全国首个“近零碳排放区”在京创建


来源:北京规划自然资源   时间:2021-01-13 19:01:07


2020年1~11月,北京市细颗粒物(PM2.5)累计浓度为39微克/立方米,同比下降7.1%,优良天数达245天,同比增加30天。监测数据表明,北京城市副中心PM2.5浓度同比降幅最大,达17.8%,生态环境质量大幅改善。这一成果,与城市副中心大力开发利用地热“两能”(浅层地热能、深层地热能),率先创建全国“近零碳排放区”示范工程有直接关系。

来到北京城市副中心行政办公区,人们能看到风格简朴的建筑群,却看不到地下蕴藏的“大乾坤”。这里没有锅炉房和烟囱,没有中央空调巨大的室外机,能量都在地下悄然运转。44公里长的管线,河道、绿地下1.1万多组换热孔与管线汇集交错,两座巨型区域能源站,这些共同组成了贯穿办公区建筑群近240万平方米的“绿色空调”,实现了办公区使用可再生能源比重达40%的目标。

经过北京市地质矿产勘查开发院(原北京市地勘局)华清地热集团的不懈努力,目前,城市副中心建成了全球范围内单批次最大规模地热“两能”利用系统,树立了城市绿色运行模式的新标杆。

勘查先行摸清绿色能源资源家底

地热“两能”是可再生的绿色能源,具有本地化、储量大、零排放、可持续的特点。创建“近零碳排放区”,地热“两能”资源够不够用?为了摸清家底,原北京市地勘局超前谋划,主动发挥地质工作基础性、先行性作用。

自20世纪80年代始,原北京市地勘局就开展了利用地热资源进行城市供暖(冷)的积极探索,在地热能资源的调查评价上形成了成熟的技术标准体系,在开发利用上形成了地热“两能”+调峰的复合式可再生能源利用系统,建成多个能源消费就地化供应工程项目。

2006年,原北京市地勘局成功实施了用友软件园大规模“地源热泵为主的复合型地热供暖、制冷”项目,将调峰技术、蓄能技术与地源热泵技术充分耦合,实现了能源利用的多元化。获得中国土木工程詹天佑奖的万国城MOMA项目,实现了地源热泵系统施工工艺新突破,开了节能省地的地源热泵技术先河。2008年,该局首次将再生水热泵冷热源系统运用于奥运村建筑中,让奥运村真正实现了制冷供暖零排放、无污染。此后,上海世博园、北京园博园、大兴国际机场等一大批重点工程项目相继用上了地热“两能”。

北京大力支持地热“两能”的探索实践。为进一步扩大能源供应就地化的规模,2007年和2013年,原北京市地勘局先后开展了2轮浅层地热能资源的调查评价及综合利用规划研究,初步查明了全市平原区6900平方公里的浅层地热能资源赋存条件,评价了潜力,划分了开发利用适宜性区域,编制了开发利用规划。

2015年5月,原北京市地勘局全面展开了城市副中心规划选址前期的“地质综评”工作,在查明活动断裂带、地面沉降、水土污染等重大地质因素的同时,深入精准地勘查评价了该区域地热“两能”等资源禀赋情况,证实通州区“两能”资源条件优良,是埋管地源热泵地质条件适宜区。经科学计算,该区浅层地热能资源可为7177万平方米建筑供暖、制冷。

2015年该局华清地热集团在城市副中心行政办公区钻探了8个实验孔,对每个实验孔进行了岩土热响应试验测试,确定了热物性参数。2017年,华清地热集团又在该办公区成功钻凿了5眼优质地热井,出水量及出水温度均超设计参数,为城市副中心的深层地热勘查利用提供了有力支撑。

打造“近零碳排放区”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办公区采用地热“两能”率先创建“近零碳排放区”示范工程。在各委办局的大力支持下,该局确立了以一流的绿色标准,建设一流的示范工程,促进地热“两能”资源永续利用的目标;制定了多源耦合、技术复合(地源热泵技术、蓄能技术、调峰技术、变频技术)、地下地上联动、核心设备定制等融为一体,建设“智能热、冷供应系统”的技术路线。

北京城市副中心地热“两能”项目于2018年11月北京市级机关正式东迁前正式投用。至今,已为150万平方米的建筑供暖、制冷和提供生活热水。多项数据表明,副中心绿色运行效益明显,已成为城市能源就地化供应的典范。

单批次规模世界最大

6平方公里内的行政办公区总建筑面积约380万平方米,都应用了以浅层地热能为主、深层地热能为辅、其他清洁能源为补充的能源供给方案,构建“1个智慧管理平台+6座区域能源站”的能源供应保障体系,地热“两能”占设计热负荷的60%,实际能源贡献率接近系统的90%。地下管廊能源舱中布设的400~1000毫米管线总长达44公里。

“软、硬件”世界一流

地热“两能”的开发利用和规划建设涉及地质、暖通、设备、安装、市政等多学科的交叉匹配,是一项极具挑战性、高难度的系统性工作。例如,抗浮设计和施工,仅抗拔桩就有800多根。能源站中建有3万立方米的蓄能水池,容量相当于16个标准游泳池。站内安装的核心设备都是量身定制,单台10兆瓦的热泵机组共有5台套,在此类项目单体能源站中规模最大。

运维模式世界首创

建立了地上、地下立体监测、联调的智慧控制系统,地下监测系统通过各种先进监测技术和方法监管着地下热源的“峰谷变化”,即地温场的动态变化情况,能源管控平台根据地上、地下的大量云数据分析,自动调节系统运行,达到最高效节能的目标。智慧能源管控平台+地热“两能”承载力监控平台=能源系统“最强大脑”,保障了一流的自动化控制。

综合效益世界领先

绿色理念在经济、环境效益上得到充分体现。1号、2号能源站建成后预计每年可为副中心节约2.2万吨标准煤,减少二氧化碳排放4.8万吨。据项目工程师介绍,一棵生长40年的大树平均每年可吸收450千克二氧化碳,副中心采用地热“两能”相当于多种植了10万棵树,可有效改善空气质量。

为城市能源就地化供应提供有益借鉴

北京城市副中心项目以地源热泵为主,博采众长,多种能源优势互补、节能高效、安全稳定,为城市能源就地化供应提供了有益借鉴。

专家评价,北京城市副中心对节能环保理念的倡导与传播,对低碳经济发展模式的实践有划时代意义。促进经济社会发展全面绿色转型,建设人与自然和谐共生的现代化是践行新发展理念的生动实践,在这一进程中,地源热泵等可再生能源技术的发展和应用,将持续推动相关前沿技术发展,为城市能源植入“绿色干细胞”。

北京地热利用历史悠久,小汤山地热温泉水的利用更可追溯到1500多年前的南北朝时期。而今,北京地热“两能”资源禀赋潜力大、技术条件成熟可行。

目前已初步探明,北京深层地热能在平原区深度3500米以内,井出水温度大于50℃区域的面积约2760平方公里,形成10个相对独立又有一定关联的地热田,储存的地热水量为180亿立方米,可为约3亿平方米建筑供暖。北京浅层地热能仅平原区资源量可为约7.21亿平方米建筑供暖。截至2018年底,全市共竣工地热及热泵项目超过1300个,总应用面积约5554万平方米。但地热“两能”供暖面积仅占全市供暖总面积的6.9%,应用前景巨大。副中心的成功实践,为北京推进能源消费就地化供应提供了宝贵经验。

创建“近零碳排放区”示范工程,是推动首都生态文明建设,实现经济发展质量效益明显提升的有益尝试,是推动副中心高质量发展,打造国际一流和谐宜居之都示范区的具体举措。

在已有成功探索的基础上,北京市地质矿产勘查开发院将持续探索推动绿色技术创新,打造一批具有国际先进水平的新能源和可再生能源示范区,为群众的美好生活提供更多优质生态产品。

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