淮河流域及山東半島海水利用現狀與發(fā)展對策

郭 風, 楊 彥, 郭有智, 劉利萍, 姚文鋒, 于 璐

(1.河海大學 海水淡化與非常規(guī)水資源開發(fā)利用研究中心，南京 211100； 2.江蘇省非常規(guī)水源開發(fā)及利用工程技術研究中心，南京 211100； 3.淮河水利委員會 綜合事業(yè)發(fā)展中心，安徽 蚌埠 233001； 4.水利部南水北調規(guī)劃設計管理局，北京 100038)

1 概 述

“水是生命之源、生產之要、生態(tài)之基”，是影響區(qū)域經濟發(fā)展及產業(yè)結構變化特征的重要內在驅動力和制約因素之一。淡水資源緊缺現已成為全球性的危機。為解決這一問題，全球許多國家和地區(qū)實行了開源與節(jié)約并重的方針。在沿海地區(qū)，海水利用作為解決區(qū)域水資源危機的戰(zhàn)略舉措，愈來愈受到各國的高度重視。

淮河流域人口眾多，人均水資源占有量為全國平均的21%[1]，同時該區(qū)域水污染嚴重，屬于水質型和資源型缺水地區(qū)。從現狀年水資源開發(fā)利用及未來的水資源供需形勢來看，淮河流域沿海地區(qū)仍存在嚴峻的水資源短缺問題，部分城市現有水資源難以滿足用水需求。隨著山東半島藍色經濟區(qū)建設戰(zhàn)略、江蘇沿海開發(fā)戰(zhàn)略的深入實施，區(qū)域社會經濟發(fā)展加速，供水安全保障面臨的壓力越來越大，迫切需要多途徑供水。據分析，到2030年，在50%(平水年份)、75%(中等干旱年份)、90%(干旱年份)保證率下，淮河流域缺水量將分別達到65×108，130×108和190×108m3[2]。同時淮河流域及山東半島區(qū)域海岸線漫長，海水利用條件優(yōu)越，可作為水資源的重要補充和戰(zhàn)略儲備，是極端條件下提高供水安全的重大戰(zhàn)略舉措。

2 我國海水利用概況

節(jié)水創(chuàng)新是引領濱海地區(qū)節(jié)水型社會建設的內在要求，水資源稟賦條件決定了解決水資源短缺矛盾的根本性出路是開辟淡化海水、發(fā)展海水直接利用作為新水源。大力發(fā)展海水利用，是深入貫徹“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”治水方針和“水利工程補短板、水利行業(yè)強監(jiān)管”基調、建立起促進人水和諧的長效機制，實現水問題標本兼治的重要舉措。

海水利用包括海水淡化、海水直接利用(海水冷卻、大生活用海水、海水脫硫)和海水化學資源利用，本文主要研究前二者。近年來，黨和國家高度重視海水利用，先后出臺了《全國海水利用“十三五”規(guī)劃》《海島海水淡化工程實施方案》等文件。截至2017年底，除香港、澳門特別行政區(qū)和臺灣省外，全國已建成海水淡化工程136個，工程規(guī)模119×104m3/d，年冷卻用海水量達1 345×108m3，形成具有自主知識產權的萬噸級海水淡化技術，開展10萬噸級海水循環(huán)冷卻技術的示范應用，發(fā)布實施132項海水利用國家及行業(yè)標準[3]。同時實施了“以電補水”、“供電價格優(yōu)惠”等政策，探索建立海水淡化循環(huán)經濟發(fā)展、工業(yè)園區(qū)“點對點”海水淡化供水、控制用水指標促進海水淡化應用、PPP模式[4]。

3 淮河流域海水利用現狀

淮河流域海水利用經過多年發(fā)展，社會對海水利用的認識逐步提高，利用規(guī)模不斷擴大，應用水平穩(wěn)步提升，取得了一定成績，并積累了一系列管理經驗，形成了系統(tǒng)的管理體系。目前，淮河流域沿海各市基本都遵照國家及省相關要求確定海水利用管理體制與模式。一般由發(fā)改部門牽頭，海洋、住建、水利、環(huán)保、工信、財政、稅務等有關部門參與，發(fā)改部門負責綜合協調和指導推動，視情況安排不同的部門具體落實，其中青島市主要由城市管理局和經信委落實。鹽城市成立鹽城新能源淡化海水產業(yè)示范園管委會，負責落實海水淡化相關政策、服務企業(yè)、加快市場推廣[5]。

3.1 海水直接利用現狀

3.1.1 工程規(guī)模

近年來，淮河流域海水直接利用總體規(guī)模不斷增長(圖1)。據不完全統(tǒng)計，截至2017年淮河流域已建海水直接利用工程近30處，年利用規(guī)模158×108m3，主要分布在火核電、化工、鋼鐵等行業(yè)。海水主要作為工業(yè)冷卻水，占總利用量的92%，其中火(核)電企業(yè)海水冷卻用量占比達95%。隨著技術的進步，越來越多的海水冷卻工程采用循環(huán)冷卻工藝，循環(huán)冷卻年利用規(guī)模達1.73×108m3。此外，還有少部分其他方面的利用，如海水脫硫，利用量達11.1×108m3；海水沖廁，現已在青島南姜小區(qū)建立了示范工程。海水直接利用用途分析見圖2。

圖1 淮河流域海水直接利用規(guī)模增長圖Fig.1 Capacity growth of seawater utilization in Huaihe River Basin

圖2 淮河流域海水直接利用用途分析Fig.2 Industry sectors with seawater utilization in Huaihe River Basin

3.1.2 區(qū)域分布

淮河流域除東營外的9個沿海城市均有海水直接利用工程分布(圖3)，尤以煙臺、青島、連云港、日照、南通整體利用規(guī)模較大。目前，流域最大項目是連云港田灣核電站海水冷卻工程，規(guī)模為700×104m3/d。

圖3 淮河流域海水直接利用區(qū)域分布圖Fig.3 Output capacities of seawater utilization for coastal cities in Huaihe River Basin

3.2 海水淡化利用現狀

3.2.1 工程規(guī)模

近年來，淮河流域海水淡化規(guī)模增長較快。至2017年底，已建成海水淡化工程37座，工程規(guī)模28.5×104m3/d(圖4)。目前，流域已建成最大海水淡化工程規(guī)模為10×104m3/d，即百發(fā)海水淡化廠和董家口鋼鐵基地海水淡化廠，均位于青島市。

圖4 淮河流域海水淡化利用規(guī)模增長圖Fig.4 Capacity growth of seawater desalination in Huaihe River Basin

3.2.2 區(qū)域分布

至2017年底，淮河流域僅青島、煙臺、威海、濰坊、鹽城、連云港建有海水淡化工程，主要位于水資源嚴重短缺的沿海城市和海島，尤以青島市利用規(guī)模最大，占流域總規(guī)模的81.7%。鹽城市是江蘇省唯一建有千噸級海水淡化工程的城市，也是國家第二批海水淡化產業(yè)發(fā)展試點城市，占流域總利用量的1.79%(圖5)。

3.2.3 淡化水用途

淮河流域海水淡化工程產水的終端用戶主要分為兩類：一類為工業(yè)用水，用于電力、石油和化工及鋼鐵等高耗水行業(yè)，如董家口鋼鐵基地、黃島電廠等，其利用規(guī)模為16.6×104m3/d，規(guī)模占比為58.1%；另一類為市政供水，如青島市和煙臺長島縣等城市和海島飲用水，工程規(guī)模達11.6×104m3/d，占比40.6%。此外，還有少量用于試驗、港務等其他用水，工程規(guī)模占比為1.43%(圖6)。2013年以來，淮河流域尤其山東半島連年干旱，部分區(qū)域實施限時供水。期間海水淡化水被地方政府如青島市作為緊急備用水源，發(fā)揮了重要的應急調峰和戰(zhàn)略保障作用，為地區(qū)供水安全做出重要貢獻。

圖5 淮河流域沿海城市海水淡化工程分布圖Fig.5 Output capacities of seawater desalination for coastal cities in Huaihe River Basin

圖6 淮河流域海水淡化工程產水用途統(tǒng)計Fig.6 Industry sectors with seawater desalination in Huaihe River Basin

在實際運行中，根據工程產水用途不同，海水淡化工程投產情況各異。海島居民用海水淡化工程，因不同年份降水量存在差異，多根據居民需水量調節(jié)產水量；工業(yè)用海水淡化工程，其實際產水量可達到設計規(guī)模的60%～70%；為城市市政供水的海水淡化工程，積極與海水淡化水接收用戶對接，通過開發(fā)多目標用戶、加快建設海水淡化輸水管道等，提高海水淡化水的輸送與應用，實際產水量有所提高。

3.2.4 技術工藝

反滲透(RO)、多效蒸餾(MED)和多級閃蒸(MSF)是目前全球三大主流淡化技術。其中，RO工藝因分離效率高、操作簡單、投資運行成本經濟、易模塊化設計、規(guī)模易于擴展等優(yōu)勢，占據全球市場規(guī)模的60%，淮河流域現有工程也多采用該工藝，利用規(guī)模28.2×104m3/d，占總規(guī)模的98.9%；低溫多效蒸發(fā)(MED)、機械蒸汽壓縮(MVC)的規(guī)模占比分別為1.09%、0.02%。

3.3 海水利用典型工程與投資

淮河流域典型海水淡化工程按照投運時間、用途、淡化工藝及電價等，噸水投資約7 300～10 000元(除大豐項目)，制水成本因邊界條件不同，約為4.1～9.0元/m3；海水冷卻工程運行成本分別約0.05元/m3(直流冷卻)和0.09元/m3(循環(huán)冷卻)。各典型工程的噸水投資成本和制水成本比較見表1、表2。

表1 淮河流域典型海水直接利用工程*

注：*數據主要源于企業(yè)提供的調查表，輔以相關文獻。

**按5 000利用小時數計。

表2 淮河流域典型海水淡化工程投資成本和制水成本比較

注：數據主要源于企業(yè)提供的調查表，輔以相關文獻。

3.4 海水利用管理政策與措施

淮河流域各沿海地區(qū)各級政府高度重視海水利用，相繼頒布了一系列促進與優(yōu)惠政策。江蘇省明確表示要積極發(fā)展海水淡化與綜合利用業(yè)，加快飲用淡化水向工業(yè)淡化水、醫(yī)用淡化水、農林灌溉淡化水延伸[6]。山東省明確將淡化海水等所有可用水資源全部納入水供給體系，省級統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一配置、統(tǒng)一管控，強化用水導向性、控制性管理，做到優(yōu)水優(yōu)用、分質供水，確保應配盡配、應用盡用、應管盡管，最大程度替代新鮮水源[7]。

標準規(guī)范方面，僅青島市出臺了相關標準規(guī)范。先后頒布《海水淡化生活飲用水集中式供水單位衛(wèi)生規(guī)范(試行)》[8]、《海水淡化生活飲用水集中式供水單位衛(wèi)生管理規(guī)范》[9]，對海水淡化集中式供水單位的水源選擇和衛(wèi)生防護、衛(wèi)生管理、生產的衛(wèi)生要求、輸配水的衛(wèi)生要求、水質檢驗、信息報告和事件處理、從業(yè)人員的衛(wèi)生要求等進行規(guī)范，形成完整系統(tǒng)的海水淡化生活飲用水標準。

在激勵政策方面，山東省采用“降低企業(yè)用電價格”的方式，明確自2018年起3年內，對青島市百發(fā)、董家口經濟區(qū)、濰坊清水源(一期)海水淡化項目執(zhí)行優(yōu)惠電價，用電價格暫按居民生活用電類的非居民用戶0.555元/kW·h(含稅)標準執(zhí)行，期滿后根據國家電價改革進程和海水淡化項目運營狀況另行確定[10]。

4 淮河流域海水利用存在的問題及原因分析

目前，淮河流域海水利用發(fā)展尚存在諸多問題與制約因素，這些問題也是我國目前海水利用環(huán)境普遍面臨的問題。尤其是海水淡化的利用，其核心問題一是成本與水價；二是淡化海水的配置，涉及淡化水水質風險與城市供水安全保障問題。究其原因如下：

1) 良性價格體系尚未形成。海水淡化亟待解決的核心是改變水價體系不合理局面，扭轉其在價格上的劣勢。多年來，我國一直將水利工程和城市供水工程作為基礎性、公益性工程長期實行補貼，而海水淡化從一落地就完全按照市場化方式運作。這種不對等造成了供水價格的較大差異，導致海水淡化工程難以實現良性運轉。

2) 相關法規(guī)政策不夠健全。一是缺乏實質有效、精準的扶持政策。二是法律法規(guī)和相關配套標準亟需完善，目前淡化水入市政管網標準尚未建立。

3) 管理體制不夠完善。海水淡化多部門協調的條塊式管理，導致難以對區(qū)域水資源進行優(yōu)化配置和有效管理，海水利用尚未真正納入水資源統(tǒng)一配置，閑置嚴重。

此外，公眾認識有待進一步提升，對將淡化海水作為飲用水的安全性、淡化后濃水對環(huán)境的影響等仍存疑慮；而且資金投入不足，規(guī)模示范不夠，缺乏公共科創(chuàng)平臺，成果轉化環(huán)節(jié)(規(guī)模示范和產業(yè)培育階段)銜接不夠[5]，技術國產化水平有待提高。

5 建議與對策

隨著淮河流域海洋經濟的發(fā)展及規(guī)劃、政策的落地，區(qū)域工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進程將不斷加快，對水資源保障及用水方式、用水安全提出新的更高要求。因此，亟需在節(jié)水同時加大海水利用等非常規(guī)水資源開發(fā)利用力度，以有效補充水資源。根據規(guī)劃，到2030年將實現建設海島、缺水城市、工業(yè)園區(qū)海水淡化工程43個，新增規(guī)模達180×104m3/d[7]以上。

為深化調整淮河流域水資源結構、保障區(qū)域水安全、促進淮河流域海水利用，針對海水利用特點和淮河流域海水利用發(fā)展實際情況，現提出建議如下：

1) 完善各部門間協調機制，推動落實淡化海水配置。從技術、政治經濟角度解決淡化水水質風險與城市供水安全保障問題。技術層面上，開展淡化海水納入城市供水系統(tǒng)水質安全保障技術研究，探索基于供需雙側協調的城市多水源多目標配置模型，建立實現淡化海水納入區(qū)域水資源統(tǒng)一配置的技術體系。政策層面上，基于制度經濟學的淡化海水用于城市供水保障政策分析，研究促進淡化海水利用的城市多水源綜合水價機制和保障政策。

2) 加強頂層設計、統(tǒng)籌兼顧、全面規(guī)劃淮河流域淡化海水等非常規(guī)水資源利用。非常規(guī)水資源利用規(guī)劃是一項系統(tǒng)工程，涉及方方面面，須強化頂層設計，及早啟動規(guī)劃編制，將其納入淮河流域相關規(guī)劃，指導各地加大淡化海水等非常規(guī)水資源開發(fā)利用，進一步提高區(qū)域供水安全保障水平。

3) 積極開展淡化海水等非常規(guī)水資源利用示范建設。2019年，海水淡化、再生水、雨水、礦井水等非常規(guī)水源利用，被納入綠色產業(yè)名錄，要求各地出臺、落實相關投資、價格、金融、稅收措施[11]。為推進落實，亟需開展產業(yè)試點，加大加快推廣應用。統(tǒng)籌考慮水資源供需，選擇適宜地區(qū)，開展淡化海水等非常規(guī)水源利用與配置示范；統(tǒng)籌考慮區(qū)域常規(guī)與非常規(guī)水，將水資源配置、水處理、輸配水相關工程統(tǒng)一規(guī)劃、建設和運行管理?；诠┬桦p側協調，建立納入區(qū)域水務運營一體化體系的非常規(guī)水源利用示范項目。探索建設運營模式，運用補貼等政策手段，為建立適應淡化水等非常規(guī)水源利用發(fā)展的水利管理制度和政策體系累積經驗。

4) 加大政策扶持力度，強化科研投入、技術創(chuàng)新，建立技術革新機制與公共創(chuàng)新平臺。充分發(fā)揮價格杠桿作用，積極推進水價綜合改革，形成良性的海水利用價格體系，實現“供水有利，賣水有賺，買水有惠”的良好局面。充分發(fā)揮大數據、大資金優(yōu)勢，針對淮河流域海域水質特點，開展適合流域的環(huán)保、節(jié)能、高效的海水淡化技術、工藝的推廣應用。

5) 加大科普宣傳力度，擴大海水利用宣傳。積極推動公眾參與節(jié)水與水資源保護，進一步提高全社會尤其是用水企業(yè)對海水利用重要意義的認識。建立海水利用開放中心，鼓勵民眾免費參觀和品嘗，打消對淡化海水飲用安全的顧慮，在觀念上牢固樹立海水利用的安全性。