开采浅层地热能为拉萨供暖服务

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（1.西藏地质矿产勘查开发局；2.中国能源研究会地热专业委员会）

摘要：西藏自治区首府拉萨市的冬季供暖水平很低，有供暖设施的建筑不到10%。西藏缺乏常规的化石燃料煤炭、石油、天然气资源，传统以自然采光集热勉强过冬，普通居民以烧牛粪、柴薪取暖。利用浅层地热的地源热泵或水源热泵技术，完全有能力解决拉萨市全部建筑物的冬季供暖。

1 前言

拉萨是西藏自治区的首府，虽然年最低气温－16℃，但冬季供暖水平很低，具供暖设施的建筑不到10%。西藏缺乏常规的化石燃料煤炭、石油、天然气能源资源，生活水平较高的家庭现用电采暖，传统则以自然采光集热勉强过冬，普通居民多靠燃烧牛粪、柴薪取暖。曾考虑过利用羊八井地热发电的尾水输送至拉萨可用作建筑物的冬季采暖，但当前更简捷的方法是利用浅层地热，靠地源热泵或水源热泵技术完全有能力解决拉萨市全部建筑物的冬季供暖。

2 拉萨市冬季供暖现状

拉萨市总面积2.95万km2，人口约50万人；拉萨市区建成面积逾50km2，人口超过20万人。拉萨位于西藏高原中部，受喜马拉雅山脉北侧下沉气流影响，全年多晴朗天气，降雨稀少，冬无严寒，夏无酷暑，属高原季风半干旱气候。年最高气温 29℃，最低－16℃，年平均气温7.4℃，采暖设计室外温度－6℃，供暖期室外平均温度0.7℃，全年低于5℃者149天。这是设计标准的供暖天数。

拉萨是国务院首批公布的24个历史文化名城之一，布达拉宫已列入联合国教科文组织的《世界文化遗产名录》，虽作为祖国西南边陲的重要城市，但拉萨的经济还不够发达。拉萨市现有住宅面积279万m2，人均居住面积约10m2，另有公共建筑面积94万m2，原有建筑大多为单层和二层，少数为三层，新建的机关和企事业单位公共建筑以及商品房为多层建筑，很少有高层建筑。拉萨的城市供暖长期没有统一规划，过去基本没有冬季供暖设施，多数建筑以自然采光取暖为主，即传统的集热墙、集热窗、暖廊等形式，在白天靠采集阳光积聚一定热量，可维持室温10℃左右，勉强过冬；近年来拉萨一些新的公建开始配建供暖设施，有小型锅炉、空气热泵（空调机）和水源热泵，这部分建筑不到总建筑面积的10%；当地新建民居在生活水平较高的家庭采用多种形式的电采暖；大部分普通居民家庭在旧式房屋燃烧牛粪和柴薪取暖，不但人居质量低下，而且污染环境，影响景观，不利于城市的可持续发展。

3 热泵系统利用浅层地热能供暖

按国际能源利用分类，地源热泵属于可再生能源的地热能利用，也称为地热热泵。国内将利用抽水井和回灌井从水源提取热量的“开系统”地源热泵称之为水源热泵；将利用循环管线从土壤中提取热量的“闭系统”称之为（狭义的）地源热泵。拉萨市位于拉萨河北岸呈东西向长条形延伸，地貌上属于拉萨河冲积和洪积形成的阶地，这样的水文地质条件对于水源热泵或地源热泵都是适宜的，是对解决拉萨供暖的最佳选择。

3.1 热泵系统节能高效环保

近10余年来世界上地（水）源热泵的技术和应用都得到飞速的发展，1995～2000年世界地（水）源热泵应用每年累进增长9.6%，2000～2005年世界地（水）源热泵应用更每年累进增长30%。近几年来热泵系统在国内的发展也相当迅速。其原因有三。

（1）地（水）源热泵技术是可再生能源利用的一种新技术。地球上的石油、天然气、煤炭都属于化石燃料能源，终有一天它会耗尽，人类需要发现和应用新能源，特别是价格便宜的可再生能源。

（2）地（水）源热泵系统消耗1kW电能可以产生3～4kW的（热）能量，是任何其它能源利用技术都无法达到的高效率，因而其运行成本低廉。

（3）地（水）源热泵技术减少了原供暖锅炉的空气污染和废渣排放，也减轻了操作人员的劳动负担。

对于拉萨来说，这些优点全都成立，西藏缺乏常规能源，又打算建造可再生能源利用的示范，并保持良好的天然生态环境，因此利用少量电力发展地源热泵或水源热泵是完全可行的。从另一方面来说，是开发地（水）源热泵的利用具有资源保障。

3.2 浅层地热能资源保障

如果拉萨全市都用地（水）源热泵来解决供暖，对于391.1万m2现有建筑面积和60W/m2的供热指标，总计需要热负荷234.66MW。

按西藏水源热泵利用5℃温差考虑，对于水源热泵需要水井提供40354m3/h的总出水量。这不是难题，拉萨河阶地上单井出水量可达80m3/h，所以共计需要504 眼开采井，加上同样数量的回灌井，总计需要1008眼井。按拉萨市区现建成面积51km2摊算，井密度不足20井/km2；即使按市中心区14.15km2折算，则71 井/km2，相当于井距120m，对于在拉萨河阶地上松散层中取水，这样的密度是许可的，井与井之间不会产生明显干扰。

对于狭义的地源热泵，通常用5m×5m的网格状布置地温热交换孔，相当于25m2钻一个孔，钻孔深度200m。我们采集地温5℃温差，按土壤和岩石的热导率通常是2.1W/m·℃考虑，则一个钻孔中的U形管道可采集4kW的热量，按60W/m2的供热指标，它可以解决67m2的房屋供暖，相当于说每1m2的土地面积，安装地源热泵后可解决2.7m2的建筑供暖。按此计算，即使拉萨391.1万m2建筑全部采用闭系统地源热泵，也只需要实际占地1.5km2布置5m×5m的地温热交换孔，拉萨市中心区有14.15km2，完全能满足需要。

我们在这里采用的供暖热指标60W/m2是比较保守、可靠的，取采集5℃温差也是很容易做到的，总之，在这样的保险系数下，在拉萨市利用水源热泵或地源热泵的浅层地温资源都是有保障的。

4 热泵系统利用浅层地热能的经济分析

依靠热泵系统利用浅层地热能供暖的一次性投资略偏高，但其运行成本较低，因此在供暖方案选择中仍然是有竞争力的。

4.1 初投资估算

水源热泵的建设费用在北京、天津地区，供暖和制冷面积在1万m2以上者，可以摊低总费用至300元/m2；若面积太小则单位成本会增高。在西藏拉萨已经做了个别地源热泵工程，面积在1万m2左右，其单位成本为440元/m2。

按此计算，利用水源热泵解决拉萨全部391万m2的供暖，需要投资17.2亿元。一般来说，利用浅层地下水的水源热泵系统的造价相对较低，埋管利用土壤温度的地源热泵系统造价要相对高些。

4.2 运行成本对比

参照内地目前运行状况，热泵系统估算的年运行成本肯定比传统燃油、燃气锅炉便宜得多，甚至可以低于燃煤锅炉，因为燃煤锅炉所烧的全部煤燃料全部要长途运输进藏。西藏多种方式供暖运行成本的具体比较见表1。

表1 西藏多种方式供暖成本比较　单位：元/m2

5 建设西藏可再生能源示范样板

拉萨的冬季供暖可以利用拉萨城区就地的常温地下水或土壤、岩石中的低温热量，用水源热泵或地源热泵装置就能采集到足够的热量作为供暖所需。这种地热供暖的一次性投资成本与传统燃油燃气锅炉基本相当，但运行费用很低。

利用水源热泵或地源热泵解决拉萨供暖的重大意义还在于这是在西藏进行的可再生能源利用。可再生能源利用可以解决122万km2西藏（除交通车辆外）的能源需要，这将是世界上最大的可再生能源利用示范基地。拉萨有太阳城之称，但太阳能的优势主要在太阳灶和热水器等小型利用，虽已有试验利用储水罐将太阳能加热的水循环用于供暖，然而效率较低，成本较高。西藏的风能资源以藏西为佳，拉萨风能的品位和潜力在解决供暖问题上尚有欠缺。拉萨所在的藏中电网以水电为主，西藏水电的主要缺陷就是冬季河水流量骤减，不能满负荷发电，因此冬季电采暖依赖水电是勉为其难。由此综合比较，依靠水源热泵或地源热泵的浅层地热能利用可以说是解决拉萨冬季供暖的最佳选择。

参考文献

中国国际工程咨询公司，2005，拉萨城市供热研究。

中国能源研究会地热专业委员会，2006，西藏地热能开发利用咨询报告。