浅谈农村地区的浅层地热能供暖应用

      从自然环境禀赋方面来看，相比其他替代煤的供暖方式，地热能具有独特的优势。中国科学院院士汪集旸表示，“地热能资源开发利用的潜力很大，地热能资源到处都有，使用成本相对来说较低。同时，在新能源大家族里，与太阳能、风能、生物质能相比，地热资源是最现实的且最具竞争力的能源之一。”

发展地热能的必要性

中国是以煤炭为主要能源的国家。然而，雾霾等环境事件，正在倒逼能源消费结构做出调整。在我国能源结构调整的驱动之下，自身的清洁和可再生等优势，使地热能源成为效率更优的能源选择之一。
 

出于对节能减排和环境保护的考虑，政府严格限制燃煤电厂和燃煤锅炉的建设，有条件的城市正在推进“煤改气”工作。然而，天然气是一种不可再生资源，且我国的天然气资源十分有限，需要更有效率的能源进行补充、替代。
 

相比其他非化石能源，地热能源的优势也较为明显，主要表现为不受季节、气候、昼夜变化等外界因素干扰，是一种现实并具有竞争力的新能源。在多种因素的影响下，地热能源成为“无煤化”更有效率的选择之一。
 

北京市曾提出“无煤化”工作方案，到2017年底，北京城六区要实现“无煤化”，其中东城区、西城区和海淀区在2016年实现“无煤化”。国务院资深参事、中国地震局地震预测所研究员沈梦培表示，北京城六区要实现“无煤化”，原城市地区的“平房地区”用“煤改电”的方法实现。郊区农村住户住的绝大部分使用燃煤采暖，从燃煤采暖到实现“无煤化”，改用电能采暖，具体可包括“煤改电”“煤改气”等方式。
 

多年来，中国的地热能发展一直处于默默无闻的状态。不过，作为与太阳能、风电等并重的可再生能源，地热能的利用效率不容忽视。汪集旸院士表示，地热发电平均利用效率达73%，为太阳光伏发电的5.4倍，风力发电的3.6倍。与此同时，利用热泵技术，依靠1kW的驱动能（电力）能供给2.5kW的浅层地能。
 

虽然，我国地热资源以中低温为主，但地热能源蕴藏丰富，现有的地热资源相当于8600亿吨标准煤，仅中东部沉积盆地中就探明地下热水资源491.7亿立方米，它们蕴涵的能量相当于18.54亿吨标准煤。因而，我国地热能发展潜力巨大。
 

浅层地能供暖的可行性

地热能主要用于地热发电，和非电直接利用。其中，非电直接利用又包括供暖、制冷和工农业利用等诸多方面。目前，我国地热能的非电直接利用总量已经居世界首位，主要是利用“三联供”技术，为建筑物供暖和制冷。
 

北京市地质矿产勘查开发局副总工程师、中国地质调查局浅层地温能研究与推广中心常务副主任李宁波介绍说，截至2015年，全国地热能（包括深层地热、浅层地热能）开发利用实现的供暖面积已达5亿平方米。其中，深层地热供暖1亿平方米，浅层地热能供暖达4亿平方米。
 

根据省会城市浅层地热能的调查评价结果显示，我国31个省会城市200米以浅热容量为2.34 x 1016kJ/℃。因北京、天津未开展综合换热功率评价，其余29个省会城市地能热泵系统夏季可制冷面积为61.7亿平方米，冬季可供暖面积为86.5亿平方米。
 

浅层地热能开发利用的总能量折合标准煤4.67亿吨，如果浅层地热能开发利用效率取35%，可节约标准煤1.63亿吨，约为实际能源消耗的0.1倍，是目前建筑物供暖制冷消耗的1.42倍，可为供暖和制冷提供丰富的能源储备。同时，可实现减排二氧化碳2780万吨。
 

除资源禀赋的先天优势外，我国也相继出台相关政策鼓励地热能的开发利用。以北京为例，早在2006年就出台了第一个支持发展地能热泵的文件——《关于印发关于发展热泵系统的指导意见的通知》，并与2006年7月1日正式实施。该文件补贴标准为：地下（表）水源热泵35元/平方米，地埋管地能热泵和再生水源热泵50元/平方米。
 

李宁波介绍说，在政策推动之下，我国打造了一批地热能亮点工程。2008年的北京奥运会时，北京市内尤其是奥运场馆中建成了一批具有标志性的重点示范项目，国家体育场鸟巢、奥林匹克水上公园等奥运场馆纷纷采用地能热泵系统并取得了成功。
 

其中，奥运村再生水源热泵项目，离清河污水处理厂较近，将清河污水处理厂处理后的再生水，作为热泵的冷热源，通过热泵系统实现供热制冷，很好地解决了奥运村内40多万平方米的建筑供暖制冷，作为北京奥运遗产，直到现在仍在使用。上海世博轴总面积22万平方米，采用了江水源热泵+地埋管地能热泵两种系统供暖制冷，为绿色环保增加了亮点。
 

浅层地能农村也能用的上

在形成绿色环保亮点工程的基础上，地热能对农村的供能改造能否发挥作用呢？中国建筑学会暖通空调分会常务理事、北京市建筑设计研究院顾问总工程师吴德绳表示，浅层地热能的利用成为村镇建设中建筑供暖的主攻方向，应该是不错的选择。
 

他指出，农村的特点是人均建筑面积大，但实际使用空间有交替性，而且，节俭的优良传统在农村比较普遍。浅层地热能供暖使用地能热泵技术，只需要少量电能做动力就可以实现供暖，用电量少，符合农户已有的供电能力，还可以利用峰谷电差节省费用，运行成本不高，且没有污染排放。
 

沈梦培参事则举例表示，一间108平方米的住房，使用电能直接采暖，一个冬季的电费是6850元，此后实行峰谷电价，夜间22时至早7时，电费为0.3元/千瓦时，一个冬季的电费减为5000元。然而，同样的情况下，使用地能热宝系统（一种地能热泵技术）的农民，一个冬季采暖只需缴纳电费1500~1800元左右。
 

截至目前，我国已经有不少浅层地热能应用的成功范例。2014年，华北地区首个地热供暖代替燃煤的无烟城——雄县诞生。雄县地热集中供暖面积达到240万平方米，占集中供暖面积的90%。此后，“小洋口模式”和“广东丰顺模式”也成为解决长三角和珠三角地区的冬季供暖/夏季空调制冷问题的典型案例。
 

汪集旸表示，我国拥有全球最大的建筑市场，地能热泵供热有1万亿元的潜在市场规模。此外，我国“一带一路”战略也为浅层地热能应用提供了良机。作为“新丝绸之路经济带”起点的西安市，目前正在着手建设西咸新区地热能源技术研究与示范基地。同时，从‘一带一路’沿线国家来看，包括我国在内的中亚、南亚、中东地区气候干燥，应尽量减少水源热泵的应用，大力发展地能热泵。
 

沈梦培参事则表示，利用热泵技术提取的地热能量的能源是“电能”，是全部“无燃烧任何燃料的绿色能源”，符合实行农村无煤化的需求，是农村平房供暖、大力支持全国消除雾霾的一种努力方向。
 

农村如何使用浅层地热能供暖

随着城镇化的推进，中国新农村的供暖问题，越来越成为量大、面广的问题。在建筑供暖用能的问题上，应该按照科学规律规划和发展，吴德绳表示。
 

他提倡农村供暖“省着用”的思路。一方面是资源省着用的常规节能，一方面是能源品位省着用。能源品味省着用指的是用地热能等低品位能源替代煤炭等产生高品位热能的能源，这也是用资源的节省、合理和道德。另外，在不必需持续供暖、集中供暖的农村住户，可每家每户单独安装地能热泵，仅在生活的小环境人为操控，按需供暖，是省着用的好方式。
 

李宁波则根据以往调研勘察经验表示，农村利用浅层地热能供暖还需要解决几个问题。其一，是地能热泵初投资的问题。目前，改造或新建的地能热泵项目，大多有国家补贴或其他方式的鼓励，但是从推进地能热泵发展的角度，这个经济账对老百姓还是个门槛。他认为，以村为单位，或互助组等形式进行施工，可能利用规模效应缓解初投资较大的矛盾。当然，如果相关从业者能够定制化开发热泵产品，提供优化设备也是可行途径。
 

其二，产业相关方需要紧密配合。如国家应尽快出台相关标准，以及工程方要提高素质、能力和经验，避免“失败”工程。因为，对于新兴行业，一次失败就可能意味着整个行业的“萎缩不前”。此外，各位受访专家也相继提到，针对地热能，尤其是浅层地热能方面，民众了解和理解的程度还很有限，应该广开言路，增进相关知识普及，让地热能发挥应有的能源作用。