地热能具有分布面广、储集量大、可再生性、清洁低碳、安全可靠等优势。合理开发利用地热能,实现清洁供暖,是缓解当前过度依赖化石能源供热对资源环境造成压力的有效解决方案。
  目前,我国地热能的开发利用已经受到社会多层次、多方面的高度关注,从浅层地热能的地源热泵技术应用到中深层地热能供暖,众多研究单位、生产企业、工程公司及社会资金介入其中。地热能利用开发已进入新的快速发展阶段。
  起步晚发展快
  我国与欧美国家相比,基于地源热泵的浅层地热能利用技术起步较晚,但发展速度快,日臻成熟。在短短二十年时间内,我国在理论研究深度、技术开发广度与工程应用单体规模、总体数量等方面,已达到国际领先水平。
  2019年启用的北京大兴国际机场地源热泵工程,为机场250万平方米办公场地提供冷热源。据测算,这一工程每年可节省标准煤21078吨,减少碳排放1.58万吨。在超大型工程中,地源热泵浅层地热能利用技术展现出了良好的社会效益、环保效益和经济效益。
热泵
  中深层地埋管地源热泵地热能利用技术是浅层地埋管地源热泵系统的一种技术创新,具有占地少和可利用地温高的独特优点,特别适合在寒冷地区应用。这种技术数年前首先在我国进行了探索性的应用尝试。在此基础上,近年来在局部区域进行了较大规模的工程应用。已运行的系统总体达到了预期效果。
  而长达近二十年地源热泵空调的推广应用,也大大提高了全社会和普通百姓对该项技术的认知度和认可度;供暖区域南扩,南方更适宜地源热泵供暖,扩大了地源热泵供暖的适用范围;绿色节能建筑的大力推广与普及,大大降低了建筑单位面积耗热量。这为地热能地源热泵利用系统,减少峰值负荷、用地空间及初投资奠定了先决条件。
  城市热电联产、太阳能、生物质能与风力发电等可再生能源与常规清洁能源复合能源系统优势互补,也进一步扩大了地源热泵技术应用范围,提高了系统能效比。政策法规倡导,国家层面支持,地热能利用开发已进入新的快速发展阶段。
  技术仍待提升
  地热能地源热泵利用技术,在我国应用日益广泛,由浅层到中深层,由城市到乡村,单个项目覆盖的建筑面积由几百平方米到几百万平方米,积累了丰富的实践经验和大量的成功案例。但另一方面,无论是应用技术,还是基础研究等方面,还有提升的空间。
  第一,中深层地热能利用技术。中深层地埋管换热器地下传热分析涉及固体和流体间耦合的瞬态多维传热问题,空间和时间的跨度大,中深层地下蓄热体热物性参数复杂,尤其是中深层地埋管群的传热分析及其长期运行条件下地埋管间距对换热量的影响等科技关键问题,还需要深入研究,以科学合理确定中深层地埋管长期(十年以上)运行的换热能力、中深层地埋管群的地埋管间距等重要设计参数。
  第二,岩土体勘察及其热物性测定。地下地质构造千差万别,对现有换热系统的认识还不足以直接指导地热能利用技术的改进完善和提升。
  第三,既有建成地热能地源热泵项目,缺乏系统完整的实际应用检测数据、故障诊断、维修及其结果分析,系统运维的专业化水平有待提升。
  第四,地热能利用系统设计、施工、安装及运维的优质化、精细化、科学化水平有待进一步提高。
  第五,对地热能开发利用的资源性条件关注度较高,对需求侧建筑物系统性条件分析研究不足,二者应统筹考虑。
  相关政策建议
  鉴于以上不足和问题,笔者对我国加大地热能开发利用提出以下建议。
  加大科研支持力度,重点解决地热能资源开发利用中,尤其是中深层地热能地源热泵系统应用中的主要技术问题,为系统精准设计、科学施工、高效运维奠定理论基础。
  提升岩土体尤其是中深岩土层地质结构、大地热流、地下水渗流以及热物性的勘查与测试水平,因地制宜科学评价地热能开发利用的可行性与经济性,为系统方案设计提供科学依据。
  加快健全系统体系化建设和行业标准完善。强化地热能集成商精准设计、精心施工、精良设备应用的指导与监察。支持设备生产企业技术创新,研发适合地热能用于村镇建筑供暖的节能效果好、初投资少、智能化水平高的主机与末端设备。
  适度给予地热开发利用项目优惠政策与税收支持。
  地热能清洁供暖资源丰富,前景广阔。以低品位能量为主的地热能最主要利用方式是供热,供暖又是其中的主要部分。在北方城市,中深层地热能地源热泵系统,只供暖,不制冷,采用深度钻孔埋管,可减少城市用地空间;在乡镇,热用户密度低,可利用地热能地域广、空间大的优势,以冬季供暖为主,“温度对口”,供需匹配。因地制宜推广地热能地源热泵清洁供暖技术,具有广阔的发展空间。