南京浅层地温能开发利用现状研究

鄂 建，陈明珠，杨露梅，汪 霄，龚红卫，李 曼

(1.江苏省地质调查研究院，江苏 南京 210018;2.南京工业大学，江苏 南京 211800)

0 引言

浅层地温能，又叫浅层地热能，指蕴藏在地表以下一定深度范围内岩土体、地下水和地表水中具有开发利用价值的热能(卫万顺等，2010)。浅层地温能是一种具有良好节能减排效益的可再生能源，主要通过地源热泵系统进行开发并循环利用，实现建筑的制冷与供暖。随着全球节能减排的形势日益严峻，浅层地温能的开发利用日益受到各界的重视。南京正处在经济快速发展时期，节能减排和能源结构调整压力巨大。大力开发利用浅层地温能对南京构建资源节约型和环境友好型社会、保障能源安全、改善南京现有能源结构、促进节能减排战略目标的实现具有非常重要的意义。

1 开发利用环境分析

自2009年南京被列为全国首批可再生能源建筑应用示范城市以来，浅层地温能的开发利用逐渐提速，开发应用领域扩展到政府公共建筑、办公大楼、商业广场及一般民用住宅等领域。据统计，南京浅层地温能应用面积每年均以约40万m2的速度在增长，截止2013年9月，已有141处浅层地温能开发利用工程，应用面积已经超过600万m2。

南京浅层地温能得以大规模开发利用的原因主要有以下几个方面。

(1)开发利用浅层地温能是促进节能减排工作的重要手段。近年来，节能减排日益受到全社会的关注和重视。目前普遍认为，建筑节能是各种节能途径中潜力最大、最为直接有效的方式，而建筑供暖用能占我国建筑能耗的50%以上，供暖系统的节能对建筑节能目标的贡献率约为30%。浅层地温能正是一种优质的低品位能源，利用地源热泵系统实现建筑供暖与制冷，比传统的空调采暖要节省约30%的能源消耗。作为全国首批“可再生能源建筑应用示范城市”，南京在推广包括浅层地温能在内的可再生能源方面的工作力度较大，出台相关政策和措施，直接促进了浅层地温能资源的开发利用，越来越多的新建建筑开始选择地源热泵系统。

(2)南京具备开发利用浅层地温能的自然条件。南京冬季湿冷，夏季闷热，是典型的夏热冬冷地区，冬季取暖与夏季制冷的需求都很大。南京地处长江中下游平原，松散沉积物分布较为广泛，地下水和地表水资源十分丰富，100 m以浅的岩土体的平均温度一般为17°～19°，与冬夏两季的气温温差较大，应用地源热泵系统进行建筑的供暖供冷，可以有效实现浅层地温能的循环利用，因此成为了同时实现冬季供暖和夏季供冷的最佳模式。

(3)经济社会发展对建筑供暖供冷的需求日益强烈。南京近年来GDP一直保持10%以上的增长，经济发展形势总体较好，第二、三产业的发展形势越来越好。城市居民收入净额不断增加，购买力水平提升较快。目前，南京建筑供热和制冷主要依靠空调，由于对空调的需求逐步强烈，每百户拥有空调数量逐年递增(图1)。此外，近年来南京城市建设力度也比较大，城市扩展速度比较快，固定资产投资保持在15%以上的增幅，其中房地产投资占20%～30%。房地产市场的持续发展不断推高南京的建筑能耗总量，凸显建筑节能的重要性，更为可再生能源的发展提供契机。基于上述原因，南京生活能耗总量不断攀升。生活能源消费量增速加快，2010年，生活能耗同比增长24%，年均增长速度达16.1%，高于全市能源消费总量增长速度8.06%。初期投资较传统的空调设备高的地源热泵系统，由于具有舒适性高、节能省电的特点，已逐渐被社会大众所接受。

图1 “十一五”期间南京市每百户拥有空调数量Fig.1 Diagram showing air-conditioning numbers of every hundred households in Nanjing during the“Eleven Fifth”period

2 开发利用现状

通过对南京141个浅层地温能开发利用工程项目的统计分析，发现有下列特点。

2.1 公共建筑占主导地位

141个开发利用工程项目中，公共建筑90个，居住建筑51个，公共建筑占的比例为64%，接近2/3，多为学校、医院、展厅、酒店等建筑类型。公共建筑占主导地位的主要原因是公共建筑面积大且空调设备使用率大多较高，使用地源热泵系统能够充分发挥其经济、节能的优势，节省大量维护费用，且投资主体多为政府和企事业单位，而居住建筑的空调使用率普遍偏低，不能充分发挥地源热泵系统经济、节能的优势，且地源热泵系统初期的投资较高，也尚未能让社会居民广泛认同和接受，因此使用地源热泵系统的居住建筑多为高端住宅小区、别墅等。

2.2 开发利用工程区域分布不均匀

141个开发利用工程项目中，除去溧水和高淳两区，新城区所占数量较大，而老城区数量相对较小。如建邺区、江宁区和栖霞区作为新城区，平均开发利用工程数量超过27个，而老城区的平均工程数量则仅为10个。其主要原因是浅层地温能在2005年后才在南京实现应用，而新城区新建工程数量较多，基数较大，老城区则由于建设程度较高，新建工程数量相对偏低，基数偏小，而既有建筑改造的难度相对新建建筑大(图2)。

图2 南京市各区浅层地温能开发利用工程数量统计图Fig.2 Statistics of exploitation and utilization projects of shallow geothermal energy in districts of Nanjing

2.3 地埋管地源热泵系统项目占据主导地位

141个开发利用工程项目中，地埋管地源热泵系统项目有135个，地表水地源热泵系统项目6个，未统计到地下水地源热泵系统项目。地埋管地源热泵系统占比高达95.7%，且分布广泛，主要原因是地埋管地源热泵系统的适宜性较为广泛，几乎不受地域限制，且受水文地质条件、岩土体类型和城市规划的制约相对较小;而地表水地源热泵系统受到地表水水源的限制，且受到较多法律法规的制约;地下水地源热泵系统则与水文地质条件密切相关，工程场地条件、地下水水质、水量和水位等都对地下水的开发利用有较大的制约，开发利用难度相对较大(图3)。

图3 南京市各区地表水地源热泵系统工程分布图Fig.3 Distribution of heat pump system projects of surface water source in districts of Nanjing

2.4 节能减排效益总体较高

通过对南京多处浅层地温能开发利用示范工程研究发现，节能减排效益总体较高。其中，居住建筑全年常规能源替代量平均为17.7 kg/m2标准煤，每平方米全年减排 CO243.9 kg、SO20.425 kg、粉尘0.177 kg。而公共建筑全年常规能源替代量每平方米平均为8.5 kg标准煤，全年减排CO221.0 kg、SO20.171 kg、粉尘0.085 kg。根据南京浅层地温能开发利用工程现状估算，每年可替代标准煤9.36万t，减排CO223.2万t，减排SO2和粉尘分别为0.22万t和0.09万t。根据南京市浅层地温能调查评价成果，南京每年可开采的浅层地温能资源总量高达1 009万 t标准煤，未来还有相当大的开发利用潜力。

3 存在的问题

南京浅层地温能开发利用存在的问题。

(1)开发利用超前，调查评价与专项规划相对落后。作为地热资源的一部分，浅层地温能的开发利用必须建立在地质勘查评价工作的基础上(卫万顺等，2009)。应对浅层地温能开发利用的可行性、适宜性及开发利用容量进行科学评价与规划，因地制宜制定开发利用方案，确定合理的可开采资源量和具体开发利用方式。但目前浅层地温能的开发与勘查评价工作大多存在脱节，部分开发利用方案选定缺乏科学依据，开发规模与资源条件不匹配，存在盲目性，导致工程节能减排效益不高，成功率偏低。

(2)重建筑应用，轻地质评估，动态监测不到位。由于浅层地温能主要应用于建筑节能领域，因此对地面以上的地源热泵机房及空调末端受到的关注较多，而地下岩土体的浅层地温能赋存情况、换热情况则往往被忽视(鄂建等，2013)。对可能出现的各类地质环境问题缺乏深入研究和有效评估，未系统建立动态检测设施对开发利用过程中的地质环境变化开展长期监测，没有认识到浅层地温能开发利用过程中的潜在风险。

(3)信息平台缺失，管理机制不健全，市场混乱无序。目前，浅层地温能的开发利用缺乏统一的信息统计口径和沟通平台，没有总览全局的信息平台。现阶段，南京浅层地温能的开发利用主要由市场驱动，虽然在节能减排的大环境下，国家与地方各级政府对浅层地温能的开发利用十分支持，并出台了一些鼓励政策，但并未进行有效管理，浅层地温能的开发利用涉及国土、规划、住建、水利等多个部门，但至今尚未建立一套完善可行的管理机制，未明确分解相关部门的管理职责，这不利于各部门协调处理相关事宜，不利于对浅层地温能调查评价和开发利用全过程的有效监管。在信息平台缺失和管理机制不健全的背景下，浅层地温能开发利用主要由市场驱动，缺乏政府的有效监管，服务企业与服务体系缺乏，市场准入机制混乱无序，处在自发、分散和粗放经营的阶段(鄂建等，2013)。

4 开发利用建议

为促进南京浅层地温能科学开发利用，使节能减排工作落到实处，应按照“规划引领、政策跟进、多元发展、注重实效”的方针，全方位地开展工作。

(1)合理规划开发利用目标与布局。依据南京市浅层地温能调查评价的成果，综合考虑南京城市发展趋势、未来浅层热温能开发利用需求、开发行为对区内各相关保护对象的潜在影响等因素，进行规划分区。根据南京确定的“中心城—新城—新市镇”城市发展体系，将南京主城、副城、新城及部分新市镇区域确定为规划期内浅层地温能开发的重点区域。以优先鼓励办公建筑项目和大型公共建筑项目开发利用浅层地温能，积极引导发展高档民用住宅小区建筑项目为原则，在开发重点区域部署重点项目。

(2)加强浅层地温能开发利用管理，建立完善的行业服务体系。针对浅层地温能开发利用涉及多个部门的特点，应明确各管理部门的职责分工，实现对浅层地温能开发利用、资源保护、环境监测等全过程的有效监管。制定浅层地温能开发利用准入程序、准入条件、准入审查依据等相关准入制度;制定浅层地温能勘查及开发利用方案审查制度;制定规范浅层地温能资源开发利用的相关技术标准、规范。逐步构建系统的涵盖市场准入和项目审批、规划、勘查评价、设计、施工、监测、验收、运行等诸方面的管理制度和行业服务体系，为规范和引导浅层地温能产业健康、可持续发展奠定基础。

(3)加强重点区域的详细勘查评价，构建全面的动态监测网络。在浅层地温能重点开发利用区域，积极做好基础性、公益性的资源调查评价工作，为重点区域的浅层地温能开发利用提供科学依据。构建浅层地温能开发利用信息平台，加强对现有浅层地温能开发利用工程的动态监测与维护，重点关注浅层地温能开发利用的节能减排效益、地质环境变化和环境影响情况，不断摸索总结适宜不同地质环境、不同建筑类型的浅层地温能开发利用经验，逐渐明确浅层地温能开发利用的合理方式。

(4)完善价格财税扶持政策，鼓励创新，推广示范工程。制定出台相关鼓励政策，严格开发利用工程的评估审查工作，鼓励合同能源管理等创新模式，充分利用好已有的节能补贴资金、新能源发展基金，并给予项目审核、规划、土地出让、电价、税收等方面的优惠政策，引导、鼓励、支持浅层地温能推广应用工作。支持技术研发和技术创新，鼓励开展浅层地温能开发利用适应性研究、系统运行、控制与监测、技术经济环境评价指标体系等方面的研究以及相关软件的开发。在政府的主导下，建设浅层地温能开发利用的示范工程，营造大力推进浅层地温能利用的良好社会氛围。

5 结论

南京浅层地温能开发利用已取得一定成效，但依然存在问题与不足，为更好地满足能源发展需求，实现节能减排目标，抓住可再生能源发展契机，克服技术产业等方面存在的劣势，需要做好浅层地温能的开发利用管理工作，完善相关政策，细化实施程序，做好组织宣传工作，提高全社会的认知，使南京地区浅层地温能开发利用快速健康发展。

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