塔浅层地热赋能交通基础设施绿色升级

  凝心聚力奏响高质量发展交响曲
  [中国石化新闻网 2024-09-14]
  □中国石化经济技术研究院 罗佐县
  在实现“双碳”目标的进程中，交通领域作为用能大户颇受各界关注。交通领域用能不仅涉及交通工具的用能，也涉及交通基础设施的用能，后者在很大程度上与建筑用能相关。近日，党中央、国务院印发《关于加快经济社会发展全面绿色转型的意见》，提出建设绿色交通基础设施，“提升新建车站、机场、码头、高速公路设施绿色化智能化水平，推进既有交通基础设施节能降碳改造提升，建设一批低碳（近零碳）车站、机场、码头、高速公路服务区”，为交通基础设施绿色用能指明了方向。
  我国是能源消费大国，其中建筑用能占能源消费总量的20%左右。当前，建筑运行阶段的年碳排放量在20亿吨左右，占全国碳排放总量的1/5。《意见》提出建设低碳（近零碳）车站、机场、码头、高速公路服务区，其核心要求是提升这些场所的新能源消费水平。而在众多新能源中，地热具有稳定性好的天然优势，可作为“最佳选项”。
  从资源埋深及温度等角度分类，地热可分为浅层地热、中深层地热及干热岩等。温泉、地热供暖等属于中深层地热开发利用，浅层地热资源的开发受关注较少。实际上，自20世纪80年代起，我国就开始引进浅层地热开发相关技术并应用于建筑领域。
  资料显示，我国地源热泵最早应用在1989年10月投运的上海某开发区办公楼。1997年，中美两国开展节能领域的相关合作，地源热泵是合作重点之一。20世纪90年代之后，地源热泵示范项目在北京、广州和杭州陆续建成。如今，地源热泵技术应用已经具有一定的市场规模，国内生产地源热泵的厂家有100多家，国内也逐渐引进国外先进的地源热泵技术。无论是规模还是质量，我国地源热泵技术都在逐渐接近世界先进水平。
  但是，社会各界对浅层地热尚缺乏概念，更多的认识是将开发利用浅层地热的地源热泵及其技术视为一种特殊形式的空调。事实上，在干热岩技术取得大规模突破之前，200米以浅的地热资源及技术（包括水源热泵技术）更有施展空间。
  中深层地热受资源禀赋及分布制约，开发利用受限制，而浅层地热基本上可以“就地取材”。目前应用地源热泵技术的建筑遍布大江南北，也说明了浅层地热开发利用的普遍适用性。将浅层地热资源利用好，既能满足人民群众对居所冬暖夏凉的要求，又能减少化石能源的消费，继而减少二氧化碳排放，助力实现碳达峰、碳中和。特别是秦岭淮河以南的地区，夏天常出现“火炉”天气，冬天又不具备集中供暖的条件，推动浅层地热的开发利用，可以有效兼顾冬季供暖和夏季制冷的需求。此外，我国人口主要分布在中东部地区，机场、车站等交通基础设施密度较大，是未来增量基建的主要发生地，也是设施能源绿色化改造的重点区域。
  与空气源热泵、空调相比，地源热泵最大的优势是能效比较高，可最大程度实现建筑低碳甚至近零碳，但实施该技术对建筑的容积率有特殊要求。若建筑的容积率太高，会导致埋管面积不足，继而出现供热制冷与实际需求不匹配的现象。因此，地源热泵系统在欧美国家多用于低容积率、低负荷密度的建筑。地源热泵的技术特性也决定了基于浅层地热的供热改造在大多数老旧小区难以实施。因为这些小区的容积率过高，不具备足够的埋管面积及施工条件。《意见》提出“建设一批低碳（近零碳）车站、机场、码头、高速公路服务区”，则为浅层地热的应用创造了条件 。一般而言，新建机场、车站选址布局在城市郊区，具有足够的施工埋管面积，非常有利于推广浅层地热。目前国内很多公共建筑均采用该技术且运行状况良好，有发展基础。
  从技术方面看，浅层地热开发利用存在的主要问题之一是地源热泵技术应用的便捷程度还需进一步提升，未来主要依靠技术进步和创新驱动。《意见》提出提升交通设施的智能化运行水平，也是未来开发利用浅层地热的重要技术发展选项，宜边干边学，稳步推进地源热泵技术的智能化水平。《国家综合立体交通网规划纲要》提出，到2035年，我国综合立体交通网实体线网总规模合计70万公里左右（不含国际陆路通道境外段、空中及海上航路、邮路里程）。由此可见，未来交通基础设施建设有很大的增长空间，机场、车站、仓储设施的绿色用能需求将为地热提供更大的舞台。
  从国际方面看，发达国家发展地热的做法对我国也有借鉴意义。美国能源部2019年发布《地热愿景：驾驭我们脚下的热能》认为，发展地热有助于提升本国的能源多样性，更好地保障能源安全，并对地热产业化作出规划，提倡就地取材，将地热作为用电与冷暖空调的供应能源。我国是化石能源消费大国，能源结构调整任务迫切，鉴于地热资源禀赋雄厚、分布广泛，宜加大开发利用力度以跟上绿色交通基础建设步伐，为经济社会全面绿色低碳转型作出贡献。