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《中国地热》封面人物 | 陈焰华:绿色低碳追梦人

   2022-06-09 地热加1970
核心提示:在中国暖通空调和绿色低碳设计研究领域,陈焰华是一个绕不过去的存在
 


在中国暖通空调和绿色低碳设计研究领域,陈焰华是一个绕不过去的存在。在近40年的设计生涯中,他用勤勉和睿智向社会奉献了200多件大大小小的精心设计作品和大批研究成果。有人说,从这些类型众多、造型各异、功能多元的建筑设计作品里能够深刻认识一个人,这从陈焰华身上似乎得以印证。


对建筑工程设计和绿色低碳的执念之深,使这位儒雅的设计师兼学者带给人们的印象是博约相济、低调谦和,敏于行而讷于言。


作为国内领先的中信建筑设计研究总院有限公司总工程师,陈焰华的时间安排似乎不由得他自己做主。


忙,是一个永恒主题。但忙而不乱,忙得有条不紊、错落有致而卓有成效。


今年3月,由他担纲主编的近70万字的《中国地热能产业发展报告(2021)》正式出版发行。没过多久,2023年世界地热大会组委会第一次全体会议暨WGC2023倒计时一周年活动在京举行,会上中国技术监督情报协会地热产业工作委员会主任陈焰华荣膺世界地热大会组委会委员,并受聘为国家能源局能源行业地热能专业标准化技术委员会(NEA/TC29)委员兼副秘书长。


与此同时,中信设计70周年院庆活动也在紧锣密鼓地进行,作为享受国务院政府特殊津贴的资深设计前辈,陈焰华责无旁贷地受邀向当代新青年设计师们提出了诸多美好期许,令人敬仰和感佩:“矢志不渝,笃行不怠”,既是他人生理想与职业生涯的真实写照,也是他寄语勉励后来者奋进的人生箴言。信念力、行动力、学习力、沟通力“四力”之说,则生动诠释了一个深刻理念:暖通空调设计是竞争激烈的技术服务性行业,如逆水行舟,不进则退,须从小事做起,从当前做起,海绵吸水,点滴积累。而“逆境抗压、协同作战、锐意创新、终成大器”之语,则是对当代新青年设计师们职业素养和综合素质的默默期许。


设计是职业追求,更是生活本身。陈焰华对设计的热爱和执念由来已久,大约始于40多年前在美丽的湖南大学就读时期。1983年7月,不到20岁的陈焰华毕业于湖南大学供热通风与空调专业。暖通专业是湖大的品牌专业,与当时的清华大学、哈尔滨工业大学、同济大学、天津大学等7校齐名,俗称“暖通老八校”。岳麓山上“惟楚有材、于斯为盛”千年弦歌不绝,陈焰华在这里度过了充实而美好的四年锦瑟年华。


带着建设祖国的热情和满怀的期待,大学毕业后,陈焰华被分配到新中国最早成立的综合设计院机械工业部第一设计研究院,厚重的职业氛围和严格的职业训练让他系统学习了暖通空调设计的专业知识,为职业生涯的发展打下了坚实的基础。进入武汉市建筑设计院(中信建筑设计研究总院有限公司前身)后,城市建设的高潮为陈焰华提供了施展抱负和才华的更为广阔的天地。


图为贵阳北站项目


从武汉东湖宾馆、瑞通广场、销品茂商城、贵阳北站、乌鲁木齐奥体中心到湖北省图书馆新馆再到武汉火神山医院,陈焰华一路走来,先后主持完成了200余项国内外工程项目设计,不少成为了当地地标性建筑,成果可圈可点。如由他主创的武汉火神山医院应急项目获全国行业优秀勘察设计奖新冠肺炎应急救治设施设计奖一等奖,贵阳北站、中石油驻新疆乌鲁木齐企业联合生产指挥中心、武汉光谷国际网球中心网球馆空调系统获全国优秀工程勘察设计行业奖二等奖,武汉轩盛•鑫龙湾地源热泵空调系统获中国建筑学会优秀暖通空调工程设计奖一等奖。此外,有40多个项目荣获国内各类奖项。


图为国博全景图


正是在大量的工程设计实践中,陈焰华敏锐地发现和意识到,暖通空调专业设计水平的高低不仅会影响到建筑的综合使用功能,而且会影响到建筑物能源消耗的多少并且会对环境产生不可逆的影响,而能源和环境正是制约我国经济社会可持续发展的两大瓶颈。职业的敏感性和社会责任感驱使他开始关注制约暖通空调系统技术性能提高的共性关键技术问题,开始跨界关注建筑节能、绿色建筑和低碳发展问题。


从上世纪末开始他紧抓社会发展热点领域和专业前沿问题,他的视野从住宅建筑空调研究、高层建筑空调研究到文体建筑和商业建筑空调研究,旨在提高建筑通风空调系统的能源利用效率,降低建筑能源消耗。2000年率先在湖北地区进行地源热泵技术推广和工程示范应用,2007年开始关注并在湖北研究推广高效集成式制冷站、开展空调变流量系统稳定性及减少输送能耗的研究,并在实践中体悟和确立了“以最优秀的设计、最少的资源消耗、最合理的工程造价为业主创造最大的经济社会效益,满足国家可持续发展战略需要”的设计理念,这无疑是对他30多年设计实践经验的高度总结,也是为自己树立的更高的设计理想和职业目标。



2006年国家节能减排政策开始确立,建筑节能不断深化,绿色建筑评价标准正式实施,凭借着深厚的技术积累和与时俱进的刻苦钻研精神,陈焰华厚积薄发、如鱼得水,开始了视野更为广阔的绿色低碳建筑设计和科研追求。在地源热泵和地热能利用、空调变流量技术、高效和集成式能源站、能源规划和能源综合利用、建筑节能技术集成应用、绿色和低碳建筑技术应用等设计和研究方面开始了系统研究,形成了自己的鲜明特色和领先优势。2008年组建成立湖北省暨武汉土木建筑学会地源热泵专业委员会,2009年提供技术支撑助力武汉市、襄阳市成为全国首批可再生能源应用示范城市,主持和参与编制了国家、行业及地方建筑节能、绿色建筑、可再生能源应用的相关系列标准规范,主持编制了武汉市“十二五”~“十四五”绿色建筑和可再生能源建筑发展规划和湖北省、武汉市碳达峰碳中和行动方案。为湖北省和武汉市建筑节能、绿色建筑、可再生能源建筑应用工作提供了有效可靠的技术支撑,为湖北省和武汉市绿色低碳发展作出了积极贡献。


正是基于对绿色低碳发展的深刻认识和强烈的社会责任感与历史使命感,近十几年来陈焰华以满腔热情投入大量精力进行地源热泵和地热能技术的研究与应用推广,他不断挖掘地热能的技术特性和地热能在绿色低碳发展中的地位和作用,结合大量工程设计实践他敏锐地认识到地热能与建筑能源利用的天然适配性与高度契合性。通过地热能的规模化和清洁利用,既能有效减少建筑中化石能源的使用,减少建筑的直接碳排放,提高建筑的能源利用效率,又能够促进有规模有效益的地热能产业快速成长和高质量发展,提高和最终确立地热能在国家绿色低碳转型中的地位,发挥其在国家可持续发展和生态文明建设中不可替代的作用。


访谈中记者对陈总的认识逐渐立体和丰富起来,并深深地感佩陈总对理想信念的执着和浓烈的家国情怀,作为中国地源热泵行业技术推动人物、中国地热能产业工作委员会主任,陈焰华对地热能产业和人类社会未来的发展和思考中蕴含着丰盈的绿色哲理。他说:“生态不仅指涉人类与赖以生存的自然环境的关系,同时也包含人类的一切社会经济活动。生态危机是人类面临的紧迫问题,关乎全人类的生存与发展。理性的人类应当深怀敬畏,敬畏自然,敬畏生命,效法自然,善待自然,实现人与自然的和谐,人与社会的和谐。良好的生态环境,直接关乎人民群众的切身利益,是中华民族永续发展的根本大计。我们全体地热人应当视野开阔,胸怀远大,共同努力,锐意进取,创新发展,为提供健康、舒适而又富有效率的生态环境做出我们应有的贡献!” 


有梦想才会有矢志不渝的追求,有梦想才能有持续奋斗的动力,绿色低碳就是陈焰华的梦想,几十年来执着于梦想,陈焰华无疑是那个无怨无悔的绿色低碳追梦人。



对话


地热能产业正迈入全新“黄金发展期”

——访中国技术监督情报协会地热产业工作委员会主任陈焰华

文 | 《中国地热》记者 刘进 戴海雷


快速降低地热能开发利用成本是一场生死博弈


地热能产业在产业规模扩张到一定阶段后,将会进入一个稳定发展的时期,此时地热能基础理论研究、学科建设和人才培养、科技创新能力和技术水平、工程数量和建设规模、装备生产和建设能力、市场供求和社会认知都将快速成熟和稳定,地热能产业将进入高速发展和成熟期,在国民经济中的产业地位将真正确立,在碳达峰碳中和和生态文明建设的战略背景下完全有可能成为国家重要的支柱产业。


——陈焰华


《中国地热》:地热能是重要的清洁能源、可再生能源,您对当前我国地热能产业发展总的趋势如何评估?对于今后一个时期的产业走向,您的判断是什么?


陈焰华:地热能产业经过几十年的发展、技术积累和部分资源良好地区的工程示范应用,特别是“十三五”时期在节能减排国家战略和《地热能开发利用“十三五”规划》的引领下,逐步得到了社会各界的重视,形成了初步的产业规模,在社会各方的共同努力下,行业技术水平不断进步,工程实施经验不断完善,参与企业数量不断增加,装备配套能力不断提高。


(1) 工程实施规模逐步扩大,新的地热能利用形式和高效换热新技术不断涌现,新设备、新产品、新工艺门类众多;地热能产业在国民经济中的比重开始增大,企业数量增加,特别是众多国企和央企开始关注和进入地热能产业。


(2) 地热能产业涵盖了自然资源、地质、地矿、能源、建筑、规划、水务、环保、科技、装备制造、投资、金融等多个行业,与国民经济中其他产业的联系开始逐步加强,对其他产业的影响开始逐步扩大。


(3) 地热能产业属于典型的可再生能源利用行业,对节能环保、能源结构调整、能源技术革命和应对全球气候变化作用巨大,代表国家战略发展和产业结构转型的新方向。


(4) 地热能产业由点到面,形成了众多的产业形态和商业模式,快速融入到社会经济发展的各个层面,吸引了大量的行业从业人员,既影响到国家战略的落地实施,又影响到相关行业的发展和社会民生的各个层面。


但应该看到我国地热能产业还处于发展初期,国家对地热能的属性及其在节能减排战略中作用的认识还有待深化,地热能产业在国民经济发展体系中的地位还有待确立,因之国家对地热能产业的发展和支持政策是不完整和不充分的,中央和地方政府虽出台了一些财税政策,对加快浅层地热能开发利用及促进北方地区清洁供暖具有积极引导作用,但因为不是站在促进地热能整个产业发展的战略高度,难免就会出现政策不完善、措施不配套、执行不到位、落实不充分的问题。浅层地热能应用前景广阔,节能减排效益显著,但项目实施的程序和涉及的实施主体更多,项目实施时间更长、技术要求更高、工程实施成本也相对较高,影响市场推广和接受程度,在缺乏相应的优惠政策与税收支持的情况下,特别是在南方地区,市场主体建设和运营的积极性普遍不高。中深层地热能利用处于发展和研究阶段,企业投资的政策和技术风险较大,商业模式创新还处于摸索和磨合阶段,且缺少政策依据和明确支持,更缺少经济激励,收益很难保证,明显滞后于其它类型可再生能源利用项目。中深层地埋管换热系统的钻井工艺及换热形式制约了其工程造价的降低,仅能单供热的特性又限制了其在夏热冬冷地区的广泛应用,建设单位和开发商的建设积极性普遍不高,迫切需要政府的有效引导和激励政策支持,以形成政府主导、市场推动、高效利用、协同发展的产业模式。地热能开发利用在资源勘查、立项评估、项目审批、勘察设计、工程实施、运行维护、能效评估及环境监测等过程中涉及到发改、自然资源、规划、住房和城乡建设、水务、环境保护等众多政府管理和监督部门,目前还缺乏明确的协调、分工,还未建立起有效的工作联动机制。涉及到地热能的财税政策因为不是站在促进地热能产业整体发展的战略高度制定的,因此缺乏系统性和完整性,针对性不够,标准不统一,普遍存在导向性不明确、优惠力度不够、补贴模式不科学等问题。目前大多采用的是事前和生产环节补贴模式,直接补贴居多,缺乏市场化的手段,而且补贴发放不及时、不到位,领取周期过长。大部分省市没有出台长期连续性的鼓励地热能开发的财政支持、税收减免、奖励补贴、优惠电价等相关支持政策。


图为琴台美术馆项目


可喜的是,随着碳达峰碳中和国家战略的明确,地热能的重要性和在双碳战略中的地位得到了快速提升,目前,地热能作为五大非碳基能源之一,已被纳入到“中国碳中和框架路线图研究”。大力开发和利用地热能,可减少化石能源的使用,减少温室气体排放,改善生态环境,是实现能源领域高质量发展、满足人民美好生活需要的重要途径,有利于构建清洁低碳、安全高效的能源体系,使其在能源生产和消费革命中发挥更加重要的作用,特别是对深入贯彻习近平生态文明思想,落实碳达峰、碳中和战略目标具有重要的现实意义和深远的历史意义。


国家发展改革委等八部门于2021年9月10日发布的《关于促进地热能开发利用的若干意见》(国能发新能规〔2021〕43号),明确了地热能发展的指导思想:“为推动地热能开发利用的持续高质量发展,使其在能源生产和消费革命中发挥更加重要的作用……坚持统一规划、因地制宜、有序开发、清洁高效、节水环保、鼓励创新的原则,稳妥推进地热能资源勘查和项目建设,规范和简化管理流程,完善信息统计和监测体系,保障地热能开发利用高质量发展。”制定了明确的发展目标:“到2025年,各地基本建立起完善规范的地热能开发利用管理流程,全国地热能开发利用信息统计和监测体系基本完善,地热能供暖(制冷)面积比2020年增加50%,在资源条件好的地区建设一批地热能发电示范项目,全国地热能发电装机容量比2020年翻一番;到2035年,地热能供暖(制冷)面积及地热能发电装机容量力争比2025年翻一番。”


一系列国家政策的密集出台完善了地热能开发利用的顶层设计,为地热能的科学发展指明了前进方向,必将进一步指导和规范“十四五”期间我国地热能的开发利用和管理,促进地热能开发利用走上高质量和可持续发展的快车道。我国地热资源丰富,产业基础初具规模,市场空间广阔,发展趋势良好,是极具发展潜力的朝阳产业。环境效益方面,地热能产业规模化发展将对中国能源结构调整、防治环境污染具有十分重要的意义;经济效益方面,地热能产业规模化发展将为中国经济增长及经济结构转型升级贡献新动能;社会效益方面,地热能高质量发展将带动基础研究、地质勘查、资源评价、装备制造、城乡建设、现代农业、休闲旅游等上下游产业的全面发展,促进就业不断增加。地热能产业在产业规模扩张到一定阶段后,将会进入一个稳定发展的时期,此时地热能基础理论研究、学科建设和人才培养、科技创新能力和技术水平、工程数量和建设规模、装备生产和建设能力、市场供求和社会认知都将快速成熟和稳定,地热能产业将进入高速发展和成熟期,在国民经济中的产业地位将真正确立,在碳达峰碳中和和生态文明建设的战略背景下完全有可能成为国家重要的支柱产业,让我们为这一宏伟目标的实现作出全行业的不懈努力,让地热能高质量可持续发展为中国的绿色低碳发展和生态文明建设作出积极的独特贡献!


《中国地热》:2020年9月,国家首次提出“碳达峰碳中和”战略目标,这对地热能的开发推广应用带来哪些机遇和挑战?地热能在国家未来能源转型上有什么特殊意义?


陈焰华:2020年9月22日,习近平总书记在第七十五届联合国大会一般性辩论上郑重宣布:“中国将提高国家自主贡献力度,采取更加有力的政策和措施,二氧化碳排放力争2030年前达到峰值,努力争取2060年前实现碳中和”。2022年1月24日在中共中央政治局第三十六次集体学习时再次强调,“我国已进入新发展阶段,推进‘双碳’工作是破解资源环境约束突出问题、实现可持续发展的迫切需要,是顺应技术进步趋势、推动经济结构转型升级的迫切需要,是满足人民群众日益增长的优美生态环境需求、促进人与自然和谐共生的迫切需要,是主动担当大国责任、推动构建人类命运共同体的迫切需要”。“要把‘双碳’工作纳入生态文明建设整体布局和经济社会发展全局,坚持降碳、减污、扩绿、增长协同推进。”


站在积极践行“碳达峰碳中和”国家战略的高度来看地热能产业的发展,地热能产业在“双碳”战略中的地位和作用,我们需要努力的方向与目标或许就会更加明确,“双碳”战略给地热能行业带来的前所未有的机遇和挑战或许也会更加清晰,习总书记指出的我国进入新发展阶段的四个迫切需要就是我们今后的发展方向。




首先,明确了地热能在我国能源革命中的战略地位。地热能是蕴藏在地球内部的热能,是一种绿色低碳、清洁环保、安全优质的可再生能源,具有资源丰富、分布广泛、供能持续稳定、可高效梯级利用和再生循环等特点,在节能减排、应对全球气候变化、防治雾霾中有着重要的作用。要推动我国的能源革命,就要坚决控制化石能源消费,要把促进新能源和清洁能源发展放在更加突出的位置,要加快发展有规模有效益的风能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能、氢能等新能源。地热能在利用过程中,主要是通过蒸汽和热水等“载热体”把地下的热能带到地面上来,除地热发电外,在建筑供冷供热、温室农业和温泉旅游等方面均可得到广泛利用,基本上不消耗或少消耗化石能源。羊易地热电站2021年平均利用小时达8125小时,利用系数高达92.75%;而2020年全国发电设备平均利用小时仅为3758小时,并网风电设备利用小时为2073小时,太阳能发电设备利用小时为1281小时;可见地热发电的利用系数远远高于其他发电方式。地热供热和地源热泵系统的一次能源利用效率均远高于化石能源供热。


地热能作为一种清洁的可再生能源,在使用过程中只是利用热能或将热能转变为机械能,最大程度地降低了温室气体的产生。浅层地热能的利用,能够满足建筑物大部分的供冷供热需求,完全可以替代化石能源的锅炉供热。从能源利用角度来说,太阳能、风能是可再生能源利用的主要类型,但太阳能发电、风电等替代的是电厂的燃煤,而地热能供热替代的是建筑供热锅炉的燃煤和取暖直燃的散煤,因此对减少碳排放和环境治理的意义更加重大。从污染物排放要求来说,燃煤供热锅炉依据GB13271—2014《锅炉大气污染物排放标准》,其二氧化硫、氮氧化物和粉尘排放限值分别为400、400、80mg/m³,而燃煤电厂锅炉执行GB13223—2011《火电厂大气污染物排放标准》,其二氧化硫、氮氧化物和粉尘排放限值分别为100、100、30mg/m³。供热锅炉的二氧化硫、氮氧化物和粉尘排放分别是电厂锅炉的4倍、4倍和2.5倍。据测算,1t散煤直接燃烧的污染物排放量是1t工业燃煤经集中减排后污染物排放量的十几倍。即使采用相对清洁的天然气供热,仍然有污染物的排放。由此可以看到,地热能在我国能源转型中的重要地位和推进其发展的重大现实意义,加快发展有规模有效益的地热能产业是破解我国资源环境约束突出问题、实现可持续发展的迫切需要,是地热能行业必须清醒意识到并共同推进其快速发展的伟大历史责任和崇高使命!


其次,为地热能产业高质量发展提供了良好契机。“碳达峰碳中和”国家战略是顺应技术进步趋势、推动经济结构转型升级的迫切需要,习近平总书记强调“减排不是减生产力,也不是不排放,而是要走生态优先、绿色低碳发展道路,在经济发展中促进绿色转型、在绿色转型中实现更大发展。”加快实施和推进地热能等清洁能源替代,优化能源结构,对于构建清洁低碳、安全高效的能源体系以及助力实现“双碳”目标具有重要的现实意义和深远的历史意义。地热能产业经过几十年的发展和积累,尤其是进入21世纪以来,我国地热能勘探、开发及利用技术持续创新,地热能装备水平不断提高,地热能产业体系初步形成。我国地热供暖增长迅速,地热直接利用总量位居世界第一。但是从整体上看,我国地热能产业还处于发展初期阶段,还远远不能满足我国清洁供暖不断增长的需求,特别是不能满足“双碳”目标下地热能在能源革命中的战略定位要求。


一方面,地热发电、深层地热开发、地热能梯级综合利用还存在技术瓶颈需要突破、利用方式和商业模式需要创新等一系列问题,地热能产业发展也还存在很多不充分、不平衡、不规范、不协调的政策、技术、经济和社会问题。另一方面,随着新一轮科技革命和产业变革深入发展,各领域各行业的数字化转型已经成为大势所趋,如何顺应这种技术进步趋势,加强地热能产业的数字基础设施建设,以数据为关键要素,协同推进地热能产业的产业数字化和数字产业化,推动互联网、大数据、人工智能、第五代移动通信(5G)等新兴技术与地热能产业深度融合,赋能地热能产业的转型升级,培育新产业新业态新模式,既为将地热能产业建设成绿色制造体系和服务体系提供了良好契机,也对地热能产业的转型升级和高质量发展提出了更高要求和更新目标。


再次是旺盛的供冷供热市场需求与优美生态环境需求尖锐矛盾的有机协调和有效解决。随着我国社会和经济的快速发展,人民群众对美好生活的向往日益提高,旺盛的供冷供热市场需求就是这种美好生活向往的具体体现。北方传统供暖区域是我国中低温地热资源发育最好的区域,经济性也优于其他主要的清洁供暖方式。特别是北方地区广大农村的清洁供暖问题还没有很好的解决,通过地热能替代燃煤供暖及弥补煤改电、煤改气的不足,对于我国北方实现清洁供暖、特别是缓解京津冀地区冬季大气污染问题具有重要作用。夏热冬冷地区夏季高温湿热,冬季低温湿冷,全年空气湿度较大,对夏季供冷冬季供热的需求也与日俱增,利用地源热泵和可利用的地热能可以满足冷暖联供,实现资源综合利用和实现清洁低碳供冷供热。实现碳达峰、碳中和目标是我国向国际社会做出的庄严承诺,也是满足人民群众日益增长的优美生态环境需求、促进人与自然和谐共生的迫切需要,地热能作为五大非碳基可再生能源之一,特别适合于为建筑供冷供热,替代和减少化石能源在建筑中的使用,是未来能源转型的新方向,是建筑能源低碳高效利用的必然选择,是完成非化石能源利用目标、建设清洁低碳社会、实现能源可持续发展的必然选择。应该说在碳达峰碳中和战略的引领下,我国地热能产业进入了一个全新的“黄金发展期”,这一伟大目标的实现理所当然为地热能行业带来了前所未有的机遇和挑战。


虽然我国地热能产业体系初步形成,但还处于发展的初期阶段,目前的发展还远远不能满足我国清洁供暖供冷不断增长的需求,发展上还存在不充分不协调的众多问题。特别是碳达峰、碳中和战略的实施,一方面对地热能产业提出了快速发展的要求,另一方面,满足人民群众日益增长的优美生态环境需求、促进人与自然和谐共生的迫切需要更是对地热能产业发展提出了更高的高质量发展要求,资源评价和有效利用、勘探技术进步和如何尽量减少对环境的影响、项目实施过程中如何实现清洁和低碳化、如何进一步提高资源使用的效率等等一系列问题都是需要我们通过技术创新、装备研发、系统集成、高效运行来解决的,有机协调和有效解决旺盛的供冷供热市场需求与优美生态环境需求的尖锐矛盾,既是地热能产业高质量发展的必由之路,又是地热能行业践行国家战略的历史担当。


最后也是地热能产业成熟和走向国际化的需要。实现碳达峰碳中和,既是贯彻新发展理念、构建新发展格局、推动高质量发展的内在要求,也是党中央统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策,是主动担当大国责任、推动构建人类命运共同体的迫切需要。根据世界能源署(IEA)预测,要实现全球碳中和的目标,化石能源(煤炭、石油、天然气)都必须被逐步减少使用,清洁能源则会在能源系统中占据越来越重要的地位。因而从这个意义上来看,气候议题本质是一场全球能源革命,这场革命涉及两个核心议题:一是传统化石能源何时淘汰,二是如何争夺新能源经济下的领先地位。随着太阳能、风能、电动汽车和其他低碳技术的蓬勃发展,全球正在出现新能源经济。新能源经济将朝着电气化、高效化、互联化和清洁化的方向快速发展,清洁能源关键技术的争夺也将成为未来全球的竞争着力点。政策支持和技术创新的良性循环,带动了新能源经济的崛起,而成本的降低则进一步推动其发展。清洁能源技术正成为投资和就业的一个重要新兴领域,也是一个国际合作与竞争日趋活跃的舞台。得益于成本的快速降低,包括太阳能光伏和风能在内的可再生能源大规模部署已经显著降低了电力部门的碳排放强度,电动汽车的普及也为交通运输行业的去碳化提供了技术路线。相对于太阳能和风能的间歇性和波动性,地热能是稳定可靠的可再生能源,并且与建筑能源需求(供冷供热)具有天然的契合性,如何通过政策支持和技术创新快速降低地热能开发和利用成本,扩大使用规模和应用场景,形成地热能综合开发和梯级高效利用的完整技术体系,既是全球地热能行业必须正视和倾力研究的关键问题,也是在全球新能源经济战略格局重塑中如何抢占一席之地的生死博弈。时不我待,任重道远!


首倡“四最”理念并深刻践行之


以最优秀的设计、最少的资源消耗、最合理的工程造价为业主创造最大的经济社会效益,满足国家可持续发展战略需要。


——陈焰华


《中国地热》:作为中信建筑设计研究总院总工程师,您长期从事建筑设计和绿色低碳研究工作,您认为我国建筑领域的碳减排路径是怎样的? 


陈焰华:2019年,我国建筑建造和运行相关二氧化碳排放占中国全社会总CO2排放量的比例约38%。伴随着建筑需求的不断增多,城市化程度不断提高,我国每年新增建筑面积约20亿平方米,建筑领域的碳排放量在未来十年内仍会持续攀升。若维持现有建筑节能政策与技术标准不变,碳达峰时间预计在2038年左右,碳排放峰值约将达到25.4亿吨,这将明显滞后全国碳排放总量达峰时间,无疑将对我国兑现“2030年碳达峰”的目标构成巨大挑战。


面对严峻的碳排放攀升形势,提升建筑能效水平,被动式技术降用能需求,主动式高效技术降能源消耗、电力替代、可再生能源应用的综合建筑节能技术措施将是加强建筑领域节能减碳力度的基本途径。


图为网安基地项目


(一)加强顶层设计,建立政策法规体系。加强顶层设计,在各地碳达峰、碳中和实施方案的指导下因地制宜制定各地建筑领域碳达峰、碳中和行动路线图,切实推进建筑领域绿色低碳发展。建立和完善政策法规体系,以有利于从法律的角度推进绿色建筑发展和可再生能源在建筑中的规模化利用。


(二)转变建设方式,加强城市系统性建设。一是转变城市更新建设方式。城市更新要顺应城市发展规律,以内涵集约、绿色低碳发展为路径,转变城市开发建设方式,防止大拆大建。二是优化城市布局。推动城市的组团发展,构建产城融合、职住平衡、高效有序、紧凑宜居的城市格局。三是全方位全过程推行绿色规划、绿色设计、绿色投资、绿色建设、绿色生产、绿色流通、绿色生活、绿色消费,建立健全绿色低碳循环发展的经济体系。


(三)提高建筑节能标准,提升建筑能效。一是着力提升新建建筑节能水平。倡导建筑绿色低碳设计理念,构建充分利用自然通风、天然采光、低品位能源的低能耗低碳建筑用能体系。二是提升设备产品使用效率。用能产品实行严格的能效等级准入制度,加快变配电、空调、照明、炊事等高效节能产品推广和应用。三是实施建筑高效清洁供冷供热工程。以低碳和清洁为前提,加大可再生能源利用,提高供冷供热系统效率和电气化率。四是全面强化建筑运行管理。加强建筑运行维护和管理,推进公共建筑能耗监测、统计、能源审计工作,建立能耗限额管理制度。


(四)全面推进绿色建筑提质增效。一是推动绿色建筑量质齐升。推进绿色建筑由单体建设向集中连片示范发展,开展绿色低碳社区、低碳园区、低碳机构、低碳校园创建,提高高星级绿色建筑建造比例。二是注重绿色建筑发展质量。加强绿色建筑运营管理,进一步提升绿色建筑质量。三是提升居住建筑绿色品质。大力推广全过程绿色装修,提升住宅绿色、健康性能设计要求,严格竣工验收管理,持续提升绿色建筑质量。


(五)可再生能源规模化应用和多元化发展。一是大力推进太阳能建筑应用。开展建筑光伏一体化行动,推动城镇既有公共建筑、工业厂房、居住建筑和农房屋顶、院落空地、农业设施加装太阳能光伏系统。二是全面推广太阳能光热建筑应用。居住建筑、宾馆、酒店、医院病房楼等存在热水需求的建筑,全面采用太阳能热水系统或太阳能与空气源热泵耦合的复合式热水系统。三是大力推进地热能规模化应用。因地制宜规模化推进浅层(中深层)地热能的建筑利用。四是推动太阳能、地热能、空气能、生物质能、余热等与传统能源相结合的综合利用。   


(六)稳步实施既有建筑节能和绿色改造。结合城市更新、历史建筑改造、公共建筑性能提升、城镇老旧小区改造,创新绿色改造模式和提升绿色改造技术,建立完善绿色改造市场机制,推进既有建筑节能和绿色改造。


(七)大力发展装配式建筑和绿色智能建造技术。一是全面推进装配式建筑、绿色建材和绿色建造技术,提高建筑垃圾资源化利用比例。二是大力发展工程总承包及全过程工程咨询,实现工程项目管理和技术集成,提高绿色建造的综合效益。三是充分利用数字化技术,实现建筑建造向数字化和智能建造转型。


(八)积极推进农村建筑节能和绿色建筑发展。积极推进农村建筑节能,开展绿色低碳特色村镇建设。优化农村建筑用能结构,推广分布式光伏、生物质能等清洁能源应用,将农村建筑节能和绿色建设纳入监管体系。


(九)积极探索和稳步推进建筑用能电气化。一是逐步提升建筑电气化率。建立以电力消费为主的建筑能源消费体系,引导居住建筑供暖、生活热水、炊事等向电气化发展;二是完善建筑电气化技术体系。探索建筑用电设备智能群控技术,合理调配用电负荷,推动高效直流电器与设备应用。


(十)强化技术和管理机制创新,建设支撑保障体系。建立建筑节能低碳创新技术体系,推动建筑领域纳入碳交易范围,构建建筑领域绿色金融体系,打造智能化绿色低碳服务监管体系,以保障建筑领域碳达峰碳中和目标的有效实现。


《中国地热》:近40年来您在工业和民用建筑暖通空调领域拥有大量的工程设计实践,特别是近年来致力于节能、环保、新能源、绿色建筑等新技术在建筑工程中的应用,并且在设计和研究方面形成了自己的鲜明特色和领先优势。请您介绍一下这方面的情况和体会。


陈焰华:近40年来,我在工业和民用建筑暖通空调的各个领域都得到了大量的工程设计实践,在医院、酒店、学校、文体建筑、交通建筑、博览建筑、工业建筑、城市综合体、办公楼、商住楼、高档住宅等类型的工程设计中都积累了丰富的设计经验。2004年获武汉市有突出贡献中青年专家称号,2008年享受国务院政府特殊津贴,2010年在“首届中国地源热泵行业评优活动”中荣膺“中国地源热泵行业技术推动人物”称号,2014年首批入选武汉市“黄鹤英才(城市建设)计划”。    


图为湖北省图书馆(新馆)外景


近十几年来,我积极响应国家“节能减排”和建设“资源节约型、环境友好型”社会的号召,致力于节能、环保、新能源、绿色低碳等新技术在建筑工程中的应用,在提高建筑暖通空调系统能源利用效率和可再生能源建筑应用方面作了大量工作,在高层建筑空调、商业建筑空调、会展和铁路客站建筑空调等方面进行了积极的研究和探索,在地源热泵和地热能利用、高效和集成能源站技术、能源规划和能源综合利用、建筑节能技术集成应用、绿色和低碳建筑技术应用等设计和研究方面形成了自己的特色和优势。上世纪末率先在湖北地区进行了地源热泵技术的工程应用,完成地源热泵工程设计项目近百项,不遗余力地引领和促进了地源热泵技术在湖北武汉地区的使用和发展,在示范工程设计和技术攻关、技术交流、技术推广等方面做了大量卓有成效的工作,通过示范工程设计积累使用经验带动地源热泵技术的工程应用,通过技术交流和技术推广促进地源热泵技术实施水平的提高和发展。在地源热泵技术发展和示范工程应用的基础上,促进和推动地源热泵技术在湖北武汉地区的规模化应用和产业化发展。


我先后主持完成了二十多项部、省、市级科研课题及200余项国内外工程项目设计,四十多个项目获得部、省、市级优秀工程设计奖。完成的科研课题《地源热泵节能环保中央空调技术和热回收技术》获首届全国绿色建筑创新奖(技术类)三等奖,《变流量系统稳定性及减少输送能耗的研究》获2008年武汉市科技进步二等奖、湖北省科技进步三等奖,《地源热泵中央空调系统能效与热物性监测技术》获2009年武汉市科技进步三等奖,《武汉地区地源热泵系统推广应用技术研究》获2010年武汉市科技进步二等奖、湖北省科技进步三等奖,JGJ 174-2010《多联机空调系统工程技术规程》获2013年华夏建设科学技术奖二等奖,《铁路客站采暖空调技术综合应用及关键技术研究》获2014年中国铁道学会铁道科技二等奖,《中央空调系统节能技术集成与工程示范》获2015年华夏建设科学技术奖三等奖,《基于能效提升的地源热泵系统共性复杂技术问题及管理体系研究》获2015年武汉市科技进步三等奖、2016年湖北省科技进步三等奖、2016年华夏建设科学技术奖三等奖。主编武汉市“十二五~十四五”、武汉城市圈可再生能源建筑应用和绿色建筑发展规划,湖北省、武汉市建筑领域碳达峰碳中和实施方案。在国家核心专业学术刊物和国家、省级学术会议上发表学术论文50余篇。参编国家和行业标准10项、主编1项,主编省市地方标准10项、参编15项。编著学术专著2部,主编学术专著4部,参编学术专著5部。获国家实用新型专利授权31项。


以上工作成绩的取得,得益于我在大型国有设计院长期的工作经历和大量的工程设计实践。只有在工程设计实践中才能发现影响高质量发展的关键技术问题并加以研究和解决,实践经验的总结和科研攻关取得的成果既可直接在工程设计中得到转化和应用,提高工程设计和实施质量,并且经过总结和系统化提升后,又可形成一套指导后续工程设计实践的标准规范,即为工程建设市场与建筑行业的规范发展建立技术标准。特别是面对竞争激烈的市场和专业技术的快速发展,作为国家大型建筑设计单位既有责任和义务在设计中执行和遵守国家及地方的设计规范和法律法规;更应积极引进和推广新技术、新设备和新材料,在设计过程中担负起提高整个行业技术水平与设计质量的重任。在促进技术进步和引导市场发展的过程中设计院应该起到良好的桥梁和纽带作用,以最优秀的设计、最少的资源消耗、最合理的工程造价来为业主和开发商创造最大的社会及经济效益,满足国家和社会可持续发展战略的要求。应积极主动地促进技术和市场的结合,以技术进步引导和规范市场发展,以市场发展促进技术进步和提高,在技术进步和市场发展的良性互动中达到合作共赢的良好局面。


《中国地热》:可再生能源建筑应用在建筑领域碳减排中将发挥重要作用,您认为地热能在建筑碳减排和供冷供热应用方面具备哪些优势?


陈焰华:地热能是蕴藏在地球内部的热能,是一种绿色低碳、清洁环保、安全优质的可再生能源,具有资源丰富、分布广泛、供能持续稳定、可高效梯级利用和再生循环等特点,通常分为浅层地热能、水热型等中深层地热能、深层地热能。大力开发利用地热能,可减少化石能源的使用,减少温室气体排放,改善生态环境,是实现能源领域高质量发展、满足人民美好生活需要的重要途径,有利于构建清洁低碳、安全高效的能源体系,使其在能源生产和消费革命中发挥更加重要的作用,特别是对深入贯彻习近平生态文明思想,落实碳达峰、碳中和战略目标具有重要的现实意义和深远的历史意义。

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图为火神山项目


随着人民生活水平提高和城市化进程的快速发展,城市建设水平和建设规模越来越大,建筑体量也越来越大,向大规模、多功能、复合型方面发展,建筑能源需求量大、种类多(如冷、热、热水、燃气、电力等),建筑运行能耗已占全社会总能耗的23%以上,而且要实现室内安全和舒适性的能源需求还在进一步增加。在当前普遍执行节能设计标准和低能耗节能设计标准的情形下,建筑无论是从供冷还是供热的需求来看,其所要求供应的能源品位都不高。


对于建筑供暖,连续运行工况下维持室内舒适温度所需要的供热量和热源供水温度都不会太高。采用散热器热水供暖系统时,热媒的供/回水温度原设计规范为95℃/70℃,随着围护结构性能的提升,GB50736—2012《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》将热媒的供/回水温度下调为75℃/50℃。采用空调末端系统供热时,供/回水温度仅为60℃/45℃。采用热水辐射供暖时,在舒适性增加的情况下,供水温度可以更低,热水温度在35~45℃即可。这与中低温地热资源或通过热泵技术可提供的热水温度完全吻合,也就是说利用中低温地热资源和各类热泵技术提供的热源与建筑供暖需求有着高度契合性和天然适配性,能够很好地满足建筑能源的供热需求特性。


对于建筑供冷,浅层地热能可通过地源热泵技术来实现广泛的建筑应用,基本不受地域限制,具有就地取材、全地域分布式的特点,科学合理利用能够很好地满足建筑供冷供热需求。夏季建筑物多余的热量转移到地下岩土体中,在为建筑物供冷的同时储存冬季供热的热量;冬季为建筑物供热时,同时降低了岩土体的温度,以备夏季更好地吸收建筑物转移的热量。地源热泵的这种技术特性很好地契合了很多地区既有供冷也有供热的需求,为浅层地热能的广泛应用提供了广阔的空间和前景。


因此可以说,地源热泵能够很好地满足建筑能源的需求和特性,既可供冷又可供热。地源热泵能将浅层地热能或自然能源提升或转化后满足建筑物的供热供冷需求。浅层地热能或自然能源在科学利用的前提下是可以再生的,因此可以说以地源热泵为代表的可再生能源利用是由建筑能源的特性所内含和规定了的。地源热泵的技术特性可以归纳如下:1)能回收和利用低位热能,充分利用浅层地热能或自然能源,减少化石能源使用,减少碳排放,保护环境;2)能够提高一次能源利用率;3)采用电力驱动的热泵机组,电力清洁方便,价格相对稳定,经济性好,适合于建筑能源就地应用和大面积推广。而且随着“双碳”目标的推进,电力的清洁化率会大幅度提高,碳排放因子会不断下降,采用地源热泵系统为建筑供热供冷会大量减少建筑的碳排放量。


当然应基于各地气候条件和建筑能源需求特性,统筹兼顾建筑的供冷供热,在满足供应需求的同时还应注重提高建筑能源的使用效率和经济性,充分发挥地源热泵的技术特性,实现浅层地热能的高效科学利用。


创新是地热企业生存发展的第一要务


深入研究企业的科技创新和产品研发可以发现,企业置身于残酷竞争的市场经济的第一线,其创新是企业生存和发展的第一要务,既是压力更是动力,其研究内容紧跟市场需求抓住制约产品和技术发展的难点与痛点,研究成果既满足了市场发展和技术进步的需要,又是国家科技创新能力不可或缺的重要组成部分。


——陈焰华


《中国地热》:科技创新正在成为引领地热产业生态圈良性发展的重要推手,您认为如何让企业真正成为技术创新主体?


陈焰华:我国社会进入新发展阶段后,加快实现科技自立自强,很重要的一点就是要增强企业的技术创新能力,这是整个国家创新体系里的重要一环,也是加快构建新发展格局、畅通国内国际双循环的一项重要任务。


深入研究企业的科技创新和产品研发可以发现,企业置身于残酷竞争的市场经济的第一线,其创新是企业生存和发展的第一要务,既是压力更是动力,其研究内容紧跟市场需求抓住制约产品和技术发展的难点与痛点,研究成果既满足了市场发展和技术进步的需要,又是国家科技创新能力不可或缺的重要组成部分。企业的研发主力是从事一线工作多年的科技工作者或高级技术工人,他们在激烈的市场竞争和实际工作中练就了敏锐的创新意识、广阔的视野与丰富的实践经验,几年甚至几十年如一日锲而不舍研究、探索某一方面的技术或某一项技能,不仅能在实际工程应用中取得很好的成效,而且能进一步在理论上进行总结和提升,推动整个行业的技术进步。


我国地源热泵产业的创新发展也证明了企业作为技术创新主体的重要作用,上世纪末地源热泵技术进入我国后,从基础理论、设计技术与方法到产品和装备基本都是国外产品一统天下的局面,从事地源热泵工程实施的企业只能称之为国外技术和装备产品的“安装队”。经过新世纪二十多年的发展,我国地源热泵产业获得了极大的发展和提升,形成了以国企和民企为主体的推动地源热泵产业发展的重要力量。目前,从事地源热泵技术研发、设计、施工、集成、监测、运维和产品与装备开发的企业达数千家、从业人员数万人,年实现产值几千亿元,众多的央企和产业基金也开始进入和关注地源热泵产业。包括地源热泵行业在内的地热产业正在快速发展和壮大,科技创新也在不断向前推进,基本形成了以国产技术和装备为主的地热产业生态圈。从技术发展与进步来看,从国产的基础理论研究、设计软件、计算方法、设计技术体系到高效换热技术与系统开发、单体工程规模、总体工程应用量,很多领域都已经达到国际领先水平。从产品与装备研发来看,地热开发利用的地质勘探、钻井、热泵机组、高效换热系统与换热管材、自动控制、智慧运维等关键装备、系统和产品日趋成熟,在勘探技术、钻井设备、高效换热系统的应用方面更是达到国际先进水平,国产设备和产品已占据国内大部分地热应用市场,并且在不断地快速发展。

图片

图为南宁东站项目


与这种巨大贡献不相适应的是,地热能行业企业在进行科技创新、产品和装备研发上很少能享受到国家的政策性支助和奖励,与“双碳”目标下地热能在能源革命中的重要战略定位是不相符的,应及时将地热能行业的科技创新纳入到国家科技创新的顶层和总体设计中。


近十几年来,我国企业技术创新主体地位虽然不断增强,但总体来看研发活动的投入依然不足,企业的基础研究更是少得可怜,中小企业这方面的问题更为突出。因此要加快建立以企业为主体、市场为导向、产学研深度融合的技术创新体系。如组建创新联合体,以更加开放的理念,搭建好平台,鼓励创新龙头企业敢于在创新前沿的无人区和高风险领域加强合作,进行探索。同时,通过创新平台的搭建,将大企业和中小企业有机结合起来,构建更加丰富的创新生态,集成高校、科研院所的科技成果,统筹行业上下游的创新资源,形成体系化、任务型的协同创新模式。创新联合体要以市场机制为纽带,产学研各方共同参与、共同投入、共享成果。在政策支持上,完善研发费用加计扣除、高新技术企业税收优惠、技术转让所得税优惠等政策,支持企业加大基础研究投入,推动高层次人才向企业集聚,让企业真正成为创新主体,更好释放科技创新潜力,不断增强经济发展内生动力和活力。同时应完善科技创新成果的后评价机制,即对已成功应用到工程实际中并具有推广价值的创新成果经过评定认证后给予一定比例的奖励,鼓励其进行技术的进一步深化、细化、系统化和理论提炼,促进地热能工程高质量建设和加快产品与装备更新换代的步伐。


《中国地热》:作为中国技术监督情报协会地热产业工作委主任,您怎样看待这个平台?下一步工作还有什么打算?


陈焰华:地热产业工作委员会的宗旨是遵守国家法律法规和方针政策,践行社会主义核心价值观,遵守社会道德风尚,推进地热产业的科学健康和高质量发展,为政府部门制定相关政策、法规、管理办法、监督管理体系及发展规划提出意见和建议;积极承担地热领域的相关国家标准、行业标准和团体标准的制修订、复审以及数字标准编制等工作,通过标准引领和规范地热产业可持续发展;承担地热领域内的新产品、新材料、新技术和新工艺等技术评审或技术鉴定;立足产业发展,促进地热产业链延伸和升级,搭建地热行业的信息公共服务平台,为行业提供研究、交流、合作等技术支撑服务;开展国内、国际技术交流与合作、咨询与培训服务、会展以及产品推介推广等活动;加强和推进地热产业行业自律和诚信体系建设。


一年多以来,地热产业工作委组织和开展了诸多活动,就打造地热能全产业链、地热产业培训、行业标准建设和行业资源共享、协同发展、合作共赢等工作组织召开了相关专题论坛、技术交流会和技术培训班,积极探索地热行业碳资产开发与交易的战略合作,通过相关渠道反映行业意见与诉求,组织开展了地热行业20强评选和地热行业推动人物评选,受国家地热能中心委托组织开展了我国地热能开发利用企业调研工作,积极参加2023年第七届世界地热大会相关筹备工作。地热产业工作委成员不断增加,影响力不断扩大,有力推动了地热能产业的发展。


地热产业工作委将严格按照协会章程和分支机构管理办法规范运作,将围绕科技创新引领和“质量兴国”战略,配合“提升供给质量”发展目标,积极服务地热行业企业、举办高层论坛、专业展会、行业评优、组织专业培训、打造行业沙龙等活动,在制约行业发展的关键共性技术问题研究、行业资源共享和合作协同、行业发展愿景与诉求、打通政府联系和沟通渠道等方面着手和发力,充分发挥联系、沟通和协调的职能,努力服务好广大会员企业,推动地热行业健康可持续发展。将继续加强协会在行业内的地位宣传,加强与国家地热能中心和相关科研设计机构的合作,深入了解和掌握地热能产业、技术发展的基本情况,积极探索开展我国地热装备产业技术体系、工程建设标准化体系及质量监管体系建设,为推动经济社会发展,提升供给质量、服务社会做出积极贡献,为地热能行业助力国家碳达峰碳中和战略的发展做出更大的积极贡献。


注:原文刊登于2022年5月刊《中国地热》杂志


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