濱海缺水城市海水淡化全成本分析
——以華能威海電廠為例

張玲玲，何夢(mèng)婷，王宗志，劉克琳，葉愛玲

(1.河海大學(xué)公共管理學(xué)院，江蘇 南京 211100；2.南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210029)

沿海城市是我國(guó)對(duì)外開放的窗口，但淡水資源短缺已成為沿海城市發(fā)展的瓶頸[1-2]。典型濱海城市威海目前供水來(lái)源有3個(gè)——地表水、地下水和外調(diào)水。但由于威海市降水量少，地表水供給不足，未來(lái)不能滿足人們正常生活所需。地下水不宜大規(guī)模開采，供水份額不高。同時(shí)威海市在受水區(qū)最末端，上游水源受污風(fēng)險(xiǎn)大、水量波動(dòng)大，所以濱海城市供水并不能過(guò)分依賴客水。威海市三面環(huán)海，具有海水利用的天然優(yōu)勢(shì)。目前已建成兩期產(chǎn)水能力分別為2 500 m3/d和7 200 m3/d的華能威海電廠，每年可節(jié)約自來(lái)水量超過(guò)300萬(wàn)m3。海水淡化為解決沿海城市水資源短缺提供新思路，以全成本分析模型為基礎(chǔ)核算海水淡化能為水價(jià)政策制定提供數(shù)據(jù)支撐，進(jìn)一步提升濱海城市多水源利用效率，推動(dòng)濱海城市可持續(xù)發(fā)展。

全成本理論是一種可以廣泛應(yīng)用于成本計(jì)算的經(jīng)濟(jì)模型，國(guó)外學(xué)者Gaddis等[3]運(yùn)用全成本模型分析美國(guó)沿海災(zāi)害以提前做好災(zāi)害預(yù)警和準(zhǔn)備計(jì)劃，國(guó)內(nèi)學(xué)者張一清[4]以全成本理論為研究基礎(chǔ)測(cè)算了能源價(jià)格。

關(guān)于全成本理論在水價(jià)核算方面的研究，國(guó)外學(xué)者Ortega等[5]認(rèn)為，完全成本水價(jià)是目前國(guó)際統(tǒng)一認(rèn)證能凸顯水資源商品屬性的核算方式。Bhojwani等[6]對(duì)水資源進(jìn)行全成本評(píng)估，包括資本成本比較(直接資本和間接資本)、運(yùn)營(yíng)成本比較(能源需求、勞動(dòng)力成本、化學(xué)品使用、保養(yǎng)和維修成本、膜替代成本和單位產(chǎn)品成本)和環(huán)境成本(精礦處理和碳足跡)。國(guó)內(nèi)學(xué)者從多個(gè)視角研究水資源全成本核算模型，如劉婷婷[7]從經(jīng)濟(jì)學(xué)視角衡量水資源全成本；也有學(xué)者從邊際成本角度出發(fā)，如張洪雷[8]提出水資源全成本由3部分邊際成本組成。在研究水資源價(jià)值成本方面，陳易等[9]采用馬爾薩斯模型將水資源的使用價(jià)值和價(jià)格建立數(shù)學(xué)關(guān)系，馬改艷等[10]將地租理論應(yīng)用到核算水本身資源價(jià)值上。

關(guān)于全成本理論在淡化水成本核算方面的研究，李曉瓊[11]指出，海水淡化全成本應(yīng)該將淡化水從生產(chǎn)到使用全程產(chǎn)生的費(fèi)用納入計(jì)算。在海水本身資源價(jià)值研究方面，王天琪等[12]認(rèn)為由于當(dāng)時(shí)未出臺(tái)征收海水利用費(fèi)用的相關(guān)政策，遂把海水本身資源價(jià)值忽略不計(jì)。高波等[13]專注于研究海水淡化的外部性成本，主要包括能源消耗成本、濃鹽水排放對(duì)環(huán)境的影響以及使用海水的轉(zhuǎn)化價(jià)值，最終得出1.42元/m3。目前海水淡化相關(guān)外部性研究主要定性闡述了海水淡化對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響，如王侯[14]提出海水淡化會(huì)影響海洋生物活動(dòng)、危害人類健康、影響捕撈產(chǎn)業(yè)發(fā)展等，根據(jù)文獻(xiàn)綜述和主觀判斷并不能明確直接地突出海水淡化產(chǎn)業(yè)對(duì)生態(tài)的破壞。Gude[15]指出，可持續(xù)發(fā)展海水淡化中環(huán)境因素包括碳排放、化學(xué)物質(zhì)投放、水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化。Elimelech等[16]也在評(píng)估海水淡化能源效率中指出，熱電能導(dǎo)致空氣污染和溫室氣體的排放。

綜上所述，國(guó)內(nèi)外學(xué)者較為普遍地認(rèn)為水資源全成本包括水參與社會(huì)循環(huán)全過(guò)程所產(chǎn)生的一切成本，也能夠在計(jì)算過(guò)程中考慮水資源本身價(jià)值和外部性影響[17]。但國(guó)內(nèi)針對(duì)海水淡化的全成本分析還不夠完善，主要表現(xiàn)為：①海水本身資源價(jià)值成本核算方式不一，缺少對(duì)其統(tǒng)一量化標(biāo)準(zhǔn)，很多研究為簡(jiǎn)化計(jì)算而直接將其歸為0。根據(jù)文獻(xiàn)[18]可知，海水資源也屬于水資源，其共性價(jià)值不容忽視。②外部性成本缺少量化計(jì)算，大多數(shù)學(xué)者選擇定性分析海水淡化過(guò)程產(chǎn)生的環(huán)境影響，無(wú)法直觀了解影響程度。

基于已有研究，筆者選取典型濱海城市威海市為研究對(duì)象，運(yùn)用全成本理論構(gòu)建海水淡化全成本分析模型。從有用性價(jià)值和稀缺性價(jià)值考量淡化水資源成本，采用污染物當(dāng)量法核算海水淡化的外部性成本，以數(shù)據(jù)結(jié)果直觀顯示海水淡化對(duì)生態(tài)的影響。通過(guò)從多角度量化計(jì)算海水淡化水成本，有助于淡化水進(jìn)入城市供水系統(tǒng)的價(jià)格制定，進(jìn)而為威海市多水源管理提供數(shù)據(jù)支撐。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文數(shù)據(jù)基于《威海市海水淡化專項(xiàng)規(guī)劃說(shuō)明書》《威海市統(tǒng)計(jì)年鑒2018》《威海市水安全保障總體規(guī)劃(2016—2050年)》和《2018年威海市水資源公報(bào)》等相關(guān)政策文件，同時(shí)參與南京市水利科學(xué)研究所“關(guān)于威海市基于海水淡化利用的城市多水源調(diào)配技術(shù)與政策保障研究”的課題項(xiàng)目，通過(guò)實(shí)際調(diào)研當(dāng)?shù)厮畡?wù)局和相關(guān)企業(yè)獲取有效資料。

2 海水淡化全成本模型構(gòu)建

鑒于此，筆者認(rèn)為海水淡化全成本應(yīng)將淡化水從取水、造水、輸送到使用循環(huán)過(guò)程所產(chǎn)生的費(fèi)用均衡量在內(nèi)。其中為細(xì)化核算資源成本，將資源成本分為有用性價(jià)值和稀缺性價(jià)值，有用性價(jià)值與水質(zhì)密不可分，水質(zhì)等級(jí)越高有用性價(jià)值就相對(duì)越高；而水量對(duì)稀缺性價(jià)值有著關(guān)鍵影響。其中，工程成本是指海水淡化過(guò)程中消耗的人力物力成本[19]，考慮到淡化水在整個(gè)供水環(huán)節(jié)的投入，在此將工程成本分為前期取水費(fèi)用和后期工程建設(shè)費(fèi)用。由于海水淡化項(xiàng)目規(guī)模、工藝、設(shè)備不一，工程成本也相應(yīng)有所差別，其中外部性成本主要表現(xiàn)為海水淡化過(guò)程濃鹽水排放對(duì)環(huán)境的影響。

綜上，海水淡化全成本為

P=R+E+C

(1)

式中：P為海水淡化全成本；R為海水淡化資源成本；E為海水淡化工程成本；C為海水淡化外部性成本。

3 海水淡化全成本分析

3.1 資源成本分析

2017年12月1起山東省開始對(duì)地表水與地下水征收水資源稅，目前居民、工業(yè)用水的水資源稅均為0.4元/m3，但未就海水淡化項(xiàng)目征收相應(yīng)水資源稅。淡化水取自海水，具備水資源本身的資源價(jià)值，因此本文從淡化水有用性價(jià)值和稀缺性價(jià)值兩方面核算其水資源成本。

3.1.1有用性價(jià)值

參考文獻(xiàn)[20]，確定

R=αV1+βV2

(2)

式中：R為每噸淡化水資源成本，元/m3；V1為每噸淡化水的有用性價(jià)值，元/m3；V2為每噸淡化水的稀缺性價(jià)值，元/m3；α，β為修正性系數(shù)，且(α，β)≥0。

引入有用性修正系數(shù)

(3)

式中：αi為第i級(jí)水的有用性修正系數(shù)；wj為第j種功用的權(quán)值；αij為第i級(jí)水用于第j類用戶的功效系數(shù)。根據(jù)文獻(xiàn)研究[21]，結(jié)合威海市數(shù)據(jù)計(jì)算可得淡化水有用性價(jià)值為

3.1.2稀缺性價(jià)值

由于目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者普遍認(rèn)為海水淡化資源總量龐大，未有統(tǒng)一的稀缺性價(jià)值測(cè)算標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)文獻(xiàn)[22-23]，假設(shè)βV2=μαV1，其中μ表示該區(qū)域人均海水占有量與全國(guó)人均海水占有量比值，查閱資料可得μ值趨近于零。

綜上，可得出海水淡化資源成本R=αV1+βV2=0.123元/m3。

3.2 工程成本分析

根據(jù)上文分析，確定

E=e1+e2

(4)

式中：E為海水淡化工程成本，元/m3；e1為海水淡化項(xiàng)目后期工程建設(shè)費(fèi)用，元/m3；e2為海水淡化項(xiàng)目前期投入費(fèi)用，元/m3。

3.2.1主要造水成本費(fèi)用

根據(jù)實(shí)地調(diào)研數(shù)據(jù)整理可得表1、表2，威海市華能威海電廠目前淡化規(guī)模為10萬(wàn)m3/d，低溫多效與反滲透工藝投資各占一半，年平均設(shè)備利用率在80%左右，所以海水淡化后期工程建設(shè)費(fèi)用為。

元/m3表1 10萬(wàn)m3/d反滲透工藝不同設(shè)備利用率海水淡化成本 元/m3

單位經(jīng)營(yíng)成本=化學(xué)品消耗+材料更換費(fèi)+蒸汽消耗+動(dòng)力消耗+工資及福利+修理費(fèi)+其他費(fèi)用；單位造水成本=單位經(jīng)營(yíng)成本+折舊費(fèi)用+利息費(fèi)用。下同。

表2 10萬(wàn)m3/d低溫多效工藝不同設(shè)備利用率海水淡化成本 元/m3

3.2.2海水淡化項(xiàng)目前期投入費(fèi)用

海水淡化項(xiàng)目必然需要前期大量費(fèi)用投入，根據(jù)《威海市海水淡化專項(xiàng)計(jì)劃說(shuō)明書》，管網(wǎng)及配套工程投資分為近期、后期、展望期，選取10萬(wàn)m3/d規(guī)模，按照30年折舊，近期、遠(yuǎn)期、展望期費(fèi)用分別為0.17元/m3、0.13元/m3、0.14元/m3，取平均數(shù)e2則為0.147元/m3。

綜上，海水淡化工程成本E=e1+e2=6.45元/m3+0.147元/m3=6.597元/m3。

3.3 海水淡化外部成本分析

為了水資源的可持續(xù)利用，海水淡化過(guò)程中必須考慮對(duì)環(huán)境的影響。濃鹽水不但含鹽量高，而且含有淡化工藝中摻雜的化學(xué)藥品。目前國(guó)內(nèi)對(duì)濃鹽水主要有以下兩類處理方式，①鄰海淡化工廠選擇直接排放入海，這樣成本低廉、快速方便，但易對(duì)周邊海域造成生態(tài)污染；②內(nèi)陸淡化廠多選擇蒸發(fā)、深井注射、排放進(jìn)污水處理系統(tǒng)，創(chuàng)收一定的經(jīng)濟(jì)效益，但前期處理費(fèi)用較高[24]。威海市已建成的華能威海電廠處理濃鹽水選擇排放入海，目前國(guó)內(nèi)已出臺(tái)排污費(fèi)征收標(biāo)準(zhǔn)，下文采用污染物當(dāng)量補(bǔ)償法計(jì)算濃鹽水排放對(duì)環(huán)境影響的外部成本。計(jì)算公式如下：

(5)

由于威海市核電配套產(chǎn)業(yè)園海水淡化項(xiàng)目二期仍在建設(shè)，所以本文以采用已建成的華能威海電廠排放濃鹽水的理化性質(zhì)和污染物當(dāng)量表進(jìn)行估算。

華能威海電廠年耗海水量約15億m3，主要用于海水冷卻，每天排放的海水約400萬(wàn)m3，日產(chǎn)10萬(wàn)m3海水淡化工程，濃鹽水量約20萬(wàn)m3，則生產(chǎn)單位淡化水所排放濃鹽水量Qb為2 m3。故濃鹽水排放的環(huán)境成本為

綜上所述，威海市海水淡化預(yù)計(jì)全成本為

P=R+E+C=0.123元/m3+6.597元/m3+0.446元/m3=7.166元/m3

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

本文基于全成本分析法對(duì)威海市海水淡化做了一個(gè)全成本核算，得出目前威海市海水淡化水成本價(jià)格為7.166元/m3。在3部分成本核算過(guò)程中，不難發(fā)現(xiàn)其中份額最高的是工程成本，占比高達(dá)95%。海水淡化成本和設(shè)備利用率直接相關(guān)，設(shè)備使用率越高，成本越低，當(dāng)設(shè)備利用率低于50%時(shí)，低溫多效工藝成本高于9元/m3，若設(shè)備處于高負(fù)荷的90%利用率時(shí)，無(wú)論是單使用反滲透工藝還是低溫多效工藝，其單位造水成本均低于7元/m3。目前國(guó)內(nèi)海水淡化項(xiàng)目向反滲透工藝發(fā)展，且隨著設(shè)備的不斷完善，海水淡化設(shè)備利用率保持在70%～80%[25]。當(dāng)然，海水淡化方法選擇的不同對(duì)成本影響也不同，其中反滲透工藝主要消耗電力，低溫多效工藝中蒸汽消耗費(fèi)用較高。根據(jù)表1可知，噸水電耗4 kW·h，電價(jià)0.555元/kW·h的情況下反滲透工藝在不同設(shè)備利用率下均需要2.22元/m3，由表2可知余熱蒸汽30元/m3情況下低溫多效工藝在不同設(shè)備利用率下均花費(fèi)3元/m3，由此可見，淡化工藝的不斷提升對(duì)工程成本的降低有著重要作用。雖然按照污染物當(dāng)量法測(cè)算的環(huán)境成本占比不高，但由于選取方法和指標(biāo)有限，不能完全代表其負(fù)外部性，未來(lái)在海水淡化項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中應(yīng)本著水資源可持續(xù)利用的原則，著重考慮生態(tài)環(huán)境影響。

4.2 建議

目前威海市地表水已經(jīng)不能滿足市內(nèi)用水需求，每年仍需南水北調(diào)工程與膠東調(diào)水工程向全市供水，根據(jù)水利局統(tǒng)計(jì)，計(jì)量水費(fèi)長(zhǎng)江水為4.25元/m3，黃河水2.965元/m3，此費(fèi)用不含水處理費(fèi)及管道輸送費(fèi)用。若將此部分費(fèi)用算上，遠(yuǎn)程調(diào)水成本將達(dá)到7～9元/m3，而海水淡化設(shè)備在較高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)成本為6～7元/m3，此時(shí)南水北調(diào)成本與海水淡化成本相當(dāng)[23]，從安全性和經(jīng)濟(jì)性上來(lái)說(shuō)海水淡化均優(yōu)于遠(yuǎn)程調(diào)水。華能威海電廠海水淡化全成本分析為濱海缺水城市加快海水淡化進(jìn)程提供數(shù)據(jù)支撐，為進(jìn)一步提升淡化水進(jìn)入城市供水系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)力，濱海缺水城市政府必須出臺(tái)相關(guān)政策完善淡化水價(jià)格制定、加快淡化水納入城市供水統(tǒng)一管理。

4.2.1積極爭(zhēng)取政策和資金支持，打造多元融資渠道

相關(guān)政府和企業(yè)要積極爭(zhēng)取國(guó)家部委及省直部門關(guān)于海水淡化領(lǐng)域產(chǎn)業(yè)、研發(fā)、人才等方面的政策及資金支持，加快淡化工藝科學(xué)研究，提升設(shè)備利用率，降低化學(xué)藥劑污染源，延長(zhǎng)膜和管道的使用壽命。目前海水淡化項(xiàng)目投資以政府為主，也可鼓勵(lì)第三方資本參與海水淡化產(chǎn)業(yè)投資，適用于海水淡化項(xiàng)目的運(yùn)營(yíng)模式有多種，如EPC總承包模式、PPP模式、BOT模式等，相關(guān)企業(yè)和政府可根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的投資模式，促使經(jīng)濟(jì)綜合效益最大化。

4.2.2加快淡化水納入城市供水統(tǒng)一管理

為促進(jìn)水資源可持續(xù)利用，必須加快構(gòu)建動(dòng)態(tài)水價(jià)協(xié)調(diào)機(jī)制，特別關(guān)注城市供水產(chǎn)生的外部性因素，不斷完善水資源全成本核算體系，加快推進(jìn)多水源價(jià)格分類?？紤]到居民水價(jià)承受力和水質(zhì)可接受度，政府應(yīng)發(fā)揮其宏觀調(diào)控職能，促使市場(chǎng)發(fā)揮價(jià)格杠桿作用。作為缺淡水資源的濱海城市，多水源統(tǒng)籌利用應(yīng)綜合考慮預(yù)測(cè)缺水量、供水成本等多種因素。近期，不改變外調(diào)水以及庫(kù)水為主的供水水源格局，海水淡化可以作為第二水源和備用水源，為濱海城市的供水安全提供有力保障；未來(lái)，隨著技術(shù)水平的不斷提高，海水淡化的制水成本也會(huì)不斷下降，其大規(guī)模應(yīng)用一直受到嚴(yán)重制約的經(jīng)濟(jì)因素將不復(fù)存在，海水淡化既可以作為常規(guī)水源進(jìn)入供水系統(tǒng)，更可以作為優(yōu)質(zhì)水源分質(zhì)供水。