前言
我国清洁发展机制(CDM，Clean Development Mechanism)市场潜力巨大，同时有着丰富的地热资源，作为一种可再生的清洁能源，地热可以用来区域供暖，地热供暖技术在我国正迅猛发展，并将产生深远的社会效益、经济效益和环境效益。地源热泵技术是地热利用中的节能技术之一，可提高地热热能利用率。2008年9月21日至26日，京都议定书清洁发展机制执行理事会在第四十二次会议上通过了方法学AM0072“利用地热能替代化石燃料的燃烧来供暖”。这被认为是开发地源热泵供暖CDM项目的良机。
虽然AM0072方法学已通过了将近一年的时间，但期间还没有开发出来地源热泵供暖CDM项目，因为此类CDM项目的基准线、额外性、监测方法、减排量计算等CDM的核心内容较为复杂。
1 地热资源与地源热泵
1.1 地热资源及其利用
地热资源是指能够为人类经济开发和利用的地热能、地热流体及其有用部分[1]。地热资源可分为传导型和对流型地热资源。地热是一种可再生的自然能源。据估计，全世界地热资源总量约为1.45×1026J，相当于4 948×1012t标准煤
表1-1 地热资源温度分级
Table1-1 Geothermal resources temperature classification
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温度分级 |
温度t界限，℃ |
主要用途 |
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高温地热资源 |
t≥150 |
发电、烘干 |
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中温地热资源 |
90≤t＜150 |
工业利用、烘干、发电 |
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低温地热资源 |
热水 |
60≤t＜90 |
采暖、工艺流程 |
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温热水 |
40≤t＜60 |
医疗、洗浴、温室 |
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温水 |
25≤t＜40 |
农业灌溉、养殖、土壤加温 |
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注：表中温度是指主要热储代表性温度。 |
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地热资源是一种典型的清洁能源，也被称为“绿色能源”和“可再生能源”。就目前的利用方式来说，其成本相对较高，而且技术难度较大。
1.2 地源热泵
热泵是热能利用中的节能技术之一，其特点是通过消耗一定的能量（电能、高温热能或压力能等），从低温热源（或工业废热）中吸收一部分热量，得到更高的可供利用的热能，从而提高地热热能的利用率[6]。目前,全世界热泵利用已占地热直接利用的33%[1]。地源热泵是一种利用地下浅层地热资源的既可供热又可制冷的高效节能环保型空调系统。地源热泵通过输入少量的高品位热能（如电能），即可实现低温热源向高温热源的转移，地能分别在冬季和夏季作为低温热源和高温热源；在冬季，把地热能中的热量“取”出来，提高温度后，供给室内的热用户；在夏季，把室内的热量取出来，释放到地层中去[7]。地源热泵的特点和优势体现在下列接各方面：环保、无污染；高效节能；系统简单、使用方便，符合可持续发展的战略要求。地源热泵空调技术以其节能、环保和可持续发展的突出优点，已成为空调供暖工程优先选择的方案之一。
2 CDM与AM0072方法学
清洁发展机制（CDM）是《京都议定书》第十二条确定的一个基于市场的灵活机制，其核心内容是允许附件I缔约方（即发达国家和经济转型国家）与非附件I国家（即发展中国家）以项目为载体进行合作，应对全球气候变化，发达国家通过提供资金和技术的方式与发展中国家开展项目级合作，在发展中国家实施温室气体减排项目。
作为《京都议定书》确定的缔约方之间开展合作的3种机制之一，CDM具有双重目的：一是协助未列入附件I的缔约方实现可持续发展和有益于实现《联合国气候变化框架公约》的最终目标；二是协助附件I所列缔约方实现遵守第3条规定的其量化的限制和减少排放的承诺。清洁发展机制的核心是允许发达国家和发展中国家进行项目级的减排量抵消额的转让与获得。因此，CDM是一种“双赢”的机制。
2.2 方法学AM0072
为确保CDM项目的环境效益，确保CDM项目能带来长期的、实际可测量的、额外的减排量，需要建立一套有效的、透明的和可操作的CDM方法学。目前，CDM执行理事会已经建立了一个由12人组成的方法学委员会，专门研究涉及CDM项目执行的具体的方法学问题，并负责向CDM执行理事会推荐其认为适合的方法学。方法学涉及的主要方面包括：建立基准线的方法学、确定项目边界和泄漏估算的方法学、减排量和减排成本效益计算的方法学、监测的方法学等。
作为一种丰富的可再生能源，如何将地热能的利用项目开发成为CDM项目，成为CDM相关各方关注的焦点[11,12,13]。目前为止，地热能CDM项目的开发主要是停留在地热发电项目上，但受当地的地质条件等因素的限制较大，相对来说，受地质条件限制较小的地热供热CDM项目还没有得到开发。基于此，2008年9月21日至26日，京都议定书清洁发展机制执行理事会在第四十二次会议上通过了方法学AM0072“利用地热能替代化石燃料的燃烧来供暖”[14]。这个方法学是源于石家庄地热供暖项目，并由亚洲开发银行资助的。
利用此方法学开发地源热泵供暖CDM项目利用可再生的地热能，替代化石燃料的燃烧，减少CO2等温室气体的排放。研究确定以地源热泵技术开发利用地热为CDM项目，既可以加强与发达国家在资金技术上的合作，还可以在碳交易中得到“额外的收益”，这无疑可以促进地热资源的更好利用和地源热泵的发展。
3 开发地源热泵供暖CDM项目的关键问题研究
所谓基准线，是指在没有该CDM项目的情况下，为了提供相同的服务，最可能建设的其他项目（即基准线项目）所带来的温室气体排放量，它应该涵盖项目边界内附件A（即《京都议定书》的附件）所列的所有气体、部门和源类别的排放量。
在2001年11月份于摩洛哥马拉喀什召开的COP（缔约方会议，Conference of the Parties）7上确定CDM项目基准线的确定可以采用如下三种方式：
1）相关的现有实际排放量或历史排放量；
2）在考虑投资障碍的情况下，一种有经济吸引力的主流技术所产生的排放量；
3）过去五年在类似社会、经济、环境和技术状况下开展的、其性能在同一类别位居前20%的类似项目活动的平均排放量。
3.1.2 额外性的概念
1）投资障碍：存在另一种经济上更可行的选择，但会导致较高的排放；
2）技术障碍：因为性能的不确定性或者市场份额小，项目所采用的新技术和老技术相比风险更大，但老技术将带来较高的排放；
4）其他障碍：因为机构方面的障碍、信息限制、管理资源、组织能力、资金来源或者吸收新技术的能力的原因，在没有该项目的情况下温室气体会增加。
在基准线确定过程中，项目开发者应该通过所选择的方法学，证明该项目活动是额外的，而不是基准线情景。
3.2 地源热泵供暖项目基准线情景识别及额外性论证
根据地源热泵供暖的性质，并结合中国大部分地区供暖的实际情况，大致可以确定以下13种情景作为建议的CDM项目活动的替代方案：
1）设置燃煤锅炉通过小型供热管网为单独建筑供暖；
2）设置燃煤锅炉通过小型供热管网为小区域或分散建筑供暖；
3）设置户用燃煤炉为单独建筑供暖；
4）设置燃油锅炉通过小型供热管网为单独建筑供暖；
5）设置燃油锅炉通过小型供热管网为小区域或分散建筑供暖；
6）设置户用燃油炉为单独建筑供暖；
7）设置燃气锅炉通过小型供热管网为单独建筑供暖；
8）设置燃气锅炉通过小型供热管网为小区域或分散建筑供暖；
9）设置户用燃气炉为单独建筑供暖；
10）设置户油燃煤炉为单独建筑供暖；
11）设置电暖装置为单独建筑供暖；
12）利用生物质能或太阳能等其它新能源为单独建筑供暖；
13）项目不作为CDM项目而实施的方案。
与CDM活动方案相比，以上13种方案均能够满足供暖需求，即均能够提供同等质量、特性和应用范围的热能和采暖服务。
为了缩小研究范围，并确定最为现实可信的基准线情景，经过如下步骤：
1）与强制执行法律和法规的符合性；
2）投资分析；
3）障碍分析（详见3.1.2）；
4）普遍性分析。
对以上13种可能的替代方案分别进行分析，例如根据调研，电取暖仅在中国个别行业、个别单位使用，对于大面积建筑供暖，尤其是居民住宅建筑供暖，很少应用，不具有代表性，故将电暖方式从上述名单中剔除；又比如，生物质能与太阳能供暖目前尚处于研究阶段，而且就中国大部分地区的自然条件来说，生物质能和太阳能资源上并不占优势，故将利用生物质能或太阳能等其它新能源供暖方式从上述名单中剔除，最终只有方案2）“设置燃煤锅炉通过小型供热管网为区域供热”没有受到以上所识别的各类障碍制约，且该方案不是“建议的项目不作为CDM项目而实施的方案”。
最终可以确定“设置燃煤锅炉通过小型供热管网为区域供热”方案作为中国大部分地区的地源热泵供暖项目基准线情景，该CDM项目活动能够克服技术、投资、市场供应、使用习惯等方面的障碍，具有额外性。
3.3 地源热泵供暖项目边界与泄漏确定
地理边界为供热区域以及整个供热系统，包括输热管网、换热站、供热管网、地埋管（地热井）所占地域；
物理边界为整个供热系统，包括输热管网、换热站、供热管网、地埋管（地热井）。
地源热泵供暖CDM项目边界如图1所示。
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项目排放泄漏包括项目建设过程中车辆、机械燃料的燃烧排放，以及项目建设、运行过程中电力消耗造成的电厂发电燃煤增加所对应的那部分排放量。地源热泵项目施工过程持续较短，运行过程中热地源泵机组要消耗大量的电量（水泵等耗电导致排放量小于基准线情景中燃煤采矿运输过程中耗电耗能的排放量，与基准线排放量相比，可以忽略不计）。因而，地源热泵供暖类项目泄漏主要是热泵机组的电量消耗。
3.4 地源热泵供暖CDM项目减排计入周期的确定
地源热泵供暖项目属于利用可再生能源地热能源项目，供热排放量为0，其排放量不像常规能源项目那样随技术进步而减少，因此，基准线必须动态化。如选择可更新计入期，第二个计入期开始时，基准线水平审定时不确定性较大，成本较高，甚至可能影响项目额外性，使得风险较大。因此，对此类项目推荐采用固定的计入期。
3.5 项目减排量确定
3.5.1项目减排量计算公式
CDM项目减排量通用计算公式如下：
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其中：
ERy：第y年CDM项目减排量，以吨CO2e表示；
BEy：第y年基准线情景下供热排放量，以吨CO2e表示；
PEy：第y年CDM项目供热排放，以吨CO2e表示，鉴于地源热泵供暖项目，是利用可再生能源代替化石类传统燃料，其项目排放可以认为是0；
LEy：第y年项目泄漏排放量，以吨CO2e表示，地源热泵供暖类项目的泄漏主要是热泵机组的能耗；
Qy：第y年区域供暖系统向二级供暖管网实际供热监测值，为供热系统各供热计量点供热量之和。以GJ表示；
εBL,y,j：无CDM项目建设情况下第y年区域供暖的平均CO2排放系数，根据供热系统各供热计量点供热量以吨CO2/GJ表示。
3.5.2 项目基准线排放量计算
CDM项目的基准线减排量可以通过2个方法计算：
方法1：事前估算方法，即直接计量服务的建筑面积，根据设计供热负荷计算基准线情景下的锅炉供热负荷，锅炉煤耗，以及CO2排放量。
方法2：事后计量方法，即直接计量服务范围内供热量，以此作为基准线情景下每年供热量，以其与平均的CO2基准线排放系数的乘积确定无CDM项目建设情况下设置燃煤锅炉通过小型供热管网为区域供热时CO2排放量。
基准线排放的事后计量方法根据供热系统实际供热量计算排放量，从而避免了计入期内天气变化、用户行为、建筑隔热能力变化等因素对热量需求计算的影响。显然，方法2是更为保守的做法。但在项目前期审定阶段，无法获得实测供热量时，往往需根据方法1估算项目减排量。
4 结论
（1）地源热泵利用地热能供热，可以减少冬季区域锅炉房煤的燃烧，从而减少温室气体排放，符合CDM开发的要求，且可以通过CDM获得国外的先进技术和资金；
（2）我国大部分采暖区的地源热泵供暖项目的基准线情景可确定为“设置燃煤锅炉通过小型供热管网为区域供热”；
（3）地源热泵供暖CDM项目的减排量泄漏主要为热泵机组的能耗，进而可以确定项目活动的减排量。
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