關于地源熱泵發(fā)展的運行機制管理模式和擴散模式的研究

張國東　武涌　劉長濱

哈爾濱工業(yè)大學，黑龍江哈爾濱150001 建設部科技司，北京l00835　北京建筑工程學院，北京l00044

引言

    隨著經(jīng)濟、社會發(fā)展和城市化進程加快，建筑能耗在整個社會終端能耗中所占比例越來越高，建筑節(jié)能問題已成為社會發(fā)展過程中不可忽視的重要問題之一。目前，我國建筑能耗約占社會終端能耗的20.7％。根據(jù)發(fā)達國家的經(jīng)驗，建筑能耗的比例將繼續(xù)增加，并最終達到35％左右。因此，建筑將超越工業(yè)、交通等其他行業(yè)而最終成為能耗的首位，建筑節(jié)能將成為提高社會能源使用效率的首要方面。要想在滿足社會發(fā)展和人民生活水平不斷提高的前提下，大幅度降低建筑能耗水平，實現(xiàn)城市建設的可持續(xù)發(fā)展，必須從“開源”和“節(jié)流”兩方面采取措施。其中，“開源”就是要促進可再生能源在建筑中的規(guī)模化應用。

    供暖與制冷所消耗的能量是建筑能耗的主要部分，約占60％左右。這部分能量所需的溫度范圍一般在20～25℃之間，屬于低品位的用能需求，但所需能量主要來自于化石燃料(煤、油、氣)的燃燒。而實際上燃燒礦物燃料通常可產生l500～1800℃的高溫，是高品位的熱能，不僅造成能源的不合理利用，且嚴重地污染環(huán)境。地源熱泵系統(tǒng)通過輸入少量的電能實現(xiàn)逆卡諾循環(huán)，可以從地表淺層(包括土壤、地下水、地表水以及排放的污水等)中采集低溫能量，用以滿足供暖(冷)的需求，同時實現(xiàn)供暖(冷)區(qū)域的零污染排放。這樣使得供給能量的品位與需求能量的品位相匹配，避免了高品位能量的降質使用，能源利用更加合理。目前，地源熱泵技術已很成熟，并在歐洲、北美地區(qū)得到廣泛應用。地源熱泵在我國的發(fā)展才剛剛起步，據(jù)統(tǒng)計至2004年年底，已推廣地源熱泵系統(tǒng)近l000萬m²，盡管如此，但仍然不到全國集中供熱面積的l％，產業(yè)規(guī)模和市場規(guī)模都很小，還有很廣闊的發(fā)展空間。

    然而，地源熱泵在建筑中的應用主要存在兩個問題：一是地源熱泵的應用存在正外部性，導致市場機制失靈，技術應用成本過高，如何使外部成本內部化，使得地源熱泵技術的應用成本降低，能夠被多數(shù)消費者接受是一個重要問題；二是地源熱泵的產業(yè)規(guī)模和市場規(guī)模都很小，這也影響到技術的發(fā)展和產品的廣泛應用，如何擴大地源熱泵的發(fā)展規(guī)模也是一個重要問題。

    盡管我國已經(jīng)頒布實施了《可再生能源法》，同時制定了一系列促進可再生能源發(fā)展的政策，但是相關可再生能源在建筑中的發(fā)展應用問題還需要做進一步的研究，應該根據(jù)具體的可再生能源應用種類做具體分析，著手解決主要問題，從而保障相關產業(yè)快速、健康的發(fā)展。

    為了有效解決地源熱泵在建筑中應用存在的成本高和市場規(guī)模小的問題，本文探討在運行機制和管理模式方面進行創(chuàng)新，制定新的政策體系。

1、運行機制研究

    機制是自然或社會系統(tǒng)的結構、功能和自然或社會現(xiàn)象的規(guī)律及其應用這些規(guī)律來實施相應調控的總稱。運行機制和相關政策是在市場經(jīng)濟條件下，政府通過實施宏觀調控、解決市場失靈問題的有效手段，是地源熱泵在建筑中規(guī)模化發(fā)展的有力保障。

    1.1發(fā)展可再生能源的國際經(jīng)驗

    長期以來，世界各國在可再生能源應用方面積累了很多經(jīng)驗，制定、實施了有效的政策措施，主要包括強制性政策和經(jīng)濟激勵政策。

    強制性政策主要指由政府制定的有關法律、法規(guī)和條例，政府批準的技術政策、法規(guī)、條例和其他一些具有指令性的規(guī)定。初始階段，國外建筑節(jié)能方面的立法更多的是針對政府本身，這也是為了樹立良好的政府形象，推動節(jié)能工作。具體體現(xiàn)在通過政策法規(guī)，要求各級政府和公共機構率先使用節(jié)能建筑、節(jié)能設備和節(jié)能辦公用品，隨后在全社會范圍推廣。如美國在1992年頒布的《能源政策法》中要求到2010年可再生能源供應量比l988年增加75％，而在最新修訂后的《美國能源政策法2005))中繼續(xù)強化了對可再生能源的開發(fā)利用；1997年，歐盟委員會在《共同體戰(zhàn)略與行動計劃白皮書》中針對可再生的能源制定了指導性的目標——到2010年，歐盟全部能源消耗中可再生能源的比例將達到l2％。

    經(jīng)濟激勵政策是由政府制定或批準執(zhí)行的各類經(jīng)濟刺激措施主要包括各種形式的補貼、價格優(yōu)惠、稅收減免、貼息或低息貸款等。具體案例如：1991～1996年間，瑞典政府向風能、太陽能和生物質能使用者提供經(jīng)費補貼，對使用風能的補貼金額更是達到了安裝成本的35％；荷蘭自1996年開始對消耗電能和天然氣征收“生態(tài)稅”，標準是每度電6歐分，用稅收收入為居民和建筑公司提供補貼資金，對可再生能源提供50％的平均補貼；美國很多州政府通過征收電價附加費或發(fā)電稅收建立公共利益基金扶持可再生能源產業(yè)的發(fā)展，PBF基金占電力零售額稅收的1％～3％；類似的，巴西則通過征收電力附加費建立燃料消耗專項基金對可再生能源項目進行補貼。

    發(fā)達國家將強制性政策和經(jīng)濟激勵政策配合實施，充分發(fā)揮“組合拳”的作用，有效地促進了可再生能源的發(fā)展。

    1.2對我國地源熱泵運行機制的探索

    地源熱泵系統(tǒng)有別于其他可再生能源在建筑中的應用。作為一種新型空調系統(tǒng)，地源熱泵可以無污染地從天然能源中吸收低品位能量向建筑物供冷供暖，只用于減少建筑暖通空調系統(tǒng)對化石能源的消耗，并不產生額外的高品位能量，不會像水力、風力發(fā)電以及太陽能發(fā)電的應用那樣向電力系統(tǒng)供能，所以不存在諸如上網(wǎng)電價、綠色證書交易等問題。

    針對地源熱泵系統(tǒng)的特點，本文有針對性地提出應建立促進地源熱泵發(fā)展的運行機制，主要包括目標機制和補償機制。

    (1)目標機制

    為了有效促進地源熱泵系統(tǒng)的規(guī)模化發(fā)展，首先應明確其發(fā)展目標。目標機制就是要求相關政府管理部門對地源熱泵系統(tǒng)發(fā)展的總量或者其在能源消費結構中所占的比例做出明確的要求和規(guī)定。這一目標可以是絕對量目標，也可以是相對量目標，其目的是給市場一個明確的信號，用以引導形成一定規(guī)模的市場需求。

    在國家的節(jié)能中長期規(guī)劃及“十一五”規(guī)劃中明確了節(jié)能工作的目標，要求到“十一五”期末，萬元國內生產總值(按2005年價格計算)能耗下降到0.98噸標準煤，比“十五”期末降低20％左右，平均年節(jié)能率為4.4％；國家十大節(jié)能工程中要求“十一五”期間建筑節(jié)能要達到l.01億噸標準煤。在國家發(fā)改委編制的我國2020年可再生能源發(fā)展規(guī)劃中，計劃到2010年，可再生能源總的供應量達到l億噸標準煤；到2020年，可再生能源總的供應量達到3億噸標準煤，約占一次能源消費總量的10％。這樣宏觀的總量目標需要分解、落實到各個部門的具體工作中。

    據(jù)預測，如果不采取有效的建筑節(jié)能措施，按照目前的建筑能耗狀況，到2020年我國建筑能耗將達到8.1億噸標準煤；而采取積極、有效的建筑節(jié)能措施，到2020年我國建筑能耗將達到4.1億噸標準煤，節(jié)約4億噸標準煤。按照可再生能源發(fā)展規(guī)劃，假設到2020年，可再生能源在建筑中應用的能源供應量也達到建筑總能耗的10％，即可再生能源供應量達到0.41億噸標準煤。由于可再生能源在建筑中的應用主要是太陽能系統(tǒng)和地源熱泵系統(tǒng)，根據(jù)二者目前的發(fā)展狀況，據(jù)測算，到2010年，地源熱泵系統(tǒng)的應用面積將達到5.4億m²，替代常規(guī)能源0.067億噸標準煤，年減排C020.157億噸；到2020年，地源熱泵系統(tǒng)的應用面積將達到l3.1億m²，替代常規(guī)能源0.164億噸標準煤，年減排C0：0.385億噸。

圖1 2006。2020年地源熱泵應用面積的發(fā)展趨勢

圖2 2006．2020年地源熱泵替代常規(guī)能源量的發(fā)展趨勢 

    表1 2006～2020年地源熱泵應用面積及替代常規(guī)能源的預測

    預計到2020年，我國新增城鎮(zhèn)民用建筑面積總  量將為150億m²。而只要在這個新增的建筑面積總量的l0％的面積中應用地源熱泵系統(tǒng)，就完全可以實現(xiàn)上述目標。發(fā)展目標的確定可以為擴大地源熱泵系統(tǒng)的市場規(guī)模起到重要的指導作用。

    (2)補償機制

    由于應用地源熱泵系統(tǒng)的單位建筑面積的增量成本約為200元/m²，按普通建筑平均建安成本為2000元/m：計算，增加工程造價在10％左右。而這部分增量成本具有正外部性，為社會產生了良好的環(huán)境效益，建設單位出于自身利益的考慮，不愿意承擔這部分成本，所以，有必要建立補償機制，使得增量成本由全社會共同承擔。

    國外針對可再生能源的補償機制主要是通過征收“化石能源稅”或電價附加費用等方式建立專項基金對可再生能源產業(yè)給予補貼。建立專項基金可以確保相關的激勵政策有明確的資金來源和穩(wěn)定的資金供應，可以保障政策的持續(xù)實施。而我國尚未建立專項基金對可再生能源給予補貼。

    考慮到地源熱泵系統(tǒng)只應用于建筑工程領域，所以可以建議國家和地方財政設立建筑節(jié)能專項資金用于支持建筑節(jié)能工作，作為地源熱泵等可再生能源在建筑中應用的補貼資金的來源；或者擴大現(xiàn)有的“新型墻體材料專項基金”的使用范圍，對使用地源熱泵的建設項目除了予以免征外，再進行一定比例的增量成本補貼。

    補償機制的建立是制定財政補貼、稅收優(yōu)惠等經(jīng)濟激勵政策的基礎，可以保障經(jīng)濟激勵政策持續(xù)發(fā)揮作用，從而減少一定比例的增量成本，促進地源熱泵市場規(guī)模的擴大。

2、管理模式研究

    2.1不同管理模式的比較分析

    世界各國節(jié)能的管理模式與國家的政治體制及文化傳統(tǒng)等因素密切相關，不盡相同。一般說來，市場經(jīng)濟國家大多采用市場機制為主，并輔以政府干預；少數(shù)國家則以政府干預為主，輔以市場機制。例如，澳大利亞聯(lián)邦政府“以鼓勵、引導和宣傳為主，配合強制性法規(guī)和政策，促進節(jié)能環(huán)保事業(yè)的發(fā)展”；而有著東方文化背景的日本，則形成了“限制性政策、鼓勵政策以及信息服務共同發(fā)揮作用”的管理模式。

    以市場機制為主的管理模式適用于市場經(jīng)濟發(fā)達、市場主體成熟、法律體系健全的國家。在此管理模式下，市場主體擁有較高的自主權，只要相關法規(guī)、政策制定的合理、規(guī)范，人們就會主動執(zhí)行節(jié)能政策而無須嚴加監(jiān)管，政府行政指令的實施成本可大大減少。

    相比而言，以政府干預為主的管理模式要用較高的成本支出進行全面的管理和監(jiān)督。但是，由于節(jié)能管理機構體現(xiàn)了國家意志和權威，相關法律規(guī)章和行政指令具有強制性，因而可以在相對較短的時間內保障節(jié)能政策的有效實施，這樣，在經(jīng)濟手段的配合下，通過調動相關利益主體的積極性，同樣可以保障國家節(jié)能戰(zhàn)略和目標的實現(xiàn)。

    所以，政府引導和市場機制在節(jié)能管理中都發(fā)揮著不可或缺的作用，需要依據(jù)具體情況進行合理搭配。

    2.2促進地源熱泵發(fā)展的管理模式探索

    我國的社會主義市場經(jīng)濟制度還需要進一步完善，而可再生能源產業(yè)又是一個新興的幼稚產業(yè)，具有戰(zhàn)略性、長期性、高風險、低收益的特點，難以有效地吸引投資。

    在國家明確了“十一五”期間節(jié)能工作的目標之后，2006年上半年的社會終端能耗水平依然沒有得到有效控制，政府實現(xiàn)全年的節(jié)能工作目標面臨嚴峻的挑戰(zhàn)。在此情況下，政府管理職能需要進一步發(fā)揮引導作用。因此，要根據(jù)地源熱泵發(fā)展的不同階段實施有針對性的管理模式。

    地源熱泵產業(yè)在發(fā)展初期需要政府給予積極的引導和干預，實施一種以政府引導為主、市場機制配合的管理模式。

    中央建設行政管理部門進行直接干預和引導，制定、實施國家級行動計劃，通過供給、需求的良性互動培育產業(yè)發(fā)展環(huán)境，依靠科技創(chuàng)新形成地源熱泵技術的國家標準及技術應用細則，提高地源熱泵產業(yè)的整體水平。要建立和完善城市級示范管理實施辦法、可再生能源設備及產品運行維護的管理制度、能效標識和可再生能源建筑應用設備產品認證制度等一系列管理制度和辦法，建立健全相關的評估機制和檢測機構，培育和規(guī)范能源服務市場。

    在地源熱泵產業(yè)逐漸成熟后，管理模式也應進行相應的調整。在地源熱泵產業(yè)具有較大的市場規(guī)模的情況下，政府引導作用要逐步讓位于市場機制，那時，市場機制能夠更好地發(fā)揮作用、配制資源，地源熱泵產業(yè)也可以與其他能源產業(yè)充分競爭、積極發(fā)展。與管理模式相對應，建設行政管理部門還需轉變政府管理職能，完善監(jiān)管制度，加強專業(yè)化管理水平，提高政策的執(zhí)行力。

    需要增加節(jié)能管理方面的公共財政預算，進一步完善機構設置和人員配備，在事前、事中、事后管理環(huán)節(jié)加強監(jiān)管。在項目立項、審批階段應增加能效標準作為準人條件，強調節(jié)能政策的導向性，提高可再生能源利用水平；在事中管理環(huán)節(jié)加強監(jiān)督、檢查的力度，加強竣工驗收環(huán)節(jié)的能效質量控制；在事后管理環(huán)節(jié)健全能效審計制度，加強違規(guī)處罰的力度。

    2.3促進地源熱泵發(fā)展的擴散模式探索

    擴散活動主要集中在地源熱泵的發(fā)展初期。

    目前，我國地源熱泵發(fā)展的推廣擴散工作缺乏四個要素：一是基礎資料，即可利用的資源分布的基礎資料；二是成功案例，即可借鑒的區(qū)域大規(guī)模地源熱泵應用的成功案例；三是支撐體系，即相關的標準和技術支撐體系，政府引導、市場機制推進的工作機制和模式；四是規(guī)模需求，即能夠帶動產業(yè)化發(fā)展的規(guī)模需求。

    為此，提出以城市級示范為基礎，努力創(chuàng)建具有中國特色的推廣擴散模式：

    (1)統(tǒng)一部署、分類指導。中央制定地源熱泵建筑應用的城市級示范實施方案，并提出具體要求；各地依據(jù)氣候、資源、經(jīng)濟的特點，制定不同內容和形式的示范方案，并在此過程中積累基礎資料。

    (2)因地制宜、以點帶面。選擇有代表性的城市小區(qū)和公共建筑進行地源熱泵在建筑中規(guī)模化應用的示范，重點實施技術先進適用、運行穩(wěn)定可靠、經(jīng)濟合理、推廣價值大的項目，由此產生成功的案例。

    (3)城市示范、同步推進。以城市示范作為平臺，形成相關的技術標準、配套的政策法規(guī)、建筑應用的集成技術以及政府引導、市場機制推進的工作機制和模式，構建產業(yè)發(fā)展的支撐體系。

    (4)規(guī)模應用、需求帶動。國家通過資金扶持、政策引導和提供技術咨詢，促進地源熱泵相關技術產品在建筑的規(guī)模化應用，從需求端帶動相關產業(yè)的產業(yè)化發(fā)展。

    (5)有利擴散、方便推廣。一是總結城市級示范、專項示范工程以及各地推進工作的經(jīng)驗，形成政策、經(jīng)濟、標準、技術及產品的相關文件，在全國推廣地源熱泵在建筑中規(guī)模化應用的成果；二是國家頒布相關政策、法律法規(guī)及技術標準；三是國家及地方共同完成技術產品推廣與宣傳、標準宣貫和培訓工作。

    通過以上切實有效的推廣擴散活動可以擴大城市  級示范活動的影響和效果，進一步促進地源熱泵的發(fā)展。

    不同的熱泵技術可依據(jù)氣候、資源以及能源消費特點確定示范項目，實施示范工程。以采暖為主的北方嚴寒地區(qū)，可通過太陽能系統(tǒng)或者鍋爐等輔助設施進行地源熱泵供暖；寒冷地區(qū)以采暖為主，同時也需空調，并且該氣候區(qū)的地質條件較好，適宜土壤源熱泵系統(tǒng)的應用；長江中下游地區(qū)江河湖泊眾多，氣候呈現(xiàn)夏熱冬冷的特點，供暖和供冷負荷大致相等，最適宜水源熱泵系統(tǒng)的應用；在以供冷為主要目標的南方地區(qū)或熱負荷大的商業(yè)建筑，可以通過設置冷卻塔輔助淺層地源熱泵供冷；我國大陸海岸線長度達18000公里，地域寬廣，沿海地區(qū)工業(yè)化水平高，經(jīng)濟發(fā)達，較適宜采用海水熱泵技術；另外，還可以在  既有建筑的節(jié)能改造中考慮地源熱泵系統(tǒng)的應用。

    示范項目可以參考很多國家實施國家級行動計劃的經(jīng)驗。如美國實施“百萬太陽能屋頂計劃。英國實施《非礦物燃料義務條例》、《可再生能源義務法令和相關的支持計劃。日本實施“萬戶屋頂”計劃以及“新陽光計劃”等措施都極大地促進了相關再生能源的規(guī)模化發(fā)展。

3、結  論

    按照“十一五”規(guī)劃和節(jié)能中長期規(guī)劃的戰(zhàn)略要求，建筑節(jié)能工作已經(jīng)得到了從中央到地方的高度重視。但地源熱泵系統(tǒng)等可再生能源在建筑中的應用還剛剛起步，相關的經(jīng)濟激勵政策缺失。通過對其運行機制的研究，尤其是對目標機制和補償機制的分析可以為政府相關職能部門制定一系列激勖政策提供參考；通過對管理模式的研究，依據(jù)我國具體情況，探索在地源熱泵產業(yè)發(fā)展初期實行以政府引導為主、市場機制為輔的管理思路符合產業(yè)發(fā)展初期的需要：并努力探索與之相匹配的具有中國特色的城市級示范的擴散模式，推動地源熱泵的規(guī)模化發(fā)展。政府對地源熱泵產業(yè)的引導和扶持，有效解決地源熱泵系統(tǒng)在建筑中應用的成本高和市場規(guī)模小的問題，可以促進地源熱泵產業(yè)快速、健康發(fā)展，降低建筑能耗中化石能源的消耗。

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(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網(wǎng)絡：溫紅娟  劉紅娟  尹維維 編輯 文徑 審核)