北京市浅层地热能产业发展现状及对策研究

■ 王 静/成喜雨

（1.北京节能环保促进会，北京 100195；2.北京交通大学理学院生命科学与生物工程研究院，北京 100044）

随着经济快速增长，能源形势日趋严峻，浅层地热能作为一种重要的新型能源，其开发利用成为实现可持续发展的重要途径[1]。浅层地热能是存在于地壳下近表层数百米内恒温带中的土壤、砂岩和地下水里的低温地热资源[2]，是一种优质的清洁能源，具有清洁环保、可再生、分布广、储量大、可用性高等特点。

北京市的浅层地热资源利用历史悠久，最早能追溯到《魏土地志》中对昌平县新汤泉的记载。近年来，北京市浅层地热能开发利用得到迅速发展，地热井总数已经超过300眼，地热资源广泛应用于地热采暖、洗浴、医疗、农业种养植等领域，并取得了巨大的经济及社会效益。地热资源的开发利用已成为北京市具有一定规模的朝阳产业[3]，成为节能减排大军中不可忽视的力量。

1 北京市浅层地热资源概况

北京市地热资源类型为低温沉积盆地型地热资源，水温随埋藏深度而递增。地热储能主要来自地下深处中新生带盖层以下的中元古界蓟县系雾迷山组和铁岭组的巨厚沉积碳酸盐岩层、新元古界青白口系以及古生界寒武系和奥陶系的碳酸盐岩层。由于其厚度巨大，分布广泛，并且构造裂隙和岩溶都很发育，成为地热水顺畅的运移通道。加之周边地下水不断补给，使沉积盆地内热储相对突起的地段及主要导水断裂带的地热流体富集，形成地热异常地带和具有开发利用价值的地热田。地热田的空间分布严格受区域地质构造的控制。目前北京地区由西北向东南方向共有4条NE向地热构造带，即：怀来——延庆地热带、温泉——沙河、小汤山地热带、良乡——城区——天竺——李遂地热带和榆垡——凤河营地热带，共组成l0个地热田[3]。经勘查工作证实，北京平原区地下蕴含的浅层地热资源，每年可以提供相当于6620万吨标准煤的资源量，可满足9.59亿平方米供暖[4]。

2 北京市浅层地热能产业发展现状

2.1 浅层地热能利用技术

浅层地热能的利用主要是通过地源热泵技术将赋存于地层中的低品位热源，通过少量的电能，将其转化为可利用的高品位热源[5]，为建筑物供热制冷。地源热泵系统是由水源热泵机组、地热能交换系统、建筑物内系统组成[6]，其能效转化比可达到1∶4，即消耗1千瓦的电能可以得到4千瓦的冷热量。采用地源热 泵技术可以大幅度降低用户的能源使用费用，同时，也可大量取代燃煤锅炉，缓解环保的压力[5]。

2.2 浅层地热能开发利用现状

北京地区开发浅层地热能所利用的热泵系统主要包括：地下水源热泵系统、土壤源热泵系统、地热尾水热泵系统，广泛应用于办公楼、住宅、学校、商场、宾馆、医院等。2008年奥运会许多场馆和国家大剧院都有不同程度的应用，2009年北京市国际鲜花港首次在农业设施上大规模利用地源热泵[7]。2012年北京市浅层地热能利用总量为44.5万吨标准煤，比2011年增长44.1%，占全市可再生能源利用总量的15.7%，热泵供暖服务面积达到1736.5万平方米[8]。

2.3 北京市地源热泵企业规模情况

据不完全统计，截至2009年，北京市共有地源热泵企业66家，注册资金在3000万元以上的企业仅8家，注册资金在3000万元以下的企业有58家，其中注册资金小于200万的企业有24家，这说明地源热泵企业以中小企业居多。（见表1）

表1 北京市地源热泵企业注册规模一览表

2.4 北京市地源热泵产业类型分析

浅层地热能产业作为新兴产业在北京市起步比较早，产业基础优势明显，产业链条完整，其中，以系统集成单位居多，占比达到76%，使得浅层地热能产业的发展能够保持在比较稳定的水平。经过多年发展，形成了一批骨干企业，如：华清集团、恒有源集团、同方人环等。他们不仅科研实力、产品技术更趋精进，同时在管理能力、服务水平上也十分出色，这对北京地区整个浅层地热能产业的发展具有一定的示范作用。

2.5 北京市浅层地热能产业的科研力量

北京市浅层地热能利用技术的科研力量比较雄厚，国内一些企业优先从北京获得技术和智力支持，在北京市和大专院校联合设立实验室和研发中心。例如：华清集团拥有国内首个地源热泵系统实验基地；恒有源科技发展有限公司拥有国家级企业技术中心；北京工业大学环境与能源与工程学院拥有“传热强化与过程节能”教育部重点实验室和“传热与能源利用”北京重点实验室。清华同方人工环境有限公司拥有北京市级企业技术中心，拥有6个大型性能检测试验中心，并与清华、中科院、北工大等多家高校和科研院所建立了合作关系，拥有3家联合实验室。

3 北京市浅层地热能产业发展存在的问题

虽然国家和北京市出台了一系列的鼓励措施，使得浅层地热能应用发展很快，但由于地源泵技术在我国的应用时间不长，一些规程规范还不尽完善，使得全面推广应用地源热泵技术存在一些问题。

3.1 缺乏浅层地热能开发利用的宏观指导

开发利用浅层地热能，首先要勘查评价项目所在地的地质条件，确定浅层地热能可开发利用的区域及合理利用量，预测开发利用浅层地热能产生的环境影响。虽然北京市已经初步开展了浅层地热资源地质勘查评价和地下水源热泵适宜性评价等工作，但尚未建立公共浅层地热能利用地质条件信息数据库和管理系统，缺乏对浅层地热能开发利用前期的宏观指导，使得浅层地热能的开发存在一定的盲目性。

3.2 浅层地热能企业水平良莠不齐

随着浅层地热能开发利用规模的扩大，吸引了国内外企业蜂拥进入浅层地热能开发利用市场。大多数公司根本不具备系统测试能力和设计能力，缺乏对地下换热系统长期运行的地下温度变化、地下水的回灌、地下水位下降、水资源二次污染等问题的考虑，而且该行业的门槛不高，对隐蔽施工的监理机制也不够健全，执行力度较弱，造成了施工质量不高、设计不合理、运行不科学、管理不到位的现象，直接影响了浅层地热能产业的健康发展。

3.3 浅层地热能开发利用技术研发滞后

我国浅层地热能开发利用规模在十几万平方米的工程很多，甚至很多城市都有20—30万平方米的工程，这些工程利用现有技术，使得大量地埋管换热器集中在一个地块，项目长期运行后，在中间部位的换热器换热能力大大下降，从而影响整个地源热泵系统 的效率，甚至可能会导致系统的瘫痪[9]。

3.4 工程设计方法需进一步完善

目前工程设计是根据经验数据估计土壤的换热能力，并直接确定埋管的数量和地热井的深度，但不同的土壤资源情况不同，根据估算的结果来设计、施工、安装，很大程度上会导致系统运行出现问题，甚至出现取热（冷）效果差，热泵机组停机。

4 北京市浅层地热能产业发展对策建议

4.1 制定发展规划，引导产业可持续发展

结合全市城乡规划、土地利用总体规划，依据北京市水文地质条件，划分热泵适用区，估算该区域浅层地热能资源量，加快编制切合实际的浅层地热能开发利用规划，明确维护利用浅层地热能的相应目标，指导全市浅层地热能开发利用。

4.2 加强监督管理，规范行业行为

对浅层地热能开发利用的相关管理部门明确监管责任，避免行政部门职能交叉。对浅层地热能的勘查评价、地源热泵工程建设单位实行市场准入制，维持浅层地热能开发利用的可持续性；对从业人员实行职业技术培训，持证上岗等制度；在地源热泵技术的检测认证、设计、施工和运行的认证体系、信息统计系统等方面制定实施标准；规范浅层地热能的勘查评价，地源热泵系统的地下换热系统（地埋管）对地下环境影响评价。

4.3 建立地质条件数据库，争取实现资源共享

为科学开发利用浅层地热资源，充分利用前期的地质调查资料，建立公共浅层地热能利用地质条件信息数据库和管理系统，为科学规划与指导北京市浅层地热能开发利用提供技术资料。同时增加在线查询项目地质条件，进行地源热泵应用的适用性和经济性分析，在增强浅层地热能开发利用的科学性基础上，减轻企业负担。

4.4 完善科技支撑体系，推动浅层地热能产业发展

加强浅层地热能相关技术科学研究，成立政府支持下的国家级或市级浅层地热能高效利用实验室，建立开放式的试验研究基地，支持制造适合我国国情、具有高附加值的自主研发技术装备及其成果转化；加强对浅层岩土热物理性质测试研究工作，逐步建立和完善科学严谨的工程设计方法，使浅层地热能更好地应用于社会生活的各个方面。

[1]贺娇.浅层地热能开发前景广阔[J].资源导刊,2009(11):16-17.

[2]付国伟,程声通.水污染控制系统规划[M].北京:清华大学出版社,1985.

[3]王荣鲁,贺可强,李晶,等.论北京地区地热资源勘查开发现状和前景[J].地热能,2008(4):25-28.

[4]郑克棪,张定友.北京地源热泵发展现状与前景[J].建设科技，2010(18):22-25.

[5]窦克林.试谈浅层地热技术推广问题[J].资源导刊,2010(11): 38-39.

[6]GB50366-2005,地源热泵系统工程技术规范[S].

[7]郑克棪.北京地源热泵行业前瞻[C]//中国地热能：成就与展望——李四光倡导中国地热能开发利用40周年纪念大会暨中国地热发展研讨会论文集.北京:地质出版社,2010.

[8]北京市发展和改革委员会,北京市统计局,北京节能环保中心，等.2013北京能源发展报告[R].北京:北京市发展和改革委员会,北京市统计局,北京节能环保中心,等,2013.

[9]林伯强.中国能源发展报告2013[M].北京:北京大学出版社,2013.

[10]邢友静.直击地源热泵在中国发展的软肋[DB/OL].（2010-06-21）[2014-03-23].http://bao.hvacr.cn/201006_2013104.html.