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湖南省淺層地熱能建筑應用調研報告

  • 分類:行業新聞
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  • 來源:
  • 發布時間:2020-12-28
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【概要描述】

湖南省淺層地熱能建筑應用調研報告

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為貫徹落實十九屆五中全會“推進能源革命,保障國家能源安全”和習近平總書記在湖南考察時“闖出新路子,展現新作為”的重要講話,改善人民生活品質,形成綠色生產生活方式,搶占我國淺層地熱能建筑應用新高地,實現低碳發展,建設“冬暖夏涼”幸福新湖南,我們在全面收集了省內外淺層地熱能建筑應用項目的建設、運營情況,綜合評價各類淺層地熱能建筑應用項目的經濟性、節能性和社會效益后,現提出大力發掘綠色能源寶庫,培育千億淺層地熱產業的調研建議,供決策參考。

 

一、淺層地熱能將成為我國低碳供暖、制冷的主流方式


淺層地熱能是指自然界江、河、湖、海等地表水源、污水(再生水)源及地表以下200米以內、溫度低于25攝氏度的巖土體和地下水中的低品位熱能。淺層地熱能主要依靠地源熱泵系統為建筑物供暖制冷和提供生活熱水。地源熱泵系統是以巖土體、地下水或地表水為低溫熱源,由水源熱泵機組、地熱交換系統、建筑物內系統組成的供熱空調系統,它利用地下巖石土體巨大的蓄熱蓄冷能力,冬季把熱量、夏季把冷量從地下巖石土體中轉移到建筑物內,形成冷熱循環系統,實現節能減排。根據利用的熱源來源,分為地表水地源熱泵系統、地下水地源熱泵系統、地埋管地源熱泵系統三種方式。


1、開發淺層地熱能已成為我國新時代推進生態文明建設和綠色低碳發展的重要舉措


《中國地熱能發展報告(2018)》數據顯示,2000年我國利用淺層熱能供暖(制冷)建筑面積僅為10萬平方米,截至2017年底,我國地源熱泵裝機容量達2萬兆瓦,位居世界第一,年利用淺層地熱能折合1900萬噸標準煤,實現供暖(制冷)建筑面積超過5億平方米,其中京津冀開發利用規模最大。國家出臺了首個地熱能發展規劃——《地熱能開發利用“十三五”規劃》,明確“十三五”期間全國新增淺層地熱供能面積7.265億平方米。六部委《關于加快淺層地熱能開發利用促進北方采暖地區燃煤減量替代的通知》,為地熱產業發展再添“一把火”。國家能源局正在制定《地熱管理辦法》。31個省市均出臺了一系列地熱產業支持政策,例如《北京市“十三五”新能源和可再生能源發展規劃》提出,在新建區域市政基礎設施規劃中,優先采用地熱及熱泵系統;對新建、改擴建熱泵系統熱源和一次管網投資給予30%的資金支持,對于取得地熱資源采礦許可證和取水許可證的新建地熱供暖項目,對地熱能供暖系統熱源及一次管網投資給予50%的資金支持。上海力推淺層地熱能開發利用,建設生態之城。行業內,徐匡迪、曹耀峰、馬永生、汪集暘、多吉等院士聯合向國務院提交了《關于營造良好發展環境壯大我國地熱產業的建議》。


2、淺層地熱能建筑應用優勢明顯


采用熱泵技術采集利用的淺層地熱能清潔環保、再生迅速,具有應用廣泛、節能減排效果顯著、建設運營成本較低、功能安全穩定等特點:

應用廣泛。淺層地熱能可廣泛應用于賓館、商場、辦公樓、學校、別墅區、住宅小區以及其他商業和工業建筑的供暖制冷,并可用于游泳池、冷庫及室內種植和恒溫養殖等行業上,具有極大的經濟效益和環境效益,是一種非常可靠的綠色能源。

建設運行成本較低。根據省人大環資委、省政府發展研究中心、省住建廳2018年聯合調研組調研株洲云龍發展中心和長沙萬國城項目,一套建筑面積100平方米的住宅,采用淺層地熱能集中供能相比其他三種不同供暖形式,其建設和運行成本具有明顯優勢(見表1)。從表中可以看出,淺層地熱能集中供能運行成本僅為其他供能方式的三分之一,建設成本只比分體空調略高。聯合調研組考察常德市人民檢察院地下水水源熱泵項目,應用熱泵系統建筑面積6萬平方米,已使用兩年多,空調效果良好,每平方米年使用費用僅為18元,每年與燃氣中央空調相比可節約運行成本在40萬元以上。
 

 

供能安全穩定可靠。目前,湖南一般使用空調和電暖器來度過寒冬,這種分戶方式嚴重浪費了電力資源,不利于節能減排,還存在安全隱患。淺層地熱能供能設施一旦建成使用,供能穩定可靠,受氣候季節、國際經濟和政治形勢影響小;且地熱能無毒無害、不燃不爆,安全性強,可消除了居民使用過程中可能產生的火災、爆炸等隱患。如,長沙濱江新城采用湘江水源熱泵為金融街建筑集中采暖制冷,運行安全、穩定、可靠。

節能減排。與傳統燃氣供熱相比,由于熱泵機組的COP值可以達到5以上,采用地源熱泵的中央空調系統每消耗1千瓦能量,可以得到5千瓦以上的熱量或冷量,加上運行維護費用低,綜合節能超過50%,甚至可以達到70%左右。在污染物排放方面,利用地源熱泵系統相對于普通空調可減少污染物排放40%以上,與電供暖相比可減少污染物排放70%以上。同時,夏季減少了冷卻塔的飄水損失,減緩了城市“熱島效應”;冬季無燃燒過程,對終端用戶來說實現了污染物“零排放”。

能有效緩解電網調峰的壓力。湖南省電網峰谷差大,最大峰谷差率已達60%左右,電網面臨巨大的調峰壓力。據統計,夏季和冬季用電高峰時期,空調負荷約占電力負荷的47%,是造成電網峰谷差大的重要原因。加快淺層地熱能建筑應用,相比于傳統的空調耗電明顯減少,能夠有效降低高峰用電負荷,緩解電網調峰壓力。

 

3、淺層地熱能建筑應用技術日趨成熟

 

目前,我國自主研發、設計、制造、施工的地源熱泵設施設備已日趨成熟,可以做到與建筑本身同壽命,施工成本也逐漸下降,打造了一批示范工程,如北京世界園林博覽會三大主體建筑采用“地熱能+水蓄能+常規能源調峰”的能源方案,向世界展示了我國綠色發展新理念和生態文明建設成果;上海崇明島國家設施農業中心項目,采用含水層儲能技術(ATES),實現地下水100%原水回灌,夏季供冷基本不用熱泵;北京大興國際機場采用巖土儲能技術,是國內最大的單項地源熱泵系統工程;青島麥島金岸區域供能項目,利用海水源和污水源作為空調冷熱源,并結合水蓄冷蓄熱形式,為周邊建筑提供采暖制冷;北京奧運村項目,采用清河污水處理廠處理過的中水,通過污水水源熱泵空調系統為奧運村建筑提供供暖制冷;長沙濱江新城采用湘江水源熱泵為金融街200多萬平方米建筑提供采暖制冷。主要成熟技術有:含水層儲能技術、地表水源熱泵系統、巖土儲能技術、污水源熱泵系統和燃氣鍋爐+冷水機組系統相比,節能減排效果明顯(見表二),適用區域廣泛(見表三)。

 

4、可以增強城市競爭力,構筑新的經濟“增長極”

 

建筑是淺層地熱能應用的主要領域。據統計,我國正處于快速城鎮化時期,建筑能耗占全國能耗總量達到了三分之一,其中供冷供暖能耗占到建筑能耗50%。隨著建筑面積不斷增加,人們的生活水平不斷提高,對居住、工作的室內熱環境提出了更高的要求,由此造成城市建筑能耗的迅速增加,建筑能耗占社會總能耗的比例,大大超過了同期的能源供應增長速度。而淺層地熱能是人工環境系統最佳的低溫熱源,與常規燃氣供熱供冷技術相比,綜合節能超過50%,甚至可以達到70%左右,運行安全、穩定、可靠,能滿足人們對安全、舒適、健康的生活環境追求。據行業測算,每新增1億平方米淺層地熱能建筑應用面積,將產生300至400億元的產值。

 

二、湖南具備千億級淺層地熱能產業開發前景

 

湖南省傳統能源稟賦不足,缺電少煤,無油乏氣,可再生能源發展或已達開發上限(如水電),或受自然稟賦局限(如風能屬四類地區、太陽能屬三類地區等),且都存在調節能力差的問題,全省75%以上的能源需要外購,屬于典型的能源輸入型省份。這已成為制約我省經濟高質量快速發展的瓶頸。唯有淺層地熱能資源豐富,分布范圍廣,可利用率高。僅全省14個市州城市地區,地熱能年可利用量折合標煤就高達14991.28萬噸標準煤(接近于湖南省2018年的能源消耗總量),能滿足29億平方米建筑供暖制冷需要,具備培育千億淺層地熱產業開發前景。同時,我省屬于夏熱冬冷地區,建筑供暖、制冷負荷基本相近,符合淺層地熱能應用地下熱平衡要求,適宜在建筑中規模化應用,居民也對集中供暖制冷需求強烈,具備千億級產業開發前景。截止到2020年底,我省利用淺層地熱能供暖制冷建筑應用面積約為3000萬平方米,仍有大量的淺層地熱能資源未得到開發利用,主要經驗和教訓有:


1、規劃先行,試點示范。截止到2020年9月底,全省十三五期間中央預算內支持的217個項目,已利用淺層地熱能集中供暖制冷面積達900萬平方米。其中,省軍區指揮大樓、濱江新城B片區、長沙濱江新城、萬國城MOMA、長沙經開區職工之家、株洲云龍發展中心、常德富園小區、馬欄山視頻文創園等項目地源熱泵技術成熟、示范效應明顯,儲備了一批專業人才、技術經驗,可復制、可推廣。


2、應用技術還不成熟。主要是早期水源熱泵技術普遍存在地下水回灌難、地埋管缺乏有效回填、供能質量不達標等,不少應用項目出現地下水偷排、地面沉降、管道堵塞銹蝕、能效衰減、系統壽命短等問題。我省如常德市第四人民醫院2015年采用水源熱泵技術集中供暖供冷后,2017年就出現能效衰減、出現井下塌陷等問題,導致用戶不滿意,政府不敢推,還影響建筑安全。


3、標準有待建立。淺層地熱能是一種品位很低的能源,必須借助熱泵才能利用,涉及能量的采集、提升、釋放等系統工程。由于我省前期在淺層地熱能開發項目設計、施工、驗收等方面仍無標準規范,致使勘探、鉆井、設計、主機設備、施工、安裝、運營各環節互不匹配,審批監管多頭負責,環境監管缺位,制約了行業發展。如常德富園小區、國際陶瓷交易中心等項目,設計、設備、施工安裝由不同企業負責,各行其是,標準不一,導致系統運行效率低,監管運營成本增加,用戶的經濟負擔過重,影響了淺層地熱能的推廣應用。


4、政策有待補位。目前,我省尚無淺層地熱能開發利用相關的地方性法規,相關政策尚不配套,扶持政策研究相對滯后,國家和省發改委出臺的文件,明確規定對采用地源熱泵集中供冷供熱或生活熱水的項目統一按照居民電價執行,電力部門未執行,影響了淺層地熱能建筑應用的推廣和淺層地熱能千億產業的發展。如株洲云龍發展中心等項目未落實居民用電價格和取水優惠價格政策,由于定價政策不完善,水、電費用較高,導致前期投入和后期運維成本較大,回收周期長。

 

三、加快推進我省淺層地熱能建筑應用

 

根據十九屆五中全會提出“推進能源革命,以應對能源供需格局新變化、國際能源發展新趨勢,保障國家能源安全”的要求,為有效彌補我省能源需求缺口,實現低碳發展,省住建廳、省發改委、省財政廳、省自然資源廳聯合下發了《關于大力推進淺層地熱能在建筑中應用試點工作的通知》,明確2020年—2023年,在全省淺層地熱能建筑應用試點,每年明確4至5個試點地區,以試點帶動全面發展。為此,我們建議:


1、完善規劃,突出重點


立足湖南資源稟賦、基礎設施條件及節能減排要求,加快推進設區市和重點縣的淺層地熱能普查勘探和評價,摸清全省淺層地熱能資源分布和開發利用潛力。在總結《湖南省“十三五”地熱能開發利用規劃》實施情況的基礎上,著眼長遠,因地制宜,科學制定十四五規劃。把地熱能建筑應用與綠色建筑統一規劃,統籌推進。突出重點,明確把長沙、株洲、湘潭、岳陽、常德、益陽、衡陽、邵陽8個地州市作為優先發展地區,將高新技術產業開發區、新城區作為重點發展區域,兼顧發展其他市州和其他區域,重點布局城鎮建筑節能領域,利用淺層地熱能建筑應用解決建筑供暖供冷供熱水需求。推動既有建筑集中供暖供冷改造,新建建筑地熱能供熱制冷,鼓勵大型公共建筑、商品房屋等工程項目采用地熱能建筑應用技術。加強試點示范,發揮望城區淺層地熱能資源豐富的優勢,加大對望城區創建省淺層地熱能開發利用試驗區的支持力度,將濱水新城和高鐵西城打造成淺層地熱能高質量發展示范區,實現淺層地熱能建筑領域集中連片發展,帶動全省淺層地熱能產業的發展。


2、加強統籌指導,明確千億產業發展目標


加強淺層地熱能建筑應用的統籌指導,加快建立清潔低碳、安全高效的建筑綠色能源體系。把淺層地熱能建筑應用納入政府節能目標責任評價考核體系。縣級以上政府應結合當地資源條件,制定淺層地熱能建筑應用發展專項規劃,并將淺層地熱能建筑應用指標納入控制性詳細規劃及修建性詳細規劃。民用建筑工程項目進行可行性研究時,應對能源利用條件進行綜合評估,編制能源應用專項方案,提高淺層地熱能在新建建筑用能中的比例。重點推動政府投資的公共建筑率先應用地源熱泵技術進行供暖制冷。結合淺層地熱能建筑應用示范項目建設,加快關鍵技術產業化進程。依托寧鄉格力、星沙遠大等傳統空調設備制造企業,扶持一批擁有自主知識產權的淺層地熱能設備生產、技術集成企業。支持具有較好能源產業基礎的長沙市規劃打造千億淺層地熱能產業化基地。利用長沙市濱江新城、洋湖片區、梅溪湖片區、高鐵西城、馬欄山視頻文創園、高鐵會展新城、南部新城、黃花機場改擴建項目和望城濱水新城等淺層地熱工程項目及經驗,我省“十四五”期間可新增投資1000億元,新建2000個以地熱(地下水+地表水能+巖土壤儲能+污水源地熱)為冷熱源的基礎能源+太陽能+燃氣+蓄能調峰等多能互補的能源站,為集中供暖供冷的公共建筑和居住建筑實現100%的清潔能源供冷、供熱和供熱水,為南方城市集中連片清潔供熱供冷樹立示范,吸引培養一批高素質工程技術人才。


3、突出創新引領,強化技術支撐


加大淺層地熱能核心技術的引進和研究,徹底解決地下水源熱泵地下水不能有效回灌的瓶頸問題和傳統地埋管系統占地面積大、能效衰減的問題,并利用淺層地熱能核心技術為載體,編制出臺我省《地源熱泵系統工程技術規程》、《地源熱泵建筑應用能效測評技術規程》等標準,規范對地源熱泵系統的工程可行性評估、勘察、設計、施工、調試驗收、監測、運行與管理各環節的管理。推廣能效承諾的高效能源站EPC模式,以市場行為促進技術應用水平,調動設計,施工企業責任意識。


4、突出環境優先,堅持集約發展


以嚴格保護生態環境和水資源為前提,不破壞地下熱平衡,不污染水質,不消耗地下水。推動淺層地熱能源系統與城市熱網協同運行,提升供暖制冷安全可靠性,降低供暖制冷成本,強化供暖制冷保障能力。強化信息化對產業能力提升的促進作用,建立湖南省地熱能資源信息監測中心,對地熱能采集、轉化與利用全過程實施狀態監控、精準計量與智能控制,實現能源數字化與能耗可視化,為進一步提高地熱能利用效率突破和節能減排變革提供支撐,為全國淺層地熱能研究和規模應用配置運行資源,提供科研服務,并建立能效測評(獨立)第三方機構。 


5、加強政策引導,加大扶持力度


研究制定扶持政策,完善稅費政策,按照政策引導、市場主導的原則,鼓勵采用投資建設運營(BOO/BOT)一體化模式,在不增加地方財政負擔的基礎上,建立政府、企業、社會多元化投資機制,提升工程建設質量和設計運行水平,降低建設單位、用能單位的經濟、技術風險;省級財政整合資金,用于全省區域淺層地熱能資源調查評價與區域地質環境監測、開發利用規劃編制以及標準制訂等基礎性工作;借鑒北京對新建、改擴建熱泵系統熱源和一次管網投資給予資金支持的政策,對公益性建筑項目,優先采用淺層地熱能資源的熱泵系統,所需投資從所在市州政府固定投資中安排解決;對公共建筑外的其它各類建設項目,供暖制冷系統選用地源熱泵系統的,根據規劃部門核定的建筑面積減免一定比例的城市建設配套費;對地熱能開發利用示范城市與示范工程建設項目,在土地出讓金繳納、耕地占用費減免等土地政策方面給予優惠;新建地熱項目給予一定比例的投資補貼,許可地熱開發企業收取可再生能源建設配套費;建議對地熱供暖項目以實際供熱量(冷量)為單位進行運行補貼;明確“取熱不耗水”的地熱項目在水資源稅與資源稅方面給予最大優惠;對民用地熱供暖制冷項目用電執行居民用電價格并實行峰谷電;發展綠色金融,加強信貸支持,參照高速公路建設模式,許可商業銀行開展可再生能源站收費權質押貸款業務;加強商業模式創新,支持地熱開發企業公開發行(IPO)股票并上市。

調研組成員:

朱和磊  湖南省住房和城鄉建設廳科技與節能處副處長

唐愛民  中能建地熱有限公司湖南區域總經理

李唐赟  湖南天方生態能源科技有限公司執行總經理

蔣云松  中國能建湖南省電力設計院能源規劃研究院院長

袁新建  湖南省建筑設計院副總工程師

張英杰  湖南大學工業節能控制與評估研究所所長

劉  剛  中南大學能源科學與工程學院副教授
(注:本文略有刪減,原文刊登于2020年11月《地源熱泵》)
 

 

 

 

 

 

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