海水淡化是解決水資源短缺的重要途徑,愈來愈得到一些沿海國家的高度重視,海水淡化技術快速發展。
一、現狀及趨勢
(一)海水淡化已成為解決全球水資源短缺的重要途徑。
尤其在中東地區和一些島嶼地區,淡化水在當地經濟和社會發展中發揮了重要作用。以色列70%的飲用水源來自于海水淡化水,2005年日產海水淡化水量達73.8萬立方米;阿聯酋飲用水主要依賴海水淡化水,2003年日產海水淡化水量達546.6萬立方米;意大利西西里島500萬居民,2005年日產海水淡化水量為13.5 萬立方米,約占全部可飲用水源的15%-20%。
目前全球海水淡化的市場年成交額已達到數十億美元。著名的海水淡化公司有:法國Sidem公司、英國Weir熱能公司、韓國斗山重工公司、以色列IDE公司、意大利Fisia公司等。截止到2003年12月,全球已有130多個國家應用海水淡化技術,海水淡化日產水量約3775萬立方米。其中,80%用于飲用水,解決了1億多人的供水問題,即世界上1/50的人口靠海水淡化提供飲用水。
(二)海水淡化技術日趨成熟,淡化規模不斷擴大,成本不斷降低。
多級閃蒸(MSF)、低溫多效(MED)和反滲透(RO)是當今海水淡化三大主流技術。多級閃蒸技術成熟、運行可靠。主要發展趨勢為提高裝置單機造水能力,降低單位電力消耗,提高傳熱效率等。低溫多效蒸餾技術由于節能的因素,近年發展迅速,裝置的規模日益擴大,成本日益降低。主要發展趨勢為提高裝置單機造水能力,采用廉價材料降低工程造價,提高操作溫度,提高傳熱效率等。反滲透海水淡化技術發展很快,工程造價和運行成本持續降低。主要發展趨勢為降低反滲透膜的操作壓力,提高反滲透系統回收率,廉價高效預處理技術,增強系統抗污染能力等。
三種海水淡化工藝關鍵技術參數對比表
主要技術參數 |
多級閃蒸 |
低溫多效 |
反滲透 |
操作溫度℃ |
<120 |
<70 |
常溫 |
主要能源 |
蒸汽、電
(熱能、電能) |
蒸汽、電
(熱能、電能) |
機械能
(電能) |
蒸汽消耗t/m3 |
0.1-0.15 |
0.1-0.15 |
無 |
電能消耗kWh/m3 |
3.5-4.5 |
1.2-1.8 |
3-5 |
典型源水含鹽量
(ppm TDS) |
30,000-45,000 |
30,000-45,000 |
30,000-45,000 |
產品水質(ppm TDS) |
<10 |
<10 |
<500 |
典型單機產水能力(m3/d) |
3,000-70,000 |
3000-20,000 |
1-20,000 |
國外海水淡化裝置不斷向大型化方向發展。如世界產水最大的低溫多效海水淡化廠-阿聯酋Taweelah A1海水淡化廠,共有14套裝置組成,每臺裝置日產水量為17143立方米。
伴隨海水淡化技術發展和社會需求量加大,海水淡化工廠的淡化規模不斷擴大。其規模從最初的日產幾百立方米,發展到現在的日產幾十萬立方米。目前,世界上最大的多級閃蒸海水淡化廠是沙特阿拉伯的shuaiba海水淡化廠,日產淡水46萬立方米;世界上最大的低溫多效海水淡化廠是阿聯酋Taweelah A1海水淡化廠,日產淡水24萬立方米;世界最大的反滲透海水淡化廠是以色列南部地中海岸工業區的阿什凱隆海水淡化廠,日產淡水33萬立方米。不久前,韓國斗山公司簽約承建了世界上最大的沙特阿拉伯熱膜耦合(MSF+RO)海水淡化廠,計劃2009年建成,日產淡水88萬立方米。
在海水淡化規模不斷擴大的同時,海水淡化成本也逐漸降低。其中,典型的大規模反滲透海水淡化噸水成本已從1985年的1.02美元降至2005年的48美分。且在成本的組成上,運行及維護、能源消費和投資成本均逐年下降。目前,國外噸淡化水出廠價格一般為0.6-0.9美元。
(三)水電聯產、熱膜聯產等多種技術集成是海水淡化技術主要發展趨勢。
水電聯產主要是指海水淡化水和電力聯產聯供。由于海水淡化成本在很大程度上取決于消耗電力和蒸汽的成本,水電聯產可以利用電廠的蒸汽和電力為海水淡化裝置提供動力,從而實現能源高效利用和降低海水淡化成本。國外大部分海水淡化廠都是和發電廠建在一起的,是目前大型海水淡化工程的主要建設模式。
熱膜聯產主要是采用熱法和膜法海水淡化相聯合的方式(即MED-RO或MSF-RO方式),滿足不同用水需求,降低海水淡化成本。目前,世界上最大的熱膜聯產海水淡化廠是阿聯酋富查伊拉海水淡化廠,日產海水淡化水量為45.4萬立方米,其中,MSF日產水28.4萬立方米,RO日產水17萬立方米。其優點是:投資成本低,可共用海水取水口。RO和MED/MSF裝置淡化產品水可以按一定比例混合滿足各種各樣的需求。
二、主要做法
(一)政府引導與市場化運作相結合。
國外海水淡化工程的建設,過去通常為政府出資建設和政府實施管理,對于海水淡化發展發揮了至關重要的作用。隨著海水淡化技術快速發展和市場機制的完善,現在,一些國家特別是中東國家采取政府引導與市場化運作相結合的模式,在保證政府對淡化水控制權的前提下引入競爭機制,允許私營經濟和國外企業介入,進一步降低海水淡化工程的建設投資和運行成本。BOT(建設-經營-轉移)和BOO(建設-擁有-經營)是主要融資模式。BOT方式是項目公司在協議期內擁有、運營和維護這項設施,并通過收取使用費或服務費用回收投資,取得合理利潤。協議期滿后,設施的所有權無償移交給政府。BOO則是承包商根據政府授予的特許權,建設并經營某項基礎設施,但并不將此基礎設施移交給政府。
阿聯酋政府為了迅速改變水資源短缺現狀,允許外國公司投資建設淡化水和電力聯產聯供的水電聯合企業,外國企業可拿到40%的股權。但為了保障國家戰略性資源水和電的安全,政府持有水電聯合企業60%的股份,并且是水和電的買主。
以色列政府在海水淡化工程的建設和融資模式上主要采取BOT和BOO方式。海水淡化廠的承包商主要是私人企業,政府對初期投資給予支持并在合同中確定工廠生產后由政府保證最低購買量及購買價,以降低投資者的風險。
(二)制定政策,鼓勵發展。
許多國家政府為了解決日益緊缺的淡水資源問題和促進海水淡化產業的發展,在加大資金投入的同時,積極研究制定鼓勵發展海水淡化政策措施。如:阿聯酋對發電設施和供水設備的進口沒有限制,只征收4%的關稅;西班牙和意大利政府對海水淡化水給予補貼,但每立方淡化水補貼額不超過海水淡化的成本;以色列制定2002-2010年制水規劃,對海水淡化、苦咸水淡化和廢水回用等提出了明確目標;歐盟把海水淡化作為區域政策重點,對地中海沿海成員國在海水淡化工程建設方面給予資金支持,如西班牙的海水淡化工程項目,歐盟將提供80%左右的資金支持。
美國2004年頒布《脫鹽電價優惠法》,明確規定能源部部長應對淡化廠給予每噸水0.16美元的直接補貼,或在2015年底前,與淡化廠就價格優惠問題簽署書面協議,明確補貼總額。
日本政府把海水淡化作為公益供水工程,中央政府補助總投資額(347億日元)的85%建設了日本最大的沖繩島反滲透海水淡化廠,日產淡水4萬立方米,與附近的北谷凈水廠的水相互混合后供給民用。
(三)統籌協調,監督管理。
海水淡化是涉及多方面的系統工程,許多國家不斷加大統籌協調力度,并不斷完善制度和標準,加強監督管理,促進海水淡化產業健康、有序、快速發展。一是成立專門機構。如以色列專門設立了水資源委員會,具體負責海水淡化水的定價、調撥和監管;二是完善相關技術標準。如:法國的Sidem公司在海水淡化選材上制定了一系列企業標準;三是嚴格市場準入。如歐盟對大型海水淡化項目有十分嚴格的市場準入制度,對海水淡化項目進行環保論證和環境影響評價,對海水淡化水水質進行嚴格監測。阿聯酋對海水淡化項目進行海洋環境影響前期論證和后期評估。
(四)典型示范,積極推廣
阿聯酋、以色列、西班牙、意大利等海水淡化先進國家大都是從一個較小規模的示范工程起步,通過示范對海水淡化產業的發展進行引導,示范工程實際的建設成本、淡化水的水質、運行成本、以及對當地經濟社會的推動作用解除了人們的疑惑,使海水淡化產業快速發展。
三、啟示
一是政府引導是發展海水淡化產業的關鍵。國外海水淡化產業發達的國家,其發展海水淡化有一個共同的特點,即政府對于海水淡化發展起著主導和推動作用。我國已發布實施《海水利用專項規劃》,國務院有關部門應加快研究制定相關財稅激勵政策,建立和完善海水利用標準體系、市場準入標準,積極開展試點示范,并對示范項目給予一定的資金支持。同時,各級政府應按照國務院有關要求,加大水價改革力度,通過合理調整水價及其結構,促進海水淡化水的生產和使用。要依據有關規定,合理確定海水淡化水價格,允許進入城市供水系統,并保證一定的使用量。
二是技術創新是海水淡化產業化發展的源動力。國際上一些長期從事海水淡化技術研究的知名大公司,雖然在當今的世界海水淡化市場上占據有力地位,但為了保持他們的地位,仍在加大新技術的研發力度。我國海水淡化經過四十余年的發展,在數量規模、技術水平等方面都取得了重要進展,基本具備產業化發展條件。但與國外一些國家相比,還存在著工程規模小、設備國產化率不高、關鍵設備還有賴于進口等突出問題。建議國務院有關部門進一步加大海水淡化技術原始創新、集成創新、引進消化吸收再創新力度。組織重大技術攻關,開發具有自主知識產權的共性技術和關鍵技術,提高海水淡化技術支撐能力和創新能力。
三是投融資機制創新是促進海水淡化產業發展的重要保障。國外特別是中東國家大都采取多渠道融資方式,促進海水淡化產業發展。在保證政府對淡化水控制權的前提下引入競爭機制,加快海水淡化工程項目建設,降低海水淡化工程的建設和運行成本。可以通過國家、地方、企業、社會多方籌集資金,采取企業自籌、銀行貸款、社會融資、利用外資、地方配套、國家補助等多種方式,建立多元化、多渠道、多層次、穩定可靠的海水利用投入保障體系。
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