適配水資源稅政策下水源式地源熱泵取水回灌系統(tǒng)改造與計量監(jiān)測方案研究

摘要

全國水資源稅常態(tài)化征管落地之后，水源式地源熱泵面臨取水計量監(jiān)管嚴格、含水層回灌量不足產(chǎn)生高額稅費、地下水過量抽取引發(fā)地層沉降三大行業(yè)難題。傳統(tǒng)水源熱泵系統(tǒng)普遍采用粗放式取水方式，缺少高精度取水、回灌雙側(cè)計量設備，依靠自然壓差回灌極易出現(xiàn)含水層氣體堵塞、回灌量逐年衰減問題，不僅無法達到水利部門等量回灌的硬性監(jiān)管要求，水資源稅繳費成本居高不下，還會造成區(qū)域地下水水位持續(xù)性沉降，引發(fā)地質(zhì)安全隱患。本文結(jié)合各省市水利監(jiān)管平臺建設規(guī)范，針對在役水源式地源熱泵提出系統(tǒng)性改造方案：采用內(nèi)嵌式大口徑超聲流量計實現(xiàn)取水、回灌流量實時精準計量，設備數(shù)據(jù)對接水務局遠程監(jiān)管平臺；增設加壓強制回灌+含水層排氣裝置，破除氣體堵塞問題，實現(xiàn)取水與回灌動態(tài)等量平衡。改造后系統(tǒng)回灌率穩(wěn)定維持在99%以上，滿足水資源稅征管與地下水生態(tài)保護雙重要求，項目綜合水資源稅費成本下降35%。本文形成的標準化計量、回灌成套改造方案，可為全國存量水源式地源熱泵適配水資源監(jiān)管政策提供落地技術參考。

關鍵詞：水源式地源熱泵；水資源稅；等量回灌；超聲流量計量；含水層氣堵；水務遠程監(jiān)管平臺

引言

水源式地源熱泵以地下水作為換熱介質(zhì)，具備換熱效率高、前期埋管土建工程量小的特點，廣泛應用于工商業(yè)園區(qū)、大型商業(yè)綜合體項目。在水資源稅實施之前，多數(shù)水源熱泵僅粗略統(tǒng)計取水量，回灌依靠井內(nèi)動水位與地層靜水位的自然壓差被動回灌，水利監(jiān)管力度較弱。水資源稅改革之后，各地水務局明確要求：地下水取水必須精準計量、取水水量與回灌水量基本持平，嚴禁長期超采地下水；取水計量數(shù)據(jù)需要實時接入水務監(jiān)管云平臺，對于回灌不達標、計量設備缺失的項目，會執(zhí)行高額階梯式水資源稅，甚至勒令項目關停整改。

自然壓差回灌存在固有缺陷：含水層內(nèi)部極易聚集空氣形成氣堵層，阻礙地下水滲入回灌井，回灌量逐年衰減；淺層含水層滲透系數(shù)較低時，自然壓差不足以克服地層滲流阻力，無法實現(xiàn)等量回灌。同時傳統(tǒng)機械式流量計精度差、故障率高，無法滿足水務部門遠程在線計量監(jiān)管的硬性要求?，F(xiàn)階段行業(yè)內(nèi)缺少一套兼顧高精度計量、強制回灌破堵、平臺聯(lián)網(wǎng)的成套改造方案，大量存量水源熱泵面臨合規(guī)性風險。本文針對以上痛點開展系統(tǒng)改造研究，形成標準化改造方案。

1 原有水源熱泵系統(tǒng)現(xiàn)存合規(guī)與技術問題

選取華北某商業(yè)綜合體水源式地源熱泵作為改造研究對象，原有系統(tǒng)配備機械式水表計量取水，回灌依靠井內(nèi)自然壓差，無回灌流量監(jiān)測設備，未接入水務監(jiān)管平臺。連續(xù)6個月運行監(jiān)測發(fā)現(xiàn)三大問題：一是取水計量精度低，機械式水表受水流雜質(zhì)干擾，計量誤差超過12%，無法作為水資源稅繳費依據(jù)；二是回灌量持續(xù)衰減，含水層氣體堆積形成氣堵，平均回灌率僅76%，每年超采大量地下水，面臨高額階梯水資源稅；三是無在線監(jiān)測功能，水務部門需要人員現(xiàn)場抄表，不符合遠程數(shù)字化監(jiān)管政策要求，存在關停整改風險；長期地下水超采已經(jīng)造成區(qū)域地下水位小幅下降，存在地面沉降潛在隱患。

2 成套改造技術方案設計

本次改造分為兩大核心模塊：雙側(cè)高精度在線計量系統(tǒng)改造、加壓強制回灌+排氣系統(tǒng)改造。

2.1 內(nèi)嵌式超聲流量計雙側(cè)計量+水務平臺對接

拆除原有機械式取水水表，在取水主管、回灌主管分別加裝內(nèi)嵌式大口徑超聲流量計，流量計具備4G物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸功能，能夠?qū)崟r采集瞬時流量、累計取水量、累計回灌水量。流量計數(shù)據(jù)按照水務局通信協(xié)議，全天候接入地方水務水資源遠程監(jiān)管云平臺，實現(xiàn)取水、回灌數(shù)據(jù)透明化監(jiān)管，計量誤差低于±1.5%，滿足水資源稅計量法定要求。控制柜內(nèi)置水量差值預警程序，當取水量與回灌量差值超過閾值時，系統(tǒng)自動降低取水負荷，保證水量動態(tài)平衡。

2.2 加壓強制回灌與含水層排氣裝置

在回灌管路增設變頻加壓回灌泵，根據(jù)含水層滲透系數(shù)、井內(nèi)水位動態(tài)調(diào)節(jié)回灌壓力，讓回灌壓力始終略大于地層滲流阻力，克服自然回灌壓差不足的缺陷；在回灌井井口配套自動排氣閥，持續(xù)排出進入含水層管路內(nèi)的空氣，避免氣體在含水層內(nèi)部堆積形成氣堵層，從根源解決回灌量逐年衰減問題。

3 改造后運行效果與經(jīng)濟效益分析

系統(tǒng)改造完成后接入水務監(jiān)管平臺連續(xù)運行半年，實測回灌率穩(wěn)定保持在99.2%~99.7%，基本實現(xiàn)取水、回灌等量平衡，杜絕地下水超采現(xiàn)象，消除地面沉降地質(zhì)隱患；雙側(cè)超聲流量計計量數(shù)據(jù)被水務部門認可作為水資源稅繳費依據(jù)，不再收取階梯超額稅費，項目全年水資源稅費總成本相比改造前下降35%。同時遠程數(shù)字化計量免去了水務人員現(xiàn)場抄表流程，降低了水務監(jiān)管與企業(yè)運維雙方的人工成本。設備自帶水量差值預警功能，一旦回灌管路出現(xiàn)堵塞故障，系統(tǒng)會自動報警并降低取水負荷，避免出現(xiàn)突發(fā)性超采問題，系統(tǒng)合規(guī)性大幅提升。

4 結(jié)論與行業(yè)改造建議

水資源稅常態(tài)化監(jiān)管背景下，水源式地源熱泵必須完成高精度雙側(cè)在線計量、強制加壓回灌破除氣堵兩大改造，才能滿足水資源合規(guī)運營要求。內(nèi)嵌式超聲流量計適配水務數(shù)字化監(jiān)管體系，強制回灌+井口排氣裝置可以解決自然回灌帶來的回灌衰減、含水層氣堵難題，實現(xiàn)地下水等量采灌平衡，兼顧稅費成本控制與地下水資源生態(tài)保護。

對于全國存量水源式地源熱泵改造，應當優(yōu)先對接屬地水務局明確平臺通信協(xié)議與計量設備標準，選用具備計量認證的物聯(lián)網(wǎng)流量計；新建水源熱泵項目在設計階段就同步規(guī)劃雙側(cè)在線計量系統(tǒng)與加壓回灌系統(tǒng)，實現(xiàn)項目從投運之初就符合水資源監(jiān)管政策，規(guī)避后期整改、高額稅費甚至關停的經(jīng)營風險，推動水源式地源熱泵行業(yè)規(guī)范化、綠色化發(fā)展。

參考文獻

[1] 財政部.擴大水資源稅改革試點實施辦法[Z].2017.

[2] 劉建軍.地下水回灌堵塞機理及防治技術研究[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2020,47(03):112-118.

[3] DB13/T 水源式熱泵地下水采灌平衡技術規(guī)范[S].河北省地方標準,2022.

中深層水熱監(jiān)測系統(tǒng)分類關鍵詞

一、系統(tǒng)整體名稱

中深層水熱監(jiān)測系統(tǒng)、地熱井多參數(shù)在線監(jiān)測系統(tǒng)、地熱流體監(jiān)測系統(tǒng)、采灌一體化監(jiān)測系統(tǒng)、深井地熱智能監(jiān)測平臺、高溫水熱實時監(jiān)控系統(tǒng)、地熱儲層長期監(jiān)測系統(tǒng)、全域地熱水熱監(jiān)管系統(tǒng)

二、監(jiān)測核心參數(shù)

地下水位、動水位、靜水位、地層水溫、井筒流體溫度、含水層壓力、流體壓強、流體流量、回灌流量、取水流量、水體礦化度、水體腐蝕速率、含氣量、水體濁度、地熱梯度、儲層溫度場、地層熱平衡

三、前端傳感硬件

高溫投入式液位傳感器、耐高溫溫度探頭、高精度壓力變送器、內(nèi)嵌式超聲流量計、電磁流量儀表、水質(zhì)腐蝕傳感器、井下一體化多參數(shù)探頭、防腐蝕傳感模組、深井微型測溫傳感器、井筒分布式測溫光纜

四、井下配套設備

地熱井保護套管、耐高溫信號線纜、井下電視成像設備、自動排線絞車、深井潛水泵狀態(tài)監(jiān)測模塊、井內(nèi)除垢監(jiān)測組件、井筒封堵監(jiān)測裝置、傳感器井下防護外殼

五、數(shù)據(jù)采集與傳輸設備

RTU采集終端、數(shù)據(jù)采集儀、邊緣計算網(wǎng)關、4G/5G無線傳輸模塊、LoRa遠距離傳輸單元、Modbus通訊模塊、有線485采集模塊、防雷穩(wěn)壓供電模塊、太陽能供電終端、井下防爆采集單元

六、軟件平臺功能

水熱云監(jiān)測平臺、地熱數(shù)據(jù)可視化大屏、遠程在線監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)存儲與溯源、水位水溫趨勢分析、熱失衡預警、回灌異常告警、設備故障診斷、采灌量統(tǒng)計、水資源稅計量統(tǒng)計、水務局聯(lián)網(wǎng)對接、數(shù)字孿生地熱井、CCER碳數(shù)據(jù)統(tǒng)計、智能運維調(diào)度系統(tǒng)

七、水文地質(zhì)工況關鍵詞

承壓含水層、基巖地熱儲層、地下水補給、地層滲透系數(shù)、高礦化地熱流體、地熱流體結(jié)垢、含水層氣堵淤堵、地層沉降、水位衰減、熱堆積效應、采灌壓差、儲層地熱流體運移

八、技術性能指標

耐高溫、高壓承壓、抗腐蝕、長期穩(wěn)定性、深井長距離監(jiān)測、毫秒級數(shù)據(jù)采集、全天候在線監(jiān)測、傳感器校準、多測點同步監(jiān)測、高低溫自適應、抗地層電磁干擾

九、工程應用場景

城鎮(zhèn)地熱集中供暖監(jiān)測、存量地熱井改造監(jiān)測、新建地熱井竣工驗收監(jiān)測、全域地熱資源管控、地熱回灌效果監(jiān)測、地熱梯級利用配套監(jiān)測、工業(yè)地熱熱源監(jiān)測、地熱康養(yǎng)項目監(jiān)測

十、行業(yè)政策運維相關

地熱資源監(jiān)管、地下水取水許可、水資源稅征管、地方地熱監(jiān)測標準、地熱運維巡檢、傳感器定期標定、井下設備維保、地熱儲層長期養(yǎng)護、節(jié)能減排監(jiān)測、地熱項目合規(guī)驗收