四是坚持因地制宜思路,发展土壤源、水源和污水源热泵。夏热冬冷地区浅层地热资源丰富,地表水资源也充足,也有一定的污水源资源,可按照“宜土则土,宜水则水”的原则推广水地源热泵工程。

5.有关政策保障方面的建议

5.1明确集中供暖政策导向,给市场积极信号

夏热冬冷地区除合肥、扬州等少数城市开展集中供暖试点外,多数地区处在观望状态。不少城市有针对地源热泵的鼓励措施,但没有相关的集中供热规划和引导性意见,导致政策衔接不顺畅。因此对城市局部地区建设热网以及以小区为单元的新型集中供暖从政策导向方面应予以积极肯定,并出台相关标准。

5.2加大对农村地源热泵项目的政策扶持

农村居民受收入水平限制,对地源热泵项目接纳程度有限。不妨借鉴河北等地在农村推广地源热泵项目的经验,由政府对安装地源热泵住户进行相应的设备补贴,住户仅负担少部分费用。夏热冬冷地区经济发展水平普遍较高,地方财政、人均收入在全国位居前列。在全国系统推进蓝天保卫战行动计划形势下,结合新农村建设及乡村振兴战略实施,在农村推广地源热泵项目应更加可行。

5.3为施工企业和设备制造商携手降低成本创造条件

充分发挥住建管理部门、供热协会、热泵联盟的作用,为地源热泵设备生产企业与施工企业协作搭桥牵线,共同降低设备制造和施工成本。在地源热泵项目推广和应用初期,政府给予设备供应和施工方一定的补贴是必要的。但是地源热泵行业若想在市场中站稳脚跟,强化自身发展内力是根本之策。产业链各环节需要紧密协作,通过管理与技术创新持续降低成本,不断提升竞争力。

结语

我国提出能源革命战略的目的在于优化能源结构,提升发展水平,满足人民群众日益增长的物质生活需要。夏热冬冷地区经济发展走在全国前列,开发利用地热能是兼顾践行能源革命战略和提升人民生活水平的创新之举,符合我国区域经济发展目标。政府、企业和消费者应发挥好创新“集成”之力,让取之不尽的地热资源持续为广大民众生活质量的提升做出贡献。

参考文献(略)

基金项目:中国工程院重点咨询项目《中国地热产业规划和布局战略研究》(二期),2019-XZ-35

(注:本文有删减。原文刊登于《挪宝集团·2020第十二届中国国际地源热泵行业高层论坛论文集》)

来源(中国能源网) 编辑(中国能源网)

泰和集团(www.thsyjt.com)

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