北方地區的供暖季將已陸續結束，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大面積集中“煤改氣”造成天然氣供應短缺，部分地區出現供暖不到位不達標、群眾挨冷受凍情況。去年12月，國家發改委等10部委印發未來五年北方地區冬季清潔取暖規劃。按照規劃，到2021年北方地區清潔取暖率達到70%，基本實現霧霾嚴重城市化地區的散煤供暖清潔化。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，北方地區清潔取暖比例達到34%，但總體比例仍然較低，而且發展緩慢。

  按照習近平總書記指出的企業為主、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籌謀劃，綜合利用。因此，筆者認為地熱是北方地區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，其開發前景十分廣闊。

  依據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水為主的地熱資源的統稱，根據其溫度可分為高溫（>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。據國土資源部中國地質調查局統計，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；可實現建筑物供暖制冷面積320億平方米，相當于現狀總面積的2倍以上。根據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程度最高、用于建筑物供暖制冷規模最大的地區。

  國家對地熱取暖開發高度重視。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《地源熱泵系統工程技術規范國家標準》，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利用的指導意見》出臺，提出到2020年，地熱能開發利用量達到5000萬噸標準煤，將形成完善的地熱能開發利用技術和產業體系。2017年初，國家發改委、能源局、國土資源部等部門聯合印發了《地熱能開發利用“十三五”規劃》，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，國家發展改革委、國土資源部、環境保護部、住房城鄉建設部、水利部、國家能源局聯合發布《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》，要求對地熱資源因地制宜開發利用，對現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結合部等區域，在適宜發展淺層地熱能供暖的情況下，積極發展淺層地熱能供暖。要根據供熱資源稟賦，因地制宜選取淺層地熱能開發利用方式。同時要求創新開發利用模式，在淺層地熱能開發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，系統運營維護交由專業化的合同能源服務公司。

  地熱取暖（制冷）技術已經成熟

  地熱資源的開發利用主要是發電和直接利用兩種模式。高溫地熱資源主要用于發電，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、地下水地源熱泵系統和地表水地源熱泵系統。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，不會對地區地下水造成影響，是今后地源熱泵發展的重點；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、穩定、回灌條件較好的區域；地表水熱泵系統投資較低，缺點是地表水源容易受自然條件影響，影響系統負荷的因素較多，容易造成不穩定。因此，開發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。

  地熱資源開發技術層面已經十分簡單。對于淺層地熱要求地埋管孔數與布局方案合理，使得地埋管地源熱泵系統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。

  地熱取暖要實現有序開發、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，地熱能開發具有一定的成本優勢。

  目前，隨著我國多年的產業發展和技術攻關，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建設都在規模化使用淺層地熱能資源。

  據專家介紹，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，從地下換出涼來，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，是現今國內唯一大規模使用地熱綜合技術解決現代農業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，實現了多能互補、優化利用、降低費用的目的。北京市海淀區北清路一產業園采用這種技術，相比于傳統的煤電，全年供暖制冷成本節省一半，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龍泉霧村三面環水、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——恒有源地能熱寶系統為百姓冬季供暖、夏季制冷和提供日常生活熱水，實現了能源的清潔高效利用。該村1477戶總計4000多人，整村采用單井循環換熱地能熱寶系統，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年節能低碳技術產品示范案例”。

  當然，開發地熱取暖要照顧到環境和資源條件，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。根據勘察結果，制定合理的開發利用規劃，確定適宜的開發利用模式，做到有序開發、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，則需要考慮區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，則必須確定項目區存在水量、溫度是否合適，是否具有深層地熱資源開發的經濟性，也可以采用系統的最優化設計，即結合項目所在區域資源條件、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，利用大數據云計算技術，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、常規能源供暖負責短期尖峰負荷的復合式多能互補能源系統，實現優質地熱資源和常規能源在運行出力上合理結合，實現能源穩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同合作以及監測體系的建立。

  總之，正如《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》指出的那樣，按照“企業為主、政府推動、居民可承受”方針，鼓勵相關地區創新投融資模式、供熱體制和供熱運營模式，進一步放開城鎮供暖行業的市場準入；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；鼓勵投資主體發行綠色債券實施淺層地熱能開發利用；鼓勵金融機構、融資租賃企業創新金融產品和融資模式支持淺層地熱能開發利用；統籌運用相關政策，支持和規范淺層地熱能開發利用，提升居民供暖清潔化水平，改善空氣環境質量。由此可見，作為北方地區清潔取暖的有效補充，未來我國地熱能利用一定會出現一個井噴式發展。