這幾天，北方地區(qū)的供暖季將陸續(xù)結束，回想起這個供暖季真可謂跌宕起伏、一波三折。由于北京周邊一些地區(qū)大面積集中“煤改氣”造成天然氣供應短缺，部分地區(qū)出現(xiàn)供暖不到位不達標、群眾挨冷受凍情況。去年12月，國家發(fā)改委等10部委印發(fā)未來五年北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃。按照規(guī)劃，到2021年北方地區(qū)清潔取暖率達到70%，基本實現(xiàn)霧霾嚴重城市化地區(qū)的散煤供暖清潔化。同時，對于位于京津冀大氣污染傳輸通道的“2+26”重點城市的標準更加嚴格，到2019年“2+26”重點城市城區(qū)清潔取暖率要達到90%以上。目前，通過電、氣、清潔燃煤，以及可再生能源供暖等方式，北方地區(qū)清潔取暖比例達到34%，但總體比例仍然較低，而且發(fā)展緩慢。
　　按照習近平總書記指出的企業(yè)為主、政府推動、居民可承受的方針，宜氣則氣，宜電則電，盡可能利用清潔能源，加快提高清潔供暖比重的指示精神，清潔取暖絕不是簡單的“一刀切”式的“煤改電、煤改氣”，而是對煤炭、天然氣、電、可再生能源等多能源形式統(tǒng)籌謀劃，綜合利用。因此，筆者認為地熱是北方地區(qū)清潔取暖的有效補充。
　　地熱是一種清潔可再生能源
　　地熱是來自地球內部核裂變產生的一種能量資源。地球是一個龐大的熱庫，蘊藏著巨大的熱能，這種熱量滲出地表，于是就有了地熱。地熱能是一種清潔能源，是可再生能源，其開發(fā)前景十分廣闊。
　　依據(jù)地熱資源的埋深及存在形式可分為淺層地熱資源、水熱型地熱資源和干熱巖地熱資源。淺層地熱能即地下200米以淺，儲存在巖石、土壤中或地下水里的熱能。它是地球內部的熱和太陽輻射的熱兩相平衡的結果，在這個范圍內，溫度基本是恒定的，既可供暖，也可制冷。水熱型地熱資源是以蒸氣為主的地熱資源和以液態(tài)水為主的地熱資源的統(tǒng)稱，根據(jù)其溫度可分為高溫(>150度)、中溫(90-150度)低溫<90度三種類型。熱干巖型地熱資源是蘊藏在熱干巖體中的地熱資源，儲熱巖體中不存在熱水和蒸氣，埋深3000米以上。其溫度可達到數(shù)百攝氏度，但是由于地表缺乏大氣降水，或者因為其本身的透水能力太差，不能形成水熱型地熱資源，而巖體所蘊藏的大量熱能目前還難以直接利用。
　　我國地熱資源十分豐富，地熱資源總量占世界的7.9%，可采儲量相當于4626.5億噸標準煤。據(jù)國土資源部中國地質調查局統(tǒng)計，截至目前，我國337個主要城市淺層地熱能可開采資源量折合標準煤7億噸，相當于全國用于供暖制冷總能源消耗的60%以上;可實現(xiàn)建筑物供暖制冷面積320億平方米，相當于現(xiàn)狀總面積的2倍以上。根據(jù)中國地質調查局地熱資源調查評價成果，截至2015年底，我國年利用淺層地熱能對建筑物供暖制冷面積為3.92億平方米，其中京津冀8500萬平方米，約占全國的20%，是我國淺層地熱能開發(fā)程度最高、用于建筑物供暖制冷規(guī)模最大的地區(qū)。
　　國家對地熱取暖開發(fā)高度重視。早在1997年，科技部與美國能源部簽署的《中美能效與可再生能源合作議定書》中，其主要內容之一就是“地源熱泵”技術的合作;2006年，建設部就頒布了《地源熱泵系統(tǒng)工程技術規(guī)范國家標準》，作為新型高效、可再生能源技術的水源熱泵技術被列入目錄;2013年初，國家能源局、財政部、國土資源部和住建部《關于促進地熱能開發(fā)利用的指導意見》出臺，提出到2020年，地熱能開發(fā)利用量達到5000萬噸標準煤，將形成完善的地熱能開發(fā)利用技術和產業(yè)體系。2017年初，國家發(fā)改委、能源局、國土資源部等部門聯(lián)合印發(fā)了《地熱能開發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》，要求在“十三五”時期，新增地熱能供暖(制冷)面積11億平方米，其中新增淺層地熱能供暖(制冷)面積7億平方米。該規(guī)劃顯示，“十三五”期間，淺層地熱能供暖(制冷)可拉動投資約1400億元。
　　今年1月8日，國家發(fā)展改革委、國土資源部、環(huán)境保護部、住房城鄉(xiāng)建設部、水利部、國家能源局聯(lián)合發(fā)布《關于加快淺層地熱能開發(fā)利用促進北方采暖地區(qū)燃煤減量替代的通知》，要求對地熱資源因地制宜開發(fā)利用，對現(xiàn)有非清潔燃煤供暖適宜用淺層地熱能替代的，應盡快完成替代;對集中供暖無法覆蓋的城鄉(xiāng)結合部等區(qū)域，在適宜發(fā)展淺層地熱能供暖的情況下，積極發(fā)展淺層地熱能供暖。要根據(jù)供熱資源稟賦，因地制宜選取淺層地熱能開發(fā)利用方式。同時要求創(chuàng)新開發(fā)利用模式，在淺層地熱能開發(fā)利用領域大力推廣采取合同能源管理模式，鼓勵將淺層地熱能開發(fā)利用項目整體打包，采取建設-運營-維護一體化的合同能源管理模式，系統(tǒng)運營維護交由專業(yè)化的合同能源服務公司。
　　地熱取暖(制冷)技術已經成熟
　　地熱資源的開發(fā)利用主要是發(fā)電和直接利用兩種模式。高溫地熱資源主要用于發(fā)電，比如西藏羊八井地熱電站。中低溫地熱以直接利用為主，對于25度以下淺層地熱，可利用熱泵進行供暖和制冷，目前淺層和水熱型地熱能供暖(制冷)技術已基本成熟。
　　淺層地熱能屬于低品位熱源，應用主要使用熱泵技術，需要結合熱泵系統(tǒng)為建筑物供暖制冷。按所取能源對象可以分為地埋管地源熱泵系統(tǒng)、地下水地源熱泵系統(tǒng)和地表水地源熱泵系統(tǒng)。地埋管地源熱泵理論上適合任意地質條件，地下為閉式換熱系統(tǒng)，不會對地區(qū)地下水造成影響，是今后地源熱泵發(fā)展的重點;地下水源熱泵簡便易行、造價低，水井占地面積小，但受水文地質條件影響較大，只適宜在地下水較為豐富、穩(wěn)定、回灌條件較好的區(qū)域;地表水熱泵系統(tǒng)投資較低，缺點是地表水源容易受自然條件影響，影響系統(tǒng)負荷的因素較多，容易造成不穩(wěn)定。因此，開發(fā)淺層地熱資源必須考慮賦存條件、負荷范圍，因地制宜地選擇不同的熱泵利用方式。深層水熱型地熱資源取暖主要依靠抽取地熱水，并提取其儲存的熱能為建筑物供暖。如果提取的地熱水出水溫度合適，可以直接用于供暖;如果溫度過高，可以結合水泵梯級利用，降低地熱尾水溫度，提高地熱綜合利用率。
　　地熱資源開發(fā)技術層面已經十分簡單。對于淺層地熱要求地埋管孔數(shù)與布局方案合理，使得地埋管地源熱泵系統(tǒng)在運行一整個供冷供暖季后，能夠維持平衡;另外，鉆進埋管技術要十分成熟，在施工過程中防止對周邊區(qū)域地下水資源造成污染。對于深層地熱供暖技術要求，一是要加強地熱尾水回灌技術，這對于地熱資源保護、減少資源浪費、延長生產井壽命、防止環(huán)境污染具有關鍵作用，要做到取熱后的地熱尾水百分之百進行回灌，只取熱不取水;二是關于地熱井鉆技術，要針對不同深度、地層、巖性和不同熱儲類型優(yōu)化設計井深結構，提高地熱井使用壽命。
　　多年來，我國中低溫地熱利用始終走在世界前列，連續(xù)20多年總量排名世界第一。特別是2004年后年增長率超過30%，應用范圍擴展至全國，其中80%集中在華北和東北南部，包括北京、天津、河北、遼寧、河南、山東等地區(qū)。
　　地熱取暖要實現(xiàn)有序開發(fā)、合理利用、科學管理
　　隨著地熱利用技術的逐步提高，相比煤炭等不可再生能源，地熱能開發(fā)具有一定的成本優(yōu)勢。目前，隨著我國多年的產業(yè)發(fā)展和技術攻關，通過地源熱泵技術的淺層地熱能應用已經突破了成本瓶頸。北京城市副中心、北京新機場以及雄安新區(qū)建設都在規(guī)模化使用淺層地熱能資源。
　　據(jù)專家介紹，北京地下的溫度大概在14至16度。冬天把這部分通過熱泵機組、壓縮機提升，變成高品位熱能供室內供暖，夏天再把室外的熱放到地下，從地下?lián)Q出涼來，為室內降溫。筆者曾參觀過國內最大多熱能綜合利用項目——北京國際鮮花港，它是北京2009年主辦第七屆中國花卉博覽會的主要工程，是現(xiàn)今國內唯一大規(guī)模使用地熱綜合技術解決現(xiàn)代農業(yè)設施采暖的大型工程項目。它采用地熱、水源熱泵、地源熱泵為主，燃氣鍋爐為輔的綜合能源設計，實現(xiàn)了多能互補、優(yōu)化利用、降低費用的目的。北京市海淀區(qū)北清路一產業(yè)園采用這種技術，相比于傳統(tǒng)的煤電，全年供暖制冷成本節(jié)省一半，其供暖制冷一平方米在16-17元，而北京集中供暖大概是一平方米27-28元，天然氣供暖則達到36元，因此此項技術具有很好的經濟性。
　　過去北方農村地區(qū)取暖大部分都是采用散煤燃燒形式，造成嚴重污染和濃重霧霾，而且經濟性差、供暖效果不佳。北京市門頭溝龍泉鎮(zhèn)龍泉霧村三面環(huán)水、一面臨山，在2016年“煤改電”無煤化改造時，選用地源熱泵中標企業(yè)——恒有源地能熱寶系統(tǒng)為百姓冬季供暖、夏季制冷和提供日常生活熱水，實現(xiàn)了能源的清潔高效利用。該村1477戶總計4000多人，整村采用單井循環(huán)換熱地能熱寶系統(tǒng)，年替代標煤1萬噸，減少二氧化硫排放169噸、氮氧化物排放123噸，榮獲“北京市2017年節(jié)能低碳技術產品示范案例”。
　　當然，開發(fā)地熱取暖要照顧到環(huán)境和資源條件，前期需要進行地熱資源勘察，并對項目地熱供暖的適宜性和經濟性進行評估。根據(jù)勘察結果，制定合理的開發(fā)利用規(guī)劃，確定適宜的開發(fā)利用模式，做到有序開發(fā)、合理利用、科學管理，提高地熱利用效率。對于淺層地熱，如果使用地埋管熱泵系統(tǒng)，則需要考慮區(qū)域地層可鉆性和土壤換熱能力，評估地熱供暖的經濟性;對于深層地熱，則必須確定項目區(qū)存在水量、溫度是否合適，是否具有深層地熱資源開發(fā)的經濟性，也可以采用系統(tǒng)的最優(yōu)化設計，即結合項目所在區(qū)域資源條件、負荷特點，綜合考慮經濟、安全等諸多因素，制定幾種能源相結合即多能互補的復合式能源利用系統(tǒng)，利用大數(shù)據(jù)云計算技術，制定多層級、模塊化供用一體化解決方案，滿足供暖(制冷)需要，實現(xiàn)經濟效益和社會效益的最大化。比如，可以采用地熱資源供暖負責基礎負荷、常規(guī)能源供暖負責短期尖峰負荷的復合式多能互補能源系統(tǒng)，實現(xiàn)優(yōu)質地熱資源和常規(guī)能源在運行出力上合理結合，實現(xiàn)能源穩(wěn)定的供應性和經濟合理性;同時，還要做好城市地下空間及資源的利用，這需要多部門間的協(xié)同合作以及監(jiān)測體系的建立。
　　總之，正如《關于加快淺層地熱能開發(fā)利用、促進北方采暖地區(qū)燃煤減量替代的通知》指出的那樣，按照“企業(yè)為主、政府推動、居民可承受”方針，鼓勵相關地區(qū)創(chuàng)新投融資模式、供熱體制和供熱運營模式，進一步放開城鎮(zhèn)供暖行業(yè)的市場準入;大力推廣政府和社會資本合作(PPP)模式，積極支持社會資本參與淺層地熱能開發(fā);鼓勵投資主體發(fā)行綠色債券實施淺層地熱能開發(fā)利用;鼓勵金融機構、融資租賃企業(yè)創(chuàng)新金融產品和融資模式支持淺層地熱能開發(fā)利用;統(tǒng)籌運用相關政策，支持和規(guī)范淺層地熱能開發(fā)利用，提升居民供暖清潔化水平，改善空氣環(huán)境質量。筆者樂見，作為北方地區(qū)清潔取暖的有效補充，未來我國地熱能利用一定會出現(xiàn)一個井噴式發(fā)展。