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全國首個“近零碳排放區(qū)”建筑在京創(chuàng)建

2020年1~11月,北京市細顆粒物(PM2.5)累計濃度為39微克/立方米,同比下降7.1%,優(yōu)良天數(shù)達245天,同比增加30天。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,北京城市副中心PM2.5濃度同比降幅最大,達17.8%,生態(tài)環(huán)境質量大幅改善。這一成果,與城市副中心大力開發(fā)利用地熱“兩能”(淺層地熱能、深層地熱能),率先創(chuàng)建全國“近零碳排放區(qū)”示范工程有直接關系。

來到北京城市副中心行政辦公區(qū),人們能看到風格簡樸的建筑群,卻看不到地下蘊藏的“大乾坤”。這里沒有鍋爐房和煙囪,沒有中央空調巨大的室外機,能量都在地下悄然運轉。44公里長的管線,河道、綠地下1.1萬多組換熱孔與管線匯集交錯,兩座巨型區(qū)域能源站,這些共同組成了貫穿辦公區(qū)建筑群近240萬平方米的“綠色空調”,實現(xiàn)了辦公區(qū)使用可再生能源比重達40%的目標。

經(jīng)過北京市地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)院(原北京市地勘局)華清地熱集團的不懈努力,目前,城市副中心建成了全球范圍內單批次最大規(guī)模地熱“兩能”利用系統(tǒng),樹立了城市綠色運行模式的新標桿。

勘查先行摸清綠色能源資源家底

地熱“兩能”是可再生的綠色能源,具有本地化、儲量大、零排放、可持續(xù)的特點。創(chuàng)建“近零碳排放區(qū)”,地熱“兩能”資源夠不夠用?為了摸清家底,原北京市地勘局超前謀劃,主動發(fā)揮地質工作基礎性、先行性作用。

自20世紀80年代始,原北京市地勘局就開展了利用地熱資源進行城市供暖(冷)的積極探索,在地熱能資源的調查評價上形成了成熟的技術標準體系,在開發(fā)利用上形成了地熱“兩能”+調峰的復合式可再生能源利用系統(tǒng),建成多個能源消費就地化供應工程項目。

2006年,原北京市地勘局成功實施了用友軟件園大規(guī)模“地源熱泵為主的復合型地熱供暖、制冷”項目,將調峰技術、蓄能技術與地源熱泵技術充分耦合,實現(xiàn)了能源利用的多元化。獲得中國土木工程詹天佑獎的萬國城MOMA項目,實現(xiàn)了地源熱泵系統(tǒng)施工工藝新突破,開了節(jié)能省地的地源熱泵技術先河。2008年,該局首次將再生水熱泵冷熱源系統(tǒng)運用于奧運村建筑中,讓奧運村真正實現(xiàn)了制冷供暖零排放、無污染。此后,上海世博園、北京園博園、大興國際機場等一大批重點工程項目相繼用上了地熱“兩能”。

北京大力支持地熱“兩能”的探索實踐。為進一步擴大能源供應就地化的規(guī)模,2007年和2013年,原北京市地勘局先后開展了2輪淺層地熱能資源的調查評價及綜合利用規(guī)劃研究,初步查明了全市平原區(qū)6900平方公里的淺層地熱能資源賦存條件,評價了潛力,劃分了開發(fā)利用適宜性區(qū)域,編制了開發(fā)利用規(guī)劃。

2015年5月,原北京市地勘局全面展開了城市副中心規(guī)劃選址前期的“地質綜評”工作,在查明活動斷裂帶、地面沉降、水土污染等重大地質因素的同時,深入精準地勘查評價了該區(qū)域地熱“兩能”等資源稟賦情況,證實通州區(qū)“兩能”資源條件優(yōu)良,是埋管地源熱泵地質條件適宜區(qū)。經(jīng)科學計算,該區(qū)淺層地熱能資源可為7177萬平方米建筑供暖、制冷。

2015年該局華清地熱集團在城市副中心行政辦公區(qū)鉆探了8個實驗孔,對每個實驗孔進行了巖土熱響應試驗測試,確定了熱物性參數(shù)。2017年,華清地熱集團又在該辦公區(qū)成功鉆鑿了5眼優(yōu)質地熱井,出水量及出水溫度均超設計參數(shù),為城市副中心的深層地熱勘查利用提供了有力支撐。

打造“近零碳排放區(qū)”工程典范

2016年4月,北京市政府同意市地勘局提出的在城市副中心行政辦公區(qū)采用地熱“兩能”率先創(chuàng)建“近零碳排放區(qū)”示范工程。在各委辦局的大力支持下,該局確立了以一流的綠色標準,建設一流的示范工程,促進地熱“兩能”資源永續(xù)利用的目標;制定了多源耦合、技術復合(地源熱泵技術、蓄能技術、調峰技術、變頻技術)、地下地上聯(lián)動、核心設備定制等融為一體,建設“智能熱、冷供應系統(tǒng)”的技術路線。

北京城市副中心地熱“兩能”項目于2018年11月北京市級機關正式東遷前正式投用。至今,已為150萬平方米的建筑供暖、制冷和提供生活熱水。多項數(shù)據(jù)表明,副中心綠色運行效益明顯,已成為城市能源就地化供應的典范。

單批次規(guī)模世界最大

6平方公里內的行政辦公區(qū)總建筑面積約380萬平方米,都應用了以淺層地熱能為主、深層地熱能為輔、其他清潔能源為補充的能源供給方案,構建“1個智慧管理平臺+6座區(qū)域能源站”的能源供應保障體系,地熱“兩能”占設計熱負荷的60%,實際能源貢獻率接近系統(tǒng)的90%。地下管廊能源艙中布設的400~1000毫米管線總長達44公里。

“軟、硬件”世界一流

地熱“兩能”的開發(fā)利用和規(guī)劃建設涉及地質、暖通、設備、安裝、市政等多學科的交叉匹配,是一項極具挑戰(zhàn)性、高難度的系統(tǒng)性工作。例如,抗浮設計和施工,僅抗拔樁就有800多根。能源站中建有3萬立方米的蓄能水池,容量相當于16個標準游泳池。站內安裝的核心設備都是量身定制,單臺10兆瓦的熱泵機組共有5臺套,在此類項目單體能源站中規(guī)模最大。

運維模式世界首創(chuàng)

建立了地上、地下立體監(jiān)測、聯(lián)調的智慧控制系統(tǒng),地下監(jiān)測系統(tǒng)通過各種先進監(jiān)測技術和方法監(jiān)管著地下熱源的“峰谷變化”,即地溫場的動態(tài)變化情況,能源管控平臺根據(jù)地上、地下的大量云數(shù)據(jù)分析,自動調節(jié)系統(tǒng)運行,達到最高效節(jié)能的目標。智慧能源管控平臺+地熱“兩能”承載力監(jiān)控平臺=能源系統(tǒng)“最強大腦”,保障了一流的自動化控制。

綜合效益世界領先

綠色理念在經(jīng)濟、環(huán)境效益上得到充分體現(xiàn)。1號、2號能源站建成后預計每年可為副中心節(jié)約2.2萬噸標準煤,減少二氧化碳排放4.8萬噸。據(jù)項目工程師介紹,一棵生長40年的大樹平均每年可吸收450千克二氧化碳,副中心采用地熱“兩能”相當于多種植了10萬棵樹,可有效改善空氣質量。

為城市能源就地化供應提供有益借鑒

北京城市副中心項目以地源熱泵為主,博采眾長,多種能源優(yōu)勢互補、節(jié)能高效、安全穩(wěn)定,為城市能源就地化供應提供了有益借鑒。

專家評價,北京城市副中心對節(jié)能環(huán)保理念的倡導與傳播,對低碳經(jīng)濟發(fā)展模式的實踐有劃時代意義。促進經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉型,建設人與自然和諧共生的現(xiàn)代化是踐行新發(fā)展理念的生動實踐,在這一進程中,地源熱泵等可再生能源技術的發(fā)展和應用,將持續(xù)推動相關前沿技術發(fā)展,為城市能源植入“綠色干細胞”。

北京地熱利用歷史悠久,小湯山地熱溫泉水的利用更可追溯到1500多年前的南北朝時期。而今,北京地熱“兩能”資源稟賦潛力大、技術條件成熟可行。

目前已初步探明,北京深層地熱能在平原區(qū)深度3500米以內,井出水溫度大于50℃區(qū)域的面積約2760平方公里,形成10個相對獨立又有一定關聯(lián)的地熱田,儲存的地熱水量為180億立方米,可為約3億平方米建筑供暖。北京淺層地熱能僅平原區(qū)資源量可為約7.21億平方米建筑供暖。截至2018年底,全市共竣工地熱及熱泵項目超過1300個,總應用面積約5554萬平方米。但地熱“兩能”供暖面積僅占全市供暖總面積的6.9%,應用前景巨大。副中心的成功實踐,為北京推進能源消費就地化供應提供了寶貴經(jīng)驗。

創(chuàng)建“近零碳排放區(qū)”示范工程,是推動首都生態(tài)文明建設,實現(xiàn)經(jīng)濟發(fā)展質量效益明顯提升的有益嘗試,是推動副中心高質量發(fā)展,打造國際一流和諧宜居之都示范區(qū)的具體舉措。

在已有成功探索的基礎上,北京市地質礦產(chǎn)勘查開發(fā)院將持續(xù)探索推動綠色技術創(chuàng)新,打造一批具有國際先進水平的新能源和可再生能源示范區(qū),為群眾的美好生活提供更多優(yōu)質生態(tài)產(chǎn)品。