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汪集暘

■汪集暘

地?zé)崾且环N清潔低碳、分布廣泛、資源豐富、安全穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)可再生能源，對(duì)于我國能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型發(fā)揮著重要作用。

我國北方地區(qū)、高原寒冷地區(qū)乃至南嶺以南部分地區(qū)冬季氣溫低，建筑取暖需求大。近10年來，由于化石燃料使用過多，霧霾頻發(fā)。對(duì)此，國家大力提倡利用包括地?zé)崮?/strong>在內(nèi)的清潔能源取暖，霧霾天數(shù)逐年減少，大氣環(huán)境呈現(xiàn)向好趨勢(shì)。

但隨著地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)的發(fā)展，一些新的問題不斷涌現(xiàn)。我國地?zé)崛∨a(chǎn)業(yè)潛力有多大?未來應(yīng)當(dāng)朝什么方向發(fā)展?如何引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量可持續(xù)地發(fā)展?本文基于以上問題進(jìn)行探討，并針對(duì)制定我國地?zé)崛∨a(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略提出建議。

我國地?zé)豳Y源潛力巨大

地?zé)豳Y源按深度劃分為淺層、中深層和深層地?zé)豳Y源。淺層地?zé)崮?/strong>通過鉆孔熱交換器(BHE)及熱泵得以開發(fā)利用，其深度范圍一般為200米以淺，包括土壤層及淺層含水層。中深層地?zé)豳Y源一般介于 200米和 3000米之間，開采系統(tǒng)還可細(xì)分為水熱系統(tǒng)中的對(duì)流換熱系統(tǒng)(在含水層中布置開采井和回灌井)和傳導(dǎo)換熱系統(tǒng)(深井換熱系統(tǒng)-DBHE)。深層地?zé)豳Y源埋深通常超過3000米，可分為干熱巖、水熱系統(tǒng)。

在板塊構(gòu)造格局的影響下，我國主要沉積盆地的地?zé)岜尘坝蓶|至西，依次為熱盆、溫盆和冷盆分布。東部的松遼盆地、渤海灣盆地、蘇北盆地等屬于熱盆，地?zé)豳Y源相對(duì)豐富。在沉積盆地地?zé)嵯到y(tǒng)中，主要熱儲(chǔ)類型有砂巖孔隙型熱儲(chǔ)和基巖裂隙—巖溶型熱儲(chǔ)。其中，基巖裂隙—巖溶型地?zé)醿?chǔ)的熱流體循環(huán)條件更加優(yōu)越，開發(fā)利用潛力更大。

我國碳酸鹽巖的分布總面積占陸地面積的1/3，裸露面積約為90萬平方千米，隱伏面積達(dá)250萬平方千米以上。基于巖溶發(fā)育程度的差異，以雄縣地?zé)嵯到y(tǒng)和蘇北地?zé)嵯到y(tǒng)為參照，采用類比法估算了全國巖溶熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源潛力，結(jié)果為5000~50000億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，可見潛力巨大。雄安新區(qū)和北京市副中心均在巖溶型熱儲(chǔ)分布的渤海灣盆地內(nèi)，實(shí)測(cè)大地?zé)崃髦碉@示出了雄安新區(qū)極好的構(gòu)造熱背景。未來，在雄安新區(qū)和北京市副中心清潔取暖中，地?zé)豳Y源均將大有作為。

淺層地?zé)崮艿睦檬加?0世紀(jì)60年代，近10年來，地源熱泵系統(tǒng)在建筑物空調(diào)系統(tǒng)中的應(yīng)用得到了快速發(fā)展，并取得了良好的節(jié)能效果。由于淺層地?zé)崮軆?chǔ)量巨大和清潔環(huán)保，利用熱泵技術(shù)，幾乎適用于任何建筑物。長(zhǎng)三角淺層地?zé)崮艿刭|(zhì)條件優(yōu)越，適宜開發(fā)，在國家政策和市場(chǎng)需求的推動(dòng)下，長(zhǎng)三角地區(qū)地?zé)崛∨a(chǎn)業(yè)必將得到快速發(fā)展。

地?zé)崆鍧嵢∨夹g(shù)發(fā)展迅速

北方地區(qū)清潔取暖比例較低，特別是部分地區(qū)冬季大量使用散燒煤及熱效率低下的小型燃煤鍋爐，大氣污染物排放量大，迫切需要推進(jìn)清潔取暖。這與廣大群眾生活水平的提高和生活環(huán)境的改善息息相關(guān)。

地?zé)崛∨抢玫責(zé)豳Y源，使用換熱系統(tǒng)提取地?zé)豳Y源中的熱量，向用戶供暖的方式，其技術(shù)模式按照所利用地?zé)豳Y源、賦存介質(zhì)特征及換熱技術(shù)的不同，可以分為淺層地?zé)崮苋∨?制冷)模式、水熱型地?zé)崮苋∨Ｊ?、中深層地源熱泵取暖模式?/p>

地源熱泵技術(shù)是一種利用淺層地?zé)豳Y源的低品位熱源、既可供熱又可制冷的高效節(jié)能的空調(diào)技術(shù)。它能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)建筑物三聯(lián)供系統(tǒng)的能源供給，是淺層地?zé)崮茏钪饕拈_發(fā)利用方式。地源熱泵主要分為地埋管熱泵、地下水熱泵和地表水源熱泵等。

中深層水熱型地?zé)豳Y源一般深度在3000米以淺，由地下水作為傳熱載體，可以通過抽取熱水或者水汽混合物提取熱量。水熱型地?zé)崛∨夹g(shù)通過開采井抽取地?zé)崴?，通過換熱站將熱量傳遞給供熱管網(wǎng)中的循環(huán)水，輸送給用戶，溫度降低后的地?zé)嵛菜ㄟ^回灌井注入地下，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。

中深層地源熱泵技術(shù)基于同軸雙套管水循環(huán)原理，將地?zé)峋畠?nèi)換熱器加熱循環(huán)出來的熱水作為熱源進(jìn)入高溫?zé)岜脵C(jī)組，通過高溫?zé)岜脵C(jī)組的提升，達(dá)到建筑物供熱所需的供水溫度，實(shí)現(xiàn)向建筑物穩(wěn)定供暖。它具有節(jié)能環(huán)保、應(yīng)用靈活和穩(wěn)定可靠等優(yōu)勢(shì)，是實(shí)現(xiàn)地?zé)峥沙掷m(xù)利用的一種重要途徑。但是，單井每延米取熱能力有限，單一熱源的供熱能力有限。該項(xiàng)技術(shù)僅在我國個(gè)別地區(qū)試驗(yàn)性應(yīng)用，未來的研究重點(diǎn)是通過鉆孔與儲(chǔ)層的關(guān)聯(lián)強(qiáng)化、供熱系統(tǒng)效率的優(yōu)化來提高單井每延米的取熱能力。

地?zé)崆鍧嵢∨a(chǎn)業(yè)發(fā)展建議

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的不斷提高，我國建筑面積預(yù)計(jì)至2050年達(dá)到500億平方米，北方冬季取暖是剛性需求，南方有空調(diào)制冷的需求。建筑取暖和制冷市場(chǎng)巨大，在數(shù)萬億元人民幣規(guī)模。隨著人們生活水平的提高，對(duì)于清潔取暖的追求與日俱增，強(qiáng)大的內(nèi)需不斷拉動(dòng)能源消費(fèi)市場(chǎng)。

在國家層面，政府把清潔取暖提高到國家生態(tài)安全的高度來看待，政策導(dǎo)向勢(shì)必不斷推動(dòng)能源轉(zhuǎn)型和取暖方式的變革。此外，技術(shù)進(jìn)步也為資源利用市場(chǎng)發(fā)展提供動(dòng)力。清潔取暖技術(shù)與新風(fēng)技術(shù)的融合，是現(xiàn)代建筑風(fēng)氣的普遍追求目標(biāo)，而這兩項(xiàng)技術(shù)都比較成熟。新興技術(shù)也為今后地下、地上結(jié)合形成高效可持續(xù)的清潔取暖成套技術(shù)體系，創(chuàng)造了支撐條件。未來，技術(shù)的不斷發(fā)展還將帶動(dòng)資源類型的不斷擴(kuò)展。比如，地表水源熱泵的大量采用、海水源熱泵的提升，為淺層地?zé)崮艿睦脦硇碌木薮蟀l(fā)展空間。

我國地?zé)豳Y源的開發(fā)利用在“政、產(chǎn)、學(xué)、研、用”的共同努力下進(jìn)展迅速，成績(jī)斐然。但是，在地?zé)衢_發(fā)熱潮下，也產(chǎn)生了一系列問題，如管理政策不完善、發(fā)展方向不明確、人才不足等。

為促進(jìn)地?zé)崆鍧嵢∨a(chǎn)業(yè)發(fā)展，筆者建議，首先應(yīng)加強(qiáng)地?zé)崮荛_發(fā)的頂層設(shè)計(jì)。地?zé)嶂皇强稍偕茉创蠹彝ブ械囊粏T，必須放在可再生能源發(fā)展的大局中去規(guī)劃。要在國家層面上，充分考慮我國各個(gè)地區(qū)的地?zé)岱A賦與冷熱需求，做好宏觀規(guī)劃。同時(shí)，還要在管理政策上加以完善，制定地?zé)峁芾磙k法，明確管理部門，避免多頭管理。出臺(tái)優(yōu)惠措施，鼓勵(lì)和保護(hù)企業(yè)實(shí)施地?zé)崛∨?加強(qiáng)監(jiān)管，對(duì)違法違規(guī)企業(yè)加大處罰力度，規(guī)范市場(chǎng)。

其次應(yīng)明確地?zé)豳Y源開發(fā)思路，“熱”“電”并舉、西“電”東“熱”——在高溫地?zé)嶝S富的西部地區(qū)優(yōu)先發(fā)展地?zé)岚l(fā)電，在東部地區(qū)則優(yōu)先發(fā)展地?zé)崛∨?“深”“淺”結(jié)合、由“淺”及“深”——從淺層地?zé)豳Y源開發(fā)，逐步深入;“干”“濕”有度、先“濕”后“干”——現(xiàn)階段不宜不計(jì)成本地開發(fā)干熱巖，而應(yīng)優(yōu)先用好水熱資源;“天”“地”合一、“動(dòng)”“靜”結(jié)合——充分發(fā)揮“地?zé)?”的模式，與太陽能、風(fēng)能等可再生能源互補(bǔ)聯(lián)動(dòng)。

最后應(yīng)全面推進(jìn)人才隊(duì)伍建設(shè)。自20世紀(jì)70年代以來，我們已經(jīng)培養(yǎng)了一批專業(yè)技術(shù)人才，為我國地?zé)岙a(chǎn)業(yè)發(fā)展做出了顯著貢獻(xiàn)。但我國地?zé)崾袌?chǎng)規(guī)模巨大，相關(guān)企業(yè)有數(shù)千家之多，隨著未來地?zé)崆鍧嵢∨袌?chǎng)的進(jìn)一步擴(kuò)大，從科研、管理到技術(shù)，人才匱乏現(xiàn)象愈發(fā)顯著。因此，高校和企業(yè)應(yīng)當(dāng)加大地?zé)釋I(yè)人才培養(yǎng)力度，打造常態(tài)化和可持續(xù)化的人才培養(yǎng)體系，為地?zé)岙a(chǎn)業(yè)提供充足的人才支撐。

(作者系中國科學(xué)院院士)