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地?zé)崮茉趨^(qū)域能源領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展

文章出處:   責(zé)任編輯:   發(fā)布時(shí)間:2020-03-27 23:01:13    點(diǎn)擊數(shù):-   【

當(dāng)前,地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)已步入了規(guī)?;?、區(qū)域化發(fā)展的新時(shí)代,技術(shù)和管理水平日臻成熟。新形勢(shì)下,行業(yè)從業(yè)者應(yīng)對(duì)地?zé)崮艿膮^(qū)域化發(fā)展有充分的認(rèn)識(shí)。帶著大規(guī)模應(yīng)用地?zé)崮苁欠窨尚?、怎樣可行、如何能融入?yún)^(qū)域能源體系等問(wèn)題,本文將從地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)角度出發(fā),從3個(gè)方面提出地?zé)崮苋绾卧趨^(qū)域能源發(fā)揮作用:一、解讀區(qū)域能源相關(guān)概念;二、地?zé)崮茉趨^(qū)域能源中的應(yīng)用及環(huán)保作用;三、地?zé)崮軕?yīng)用的普遍性原則。從產(chǎn)業(yè)鏈及資源方面,闡述如何提高效率、優(yōu)化利用地?zé)崮苜Y源。分享相關(guān)成果,共學(xué)共勉。

地?zé)崮茉趨^(qū)域能源領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展

當(dāng)前,中央對(duì)推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)、推動(dòng)綠色發(fā)展十分重視。各級(jí)、各地方也有較大比重的考核指標(biāo),其中一項(xiàng)重要工作就是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整。如何調(diào)整?主要還是從兩個(gè)方面來(lái)講:一是能源消費(fèi)端,減少能源的使用,如綠色建筑以超低能耗、近零碳排放實(shí)現(xiàn)指標(biāo)控制。二是能源供給端,也就是提供怎樣的能源。十九大報(bào)告為我們指明了方向:“構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系。”

作為可再生能源利用的典范——地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)利用已受到廣泛的關(guān)注和認(rèn)可。而今,我國(guó)很多地方已開(kāi)發(fā)利用地?zé)崮転榻ㄖ┡椭评?,解決了很大比例的建筑用能需求,促進(jìn)了區(qū)域一次能源消耗量減少、污染物指標(biāo)下降、能源供給質(zhì)量和水平提升,契合了中央的指示精神。因此,為確保打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn),近一段時(shí)期,中共中央、國(guó)務(wù)院在多次重要會(huì)議上強(qiáng)調(diào)清潔取暖要以“宜電則電、宜氣則氣、宜煤則煤、宜熱則熱”為原則,因地制宜地把城市區(qū)域的發(fā)展和能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整優(yōu)化結(jié)合起來(lái)考慮和部署。地?zé)崮苡钟瓉?lái)了一次重大發(fā)展機(jī)遇。

地?zé)崮茉趨^(qū)域能源領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展

我國(guó)地?zé)豳Y源特點(diǎn)是以淺層地?zé)崮芎椭械蜏氐責(zé)釣橹?、高溫為輔,適宜為建筑供暖和制冷,少數(shù)地區(qū)的優(yōu)質(zhì)地?zé)豳Y源可以用來(lái)發(fā)電。截至2017年底,我國(guó)利用地?zé)峁┡ㄖ偯娣e超過(guò)7億m2。且隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)步伐加快,地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用規(guī)模在不斷擴(kuò)大,百萬(wàn)平米級(jí)建筑群的地?zé)釕?yīng)用項(xiàng)目層出不窮。一方面說(shuō)明我國(guó)地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用技術(shù)發(fā)展迅猛;另一方面,與過(guò)去相比,地?zé)釁^(qū)域化發(fā)展已成趨勢(shì),呈現(xiàn)出更多新的特點(diǎn),這也給我們帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。未來(lái),如何使地?zé)崮芨玫胤?wù)并融入?yún)^(qū)域能源發(fā)展,使之成為一條人口、資源、環(huán)境相協(xié)調(diào)的可持續(xù)發(fā)展道路,作為行業(yè)從業(yè)者的使命,還應(yīng)在扎實(shí)做好基礎(chǔ)工作的前提下,充分發(fā)揮創(chuàng)新能動(dòng)作用,促進(jìn)地?zé)岙a(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大。

1 對(duì)“區(qū)域能源”的認(rèn)識(shí)

1.1 “區(qū)域能源”的出現(xiàn)

19世紀(jì)末,隨著人類進(jìn)入工業(yè)革命時(shí)期,能源的使用和消耗呈現(xiàn)猛增態(tài)勢(shì)?;剂虾碗娏Φ漠a(chǎn)能已不能滿足規(guī)模急劇擴(kuò)張的工業(yè)生產(chǎn)和居民生活需求。為促進(jìn)能源效率和環(huán)境質(zhì)量的提高,歐美一些國(guó)家將用能的“小而分散”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;大而集中”,通過(guò)區(qū)域供冷、供熱與熱電聯(lián)產(chǎn)等先進(jìn)技術(shù),實(shí)現(xiàn)高效滿足區(qū)域內(nèi)所有用能需求,即“區(qū)域能源”。

區(qū)域能源最早就是從區(qū)域供暖項(xiàng)目誕生的。100多年來(lái),“區(qū)域能源”的內(nèi)涵在不斷進(jìn)化?,F(xiàn)今定義為:一切用于生產(chǎn)和生活的能源,在一個(gè)特指的區(qū)域內(nèi)得到科學(xué)的、合理的、綜合的、集成的應(yīng)用,完成能源生產(chǎn)、供應(yīng)、輸配、使用和排放過(guò)程,稱之為“區(qū)域能源”。“區(qū)域”:可以是一個(gè)城市、一個(gè)工業(yè)區(qū)或大型居住區(qū),也可以是一個(gè)小區(qū)或建筑群,涵蓋從熱電聯(lián)產(chǎn),到集中供暖、區(qū)域供冷、供電等各種技術(shù)措施。“能源”:燃煤、油、氣,可再生能源(包括地?zé)崮埽?,生物質(zhì)能等;可以是一種,也可以是多種能源互補(bǔ)應(yīng)用(許文發(fā),2016;伍小亭等,2019)。

區(qū)域能源的出現(xiàn),在很大程度上減少了二氧化碳的排放,并且節(jié)省開(kāi)銷、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。因此,一直以來(lái)反響良好(供熱制冷,2010)。

地?zé)崮茉趨^(qū)域能源領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展

1.2 地?zé)崮芊?wù)區(qū)域能源

20世紀(jì)70年代,世界石油危機(jī)出現(xiàn),新能源在區(qū)域能源中的發(fā)展迎來(lái)了轉(zhuǎn)機(jī),地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)利用得到了全世界的重視。在時(shí)任地質(zhì)部部長(zhǎng)李四光教授的帶領(lǐng)下,我國(guó)也掀起了地?zé)衢_(kāi)發(fā)的第一次高潮(北京市國(guó)土資源局,2008)。中國(guó)成為世界第8個(gè)地?zé)岚l(fā)電國(guó)家。北京成為世界6個(gè)具有地?zé)崽锏氖锥贾?。同時(shí),全國(guó)許多地方也開(kāi)展了地?zé)峁┡?、水產(chǎn)養(yǎng)殖、溫室種植、溫泉洗浴(醫(yī)療)、工業(yè)利用和農(nóng)產(chǎn)烘干等地?zé)嶂苯永茫ㄠ嵖藯Γ?019)。

地?zé)崮茏鳛榭稍偕茉慈谌雲(yún)^(qū)域能源應(yīng)用,為區(qū)域能源的發(fā)展開(kāi)辟了一條嶄新的道路。在已探明的地?zé)崽锏貐^(qū),結(jié)合區(qū)域規(guī)劃建設(shè)及用能需求,優(yōu)先利用地?zé)豳Y源,可以解決或部分解決區(qū)域供電、供暖(冷)等問(wèn)題。其優(yōu)勢(shì)在于:1)環(huán)保性強(qiáng),地?zé)豳Y源可再生,其應(yīng)用減少了化石燃料的使用,降低了污染物排放,同時(shí),緩解了地區(qū)能源供給緊張;2)經(jīng)濟(jì)性和保障性高,地?zé)崮軄?lái)源穩(wěn)定,能源品質(zhì)較高,無(wú)論是單一供給還是成為其它能源形式的補(bǔ)充,都能有效提升區(qū)域能源供給的經(jīng)濟(jì)和穩(wěn)定性。因此,在當(dāng)前我國(guó)城鎮(zhèn)化以及低碳城市建設(shè)步伐加快形勢(shì)下,地?zé)崮芤殉蔀榘l(fā)揮區(qū)域能源節(jié)能、經(jīng)濟(jì)作用的重要支撐。

如今,地?zé)岙a(chǎn)業(yè)在我國(guó)已發(fā)展壯大,尤其是地?zé)嶂苯永昧恳衍S居世界首位。并且,地?zé)峤?jīng)濟(jì)規(guī)模還在持續(xù)增長(zhǎng)。但就全國(guó)層面來(lái)講,我國(guó)地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)利用方式較發(fā)達(dá)國(guó)家相比,還顯得比較粗放。濫采濫排、無(wú)序開(kāi)發(fā)現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生,有些地方造成負(fù)面大于正面的環(huán)境影響,有違“初心”??v然有多方面因素共同使然,但在一定程度上阻礙了產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。為此,我國(guó)多地已出現(xiàn)十分嚴(yán)格的地?zé)衢_(kāi)采管理法規(guī)。新形勢(shì)下,地?zé)衢_(kāi)發(fā)更應(yīng)精細(xì)化運(yùn)作,從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和管理等方面創(chuàng)新思路,提出解決問(wèn)題的辦法。

地?zé)崮茉趨^(qū)域能源領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展

地?zé)崮芄?yīng)和應(yīng)用的科學(xué)合理會(huì)帶來(lái)更好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。筆者曾于2004年就提出“地?zé)崴畯S”的概念:在地?zé)豳Y源較優(yōu)質(zhì)地區(qū),在地區(qū)政府主導(dǎo)下,由一至兩家單位對(duì)區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源進(jìn)行統(tǒng)一勘查、規(guī)劃、開(kāi)發(fā)、供給、管理等,實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源的統(tǒng)籌利用。“地?zé)崴畯S”可以較少的地?zé)豳Y源消耗發(fā)揮較大的優(yōu)勢(shì):一、對(duì)于地?zé)豳Y源富集區(qū)域,如北京小湯山地區(qū)地?zé)豳Y源條件很好,可解決旅游度假、休閑養(yǎng)生和農(nóng)業(yè)種養(yǎng)殖。二、解決區(qū)域一定范圍內(nèi)集中供熱問(wèn)題,這是一個(gè)集約節(jié)約利用地?zé)豳Y源的方案。這種理念已在江西宜春、山東臨沂、河北雄縣等地實(shí)施。

以北京某地?zé)崽餅槔?017年,該地區(qū)地?zé)崴_(kāi)采共計(jì)309萬(wàn)m3,其中用于供暖183萬(wàn)m3,溫泉洗浴126萬(wàn)m3。總地?zé)峋當(dāng)?shù)118眼。區(qū)域內(nèi)供暖單位10家,供暖總面積僅為25萬(wàn)m2。

根據(jù)上述情況分析,若采用“地?zé)崴畯S”熱水統(tǒng)一供給模式,按照單井出水量及溫度測(cè)算,在滿足該地區(qū)供暖、洗浴需求前提下,地?zé)衢_(kāi)采井需要數(shù)量小于10眼。按1:1.5配置回灌井的情況下,總計(jì)最多25眼井可滿足該區(qū)域全部地?zé)崾褂?。單從?jīng)濟(jì)性上看,集約節(jié)約利用主要體現(xiàn)在:(1)統(tǒng)一勘查,區(qū)域布局更加合理,減少勘探成本;(2)統(tǒng)一開(kāi)發(fā),減少地?zé)峋@探及建造成本;(3)統(tǒng)一建設(shè),優(yōu)化設(shè)計(jì)及系統(tǒng),減少管網(wǎng)和設(shè)備建設(shè)成本;(4)統(tǒng)一利用,充分利用地?zé)豳Y源,如梯級(jí)利用等,單位水量供能量增加,減少輸送成本;(5)統(tǒng)一管理,減少人員及維護(hù)成本。有效地減少經(jīng)濟(jì)和自然資源浪費(fèi)。

因此,針對(duì)地?zé)崮苋谌雲(yún)^(qū)域能源的利用形式,為更好地優(yōu)化利用資源,我們提出:在一定區(qū)域內(nèi),在目前工藝條件下,通過(guò)合理的開(kāi)發(fā)技術(shù)和手段,能夠獲取的經(jīng)濟(jì)實(shí)用的、能夠滿足或部分滿足區(qū)域內(nèi)有效使用的地?zé)崮?,或者可以有機(jī)地融入?yún)^(qū)域能源綜合利用系統(tǒng)的地?zé)崮?,稱為“區(qū)域地?zé)崮?rdquo;。

需要強(qiáng)調(diào)的是,區(qū)域地?zé)崮懿坏韧诖笠?guī)模開(kāi)發(fā)利用地?zé)豳Y源,更講究資源利用的科學(xué)性、合理性。是從能源供給端到使用端,實(shí)現(xiàn)高度的環(huán)節(jié)統(tǒng)一與智慧管理,在一定范圍內(nèi)形成資源節(jié)約、經(jīng)濟(jì)性好、持續(xù)和保障性高的能源供給鏈,滿足區(qū)內(nèi)不同的用能需求。

2 地?zé)崮茉趨^(qū)域能源中的應(yīng)用及環(huán)保作用

2.1 在國(guó)際上的應(yīng)用

冰島是世界上少數(shù)幾個(gè)擁有十分豐富地?zé)豳Y源的國(guó)家之一。20世紀(jì)70年代以來(lái),大力發(fā)展了本國(guó)地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)與利用。至2018年,全國(guó)90%的采暖是由地?zé)崮芄?yīng)的,90%的游泳池由地?zé)崮芗訜?,地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量755兆瓦。其中,首都雷克雅未克全部利用地?zé)岵膳摰貐^(qū)50多個(gè)地?zé)峋?,主要由該市能源公司運(yùn)營(yíng),也是世界上最大最成熟的地?zé)峁┡到y(tǒng)。另外,冰島還利用地?zé)豳Y源養(yǎng)魚(yú)、除雪、溫室種植、工業(yè)生產(chǎn)等,已形成了資源開(kāi)發(fā)與環(huán)境保護(hù)相協(xié)調(diào)的發(fā)展模式。

另一個(gè)地?zé)崮芾檬痉栋咐膰?guó)家則是土耳其。截至2019年,全國(guó)11.6萬(wàn)所住宅供暖,450萬(wàn)m2溫室,4.64萬(wàn)所酒店、康養(yǎng)設(shè)施,以及部分工業(yè)烘干、制冷等采用地?zé)崮芄┙o,地?zé)嶂苯永每偭窟_(dá)3500兆瓦,成為地?zé)岱请娎檬澜缜八牡膰?guó)家。但其最受矚目的還是近些年在地?zé)岚l(fā)電領(lǐng)域的突飛猛進(jìn)。土耳其地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量經(jīng)十幾年的發(fā)展,已從2005年的20兆瓦、世界第16位,飛躍至2019年的1595兆瓦、世界第4位,增長(zhǎng)近80倍,成功進(jìn)入世界地?zé)岚l(fā)電強(qiáng)國(guó)行列。不但環(huán)境清潔了,而且還使企業(yè)、居民用上了價(jià)格低廉的能源。其主要原因之一就是政府立法,凡投資地?zé)岚l(fā)電的均給予政策優(yōu)惠。如基本激勵(lì)電價(jià)為10.5美分/千瓦時(shí),額外激勵(lì)為2美分/千瓦時(shí)。極大地推動(dòng)了社會(huì)資本參與地?zé)峄A(chǔ)設(shè)施建設(shè)。未來(lái),該國(guó)還將繼續(xù)在干熱巖領(lǐng)域發(fā)展突破。

還有一些地?zé)衢_(kāi)發(fā)強(qiáng)國(guó),如美國(guó)、菲律賓、德國(guó)、瑞士等,都能很好地利用地?zé)釣閰^(qū)域能源供給服務(wù)。在一些歐洲城市,幾乎所有需要的供暖和制冷都是通過(guò)地區(qū)熱、冷網(wǎng)提供的。而當(dāng)前,全球碳排放問(wèn)題也給世界地?zé)岚l(fā)展帶來(lái)了新的機(jī)遇,為地?zé)釁^(qū)域供能開(kāi)辟了一條快速通道。

地?zé)崮茉趨^(qū)域能源領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展

2.2 在我國(guó)的應(yīng)用

區(qū)域能源在我國(guó)發(fā)展由來(lái)已久,只是人們更習(xí)慣稱之為“集中供暖”。2015年,中國(guó)就已建成世界最大的區(qū)域供暖系統(tǒng),覆蓋建筑面積達(dá)85億m2。而地?zé)崮軇t是在近幾年才在區(qū)域能源領(lǐng)域發(fā)力、發(fā)揮作用,但發(fā)展形勢(shì)良好。一些典型案例也值得借鑒和參考。

(1)地?zé)岚l(fā)電案例

西藏地區(qū)中高溫地?zé)豳Y源豐富。1977年,我國(guó)最大地?zé)岚l(fā)電站——西藏羊八井高溫地?zé)岚l(fā)電成功。截至2014年底,羊八井地?zé)犭娬狙b機(jī)容量24兆瓦,累計(jì)發(fā)電30.6億千瓦時(shí),折合標(biāo)準(zhǔn)煤約95萬(wàn)噸,減排二氧化碳260萬(wàn)噸。還一度占到拉薩整個(gè)供電的60%,解決了區(qū)域供電問(wèn)題(蔣勇,2014)。這是典型的地?zé)岚l(fā)電在區(qū)域能源中的應(yīng)用。

(2)中深層地?zé)幔ㄋ疅嵝停┕┡咐?


雄安新區(qū)是我國(guó)中東部地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用條件最好的地區(qū),是自然資源部“打造地?zé)豳Y源利用的全球樣板”的示范區(qū)。目前,其地?zé)豳Y源利用已形成統(tǒng)一政策、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一開(kāi)發(fā)的“雄縣模式”(王少勇等,2017)。截至2018年底,雄安新區(qū)的雄縣和容城地?zé)峁┡娣e達(dá)700萬(wàn)m2,基本實(shí)現(xiàn)了雄縣、容城城區(qū)地?zé)峒泄┡采w。這是典型的地?zé)峁┡趨^(qū)域能源中的應(yīng)用。

(3)淺層地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)與利用案例

北京城市副中心行政辦公區(qū)一期建設(shè)面積236.5萬(wàn)m2,實(shí)現(xiàn)以淺層地?zé)崮転橹鳎猩顚拥責(zé)釣檩o,其他清潔能源補(bǔ)充的方式,為建筑供暖和制冷。目前,該淺層地?zé)崮軓?fù)合系統(tǒng)已投入運(yùn)營(yíng),效果良好。這是典型的地?zé)峁┡?制冷在區(qū)域能源中的應(yīng)用。

(4)旅、養(yǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展案例

山東臨沂成立湯泉旅游度假區(qū)管委會(huì),統(tǒng)一規(guī)劃、建設(shè)、管理區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)利用。近年來(lái)招商引資200億元,建設(shè)規(guī)模300萬(wàn)m2,利用地?zé)衢_(kāi)發(fā)的溫泉、旅游、療養(yǎng)、種養(yǎng)殖等產(chǎn)業(yè)發(fā)展壯大。特色學(xué)校、聯(lián)合辦學(xué)培養(yǎng)地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用專業(yè)人才,帶動(dòng)就業(yè),推動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。這是典型的地?zé)崧?、養(yǎng)產(chǎn)業(yè)在區(qū)域能源中的應(yīng)用(臨沂市人民政府,2018)。

這些實(shí)際案例都證明:只要地?zé)崮軕?yīng)用科學(xué)合理,是可以支撐區(qū)域能源系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)、解決區(qū)域供能問(wèn)題,甚至能夠成為系統(tǒng)的主力軍。

2.3 服務(wù)生態(tài)文明建設(shè)

近些年,地?zé)崮茉谖覈?guó)著力的大氣污染防治方面發(fā)揮重要作用。一份由清華大學(xué)學(xué)者完成的《2013—2017年間中國(guó)PM2.5空氣質(zhì)量改善的驅(qū)動(dòng)力》報(bào)告指出,中國(guó)范圍內(nèi)所有城市空氣污染水平在2013—2017年間從61.8mg/m3降至42mg/m3,下降了32%。其中,燃煤鍋爐整治和民用燃料清潔化分別使PM2.5濃度下降了4.4mg/m3和2.2mg/m3(Zhang et al., 2019)。而地?zé)崮茉谄渲邪l(fā)揮很大作用。

如北京市,2017年地?zé)峒盁岜美每偭考s67.6萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤,減少46萬(wàn)噸碳粉塵、168.5萬(wàn)噸二氧化碳、5萬(wàn)噸二氧化硫、2.5萬(wàn)噸氮氧化物的排放,為北京地區(qū)降低PM2.5做出顯著貢獻(xiàn)。從圖1可以看出,近些年,北京市空氣質(zhì)量在不斷提升,空氣污染細(xì)顆粒物指數(shù)在逐年下降。而北京市地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用量也在不斷增長(zhǎng),并在其中發(fā)揮重要作用。地?zé)崆鍧嵢∨嬲?wù)了生態(tài)文明建設(shè)。

地?zé)崮茉趨^(qū)域能源領(lǐng)域中的應(yīng)用和發(fā)展

3 地?zé)崮軕?yīng)用的普遍性原則

《地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》提出“堅(jiān)持因地制宜、有序發(fā)展”的原則。其中包含了自然條件和社會(huì)條件兩方面,即要充分掌握區(qū)域資源稟賦條件及特性,結(jié)合地方經(jīng)濟(jì)、技術(shù)發(fā)展成熟度以及用能需求,統(tǒng)籌區(qū)域能源發(fā)展,科學(xué)合理地開(kāi)發(fā)地?zé)崮苜Y源,實(shí)現(xiàn)資源集約節(jié)約利用。避免“一刀切”式的盲目開(kāi)發(fā),造成資源的浪費(fèi)和環(huán)境的破壞。

因此,為使地?zé)崮茉趨^(qū)域能源應(yīng)用中科學(xué)、合理,我們提出“地?zé)崮軕?yīng)用的普遍性原則”,即在地?zé)崮軕?yīng)用領(lǐng)域具有共識(shí)性的、普通適用的并應(yīng)共同遵守的原則。地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)利用應(yīng)在此原則指導(dǎo)下進(jìn)行,忌采用盲從、激進(jìn)的方式開(kāi)發(fā)。如不遵守該原則,則可能會(huì)不同程度地造成損失或負(fù)面影響。同時(shí),地?zé)峁芾硪膊豢梢坏肚?,而?yīng)在科學(xué)合理地論證下,充分發(fā)揮地?zé)崮艿谋U献饔茫?ldquo;宜發(fā)電則發(fā)電,宜供暖則供暖,宜冷暖則冷暖,宜溫泉?jiǎng)t溫泉”。從產(chǎn)業(yè)鏈及資源的角度來(lái)講,發(fā)展地?zé)崮苄鑸?jiān)持“三個(gè)制宜”——因地制宜、因時(shí)制宜、因事制宜。

3.1 因地制宜

(1)地質(zhì)勘查準(zhǔn)確

不同區(qū)域地質(zhì)條件呈現(xiàn)多樣性,甚至同一區(qū)域地下?tīng)顩r也存在多變復(fù)雜性。因此,地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)利用對(duì)地質(zhì)勘查工作要求很高,要盡可能提高其準(zhǔn)確性。

例如北京延慶某村委會(huì)地源熱泵項(xiàng)目,擬在625m2范圍內(nèi)布設(shè)25眼100m深地埋管換熱孔。在施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn),有換熱孔在地下80m處見(jiàn)承壓水,地下水徑流條件很好。通過(guò)熱響應(yīng)測(cè)試結(jié)果發(fā)現(xiàn),該類孔夏季工況換熱量達(dá)104W/m,換熱效果明顯優(yōu)于前期未見(jiàn)承壓水的勘查測(cè)試孔。該區(qū)域地下15m即見(jiàn)基巖,因此準(zhǔn)確勘查可有效減少室外建設(shè)成本。

再如干熱型地?zé)豳Y源的應(yīng)用,其地溫梯度是一項(xiàng)重要的參考指標(biāo)。由于巖石的導(dǎo)熱性、地殼運(yùn)動(dòng)和水文地質(zhì)條件不同,各地的地溫梯度有很大差異,華北地區(qū)為2.5℃/100m ~3℃/100m,大慶是4℃/100m ~5℃/100m,北京房山是2℃/100m,更有一些結(jié)晶巖區(qū)溫度梯度更?。ū本┦械刭|(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局等,2008;吳愛(ài)民等,2018),這對(duì)于干熱型地?zé)豳Y源應(yīng)用效果也是有很大差異的。

由此可見(jiàn),地下地質(zhì)條件是十分復(fù)雜的,地?zé)峥辈樽龅绞志_是很困難的,但可以盡可能地提高其準(zhǔn)確性。因此,在區(qū)域經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件成熟情況下,重點(diǎn)發(fā)揮地質(zhì)勘查工作在地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用中的基礎(chǔ)性、先行性作用,加大資金投入,提高覆蓋面及勘查數(shù)據(jù)精度,支撐地?zé)峥茖W(xué)規(guī)劃,有效引導(dǎo)市場(chǎng),降低風(fēng)險(xiǎn)。

(2)區(qū)域資源優(yōu)化利用

多能互補(bǔ)的復(fù)合式應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)“因地制宜”的一種有效手段。未來(lái)區(qū)域能源的發(fā)展已不是單一能源品種就可以滿足的,而是多種能源互相補(bǔ)充、相互融合的利用方式。本地能源資源優(yōu)先使用,充分發(fā)揮區(qū)域資源稟賦條件優(yōu)勢(shì)。筆者也曾就如何實(shí)現(xiàn)地?zé)崮軇?chuàng)新模式而提出過(guò)“四個(gè)結(jié)合”,既能夠擴(kuò)展供能的量和面積,系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性也得到了提升(李寧波等,2017)。例如,北京大興國(guó)際機(jī)場(chǎng)地源熱泵項(xiàng)目,淺層地?zé)崮芴峁┝?0%的基礎(chǔ)負(fù)荷,利用燃?xì)夂屠鋮s塔調(diào)峰以及建設(shè)蓄能設(shè)施,實(shí)現(xiàn)257萬(wàn)m2建筑的供暖和制冷,區(qū)域可再生能源利用率達(dá)10%。目前系統(tǒng)運(yùn)行良好。

3.2 因時(shí)制宜

解放初期,人民溫飽尚未解決,集中供暖普及存在困難。改革開(kāi)放初期,在寒區(qū)能夠滿足小范圍的供暖。在當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r下,過(guò)高的環(huán)保要求是不現(xiàn)實(shí)的。隨著國(guó)力的上升、國(guó)民財(cái)富的增加、技術(shù)條件的進(jìn)步,使國(guó)家有能力在環(huán)保和生態(tài)文明建設(shè)上下大力氣、辦大事,為世界做示范。

地?zé)岬陌l(fā)展隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展水平的提升而提高。經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)決定著上層建筑,也決定著人民對(duì)美好生活品質(zhì)的需求程度。社會(huì)不同發(fā)展時(shí)期的發(fā)展重點(diǎn)和工作重心會(huì)有變化。當(dāng)前,我國(guó)成為世界第二大經(jīng)濟(jì)體、國(guó)家能源戰(zhàn)略調(diào)整、首輪全國(guó)地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查成果形成、地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用技術(shù)進(jìn)步及社會(huì)認(rèn)可等因素,共同促進(jìn)我國(guó)地?zé)岙a(chǎn)業(yè)不斷發(fā)展壯大。從圖2對(duì)比可以看出,北京市地源熱泵項(xiàng)目隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展而增長(zhǎng)。未來(lái),在經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件適宜時(shí)期,可以著力擴(kuò)大干熱巖、中低溫發(fā)電等技術(shù)推廣。

3.3 因事制宜

(1)用途不同

我國(guó)絕大多數(shù)地?zé)豳Y源屬于中低溫地?zé)豳Y源,以直接利用為主,用途包括建筑供暖/制冷、農(nóng)業(yè)種養(yǎng)殖、溫泉旅游養(yǎng)生等。不同的用途對(duì)地?zé)崂玫囊笠膊煌?。因此,還要“因事而異”,除了地?zé)崴Y源的物理因素,水溫、水量等,還要考慮化學(xué)成分是否適宜,結(jié)垢、微量元素指標(biāo)等。要以地?zé)豳Y源條件為基礎(chǔ),選擇科學(xué)合理的應(yīng)用方式,實(shí)現(xiàn)多種功能。

而一些品質(zhì)優(yōu)良的地?zé)崴Y源溫度較高,采用梯級(jí)利用的方式可以同時(shí)滿足發(fā)電、供熱(冷)等多種用途。一方面,提高了地?zé)豳Y源的利用率,單位水量供能量增大,系統(tǒng)效率提升;另一方面,使地?zé)崴猛靖訌V泛,多種溫度需求可以同時(shí)滿足。因此,地?zé)崽菁?jí)利用是要大力推廣的一種好方式。

(2)技術(shù)不同

在區(qū)域資源、經(jīng)濟(jì)條件和用能需求均滿足的前提下,從技術(shù)層面來(lái)講,地?zé)衢_(kāi)采過(guò)程中需考慮地上、地下兩方面問(wèn)題:

第一,地下水、熱的動(dòng)態(tài)平衡最重要。對(duì)于不抽取地下水的地?zé)崮荛_(kāi)發(fā),如地埋管地源熱泵系統(tǒng)、中深層套管換熱等,需要考慮地下熱平衡問(wèn)題,即全年運(yùn)行以及運(yùn)行季中地下凈取熱量和自然補(bǔ)給熱之間的關(guān)系,地層溫變應(yīng)控制在合理的范圍內(nèi),避免系統(tǒng)能效下降嚴(yán)重;同時(shí),地下水流動(dòng)對(duì)地埋管換熱影響問(wèn)題也需考慮。對(duì)于抽取地下水的地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)除了熱量補(bǔ)給問(wèn)題,還需考慮水量補(bǔ)給問(wèn)題,回灌補(bǔ)給和自然補(bǔ)給能否滿足開(kāi)采需要;控制水位下降速率,才能確保持續(xù)開(kāi)采。以上兩種開(kāi)采方式還應(yīng)在開(kāi)采區(qū)域面積和換熱影響半徑基礎(chǔ)上,考慮換熱孔的地下空間布局問(wèn)題。

第二,關(guān)于地上設(shè)備選配問(wèn)題。“馬”與“車”要匹配,在機(jī)組供能量、水泵揚(yáng)程、管路流量、換熱器換熱量等滿足前提下的最集約、節(jié)約配置才是設(shè)備選配的最佳方案。系統(tǒng)初投資降低,運(yùn)行能效提升。例如,業(yè)內(nèi)提出的熱泵“小流量大溫差”供能方式,可以節(jié)約初投資,但關(guān)于能效問(wèn)題,在供、取兩端是否都適宜,也因不同項(xiàng)目而異。

3.4 科學(xué)管控提供保障

科學(xué)的管控手段才是地?zé)岙a(chǎn)業(yè)續(xù)航的有效保障。技術(shù)支撐管理進(jìn)步,管理促進(jìn)技術(shù)發(fā)展,才是良好的互動(dòng)關(guān)系。具體要做好3個(gè)方面的工作:

第一,做好智能控制。優(yōu)化系統(tǒng)運(yùn)行,運(yùn)行工況與末端需求、熱源側(cè)熱交換相匹配,降低運(yùn)行成本及能耗,實(shí)現(xiàn)自動(dòng)智能管理。

第二,做好監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。完善地上運(yùn)行和地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè),能夠在運(yùn)行過(guò)程中隨時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。以長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為支撐,為科學(xué)管理提供服務(wù)。

第三,做好政府管理。明確地?zé)豳Y源的歸口管理部門(mén),做到管理統(tǒng)一化;政策、規(guī)劃出臺(tái)以數(shù)據(jù)為支撐,做到?jīng)Q策科學(xué)化;行政審批減少環(huán)節(jié),做到項(xiàng)目落地便捷化。

4、結(jié)論

(1)通過(guò)實(shí)踐證明,地?zé)崮艿碾?、熱、冷等多種供能形式,是可以作為區(qū)域能源的主力的,或某一方面的主力;同時(shí),也可以作為其他能源形式(如分布式能源系統(tǒng))的有效補(bǔ)充。

(2)發(fā)展區(qū)域能源的“初心”是提升用能的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益,應(yīng)充分利用區(qū)域可再生能源稟賦條件,與區(qū)域地?zé)崮苡袡C(jī)結(jié)合,統(tǒng)籌能源規(guī)劃與利用,提高可再生能源的利用率。

(3)我國(guó)地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用規(guī)模居世界領(lǐng)先,但技術(shù)和管理上還存在一定差距。作為區(qū)域能源利用的地?zé)崮艿拈_(kāi)發(fā)需遵循普遍性原則,扎實(shí)做好基礎(chǔ)性工作,科學(xué)合理利用地?zé)豳Y源。