杜佐道:发挥水利技术 促进浅层地能开发

发挥水利技术优势   促进浅层地能资源开发

——湖北省汉江河道管理局杜佐道

    建设社会主义新农村是我们党在新时期做出的重大战略决策。我们水利工作者应该在建立“节约型社会”的社会主义新农村中，充分发挥水利技术优势，促进浅层地能资源的开发，为缓解我国能源供求矛盾，使我国经济实现可持续发展，做出应有的贡献。

1、开发利用浅层地能的重要意义

    中国目前是世界第二大能源消费国，能源年消费量已由2000年13.03亿t标准煤（各种能源的折合值）增加到2005年22.25亿t标准煤，"十五"时期的年均增长率达到11.29%，年均增加量高达1.84亿t标准煤，因而到2020年的能源需求量将超过60亿t标准煤。而在能源生产供应方面，国内到2020年的生产能力预计只有25亿～26亿t标准煤，加上进口量4亿～5亿t标准煤，合计的能源供应量在30亿t标准煤左右，与能源需求之间的差距甚大。近几年来煤、电、油供应全面紧缺涨价的情况说明，能源问题已经成为制约我国经济和社会发展的重要因素。

    能源问题与我们水利部门有什么关系？回答是肯定的。因为有一种能源—浅层地能的开发利用，就包含了水资源的开发利用。而且还可能需要开挖地表覆盖层，是否危及防洪安全和污染地下水资源？这当然是水利部门管理工作的内容。

    浅层地能是指蕴含在地表下数百米范围内的砂石、土壤和地下水中的低品位能量，具有基本恒温的特点。其能量主要来源于太阳能的辐射，属于太阳能的另一种存在形式。除此之外，浅层地能还广泛存在于江、河、湖、海水等地表水中，当然一些工业废水也具有浅层地能的一般特征。因此，在冬冷夏热的地区以及地表水资源丰富地区，都是浅层地能理想应用的地方。浅层地能属于可再生能源，热值不高，但特别适合生活用能的需要。

    据介绍，长江中下游地区的井水温度常年在18⁰C左右，夏季炎热的气温却高达35⁰C以上，甚至达到40⁰C，井水温度与气温相差高达20⁰C左右。因此，在夏季利用井水降温，是非常理想的。

    我国浅层地能储量巨大，有关专家估计，地表下400m内土壤、岩石和地下水中含有的能量可达23200亿t标煤，相当于2003年我国总能耗14.8亿t标准煤的1570倍。

    浅层地能开发利用最早可追溯到人类的远古时代，如穴居山洞，后来发展到居住窑洞、用地窖储藏食物等，但只能算是原始应用。真正现代意义上的使用，是从1912年瑞士的一个专利开始的。目前，浅层地能的应用在世界范围已掀起风潮，从欧洲的瑞士、瑞典、丹麦到美国、加拿大，再到亚洲的日本，都制定了相关的政策法规，并不断地加大对这可再生能源应用的支持和引导。最近美国总统布什在他的得克萨斯州的宅邸中也安装了这种地源热泵空调系统。为了引导民众，英国女王在其白金汉宫的改造项目中也使用了浅层地能系统。

    采用地源热泵的污染物排放，与空气源热泵相比，要减少40%以上，这是因为地源热泵也采用制冷剂，但比常规空调要减少25%左右的充灌量。如果直接利用浅层地能，在加强管理的情况下，就会没有污物排放。

    开发利用浅层地能，在夏季是将室内的多余热量转移到地下土壤中并储存起来，而不是像空气源热泵那样将热量排放到室外空气中，必然起到减轻城市热岛效应的作用。

    积极推进浅层地能的开发利用，就是为了在建设社会主义新农村中，减少建筑住房和种养殖大棚等方面对传统能源的依赖，并培育和带动相关产业的发展，达到优化农村能源结构，促进多能互补，提高现有煤、电能源的利用效率。对于缓解我国能源供求矛盾、促进社会主义新农村经济实现可持续发展，有着非常重要的意义。

2、开发利用浅层地能资源的模式

    开发利用浅层地能资源的方式主要有直接和间接两种利用方式，在这两种方式中又分为埋管和凿井取水（即闭式和开式）两种情况。

⑴、凿井取水收集使用浅层地能

    以地下水、地表水、江河湖泊等自然水体（简称水源）作为低品位冷热源，一是从取水井中抽水直接进入室内风机盘管对用户降温（或增温），然后将提取冷（热）能后的水体从返水井中回到水源处（图a）；二是利用地源热泵提升在取水井中抽取水体的冷（热）能，并交换给室内管道环路的水体，再通过室内风机盘管对用户降温（或增温），目的是解决直接利用浅层地能达不到用户需要的情形（图b），被提取冷（热）能后的水体则通过返水井回到水源处。

(2)、埋管收集使用浅层地能

    以大地作为低品位冷热源，通过地下埋管（分为水平和垂直两种情况）中的水体从土壤中吸取冷（热）能，一是直接抽入室内风机盘管对用户降温（或增温），然后返回于管道环路中（图c）；二是利用地源热泵提升在地下埋管中抽取水体的冷（热）能，并交换给室内管道环路的水体，再通过室内风机盘管对用户降温（或增温），目的是解决直接利用浅层地能达不到用户需要的情形，被提取冷（热）能后的水体则返还埋入地下的管道环路中（图d）。

⑶地源热泵与空气源热泵的区别

    地源热泵系统（如图b、d）与平常使用的空调机(空气源热泵)一样，都是由压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器和工质组成。空气源热泵是以环境空气作为热泵的低品位冷（热）源，而地源热泵则是以浅层地能作为热泵的低品位冷（热）源。作为热泵的冷（热）源，随季节变化的环境空气与基本恒温的浅层地能相比，利用环境空气的优点是可以随时随处无限制地得到，利用浅层地能的优点则是在夏季更容易制冷、在冬季更容易制热，压缩机运行更可靠、更稳定。地源热泵与空气源热泵的能效比分别为1：4.5左右和1：2.5左右。

    如果直接利用浅层地能（也就是采用没有压缩机的热泵）对室内降温（或增温）（如图a、c），就只有抽水机和室内风机消耗少量的电能，能效比将高达1：25。

⑷开发利用浅层地能取水与生活、工农业用水的区别

    开发利用浅层地能抽取地下水（或地表水），不能等同于生活用水，更不能等同于工农业用水。生活和工农业用水属于消耗水资源的类型，而开发利用浅层地能抽取的地下水（或地表水），是与室内气温进行冷（热）交换后又等量回灌到了水源处，实际上是没有消耗水资源，消耗只是水资源中的冷（热）能。

3、开发利用浅层地能存在的问题及对策

    我国在开发利用浅层地能方面的进展比较缓慢，究其原因，主要还是受到了经济和技术因素的制约。

⑴、经济因素

    由于浅层地能分布广泛，存在不容易收集的困难，特别是采用开挖地表层埋管收集浅层地能，工程造价就比较高，因而也就制约了浅层地能的开发使用。从经济角度讲，有水资源的地方收集浅层地能就容易一些。

    解决的对策是制定相关的政策法规，加大对浅层地能开发应用的支持和引导。

    目前，国家财政部正准备与建设部一起制定相关政策，联合推广太阳能、浅层地能应用。今年5月31日，北京市发展和改革委员会下发了《关于印发关于发展热泵系统的指导意见的通知》，鼓励发展再生水源热泵（含污水、工业废水等）、地源（土壤源）热泵、地下（表）水源热泵（含地下水、河流、湖泊、地热等），规定了供热制冷系统选用热泵系统的，根据北京市规划委核定的建筑面积从固定资产投资中安排一次性补助，补助标准为：地下（表）水源热泵35元/m²，地源热泵和再生水源热泵50元/m²。

    水利部门也可以试行鼓励措施，例如规定开发利用浅层地能抽取地下水（或地表水）不收取水资源费。

⑵、技术因素

    开发利用浅层地能是一件好事，但我们必须坚持从实际出发，充分考虑农村的物力财力情况和群众的实际承受能力，量力而行。

    比较经济地开发利用浅层地能，对有地下水资源的地方，一般是采取凿井取水的方式。但这种方式在技术上出现的问题也较突出，主要是取水井（或返水井）容易发生堵塞、容易发生地基破坏等问题。

   2001年发生在我省随州市的水温空调风波，就是因为凿井技术不过关，只取水、不回灌，导致水资源严重浪费、地基沉陷破坏房屋建筑和污染地下水。

    解决的对策主要是水利部门要继续加强监督管理，做好取水许可审批和水质监测工作，确保防洪安全，确保水资源不浪费、不遭受污染。水利部门在防洪中长期研究和总结提高的减压井技术，完全可以解决开发利用浅层地能而凿的技术问题，因此，可以鼓励水利部门的设计、施工队伍积极参与竞争，促进浅层地能的开发利用。

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