海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的展望

李 焱

(上海電氣電站設(shè)備有限公司電站輔機廠 ,上海 200090)

1 概 述

關(guān)于“水”是個永久性的話題。政治家說“世界未來爭奪資源的戰(zhàn)爭將會由水引發(fā)”;科學家說“水是不可替代的”;“水是永遠也做不完的科學命題”;經(jīng)濟學家預(yù)言“能源危機之后,下一場危機將輪到水危機”。大量資料和論著表明,如果人類還像現(xiàn)在這樣取水和用水,將會產(chǎn)生一系列的嚴重后果;水資源一旦枯竭,各國的經(jīng)濟發(fā)展,各種生態(tài)系統(tǒng)以致人類的健康與生存都將受到威脅。預(yù)計在21世紀后,水對人類的重要性將同石油在20世紀對人類的重要性一樣,水將成為一種決定國家富裕程度的珍貴商品。水業(yè)將是21世紀最大的行業(yè)。

地球上的水資源總量中,淡水僅占2.5%,海水占97.5%,從某種意義上說,海水才是取之不盡、用之不竭的主要水源。因而,發(fā)展海水淡化技術(shù),向海洋要淡水,是解決淡水資源供需矛盾的最有效途徑。

2 國內(nèi)外淡水資源現(xiàn)狀及需求

全球的水總儲量為14億立方公里,其中96.5%為海水,其他分布在陸地、大氣和生物體中,約為2.53%,其中多儲存于冰川、雪蓋和750m深度以上的地下,而可取用的河水、湖水及淺層地下水等僅占0.2%左右,這里還包括相當大一部分的苦咸水。人類生產(chǎn)和生活能利用的地表淡水僅為105萬億立方米。按聯(lián)合國的統(tǒng)計數(shù)字,當前超過10億人口仍生活在缺乏水源的地方,到2025年人數(shù)可能上升至18億。

中東地區(qū)淡水資源稀缺,該地區(qū)人口約占世界總?cè)丝诘?%,但水資源量僅占世界水資源的1%。水資源問題已經(jīng)成為困擾該地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的主要障礙,并可能引發(fā)一系列經(jīng)濟、社會和政治危機。海灣合作委員會國家(GCC)的居民飲用水消費量,從1985年的11.69億立方米上升至1990年的32.19億立方米,2010年將達到88.55億立方米。沙特阿拉伯的水資源形勢最為嚴峻,在2010年內(nèi),居民用水和工業(yè)用水的總量急增至1000萬立方米/日。由于傳統(tǒng)的水資源幾近枯竭,所以,海灣合作委員會國家(GCC)將不得不寄希望于海水淡化。海水淡化是解決全球水資源短缺最重要的開源之道。

我國也是一個水資源嚴重短缺的國家。水資源總量2.81萬億立方米,居世界第6位,但人口為世界人口的四分之一,人均水資源為世界第108位,是世界上21個貧水國家之一。沿海地區(qū)特別是在北方沿海是我國最缺水地區(qū)之一?？紤]到北方沿海地區(qū)人口增長、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變化、農(nóng)業(yè)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境用水需求等因素,預(yù)測在2010～2020年,北方沿海四省(市)人均綜合用水量,將分別達到325～365立方米和350～400立方米,缺水量將分別達到166～255億立方米和273～393億立方米;如同時考慮到南方沿海部分地區(qū)的水質(zhì)性和資源性缺水狀況,則沿海地區(qū)的缺水形勢相當嚴峻。而利用海水淡化技術(shù)是解決水資源緊缺的根本途徑之一,淡水資源緊缺已成為制約我國國民經(jīng)濟發(fā)展和人民生活水平提高的瓶頸。

3 海水淡水技術(shù)發(fā)展趨勢

海水淡化技術(shù)也稱海水脫鹽技術(shù),是分離海水中鹽和水的過程。按分離原理和方法,海水淡化技術(shù)可分為相變法和非相變法兩大類。相變法主要包括:蒸餾法、冷凍法;非相變法主要包括:膜法等其他方法。其分類見表1所示。

3.1 海水淡化的主流技術(shù)

海水淡化技術(shù)發(fā)展至今已歷經(jīng)近半個世紀,聯(lián)合國在《關(guān)于非常規(guī)水源的研究報告》中指出:1950～1985年間,海水淡化技術(shù)的發(fā)展,已經(jīng)歷了發(fā)現(xiàn)階段、開發(fā)階段和商業(yè)化階段,期間研究開發(fā)的精力主要集中于蒸餾法(包括多級閃蒸、低溫多效等)、冷凍法、電滲析法和反滲透法;之后的20多年中,多級閃蒸法、低溫多效法和反滲透法發(fā)揮了突出的作用,成為當代海水淡化與苦咸水淡化技術(shù)的主流。

表1 海水淡化方法的分類

目前應(yīng)用最為廣泛的、形成產(chǎn)業(yè)化規(guī)模的是蒸餾法中的低溫多效法(MED)、多級閃蒸法(MSF)、膜法中的反滲透法(RO)以及熱膜耦合法,也是目前國際上,海水淡化工程所采用的主流技術(shù)。但在實際選用中,究竟哪種方法最好,也不是絕對的,還要根據(jù)規(guī)模大小、能源費用、海水水質(zhì)、氣候條件以及技術(shù)與安全性等實際條件而定。海水淡化技術(shù)的發(fā)展與工業(yè)應(yīng)用已有半個世紀的歷史。但是真正得到大規(guī)模工業(yè)應(yīng)用的技術(shù)方法還是以多級閃蒸、多效蒸餾和反滲透為主,其它海水淡化方法所占的市場份額很小,見圖1所示。

圖1 海水淡化主要技術(shù)的市場份額

3.2 未來海水淡化技術(shù)發(fā)展趨勢

(1)未來10年全球海水淡化主流技術(shù)是RO和熱法(MED&MSF)。

(2)隨著滲透膜性能的提高和制膜成本的降低,RO的噸水成本將繼續(xù)呈降低趨勢。RO作為單獨水廠,不需要蒸汽,在投資和建設(shè)周期方面將很有競爭力,發(fā)展速度最快。

(3)MSF技術(shù)由于技術(shù)成熟,運行可靠,單臺容量大的特點,目前在中東地區(qū)仍然能有一定的市場空間。

(4)同MSF相比,MED在設(shè)備投資和噸水耗電方面擁有一定的優(yōu)勢。MED將成為未來第二代水電聯(lián)產(chǎn)海水淡化廠的主流技術(shù)之一,其與電廠結(jié)合形成水電聯(lián)產(chǎn)模式,將是最經(jīng)濟最可靠的技術(shù)方法。

(5)熱膜耦合(MSF+RO或者MED+RO)水電聯(lián)產(chǎn)由于實現(xiàn)了水電資源的合理配置,資源的高效利用,將在中東地區(qū)得到進一步推廣應(yīng)用,是未來共同解決淡水資源和電力供應(yīng)的發(fā)展方向。

(6)核能海淡和太陽能海淡將是下一步重點發(fā)展的節(jié)能技術(shù)。核能和太陽能與MED和RO結(jié)合應(yīng)用將形成新的經(jīng)濟環(huán)保的水處理方法。

(7)海水淡化與鹽化工相結(jié)合的零排放工藝,可能是下一個發(fā)展熱點。海水淡化產(chǎn)生的高鹽度濃鹽水,將被用做提取微量元素的原料,比如可提取溴、鉀等元素。這種新工藝符合發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟和低碳經(jīng)濟的潮流,是綠色環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。

4 國內(nèi)外海水淡化市場及發(fā)展遠景

4.1 國際海水淡化市場及發(fā)展趨勢

海水淡化現(xiàn)已成為解決全球水資源危機的重要途徑。根據(jù)國際脫鹽協(xié)會(IDA)的數(shù)據(jù)表明,全球共有14451個脫鹽工廠,全球日產(chǎn)量達到5990萬立方米。其中,全球海水淡化日產(chǎn)量為3590萬立方米,2009年新增產(chǎn)量460萬立方米。根據(jù)GWI的權(quán)威預(yù)測,2011年至2015年,全球主要海水淡化市場的投資額將達到352億美元。未來20年國際海水淡化最大的市場將在美國、中東、中國、澳大利亞、印度和西班牙等國家。我國在2011年至2015年,海水淡化投資額將達到235億人民幣。國內(nèi)的海水淡化產(chǎn)業(yè)將進入快速發(fā)展階段。

根據(jù)IDA預(yù)測,2010～2015年全球海水淡化新增產(chǎn)能,每年將以22%以上的增長率遞增,如圖2所示。如果按較保守的方法估算,2010～2015年全球海水淡化新增產(chǎn)能也將有18%的年增長率,產(chǎn)能達到近1800萬 m3/d。

圖22010 ～2015全球海水淡化新增產(chǎn)能預(yù)測

4.1.1 國際海水淡化市場地域性占有率分析

從地域上分析,上個世紀海水淡化廠主要分布在中東地區(qū),其次才是歐洲和美國南部,而近年來亞洲的海水淡化市場需求也在迅速增加。需求決定市場,全球性的缺水促使海水淡化市場擴張至世界各個角落,2000年前,海水淡化市場是中東地區(qū)為主的時代,而2000年后則是全球共享的時代。

美國作為一個富水國家,但在西部、南部和東南部,對苦咸水、海水淡化以及廢水回用的規(guī)模和成就都是舉世聞名的。歐洲和亞洲的日本和韓國等國也擁有了較大規(guī)模的海水淡化能力。可見,不僅在干旱的沙漠性氣候國家和地區(qū)依靠海水淡化技術(shù)制取淡水,甚至許多水資源相對豐富的國家和地區(qū)也意識到“水危機”的嚴峻,依靠海水淡化來制取淡水。

從2006年以來,國際海水淡化市場的年成交額均已超過百億美元,并由于近幾年中東市場的需求日益增加及原材料的價格影響,年成交額上漲趨勢愈加明顯。綜合以上數(shù)據(jù),由于越來越多的國家意識到淡水資源的重要性,國際海水淡化市場經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展,已經(jīng)進入急劇擴張的時期。

由圖3可見,中東地區(qū)仍占據(jù)著海水淡化市場的主導地位,水資源相對豐富的北美及歐洲的西方發(fā)達國家也已經(jīng)具備了相當規(guī)模的海水淡化能力及儲備,亞洲地區(qū)雖大部份為發(fā)展中國家,但由于水資源短缺情況日益嚴重,海水淡化市場的需求仍在日益擴大。

4.2 國內(nèi)海水淡化市場及發(fā)展趨勢

圖3 國際海水淡化市場分布圖

4.2.1 我國海水淡化產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

近年來,我國海水淡化裝備制造能力、重大配套設(shè)備和組器技術(shù)水平,以及工程設(shè)計、設(shè)備安裝能力都有了很大的提高。我國海水淡化基本上具備產(chǎn)業(yè)化發(fā)展條件,但研究水平及創(chuàng)新能力、裝備的開發(fā)制造能力、系統(tǒng)設(shè)計和集成等方面與國外相比,仍有較大差距,突出表現(xiàn)在科技創(chuàng)新能力較低,核心技術(shù)和裝備仍然依托國外供應(yīng)商。此外,中國海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展不平衡,產(chǎn)業(yè)鏈不合理,反映了市場機制仍處于有待完善中。

從技術(shù)和產(chǎn)品角度看,如何有效降低海水淡化成本是關(guān)鍵問題,推動膜與膜材料、關(guān)鍵裝備等核心產(chǎn)品的國產(chǎn)化,加強研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的海水淡化新技術(shù)、新工藝、新裝備等核心產(chǎn)品,增強自主建設(shè)大型海水淡化工程的能力,將是未來一段時間內(nèi)海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向。

自2005年以后,海水淡化項目建設(shè)加快,平均每年竣工海水淡化工程將近10個,我國海水淡化新增產(chǎn)能連續(xù)幾年保持在35%～64%。當前國內(nèi)海淡總產(chǎn)能40萬m3/d。我國海水淡化裝置數(shù)量及規(guī)模,見表2中數(shù)據(jù)。

表2 我國海水淡化裝置數(shù)量及規(guī)模

4.2.2 國家政策分析

為推動我國海水資源開發(fā)利用產(chǎn)業(yè)的跨越式發(fā)展,解決制約沿海社會經(jīng)濟發(fā)展的水資源緊缺瓶頸問題,實現(xiàn)水資源可持續(xù)利用,保障國民經(jīng)濟和社會可持續(xù)發(fā)展 ,近年來我國采取了一系列政策和措施。海水利用已被先后列入了《中華人民共和國循環(huán)經(jīng)濟促進法》、《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展“十一五”規(guī)劃綱要》、《國家中長期科學和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要(2006-2020)》、《國家海洋事業(yè)發(fā)展規(guī)劃綱要》、《國務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的若干意見》以及《國務(wù)院關(guān)于印發(fā)節(jié)能減排綜合性工作方案的通知》等國家重要中長期規(guī)劃和文件中。海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展在技術(shù)上、經(jīng)濟上得到國家的相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策的扶持,為海水淡化設(shè)備國產(chǎn)化研究起到促進作用。

根據(jù)國家發(fā)展和改革委員會、國家海洋局、財政部2005年聯(lián)合發(fā)布的《海水利用專項規(guī)劃》,在未來的2～10年中,我國將有日產(chǎn)約400萬噸的海水淡化設(shè)備需求的市場,若按平均日產(chǎn)萬噸水設(shè)備價格0.8～1.2億元人民幣的投資額估算,將有價值320～480億的海水淡化項目訂單。有關(guān)部門還規(guī)定,沿海地區(qū)新上電站項目(無論火電、核電)須配套相應(yīng)的海水淡化設(shè)備,所以,電站行業(yè)內(nèi)的海水淡化設(shè)備將會占據(jù)非常大的份額,海水淡化市場的發(fā)展也將從“以電帶水”開始起步。目前國內(nèi)已有幾個電廠的海水淡化項目處于籌劃階段。

近期國家發(fā)展和改革委員會也在積極規(guī)劃“十二五”海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略,全面規(guī)劃布局,加強政策推動,從戰(zhàn)略高度推進海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。中央、地方上下聯(lián)動,使“政產(chǎn)學研用”有機結(jié)合,建立自主創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。大力推動國產(chǎn)裝備和技術(shù)的推廣應(yīng)用,實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用,使海水淡化水真正成為解決我國沿海地區(qū)缺水問題的重要途徑,成為可為缺水城市提供安全可靠優(yōu)質(zhì)淡水的重要水源,逐步形成海水利用朝陽產(chǎn)業(yè),參與國際市場競爭。

4.2.3 行業(yè)發(fā)展趨勢

海水淡化產(chǎn)業(yè)具有遠高于普通設(shè)備制造業(yè)的成長性。從行業(yè)周期來看,經(jīng)過幾十年的發(fā)展,國際海水淡化已走過行業(yè)初創(chuàng)階段,目前正處于高速成長階段的初期。近20年來,世界海水淡化產(chǎn)業(yè)每年都保持10%～30%的高成長率,而同期全球的經(jīng)濟年增長率僅為4%左右。隨著全球?qū)λY源和環(huán)境保護的日益重視,技術(shù)的不斷進步和創(chuàng)新,海水淡化產(chǎn)業(yè)將保持更高的成長性,朝陽產(chǎn)業(yè)的特點將更加明顯。

國內(nèi)水電聯(lián)產(chǎn)的海水淡化項目已經(jīng)開始起步,日產(chǎn)水量較大的工程有黃驊電廠3.25萬m3/d、玉環(huán)電廠3.5萬m3/d、天津大港電廠2×3000m3/d等,其海水淡化設(shè)備已經(jīng)建成投運目前處于起步或籌劃階段的國內(nèi)水電聯(lián)產(chǎn)項目有黃驊20萬m3/d,首鋼5萬m3/d,象山10萬m3/d工程、天津北疆電廠40萬m3/d的裝機容量等,可見,現(xiàn)國內(nèi)海水淡化市場已在國際市場開始嶄露頭角。

5 結(jié)束語

水是生命之源,是使經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源,是人類寶貴的、不可替代的自然資源。海水淡化產(chǎn)業(yè)是基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè),也是戰(zhàn)略型新興產(chǎn)業(yè)。海水淡化是解決水資源緊缺的根本途徑之一,正如《海水利用專項規(guī)劃》所提到的“我國淡水資源狀況不容樂觀。目前,正常年份缺水量近400億立方米,其中灌溉缺水約300億立方米。全國660多個城市中,有400多個城市缺水,其中108個為嚴重缺水城市。淡水資源短缺乃至水危機是我國經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展過程中的最大瓶頸制約之一。”隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展,對淡水資源迫切需求的日益劇增,在我國,海水淡化技術(shù)將具有廣闊的應(yīng)用前景,水業(yè)必將成為21世紀國內(nèi)最大的行業(yè)之一。

[1]國家發(fā)展和改革委員會,國家海洋局財政部.海水利用專項規(guī)劃[EB/OL].http//www sdpc.gov.cn.2005.

[2]高從諧,陳國華.海水淡化技術(shù)與工程手冊[M].北京:化工工業(yè)出版社.2003.

[3]王世昌.海水淡化工程[M].北京:化工工業(yè)出版社.2003.