江西省浅层地热能开发利用现状及存在问题与建议

    摘  要：浅层地热能是一种可再生的新型环保能源，不仅可以供热取暖，还可制冷，其开发利用前景十分广阔。大力发展浅层地热能产业，促进地热资源合理利用，对于促进我省能源结构调整，减轻能源供应压力，尤其是减少二氧化碳排放和保护环境具有十分重要的现实意义和战略意义，对于促进区域经济发展，改善和提高人们生活质量也都具有十分重要的作用。

    关键词：浅层地热能、开发利用、问题与建议。

1、南昌市浅层地热能资源概述

1.1 地温及水温情况

    根据地温监测资料，南昌地区恒温带层顶埋深一般9～28m，恒温带温度19.13～19.50℃,平均为19.32℃，比本地区平均气温高1.57℃。恒温带地温基本恒定，与地下水水位关系较密切，埋深30m地温平均值19.58℃；增温带地温随深度增大而增高，200m地温22.3～28.10℃，平均25.71℃；浅层地热增温率平均3.87℃/100m，总体上属于地热增温正常区。

    根据25个测温孔的地下水水位和测温资料反映。南昌地区地下水水位埋深3.50～26.76m，地下水温度19.08～20.98℃，平均水温19.38℃。

1.2 浅层地热能适宜性分区

   1、地下水换热系统适宜性分区：适宜性好区面积383.69 km²，占63.9%；适宜性中等区面积20.98 km²，占3.5%；适宜性差区面积195.33 km²，占32.6%。

   2、地埋管换热系统适宜性分区：适宜性好区面积138.05 km²，占23.0%；适宜性中等区面积389.87 km²，占65.0%；适宜性差区面积72.08 km²，占12.0%。

   3、适宜性综合分区：将上述两种适宜性分区结果进行叠加分析，结果表明适宜性好面积为521.74 km²，占87.0%；适宜性中等面积为66.59km²，占11.1%；适宜性差面积为11.67km²，占1.9%。说明南昌地区浅层地热能开发利用具有得天独厚的地利条件。

1.3  浅层地热能资源量计算

   1、地下水换热系统适宜区的换热功率和采（排）热量：经计算，采暖期最大换热功率和最大采热量分别为19.4854×10⁶kW和1.5152×10¹⁴kJ；制冷期最大换热功率和最大排热量分别为24.6019×10⁶kW和2.1256×10¹⁴kJ。制冷期排热功率和排热量分别大于采暖期采热功率和采热量。

   2、地埋管换热系统适宜区的换热功率和采（排）热量：本区采暖期最大换热功率和最大采热量分别为31.8227×10⁶kW和2.4745×10¹⁴kJ；制冷期最大换热功率和最大排热量分别为28.8349×10⁶kW和2.4913×10¹⁴kJ。制冷期排热功率和排热量分别大于采暖期采热功率和采热量。

   与地下水换热系统相比较，采暖期采暖功率和采热量大于地下水换热系统，制冷期排热功率和排热量小于地下水换热系统。

1.4 浅层地热容量、可供暖面积和可制冷面积

   1、浅层地热能容量：南昌地区单位温差浅层地热容量q_R为2.58×10¹⁴kJ/℃；全区浅层地热容量Q_R为55.99×10¹⁴kJ。可调蓄浅层地热容量（可利用浅层地热能）Q_Ru为7.93×10¹⁴kJ。

   2、可供暖面积和可制冷面积：经计算，南昌地区冬季可供暖面积为6.2050×10⁸m²和夏季可制冷面积为3.1207×10⁸m²，可供暖面积比可制冷面积大3.0843×10⁸m²（98.8%）。

2、南昌市浅层地热能开发利用现状

    南昌市最早的浅层地热能开发利用应追溯至1974年江西棉纺印染厂地下水人工回灌冷水体空调降温系统的应用，随后于1984年开展南昌市东郊（氨厂）地下水人工回灌试验研究，取得了良好的效果。

    地源热泵系统的应用则始于2001年开始建设，2005年投入使用的“泰豪研发大厦”地源热泵工程，首次采用地下水地源热泵系统进行集中制冷取暖，该项目设计取水量120m³/h，使用建筑面积11520 m^２。此后，南昌县人民医院、江中集团新办公楼、鄱阳湖大酒店、南昌市地税局、湖景商务酒店、南昌市园林局新建动物园、红谷滩中环医院、江中紫禁城等地源热泵工程、江西省地矿局水文地质工程地质大队水工环地质培训综合楼等地源热泵系统工程相继成功建成，并将陆续投入使用，进行集中制冷取暖。据统计，至2008年底，主要工程总使用面积达10.912×10⁴m^２（如下表所示），包括在建项目，面积约在25.232×10⁴m^２。据此来看，我省采用水源热泵作为制冷供暖的项目呈逐年上升趋势，建成项目数量亦与日俱增。 

表1 南昌市典型地源热泵系统工程统计

    尤其值得一提的是江中紫禁城项目，采用地下水地源热泵和地埋管地源热泵综合技术进行制冷采暖，设计使用面积9×10⁴m^２，为南昌市最大的地源热泵系统工程，该项目已成功申报建设部、财政部可再生能源示范小区，并获得财政部补贴近1000万元。此外，南昌市奥林匹克体育中心、江西日报社、中航国际大厦、南昌日报社、江西阳光新地中心住宅小区、武警水电二支队南昌基地、万科四季花园社区中心、江西省气象局新办公楼、高安市第一人民医院、宜丰县行政中心大楼等一批建设项目也计划使用地源热泵系统，并开展了相关的前期工作。

3、浅层地热能在江西具备开发利用的条件

    江西属资源能源消耗大省，缺少油气，煤炭资源不足，但地下水资源丰富，浅层地热能资源亦比较丰富。目前，我省已经具备了大力开发利用浅层地热能资源所需的各项条件。

    1、江西省地理位置主要在温带，有相当丰富的浅层地热能资源，土壤的恒温带一般在9m～28 m以下，地下恒温层的平均温度约为19.32℃，地下深100 m温升为3.87℃。无论浅层地下水或土壤中的温度，利用100m以内深度就足够使用。不像地处寒带的挪威，为了利用热泵，将取热的钻孔钻到了400m深度。

    2、江西省地下水资源丰富，可采资源量每年达73.4×10⁸m³，而地下水年实际开采量仅12.51×10⁸m³，地下水开发利用程度仅为17.1%，且大部分都为生活用水及农业灌溉用水。同时，我省的地下水具有水位高，土壤含水量大、热传导性高等特点，非常符合浅层地热能开发利用的条件。由于地下岩土的含水率高，可提升其热交换率，非常有利于热泵工程的应用。从理论上分析，富水土壤的埋管换热效率应明显高于我国北方地区在干性土壤实施工程的效果。因此，江西的水文地质条件特征决定了浅层地热能技术在江西使用前景非常广阔。

    3、目前江西省经济实力日趋强大，全省GDP逐年上升，电力供应基本充足，虽然个别地区电力紧张，但电力建设都在规划和实施之中，每年都有发展，不存在开发利用浅层地热能的电力供应瓶颈问题。

    4、中国地质调查局于2008年委托江西省地勘局水文地质工程地质大队承担的 《南昌市浅层地热能调查示范项目》已完成了预定的研究工作任务，成果报告已通过验收，并被评为优秀。该项目的顺利完成为南昌市浅层地热能资源储量的勘查、评价、计算及分区提供了基础性数据库，对今后南昌市浅层地热能的开发利用规划提供了资料依据。

   5、社会发展和人民生活水平提高之后，冬季供暖和夏季制冷的需求日益强烈，像过去黄河以南有不供暖的“规定”早就不成为约束了。为了办公和生活条件的舒适，很多资金充裕的开发商或有条件的建设单位开发利用浅层地热能资源来作为建筑制冷供暖的意愿日趋强烈。

   6、地热热泵的机组及各项相关技术都已成熟。虽然热泵中的关键部件高压压缩机目前主要依靠进口，但我国已有了国产热泵工厂，有大、中、小型各类产品，能自行设计、安装，这些都是有利于发展地热热泵产业的技术基础。

   7、开发利用浅层地热能资源，适用于我省建设“资源节约型、环境友好型社会”和提倡环境保护、建设花园城市的宗旨，符合我省节能减排的要求。

4、浅层地热能开发利用存在的主要问题

    浅层地热能在我省的开发利用，虽然取得了一定成效，但由于发展时间短，总体上还处于起步阶段，存在的一些问题也日益显现，需要认真研究和解决，否则将直接影响着浅层地热资源的科学开发和持续利用。制约浅层地热能开发利用的主要问题可分为社会环境及具体技术两方面。

4.1社会环境宏观问题

   1、社会认知程度低。当前社会对浅层地热能资源的认知度还很低，人们对赋存于地壳表层丰富的浅层地热能资源的特点及其热泵技术了解不多，甚至相当一部分专业设计人员对此也缺乏了解，直接影响浅层地热能的广泛应用。

   2、国家及各级政府缺少必要的扶持和激励政策。浅层地热能资源开发利用潜力很大，资源的可再生、无污染的优势，是任何化石燃料所不能替代的。但由于初期一次性投入较大，要取得经济上的规模效益，需要各级政府在财税等政策上予以扶持，否则，全面推广和应用会受到一定的限制。就全国而言，目前仅有北京、沈阳、重庆等少数省市出台了鼓励政策，对用热泵技术进行供暖(供冷)的，财政按照其受益的建筑物面积给予补助。但有些地区不但没有鼓励政策，反而出台了限制政策，如：不仅对取出的地下水收费，而且对回灌到地下的源水再次收费，增加了企业负担，使企业利用浅层地热能的节能、环保效果未能在经济效益上得到体现，因而大大限制了热泵技术和浅层地热能的利用和发展。

   3、项目监管机制不健全，管理不力。我国大部分地源热泵工程的审批、设计、施工和验收，以及后期的监测与管理的整套程序没有明确的管理部门。目前，只有少数地方政府设立审批部门，如北京、沈阳等。尤其是工程后期的管理与监测工作，尚无统一部门管理，因此，造成地源热泵工程运行后的时间里，不了解地源热泵系统是否节能与经济。只有当整个系统完全停止工作时，才知道出了问题，这样导致人们对地源热泵技术的担心和疑虑，影响了新技术的推广应用。

4.2开发技术具体问题

   1、相关技术研发滞后，开发技术水平不高。由于浅层地热能开发利用在我国时间短，一些配套的技术措施和检测设备还跟不上。如深层岩土热物性测试技术和仪器研发、不同区域地下传热模型模拟试验研究、地埋管换热器的传热强化、系统设计软件开发、地源热泵仿真及最佳匹配参数的研究、高性能回填材料的研究等，亟待开发和研制。适合我国特点并满足不同要求的地源热泵尚未形成系列产品，有待积极开发；地源热泵供暖空调项目专业设计人员普遍缺乏，系统设计不匹配和偏保守的问题较突出。土壤埋管换热计算理论还不成熟，缺乏设计标准，致使工程质量难以保证，广泛应用受到限制。

   2、开发利用工程与资源勘查评价工作相脱节。水文地质条件决定着浅层地热能开发利用的方式和规模。但目前浅层地热能的开发与勘查评价工作大多存在脱节问题，有的开发利用方案的选定缺乏科学依据，开发规模与资源条件不匹配，存在盲目性，导致工程效益不高，工程成功率偏低。因此，浅层地热能的开发利用必须建立在水文地质勘查评价工作的基础上，应对浅层地热能开发利用的可行性、适宜性及开发利用容量进行评价，因地制宜地制定开发利用方案，选定热泵系统类型，确定埋管深度、密度等科学数据。对已经开发利用浅层地热能工程的地区，大多没有对其影响范围内环境地质体中的岩土体温度、地下水温度及其水质等进行监测，也没有及时分析地热能场的变化规律及开展环境影响评价工作。

    3、浅层地热能开发利用的技术标准、规范滞后。目前浅层地热能开发利用工程的设计缺乏系统的设计规范与标准。对开发单位缺乏资质管理，实施的工程也缺乏必要的论证程序。浅层地热能供热(或供冷)是一项系统工程，地上暖通空调系统与地下资源勘查评价及井位、埋管系统的设计、施工等环节，是有机的整体，各专业之间必须统一设计施工，协同作业。否则，浅层地热能供暖(或供冷)工程将会造成热泵系统不匹配或匹配程度差、成功率低的不良后果。

5、对做好我省浅层地热能开发利用工作的建议

    浅层地热能的开发利用已在我省逐渐兴起，并呈快速增长之势。为促进我省浅层地热能资源的合理开发利用，做好浅层地热能开发利用工作，结合其他省市的成功经验与做法，建议如下。

    1、加强宣传力度。思路决定出路，观念决定发展。必须进一步解放思想、转变观念、强化环保意识，提高节能减排认识，积极推动浅层地热能在我省的应用。定期举办“浅层地热能开发利用培训班”，邀请此领域国内知名院士、专家学者授课，大力宣传国家节能减排政策法规。还要从项目建设源头上强化节能减排意识，尤其是工程设计单位，对浅层地热能地源热泵应有更多的关注，更多的创造和总结。因为任何一个工程，设计是龙头。另外，对于可用的低位热能资源，需要扩大视野，除了地下水，还有地表水、工业循环冷却水等等。

    2、以地质勘查评价为基础，查清资源家底。科学开发利用浅层地热能资源，必须重视开发利用前期的资源调查评价工作，重点开展热泵相关土壤参数调查；研究浅层地热能资源和地下水之间的相互关系；进行热泵适用区划分，估算热泵适宜区浅层地热能资源量；重视开发利用资源前环境影响评估工作，开展水源热泵适用区开发利用浅层地热能资源对环境影响的评估工作，重点评估因开发浅层地热能资源而造成新的地面沉降、水质污染和热污染等环境地质问题，减少环境隐患，实现可持续发展。

    3、出台相关政策。浅层地热能虽然具有清洁、高效、节能、运行管理费用低的特点，但开发利用工程的初投资较高，政府应出台相关政策、法规，支持、鼓励浅层地热能资源的开发利用。政府的重视与支持是推进浅层地热能开发应用工作的关键。作为政府既要出台支持政策，又要加强管理，既要开展科学研究，又要开展技术培训。北京、天津和沈阳等地政府在监督管理制度建设方面带了一个好头，率先在本地区由多部门联合出台了对地源热泵工程建设的申报、审批与检查制度，为保障地源热泵技术的健康发展提供了政策支持。这些制度对我省有很好的参考与借鉴作用。我省相关部门应积极组织人力编制相关浅层地热能开发利用的政策法规、规程规范，大力推进我省浅层地热能资源的科学评估、规划与合理利用。明确所有的新建、改建、扩建建设项目在条件具备的情况下应当优先考虑采用地源热泵系统，履行建设项目采用地源热泵技术相关审批程序。

   4、建立专家库，设立专门管理或协调机构。邀请地热、水文地质、暖通空调、机械制造等相关专业的专家学者组成地源热泵或浅层地热能专家库，及时为建设项目应用浅层地热能技术提供智力支持；同时，建议我省在江西省地质学会领导下成立了浅层地热能专业委员会或单独成立浅层地热能协会或在建设行政主管部门系列下成立浅层地热能规划建设管理办公室，各区县（市）政府、开发区管委会也应分别设立了相应的工作机构，为浅层地热能技术的规范发展、合理建设、科学运行发挥重要组织作用。

   5、破解资金瓶颈。仅靠国家资金来推动浅层地热能开发利用是不现实的,应采用多元化方式，可以按照“政府主导、市场运作、多元投入”的原则，采取国家奖励一块、地方财政配一块、市场运作集一块、产权单位拿一块、受益居民出一块的办法来推动。各地主管部门要向政府积极争取，并由当地财政设立专项资金，与国家奖励资金配套。同时，要突出发挥市场机制的作用，大力推行合同能源管理模式，以能源服务、物业服务或供热制冷等企业为投资主体，由企业与受益单位、居民签订合同，企业投资进行节能改造，节能收益由企业与单位、居民分享。各级地方政府可以参照北京市政府的做法，对用地热能供暖或制冷的，可以按照建成的供暖(或供冷)的建筑面积，财政上给以补贴，以此支持和推进浅层地热能的开发和利用。建议省财政在可再生能源发展专项资金中，安排一部分资金专门支持和鼓励示范区的浅层地热能的开发利用。

   6、推动示范工程建设。我省地质条件复杂，温度差异大。浅层地热能在一个地区成功应用的经验并不能完全适用于其他地区。不同方式的利用经验，也有其特性和相应的利用模式。浅层地热能在一个地区的推广应用，除了吸收普遍的经验外，更重要的是应结合本地具体的条件，建立符合本地实际的示范性工程，摸索方法、总结经验，逐步推广，带动面上的开发利用。应当充分调动建设单位开发利用浅层地热能的积极性，积极建设并申报“可再生能源示范工程”，争取国家专项资金支持。

   7、加强相关技术研究及监测，建立浅层地热能数据库。加强浅层岩土热物性测试的研究；建立不同地层热物性数据库；开展不同换热方式地下传热模型的模拟试验；地埋管换热器提高效率的设计优化；加强高性能回填材料的研究，使采用热泵系统开发利用浅层地热能资源的功效更高;建立地温场长期观测换热井及周围地层温度、水位、水质以及换热(换冷) 监测系统，监测其变化规律，特别是地源井回灌能力和温度恢复情况；进行热源井井距试验，确定最佳井距数据；观测地下换热系统的实际换热(换冷) 效果，测量地层热流值及热传导系数。通过长期观测，为建设地源热泵系统工程的设计、勘察与施工管理部门提供可靠的科学的基础数据，使热泵系统不断完善、不断提高效率。为加强浅层地热能开发利用的管理与资源的保护，建议及早建立我省浅层地热能开发利用工程的数据库及信息系统。

   8、加强建设管理。浅层地热能开发利用是一个系统工程，做好这个项目不是某一个环节的问题，管理工作涉及到不少部门，需要各部门从共同目标出发，大力协同，推进有效管理，促进有关单位愿意去采用，又能确保工程的实效与质量。要提倡各个环节的专业化，自始至终把好关。对于牵涉到行业具体问题则要求落实到相应管理部门。根据京津地区及北方省市经验，建设行政部门、水务部门与国土资源部门和环保部门要紧密配合。

   9、制定发展规划，加大实施力度。制订切合实际的浅层地热能开发利用规划，将浅层地热能的开发利用纳入近期或远期规划建设中，作为推动节能降耗的一项具体措施。根据我省得天独厚的自然地理及水文地质条件，编制相应的开发利用规划，明确我省“十一五”时期目标或“十二五”推广利用浅层地热能的相应目标。必要时，可由相关部门对浅层地热能的开发和利用进行统一的专项规划，推动可再生能源的利用，加大推进力度。

   10、实行准入制度。对于参与地源热泵工程建设的单位应当实行市场准入制度，对从业人员实行职业技术培训，持证上岗等制度，是保障地源热泵系统工程质量和运行安全的根本保证。浅层地热能的开发利用，一定要设立准入门槛，进行浅层地热能的勘查评价、开发利用，必须得有资质。每一个浅层地热能项目都必须经过相关部门审批同意方可实施，以维护整个浅层地热能的市场秩序。

6、结束语

    江西省浅层地热能资源丰富，但其开发利用还处于起步阶段，有关部门应将其作为一项世纪性重大能源工程来抓，进一步加强领导，加强规划，提升认识，创新机制，在全省范围内推广这一绿色能源消费模式，以推动我省的浅层地热能开发利用工作，改善能源消费结构，节能减排，兴赣富民，惠泽江西人民，为建设宜居城市，实现天蓝、地绿、水清的优美环境而努力。

参考文献

1、《南昌市浅层地热能调查成果报告》，白细民，2009年9月；

2、《京津地区浅层地热能开发利用情况考察报告》，周小彬，2009年5月；