地源熱泵的明天在中國
2022/3/7 9:11:47 點擊：
談到中國近幾年來地源熱泵行業的飛速發展，鄭老滿臉欣慰。從他1994年去聯合國工作，到2004年開始連續六年擔任國際地熱協會理事，鄭老深切感受到了全球地源熱泵發展的蓬勃態勢，更堅信中國有能力跟上，成為一個地源熱泵大國。而他，也一直在為這個目標孜孜不倦地努力著……
世界地源熱泵行業蓬勃前行
鄭老告訴記者，當今世界地源熱泵的增長遠遠超出了地熱直接利用和高溫地熱發電的發展速度，這是由于地源熱泵節能減排的優勢已經逐漸被認知和普及，因此吸引了投資商和客戶的眼球。
他解釋說，地源熱泵的平均能效系數（COP）為3.5，它消耗一份電能（比如1kW）的同時，利用了2.5倍（即2.5kW）的淺層地熱能，總輸出3.5kWt熱能，這樣其額定容量（設計效率）是(COP-1)/COP=0.71，即在其輸出功率中利用了71%的淺層地熱能。最保守估計，節能效果達到30%是沒有爭議的。可以說，地源熱泵是節能減排單項技術中效率最高的。
目前，世界地源熱泵的應用主要集中在北美、歐洲和中國。在世界地熱大會上，參加報告地源熱泵利用的國家，從2000年的26國已經增加到2010年的43個國家。據2010年世界地熱大會的統計數據，地源熱泵的年利用能量已經達到了214782TJ（1012焦耳），與2005年世界地熱大會的統計數據相比，五年內增長了2.45倍，平均年累進增長率達到了19.7%；地源熱泵的設備容量為35236MWt（兆瓦熱量），在五年間增長了2.29倍，平均年累進增長率為18.0%。這是社會和客戶認可地源熱泵能力最直接的表現。
按美國和西歐典型家用機組的平均容量12kW計算，2010年世界累計裝機294萬套，是2005年的2倍。實際使用的家用機組，有的小至5,5kW，而商業和公用建筑的機組可大至150kW甚至更高，中國生產的特大型單體機組已大于4000kW。
中國地源熱泵行業迎頭趕上
進入21世紀前后，通過中外交流，跟隨世界潮流，中國開始試驗性的應用和引進地源熱泵，并取得了快速的發展。
鄭老說，我國最初的地源熱泵工程應用，以北京起步最早，發展最快，2006年北京市地源熱泵工程應用面積738萬㎡，居全國之首。此后北京雖然每年增長300至500萬m2，但沈陽市的地源熱泵應用后來居上，2007年躍居全國第一，達到1810萬㎡。此后仍每年新增地源熱泵供暖面積1500萬㎡以上，2008年達到3585萬㎡，2009年已達到5462萬㎡。2008年，沈陽市地源熱泵供暖已占全部建筑供暖面積的18%，當年沈陽市大氣優良環境的天數達到了330天，環保效益顯著，2009年仍然保持了這樣的環境效益。東北重工業城市沈陽的地源熱泵供暖為城市環境保護和利用清潔能源闖出了一條新路。
從整體上看，我國地源熱泵工程應用每年擴展面積越來越大，2007年增長了近1800萬㎡，2008年增長了2400萬㎡，2009年更增長了3870萬㎡，全國地源熱泵總利用面積已達1.007億㎡。這個數字在2010年的世界地熱大會上，已經使中國地源熱泵在世界上的排名躍升至世界第二位。中國連續兩年的年增長率都超過60%，這個中國速度遠遠超過了世界地源熱泵近5年來保持的近20%年增長率。
伴隨地源熱泵工程應用的快速增長，為適應市場急速膨脹的巨大需求，國內地源熱泵生產企業迅速發展。10年來，我國生產熱泵機組的廠商由世紀初的幾家，已發展至超過200家，分布在山東、北京、深圳、大連、杭州、蘇州、廣州等地。國產品以水－水系統的大機組為主，主流是螺桿式壓縮機＋殼管式換熱器，也有渦旋式壓縮機＋板式換熱器或套管式換熱器的模塊式機組，大型機能達2000-3000kW制熱（制冷）量，也有小型適應家庭使用的小于10kW機，但以50-2000kW為主要產品。除熱泵主機外，熱泵相關配件和PE管線等的生產廠家還有100多家。另外，國外知名品牌的熱泵公司也陸續登陸中國，建立生產基地或合資企業，產品就地供應中國市場。同時，設計和施工隊伍也迅速擴大，目前全國該行業的設計和施工隊伍超過10萬人。
作為行業活躍的標志，全國各地每年多次召開地源熱泵相關的展覽會、研討會，2010年全國地源熱泵行業高層論壇參加者450多人，創行業大會人數的最高記錄。可再生能源協會和資源綜合利用協會的地源熱泵專業委員會，以及中國能源研究會地熱專業委員會都舉辦各類地源熱泵培訓班，每年不下20場，加快培養初級和中級技術人才；相關專業的大學畢業生和碩士生、博士生供不應求。所有這些，充分體現了行業大發展的欣欣向榮局面。
更為重要的是，國家政府給與了政策和資金上的大力支持。一方面是政策性的支持，如《可再生能源法》、《節約能源法》中都對行業扶持有所規定，有具體給予補助的實施條例，還有中長期能源發展規劃目標。另一方面是公益性的扶持，比如國土資源部布置各地開展淺層地熱能的資源評價，劃出地源熱泵的適宜開發區和較適宜開發區，避免用戶的風險損失。2010年國土資源部和天津市人民政府共同支持在天津試點，完成了天津市淺層地熱能資源評價，包括地源熱泵和水源熱泵的適宜區和較適宜區的劃分；現在正接續開展典型示范工程建設，包括樣板工程和相應的一系列地溫和環境監測。讓全國各地政府和工程用戶更相信地源熱泵項目的節能減排能力和環境效益，從而保障今后行業的健康發展。
利用溫度下限過高：行業發展的癥結
據2010年世界地熱大會的統計，截止至2009年，世界地源熱泵應用的排名序列前5位是：美國、中國、瑞典、挪威、德國。
鄭老介紹，從表格中可以看出，中國地源熱泵行業有自身的特點：一是中國主要為大樓建筑服務，以大型熱泵居多，因此熱泵總數少；二是中國的利用溫度偏高。其中，上限的36攝氏度，是天津利用地熱供暖尾水的溫度取熱再利用，除此之外，上限溫度也在25攝氏度，與其他國家基本持平；但是，下限溫度遠高于世界先進國家。
下限溫度過高，在鄭老看來，這正是我國地源熱泵行業發展的瓶頸。他舉例說，瑞典和挪威的許多地域在北緯60度，他們都可以成功地利用地源熱泵，而我國在哈爾濱（北緯45度）卻還不敢嘗試做地源熱泵供暖，這是因為業內有些人士擔心“冷熱不平衡”問題。
對此，鄭老解釋說，其實，大地并不是一個封閉的“盒子”，越往地球中心，溫度越高，地球表面的熱量如果被取走，地心的熱量就會逐漸補充過來，所以說地熱是可再生能源。它并不是夏季“存”多少熱量，冬季才能“取”多少，這種所謂的“平衡”是沒有科學依據的。鄭老介紹說，經過長期的監測，已經證明了“冬夏不平衡”問題無須擔憂。比如，北京4個月120天供暖期內，在剛開始供暖時，地下溫度降低很快，第一個月從15攝氏度降低到9攝氏度。但是過了嚴寒期，隨著熱泵負荷逐漸減小，到了2月份，雖然還在供暖，但是地下溫度已經開始上升。當4個月供暖期全部結束時，地下溫度已經恢復了了80%，剩下的20%在夏季完全能夠得以恢復。
所以，降低利用溫度的下限，這將是行業進一步發展的突破口。鄭老補充說，在項目開始時，一定要按照規范的要求做熱響應實驗，以此確定打多少孔，能取出多少熱，并可以通過計算機模擬運行30年看看效果如何，這樣經過了測試和模擬運行，就可以大膽地降低利用溫度的下限，仍然能夠收到理想的效果。
五年內中國地源熱泵將成為世界第一
目前，中國地源熱泵應用排名僅次于美國，居世界第2位，那么，和美國相比，中國實際差距有多大？我們能不能超過美國？什么時候能超過美國？鄭老用兩個表格說明了他的觀點：
因為中國的平均年累進增長率比美國高一倍多，所以按此速度，鄭老預測了2015年世界地熱大會統計數字：
這個預測數字是否可靠呢？據不完全統計，我國2010年地源熱泵供暖應用已達1.5億平方米面積，這比2009年底的統計數字增長了約49%，若按此計算，則2010年我國的地源熱泵利用的地熱能量已達43250TJ，這就已經超出上表的預測。
鄭老信心百倍地告訴記者，中國地源熱泵的繼續快速增長肯定可以在下一次世界地熱大會上完成超過美國的目標，成為世界第一！
專家簡介：鄭克棪，1962年畢業于南京大學地質系水文地質工程地質專業，1970年后主要從事地下熱水和礦泉水勘查和研究工作,是發現北京城區地熱田的主要貢獻人之一。1981年由UNDP選派赴新西蘭奧克蘭大學地熱學院進修一年，1982年參加中法合作西藏地質研究，1983－1985年任中意合作西藏地熱項目的中方專家組長，1986－1989年任北京水文地質公司地熱室主任，主持的北京地熱科研項目獲地質礦產部科技二等獎，1989－1994年調任地礦部科技司副處長，負責全國水文地質、工程地質、環境地質和地熱的科技管理，任中國地質學會環境地質專業委員會委員、中國土地學會理事，兼任中國地質大學（武漢）客座教授。1994年受聯合國聘為咨詢專家，三次派赴太平洋島國密克羅尼西亞任找水專家，最后于2001年圓滿完成任務回國，獲受援國總統簽署的嘉獎。回國后任中國能源研究會地熱專業委員會副秘書長，2004年被選為國際地熱協會（IGA）理事，2005年9月被選為中國能源研究會地熱專業委員會主任，現任中國能源研究會地熱專業委員會專家委員會主任、北京市新能源與可再生能源協會地源熱泵專業委員會主任/教授，工作中完成國內外各類地熱、礦泉水、水文地質報告200余份，在國內外發表學術論文580余篇。在國際地熱界有一定聲望，多次受國際組織資助赴國外參加國際地熱大會。
世界地源熱泵行業蓬勃前行
鄭老告訴記者，當今世界地源熱泵的增長遠遠超出了地熱直接利用和高溫地熱發電的發展速度，這是由于地源熱泵節能減排的優勢已經逐漸被認知和普及，因此吸引了投資商和客戶的眼球。
他解釋說，地源熱泵的平均能效系數（COP）為3.5，它消耗一份電能（比如1kW）的同時，利用了2.5倍（即2.5kW）的淺層地熱能，總輸出3.5kWt熱能，這樣其額定容量（設計效率）是(COP-1)/COP=0.71，即在其輸出功率中利用了71%的淺層地熱能。最保守估計，節能效果達到30%是沒有爭議的。可以說，地源熱泵是節能減排單項技術中效率最高的。
目前，世界地源熱泵的應用主要集中在北美、歐洲和中國。在世界地熱大會上，參加報告地源熱泵利用的國家，從2000年的26國已經增加到2010年的43個國家。據2010年世界地熱大會的統計數據，地源熱泵的年利用能量已經達到了214782TJ（1012焦耳），與2005年世界地熱大會的統計數據相比，五年內增長了2.45倍，平均年累進增長率達到了19.7%；地源熱泵的設備容量為35236MWt（兆瓦熱量），在五年間增長了2.29倍，平均年累進增長率為18.0%。這是社會和客戶認可地源熱泵能力最直接的表現。
按美國和西歐典型家用機組的平均容量12kW計算，2010年世界累計裝機294萬套，是2005年的2倍。實際使用的家用機組，有的小至5,5kW，而商業和公用建筑的機組可大至150kW甚至更高，中國生產的特大型單體機組已大于4000kW。
中國地源熱泵行業迎頭趕上
進入21世紀前后，通過中外交流，跟隨世界潮流，中國開始試驗性的應用和引進地源熱泵，并取得了快速的發展。
鄭老說，我國最初的地源熱泵工程應用，以北京起步最早，發展最快，2006年北京市地源熱泵工程應用面積738萬㎡，居全國之首。此后北京雖然每年增長300至500萬m2，但沈陽市的地源熱泵應用后來居上，2007年躍居全國第一，達到1810萬㎡。此后仍每年新增地源熱泵供暖面積1500萬㎡以上，2008年達到3585萬㎡，2009年已達到5462萬㎡。2008年，沈陽市地源熱泵供暖已占全部建筑供暖面積的18%，當年沈陽市大氣優良環境的天數達到了330天，環保效益顯著，2009年仍然保持了這樣的環境效益。東北重工業城市沈陽的地源熱泵供暖為城市環境保護和利用清潔能源闖出了一條新路。
從整體上看，我國地源熱泵工程應用每年擴展面積越來越大，2007年增長了近1800萬㎡，2008年增長了2400萬㎡，2009年更增長了3870萬㎡，全國地源熱泵總利用面積已達1.007億㎡。這個數字在2010年的世界地熱大會上，已經使中國地源熱泵在世界上的排名躍升至世界第二位。中國連續兩年的年增長率都超過60%，這個中國速度遠遠超過了世界地源熱泵近5年來保持的近20%年增長率。
伴隨地源熱泵工程應用的快速增長，為適應市場急速膨脹的巨大需求，國內地源熱泵生產企業迅速發展。10年來，我國生產熱泵機組的廠商由世紀初的幾家，已發展至超過200家，分布在山東、北京、深圳、大連、杭州、蘇州、廣州等地。國產品以水－水系統的大機組為主，主流是螺桿式壓縮機＋殼管式換熱器，也有渦旋式壓縮機＋板式換熱器或套管式換熱器的模塊式機組，大型機能達2000-3000kW制熱（制冷）量，也有小型適應家庭使用的小于10kW機，但以50-2000kW為主要產品。除熱泵主機外，熱泵相關配件和PE管線等的生產廠家還有100多家。另外，國外知名品牌的熱泵公司也陸續登陸中國，建立生產基地或合資企業，產品就地供應中國市場。同時，設計和施工隊伍也迅速擴大，目前全國該行業的設計和施工隊伍超過10萬人。
作為行業活躍的標志，全國各地每年多次召開地源熱泵相關的展覽會、研討會，2010年全國地源熱泵行業高層論壇參加者450多人，創行業大會人數的最高記錄。可再生能源協會和資源綜合利用協會的地源熱泵專業委員會，以及中國能源研究會地熱專業委員會都舉辦各類地源熱泵培訓班，每年不下20場，加快培養初級和中級技術人才；相關專業的大學畢業生和碩士生、博士生供不應求。所有這些，充分體現了行業大發展的欣欣向榮局面。
更為重要的是，國家政府給與了政策和資金上的大力支持。一方面是政策性的支持，如《可再生能源法》、《節約能源法》中都對行業扶持有所規定，有具體給予補助的實施條例，還有中長期能源發展規劃目標。另一方面是公益性的扶持，比如國土資源部布置各地開展淺層地熱能的資源評價，劃出地源熱泵的適宜開發區和較適宜開發區，避免用戶的風險損失。2010年國土資源部和天津市人民政府共同支持在天津試點，完成了天津市淺層地熱能資源評價，包括地源熱泵和水源熱泵的適宜區和較適宜區的劃分；現在正接續開展典型示范工程建設，包括樣板工程和相應的一系列地溫和環境監測。讓全國各地政府和工程用戶更相信地源熱泵項目的節能減排能力和環境效益，從而保障今后行業的健康發展。
利用溫度下限過高：行業發展的癥結
據2010年世界地熱大會的統計，截止至2009年，世界地源熱泵應用的排名序列前5位是：美國、中國、瑞典、挪威、德國。
鄭老介紹，從表格中可以看出，中國地源熱泵行業有自身的特點：一是中國主要為大樓建筑服務，以大型熱泵居多，因此熱泵總數少；二是中國的利用溫度偏高。其中，上限的36攝氏度，是天津利用地熱供暖尾水的溫度取熱再利用，除此之外，上限溫度也在25攝氏度，與其他國家基本持平；但是，下限溫度遠高于世界先進國家。
下限溫度過高，在鄭老看來，這正是我國地源熱泵行業發展的瓶頸。他舉例說，瑞典和挪威的許多地域在北緯60度，他們都可以成功地利用地源熱泵，而我國在哈爾濱（北緯45度）卻還不敢嘗試做地源熱泵供暖，這是因為業內有些人士擔心“冷熱不平衡”問題。
對此，鄭老解釋說，其實，大地并不是一個封閉的“盒子”，越往地球中心，溫度越高，地球表面的熱量如果被取走，地心的熱量就會逐漸補充過來，所以說地熱是可再生能源。它并不是夏季“存”多少熱量，冬季才能“取”多少，這種所謂的“平衡”是沒有科學依據的。鄭老介紹說，經過長期的監測，已經證明了“冬夏不平衡”問題無須擔憂。比如，北京4個月120天供暖期內，在剛開始供暖時，地下溫度降低很快，第一個月從15攝氏度降低到9攝氏度。但是過了嚴寒期，隨著熱泵負荷逐漸減小，到了2月份，雖然還在供暖，但是地下溫度已經開始上升。當4個月供暖期全部結束時，地下溫度已經恢復了了80%，剩下的20%在夏季完全能夠得以恢復。
所以，降低利用溫度的下限，這將是行業進一步發展的突破口。鄭老補充說，在項目開始時，一定要按照規范的要求做熱響應實驗，以此確定打多少孔，能取出多少熱，并可以通過計算機模擬運行30年看看效果如何，這樣經過了測試和模擬運行，就可以大膽地降低利用溫度的下限，仍然能夠收到理想的效果。
五年內中國地源熱泵將成為世界第一
目前，中國地源熱泵應用排名僅次于美國，居世界第2位，那么，和美國相比，中國實際差距有多大？我們能不能超過美國？什么時候能超過美國？鄭老用兩個表格說明了他的觀點：
因為中國的平均年累進增長率比美國高一倍多，所以按此速度，鄭老預測了2015年世界地熱大會統計數字：
這個預測數字是否可靠呢？據不完全統計，我國2010年地源熱泵供暖應用已達1.5億平方米面積，這比2009年底的統計數字增長了約49%，若按此計算，則2010年我國的地源熱泵利用的地熱能量已達43250TJ，這就已經超出上表的預測。
鄭老信心百倍地告訴記者，中國地源熱泵的繼續快速增長肯定可以在下一次世界地熱大會上完成超過美國的目標，成為世界第一！
專家簡介：鄭克棪，1962年畢業于南京大學地質系水文地質工程地質專業，1970年后主要從事地下熱水和礦泉水勘查和研究工作,是發現北京城區地熱田的主要貢獻人之一。1981年由UNDP選派赴新西蘭奧克蘭大學地熱學院進修一年，1982年參加中法合作西藏地質研究，1983－1985年任中意合作西藏地熱項目的中方專家組長，1986－1989年任北京水文地質公司地熱室主任，主持的北京地熱科研項目獲地質礦產部科技二等獎，1989－1994年調任地礦部科技司副處長，負責全國水文地質、工程地質、環境地質和地熱的科技管理，任中國地質學會環境地質專業委員會委員、中國土地學會理事，兼任中國地質大學（武漢）客座教授。1994年受聯合國聘為咨詢專家，三次派赴太平洋島國密克羅尼西亞任找水專家，最后于2001年圓滿完成任務回國，獲受援國總統簽署的嘉獎。回國后任中國能源研究會地熱專業委員會副秘書長，2004年被選為國際地熱協會（IGA）理事，2005年9月被選為中國能源研究會地熱專業委員會主任，現任中國能源研究會地熱專業委員會專家委員會主任、北京市新能源與可再生能源協會地源熱泵專業委員會主任/教授，工作中完成國內外各類地熱、礦泉水、水文地質報告200余份，在國內外發表學術論文580余篇。在國際地熱界有一定聲望，多次受國際組織資助赴國外參加國際地熱大會。
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