地下储能系统在天津市河西区青少年宫项目中的应用

董晓敏，柴雅彬，顾新洲

（天津市水文水资源勘测管理中心，天津 300061）

1 引言

地下储能技术是把大气的冷热能源以地下水为介质，储存在含水层中，供使用期间提取。它与风能、太阳能一样，是一种低维修、高能效的利用自然能的方法，是不产生环境污染的“绿色能源”。地下储能系统重视能源的储存和地下水资源保护，运行过程中保持地下水采补平衡，对环境不产生影响。地下水不受气温变化的影响，温度比较稳定，储能效果显著。夏季储存的水温高于原含水层水温，冬季储存的水温低于原含水层水温，反季节利用可以大幅度提高系统供暖和制冷效果，从而达到节能的目的。由于其具有环保和节能的双重优势，近期在国内外都得到了大力的推广和应用。与国外相比，我国地下储能技术研究和应用起步较晚，在热泵机组的优化设计和工程应用上还存在较大差距。通过对运行中的地下储能系统进行现场调查和监测评价，跟踪评估地下储能系统的运行效果，在发现问题、总结经验的基础上，进一步加强地下储能技术的深入研究。

2 项目概况

天津市河西区青少年宫位于天津市河西区解放南路357号，系原解放南路中学，包括教学、实验、办公、学术交流等房屋设施，总建筑面积21 262 m2，项目占地面积10 666.72 m2。为了实现节约能源、保护环境和节约办公经费的目的，本项目采用以地下水为介质的地下储能系统进行供暖和制冷，设计建议选用4台克莱门特热泵机组，2台运行，2台备用。

该地下储能系统于2010年正式投入运行，机房热泵机组启动时配有专人值班，交接班时值班人员负责记录开采井及回灌井水表读数。系统热泵机组参数由设备安装商设定，现状出水温度26.3℃，回水温度24.5℃，提取温差1.8℃。系统采用一采两灌的方式运行，基本能满足室内夏季制冷和冬季供暖需求。系统采用自动远传计量水表，运行至2011年9月平均回灌率95.7%，基本处在取水许可规定范围。各供暖、制冷期用水统计情况，见表1。

表1 河西青少年宫用水量统计

3 应用存在问题

3.1 设备选择问题

由于种种客观原因，河西青少年宫地下储能系统的建设施工分别由多个单位承包，热泵机组、室内风机的采购和设备安装、供热管网铺设分别由不同公司负责实施，导致系统整体的兼容配套工作复杂，对系统的整体性能产生了负面影响，既降低了系统使用寿命，又不能有效实现初始设计的节能目标。系统热泵机组在不到2年的使用过程中已出现多次损坏，维修工作任务繁重，直接影响了地下储能系统的供暖（制冷）效果。

3.2 运行管理问题

系统设施建设和运行环节中，相关负责人员未能及时做好沟通和交接，造成系统设备原始资料不完备，加之操作及管理人员对地下储能系统的原理缺乏认识，在机组运行中操作不当，未能按照原水资源论证设计方案中“大温差小流量”的原则使用该系统，仅提取1.8℃的温差，造成单井开采量超过回灌能力。同时，采用一采两灌的方式运行使高温水和低温水回灌至同一含水层，长期如此恶性循环导致地温场紊乱、回灌效果差的结果；系统回扬量增大，直接造成了水资源的浪费和系统运行成本的提高。

4 对策

4.1 尽快开展相关培训，建立持证上岗制度

为了更好地运行和维护热泵系统，建议开展定期的地下水源储能系统使用管理人员和操作人员培训工作，建立操作工人持证上岗资格制度，提高使用单位的运行管理水平，提升地下水源储能系统使用效率。

4.2 实行一采一灌的系统运行方式

改变一采两灌的错误运行方式是诸多措施中的重中之重。通过相关研究发现，从水源热泵制冷、供热的双向功能的角度看，提取地下水温差在10℃左右时25℃水温的地下水在能源利用上最具有经济性。因此，应按照初始设计进行系统设备的完善；对系统设置和运行贯彻“大温差小流量”的原则，加大温差设定值，减少地下水的开采量，有效缓解回灌压力。

4.3 适当运用价格杠杆，控制地下水开采量

现行的《取水许可和水资源费管理条例》仅对地下水源热泵系统的回扬水量进行水资源费的征收、管理和监督，而对其地下水利用量未作出明确的要求。水行政主管部门应进一步加强对地下储能系统管理，通过运用价格杠杆对系统运行中的地下水利用量进行控制，使用水业主单位认识到节约用水的重要性。

4.4 建立设备厂商及施工单位市场准入及惩罚机制

目前，多数项目建设业主单位只看到该系统节能的优势，却在设备和施工单位等的选择上往往重视不够。据调查，天津地区地下储能系统的安装普遍存在密封不好、监测设施残缺等问题，甚至部分用户设备安装不配套、无测压管、无精滤装置，给管理部门的后期运行、监测以及系统维护带来很大的困难。因此，有关部门应尽快出台相关的行业标准，加强对设备厂商及施工单位管理，建立市场准入及惩罚机制，对有不良记录的厂商及单位及时进行通报和处罚，规范市场行为，严把质量关，以确保建设高标准高质量的地下储能系统，提高系统运行的稳定性和高效性。同时，进一步加强对项目设计、施工安装、调试、验收的监督管理，提升建设单位的使用满意度。

4.5 广泛开展论证后评估工作

为了实行最严格水资源管理制度，按照《建设项目水资源论证管理办法》规定业主单位委托具有资质的论证单位进行了建设项目水资源论证，并编制了建设项目水资源论证报告书。但在系统建成后没有对实际运行情况进行及时的后续跟踪服务。结合水利部办公厅 《关于开展建设项目水资源论证后评估工作的通知》（办资源〔2011〕329号）及天津市相关规定，有关部门应广泛开展论证后评估工作，委托资质单位针对取水许可审批的落实情况和系统的建设实施情况、实际运行情况、日常监督管理情况等方面进行为期不少于3年的跟踪调查，在对数据分析的基础上，认真总结经验、发现问题并及时提出整改措施，以促进水资源的合理和可持续利用。