中國是世界上開發(fā)利用地熱能資源最早的國家之一，對溫泉等地熱資源的利用可追溯到先秦時期。21世紀以來，在政策引導和市場需求推動下，地熱能資源開發(fā)利用得到較快發(fā)展，當前，我國地熱能產(chǎn)業(yè)體系已基本成形，但仍然存在著發(fā)展不均衡、不協(xié)調(diào)等問題，行業(yè)仍需持續(xù)進化迭代。

近日，《地源熱泵》雜志社記者采訪了天津市格瑞思機電新技術(shù)有限公司總經(jīng)理劉定國，探討地源熱泵的未來該何去何從。劉定國表示，隨著時代的發(fā)展，傳統(tǒng)的地源熱泵開發(fā)模式的弊端開始逐漸顯露，企業(yè)需要不斷革故鼎新，用新的技術(shù)、新的理念來保持活力，持續(xù)為行業(yè)輸送優(yōu)質(zhì)的解決方案。

圖為劉定國總經(jīng)理在地源熱泵高層論壇期間舉辦的地源熱泵產(chǎn)品博覽會上向參觀人員介紹專利技術(shù)

政策熱市場冷

近年來，我國加強能源體系建設(shè)，優(yōu)化能源消費結(jié)構(gòu)、提高清潔能源比重成為發(fā)展要義，地熱能受到了國家層面政策的扶持，國家和部分地方政府系列的政策出臺為行業(yè)發(fā)展指明了方向。

《地熱能開發(fā)利用“十三五”規(guī)劃》明確提出，“十三五”時期各地區(qū)根據(jù)地熱資源特點和當?shù)赜媚苄枰?，因地制宜開展淺層地熱能、水熱型地熱能的開發(fā)利用，開展干熱巖開發(fā)利用試驗。然而，市場表現(xiàn)卻逐年下落，與政策導向呈背道而馳的狀態(tài)。

對此，劉定國一針見血地指出，市場遇冷主要是因為目前地源熱泵開發(fā)建設(shè)的模式存在問題。

劉定國認為，地源熱泵開發(fā)建設(shè)的單體工程模式是目前制約行業(yè)發(fā)展的重要桎梏。在單體工程模式下，地源熱泵系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)即冷/熱源一側(cè)的淺層地熱能換熱系統(tǒng)——地源工程，由單個用戶根據(jù)其自身所在地點的環(huán)境條件、資源條件、水文地質(zhì)條件、施工條件和建筑物本身的冷/熱負荷要求，采用某一種形式的地源熱泵系統(tǒng)，單獨組織力量進行工程施工，自成體系，獨立運行。

在劉定國看來，這種開發(fā)模式存在諸多缺陷，從技術(shù)維度來說，包含三個層面：首先，單體工程開發(fā)模式受資源及施工條件的制約，城區(qū)建筑物密集區(qū)域無法滿足打井埋管面積需求，而地表水地源熱泵系統(tǒng)則要求建筑物臨近江、河、湖、海等;其次，單體工程往往采用某一種形式的地熱能資源，而單一地熱能資源的自平衡能力有限，人為調(diào)控也很困難，很難做到能量平衡;再次，單體工程采用的單一形式地熱能資源往往具有局限性和不穩(wěn)定性，不能完全保證冷/熱源的品質(zhì)，從而不能保證系統(tǒng)節(jié)能效果及持續(xù)、穩(wěn)定的運行。

此外，地源熱泵系統(tǒng)是一門多種學科交叉，多種專業(yè)結(jié)合的綜合性技術(shù)，尤其地源工程是一個與水文地質(zhì)、地形地貌、淺層地熱能資源、地質(zhì)勘察、鉆井工程等相關(guān)的復雜的系統(tǒng)工程。地源熱泵系統(tǒng)優(yōu)劣、成敗的關(guān)鍵在地源工程，可以說地源工程影響整個地源熱泵行業(yè)的發(fā)展。單體工程受資源條件、水文地理、施工條件、施工權(quán)限等限制，很難滿足這種要求。與此同時，施工的不規(guī)范及良莠不齊的工程質(zhì)量，進一步剝離了用戶對地源熱泵系統(tǒng)的信任，經(jīng)歷了2010年前后的高速發(fā)展之后，在政府頻繁出臺多項扶持、優(yōu)惠政策的背景下，市場表現(xiàn)反而謹慎、悲觀，逐漸萎縮，行業(yè)發(fā)展進入停滯期。

國內(nèi)外探索之路

劉定國認為，一個地區(qū)的原生態(tài)地熱能資源，是一個經(jīng)過漫長的氣候、地質(zhì)變遷，從天空到地表、從地表到地下孕育而成的穩(wěn)定和諧的能量場，它是一個有機的整體，是一個相互關(guān)聯(lián)、循環(huán)再生的系統(tǒng)，對它的開發(fā)利用必須秉承科學的態(tài)度，嚴格按照客觀規(guī)律科學開發(fā)、有序建設(shè)。

因此，面對單體工程開發(fā)模式對地源熱泵發(fā)展造成的困局，建立一個科學的、高效的、穩(wěn)定的、先進而實用的、可持續(xù)發(fā)展的地源熱泵系統(tǒng)，是擺在人們面前十分緊迫的任務(wù)。這也是國內(nèi)外專家學者、行業(yè)有識之士孜孜以求的探索之路。據(jù)劉定國介紹，目前已有至少三種較為典型的國內(nèi)外解決方案，其共同的探索路徑是摒棄單體工程模式，建立一個具有公共冷熱源的地源熱泵系統(tǒng)。

方案一是同濟大學龍惟定教授團隊的能源總線方案，它是建立一個總線結(jié)構(gòu)的淺層地熱能換熱系統(tǒng)，在區(qū)域內(nèi)統(tǒng)一采集地源水，直接向區(qū)域內(nèi)用戶的水源熱泵機組提供冷熱源，用戶不再進行地源工程施工。

方案二是一個歐盟發(fā)明專利，它是將污水處理廠收集的污水通過公共管網(wǎng)輸入到用戶的水源熱泵機組，作為區(qū)域內(nèi)水源熱泵機組的公共冷熱源。

方案三也是一個歐盟發(fā)明專利，它是將城市自來水管網(wǎng)中的一部分自來水輸入到用戶的水源熱泵機組，作為區(qū)域內(nèi)水源熱泵機組的公共冷熱源。

劉定國表示，這些方案的設(shè)計思路都是要摒棄單體工程模式，建立一個具有公共冷熱源的地源熱泵系統(tǒng)，國內(nèi)外專家團隊的探索為后來者開闊了思維，一定程度上為更具實操性、合理性的解決方案的提出奠定了基礎(chǔ)。

格瑞思的破局之道

在廣泛借鑒國內(nèi)外技術(shù)團隊經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，劉定國和他的團隊提出了基于城市再生水(中水)回用技術(shù)和地源熱泵技術(shù)整合集成的解決方案。該方案是在城市建立一個獨立的非飲用水管網(wǎng)，或在城市已有的再生水管網(wǎng)的基礎(chǔ)上，將地源熱泵技術(shù)整合上去，集成為一個新的管網(wǎng)——地源水·再生水管網(wǎng)。

劉定國表示，該系統(tǒng)在區(qū)域內(nèi)建設(shè)若干淺層地熱能換熱系統(tǒng)，采集地源水，將獲取的地源水與再生水廠生產(chǎn)的再生水整合一起，通過公共管網(wǎng)向區(qū)域內(nèi)的用戶集中供水。在技術(shù)路線上，按照先能源后水源的梯級利用原則，先向區(qū)域內(nèi)用戶的水源熱泵機組提供作為冷/熱源的源側(cè)水，制冷制熱和生產(chǎn)熱水，然后，將通過熱力循環(huán)提取能量后的出水，再用作傳統(tǒng)的非飲用水，從而實現(xiàn)一水兩用，一網(wǎng)兩用，實現(xiàn)了資源的科學整合和集成，實現(xiàn)了資源的梯級利用、循環(huán)利用以及高效利用。

談到為何將地源熱泵與再生水進行整合集成，劉定國認為主要是出于三方面的考慮：其一，再生水本來就是地源熱泵的冷熱源，它的主要技術(shù)參數(shù)——水質(zhì)和溫度與從其它形式淺層地熱能換熱系統(tǒng)采集的地源水完全一致，在技術(shù)上沒有整合障礙;其二，我國是水資源極度匱乏的國家，再生水是解決水資源短缺的有力途徑，能為城市提供一個數(shù)量巨大、成本較低、輸配方便的第二水源，而再生水的開發(fā)利用遭遇了再生水管網(wǎng)缺乏的瓶頸;其三，再生水中蘊含著能量，它是淺層地熱能的一種形式，是地源熱泵系統(tǒng)的優(yōu)質(zhì)冷熱源，現(xiàn)在的再生水回用只限于水資源的使用，用于非飲用水領(lǐng)域，將水中的能量白白扔掉了。

因此，地源熱泵系統(tǒng)與再生水系統(tǒng)的整合集成在實現(xiàn)資源整合、降低成本及產(chǎn)業(yè)整合上具有天然的一致性。管網(wǎng)中的傳輸介質(zhì)——源側(cè)水·再生水，既是區(qū)域內(nèi)非飲用水的水源，又是區(qū)域內(nèi)地源熱泵的冷/熱源，既是水資源，又是一種能源，該方案將兩種資源科學地整合集成，實現(xiàn)了資源的梯級利用與科學利用;在管道鋪設(shè)方面，兩網(wǎng)合一、一網(wǎng)兩用也大大降低了工程的投資成本及運行成本和管理成本。劉定國表示，該方案提出的地源熱泵·再生水產(chǎn)業(yè)是一個完全綠色的產(chǎn)業(yè)，可以為建設(shè)節(jié)水城市、低碳城市、生態(tài)城市提供有力的技術(shù)支撐和產(chǎn)業(yè)支撐，可創(chuàng)造巨大的節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保、生態(tài)、經(jīng)濟、社會效益。

劉定國認為，地源熱泵·再生水技術(shù)方案可以根據(jù)城市地理條件，淺層地熱能資源情況，城市的發(fā)展規(guī)劃，對管網(wǎng)的建設(shè)進行統(tǒng)一規(guī)劃，科學規(guī)劃，最大限度地、最充分地開發(fā)利用一個地區(qū)的淺層地熱能資源，并且還可以整合、集成區(qū)域內(nèi)其它可再生能源、未利用能源、傳統(tǒng)能源的余/廢熱。具有顯著的特點，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

第一，本方案整合、集成了區(qū)域內(nèi)多種形式的淺層地熱能資源，建立了一個公共的能量場，可以為區(qū)域內(nèi)任何一個用戶的水源熱泵機組提供冷/熱源，并且安裝使用十分便捷，無需復雜施工，可大大減少初期投資和后期管理費用;

第二，該方案集成了區(qū)域內(nèi)多種形式的地熱能資源，可以在一個廣大的區(qū)域內(nèi)，對各種地熱能資源進行統(tǒng)一調(diào)控與優(yōu)勢互補、優(yōu)化調(diào)配，從而實現(xiàn)能量的基本平衡和提供高品質(zhì)的冷/熱源;

第三，該方案建立的區(qū)域公共供水管網(wǎng)，是城市的基礎(chǔ)設(shè)施，在工程建設(shè)上，可以集中集中多方面的資金，嚴格工程管理，做到認真勘察，科學規(guī)劃，精心設(shè)計，規(guī)范施工，有序開發(fā)，工程質(zhì)量容易得到保障，并且可以讓地源系統(tǒng)的日常運行、維修可以得到專業(yè)化的管理，從而保證地源熱泵系統(tǒng)穩(wěn)定，長久，高效地運行;

第四，該方案打破了地源熱泵和中水回用兩個領(lǐng)域、兩個系統(tǒng)的界限，實現(xiàn)了跨技術(shù)領(lǐng)域，跨行業(yè)領(lǐng)域，跨工程領(lǐng)域的科學結(jié)合，將兩網(wǎng)合二為一，實現(xiàn)一水兩用，一網(wǎng)兩用。

值得一提的是，《區(qū)域地源熱泵系統(tǒng)源側(cè)水·中水公共供水管系網(wǎng)系統(tǒng)》目前已相繼獲得中國、美國、日本、歐盟發(fā)明專利授權(quán)，攻克了單體工程開發(fā)模式對地源熱泵發(fā)展的桎梏難題，成為劉定國及其技術(shù)團隊貢獻給行業(yè)的專業(yè)力量，贏得了業(yè)界的普遍認可。

察行業(yè)之勢，馭創(chuàng)變之鋒?；谙到y(tǒng)的認知思維與創(chuàng)新求變的企業(yè)基因，相信劉定國與格瑞思將在時代的浪潮中領(lǐng)航而行，以持續(xù)奔跑的姿態(tài)、海納百川的胸懷和專注蓬勃的力量，再創(chuàng)新的奇跡，為行業(yè)貢獻更多的思考與智慧。

(注：原文刊登于2019年11月《地源熱泵》，更多精彩內(nèi)容請閱讀《地源熱泵》雜志)