河北省海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用分析

楊豪杰，宋澤霖，劉甜甜，李 巖,4

(1.河北省地礦局第四水文工程地質(zhì)大隊(duì)，滄州市黃河?xùn)|路蔡御街1號 061000；2.天津大學(xué)，天津市南開區(qū)衛(wèi)津路92號 300072；3.河北水利電力學(xué)院，滄州市黃河西路49號 061001；4.河北省高校水利自動化與信息化應(yīng)用技術(shù)研發(fā)中心，滄州市黃河西路49號 061001)

地球上水總體積約為1.386×109km3，其中淡水資源約35×106km3，為總水量的2.53%，除去冰川、高山冰冠等，可利用的水資源不到地球總水量的1%。而淡水資源日益匱乏，促進(jìn)了海水資源的開發(fā)與利用[1]。海水淡化產(chǎn)業(yè)是解決我國沿海地區(qū)水資源短缺的重要途徑，也是沿海地區(qū)水資源的重要補(bǔ)充和戰(zhàn)略儲備。

2021年3月發(fā)布的《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》，提出了“推動落實(shí)海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略,加快推進(jìn)海水淡化規(guī)?；瘧?yīng)用,服務(wù)國家經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展”。2021年6月由國家發(fā)展改革委、自然資源部聯(lián)合發(fā)布的《海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計(jì)劃(2021—2025年)》中提出“到2025年，新增海水淡化規(guī)模125萬噸/日”的目標(biāo)。至此，海水淡化產(chǎn)業(yè)提升到了國家層面上，研究如何發(fā)展海水利用，利用海水淡化置換淡水資源對促進(jìn)資源節(jié)約、提供水資源安全保障水平和推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和戰(zhàn)略意義。

目前，對海水淡化相關(guān)研究主要集中在技術(shù)層面或者經(jīng)濟(jì)應(yīng)用層面。主要研究方向有海水淡化成本及其經(jīng)濟(jì)性分析[2]，海水淡化濃海水處理方案的研究[3]，產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工作對海水淡化行業(yè)發(fā)展的作用和影響[4]等。文中參考現(xiàn)有海水淡化產(chǎn)業(yè)研究所取得的成果，從產(chǎn)業(yè)發(fā)展和產(chǎn)業(yè)政策的角度，分析了海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及行業(yè)發(fā)展的瓶頸，并提出了推動海水淡化行業(yè)發(fā)展的相關(guān)建議。

1 研究區(qū)概況

1.1 地理位置

河北省海岸線跨越秦皇島、唐山、滄州三個地級城市及其轄區(qū)，海岸線長487km,海岸帶總面積11379.88km2。綿長的海岸線，為河北提供了豐富的海水資源。因此，如何充分利用豐富的海水資源解決生產(chǎn)生活發(fā)展中的問題并帶來相關(guān)社會和經(jīng)濟(jì)效益或?qū)⒊蔀樨酱鉀Q的問題。

1.2 人均水資源

河北省統(tǒng)計(jì)局公布的《河北省第七次人口普查2021年人口動態(tài)監(jiān)測大數(shù)據(jù)分目》中指出，2020年河北省常住人口7460萬人，人口比較密集、經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)。2020年全省水資源總量146.26億m3，人均為196.2m3[6]。國際公認(rèn)的缺水標(biāo)準(zhǔn)：人均水資源低于500m3,為極度缺水，由此可見河北省淡水資源匱乏。

1.3 地下水超采嚴(yán)重

全省生產(chǎn)生活中對于水資源的巨大需求使得地下水資源被過量開采。20世紀(jì)70年代以來，地下水不合理的開采利用，導(dǎo)致地下水位持續(xù)下降、水質(zhì)惡化等，引發(fā)了一系列生態(tài)環(huán)境地質(zhì)問題[7]。據(jù)調(diào)查，河北省地下水年均超采量59.6億m3，累計(jì)超采量達(dá)到驚人的1500多億m3，超采區(qū)面積6.7萬km3，占平原面積的91%[8]。隨著地下水的大規(guī)模開采，引起的地面沉降、地質(zhì)災(zāi)害等問題愈發(fā)突出，截止到2005年底，河北平原地面沉降重點(diǎn)沉降區(qū)范圍內(nèi)，大于2000mm的沉降面積達(dá)7.41km2。為加快推進(jìn)平原地面沉降防治各項(xiàng)重點(diǎn)工作，最大限度減輕地面沉降災(zāi)害造成的損失，自然資源部印發(fā)了《京津冀平原地面沉降綜合防治總體規(guī)劃(2019-2035年)重點(diǎn)任務(wù)分工方案》，下達(dá)河北省2021年海水淡化水替代地下水開采量為0.5億m3，2022年為0.9億m3的目標(biāo)。

1.4 海水淡化迫切性

1.4.1 用電量大導(dǎo)致用水量加大

隨著京津冀協(xié)同發(fā)展、雄安新區(qū)建設(shè)等上升為國家戰(zhàn)略，沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口不斷聚集，對電力部門的需求不斷增加，因此作為主要發(fā)電來源的熱電廠對淡水的需求極為龐大。中國水資源的時空分布不均，以及水資源與能源儲備的不匹配，讓能源不足的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)一步提升。用中國7個主要流域和6個區(qū)域電網(wǎng)，即東北電網(wǎng)、華北電網(wǎng)、華中電網(wǎng)、華東電網(wǎng)、西北電網(wǎng)和南方電網(wǎng)來舉例，南方流域的徑流整體比北方的流域大。因此，南方的電網(wǎng)比北方地區(qū)，特別是華北和西北的電網(wǎng)更富水。華北電網(wǎng)的用電量和發(fā)電量相對較高，但水資源短缺，因此該地區(qū)被確定為全球發(fā)電面臨最高風(fēng)險(xiǎn)的地區(qū)。當(dāng)代生活生產(chǎn)離不開電能源，而水資源在電能源的生產(chǎn)中發(fā)揮巨大作用，不可或缺。

1.4.2 海水淡化影響顯著

海水淡化作為新興的淡水生產(chǎn)方式，不受時空和氣候影響，且水質(zhì)好、水量大、供水穩(wěn)定，在技術(shù)較為成熟的同時，可有效緩解沿海水資源短缺問題。近年來，國家高度重視海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展，2012年2月，國務(wù)院辦公廳印發(fā)《關(guān)于加快發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)的意見》(國辦發(fā)〔2012〕13號)，國家相關(guān)部委相繼出臺了《海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》(發(fā)改環(huán)資〔2012〕3867號)《全國海水利用“十三五”規(guī)劃》(發(fā)改環(huán)資〔2016〕2764號)《海島海水淡化工程實(shí)施方案》(發(fā)改環(huán)資〔2017〕2115號)等指導(dǎo)性規(guī)劃和實(shí)施方案，明確了海水淡化發(fā)展的方向，為海水淡化產(chǎn)業(yè)營造了良好的政策環(huán)境。近十年來，我國海水淡化產(chǎn)業(yè)保持良好發(fā)展，截至2020年底，我國海水淡化規(guī)模達(dá)到165萬t/d，最大海水淡化工程規(guī)模20萬t/d。海水淡化在保障我國沿海地區(qū)水資源安全、優(yōu)化區(qū)域供水結(jié)構(gòu)、發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。隨著深化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)改革的推進(jìn)，沿海地區(qū)對水資源需求日益迫切，水資源與經(jīng)濟(jì)要素之間的適配矛盾更加突出。推動海水淡化產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，是立足新發(fā)展階段、貫徹新發(fā)展理念、構(gòu)建新發(fā)展格局、實(shí)施海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略的有機(jī)組成[8]。推動海水淡化的進(jìn)程迫在眉睫。

2 海水淡化產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

2.1 河北省海水利用數(shù)據(jù)采集單位

通過對資料收集、數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場調(diào)研、專家咨詢和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)歷史調(diào)查數(shù)據(jù)及《全國海水利用報(bào)告》，匯總出河北省海水利用企業(yè)數(shù)據(jù)采集名單，見表1。數(shù)據(jù)采集內(nèi)容包括工程規(guī)模、技術(shù)水平、海水淡化成本、濃鹽水綜合利用情況等。海水淡化產(chǎn)水的終端用戶主要為工業(yè)用水，滄州國華滄東電廠的海淡水除供給周邊企業(yè)，剩余部分作為生活水自用。近年來我省海水淡化產(chǎn)業(yè)保持了平穩(wěn)增長，尤其以唐山曹妃甸區(qū)和滄州渤海新區(qū)為代表(河北省海水利用數(shù)據(jù)采集單位工作范圍示意圖如圖1所示)。

表1 河北省海水利用數(shù)據(jù)采集單位列表Tab.1 List of seawater utilization data collection units in Hebei province

圖1 河北省海水利用數(shù)據(jù)采集單位工作范圍示意圖Fig.1 Schematic diagram of working scope of seawater utilization data acquisition unit in Hebei province

2.2 海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

截至2019年12月，全省產(chǎn)水總規(guī)模20.35萬t/d，較上年增加3.50萬t/d，產(chǎn)水規(guī)模位居全國第四位。海水淡化水年產(chǎn)量3714t/d，較上年持平。新增首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限公司3.5萬t/d熱膜耦合海水淡化工程。

其中，唐山市海水淡化產(chǎn)水規(guī)模最大，為14.00萬t/d日，海水淡化企業(yè)3家，海水淡化工程5個，分別是河北大唐王灘電廠0.50萬t/d反滲透海水淡化工程、唐山曹妃甸北控5萬t反滲透海水淡化工程，以及首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限公司一期、二期低溫多效海水淡化工程、熱膜耦合海水淡化工程；滄州市海水淡化規(guī)模為5.75萬t/d，海水淡化企業(yè)1家，海水淡化工程3個，為國華滄東發(fā)電有限公司一期2.0萬t、二期1.25萬t、三期2.5萬t低溫多效海水淡化工程；秦皇島熱電廠低溫多效海水淡化工程，工程規(guī)模0.60萬t/d。反滲透(RO)、低溫多效(MED)和多級閃蒸(MSF)海水淡化技術(shù)是國際上已商業(yè)化應(yīng)用的主流海水淡化技術(shù)。目前，全省海水淡化工藝主要為反滲透和低溫多效。其中，已投產(chǎn)運(yùn)行反滲透海水淡化工程2個，產(chǎn)水規(guī)模為5.50萬t/d；低溫多效海水淡化工程為7個，產(chǎn)水規(guī)模為14.85萬t/d。低溫多效是反滲透海水淡化產(chǎn)水規(guī)模的2倍。

在建海水淡化工程共5個，產(chǎn)水總規(guī)模21.00萬t/d。分別為首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限公司1.00萬t/d反滲透海水淡化工程、河北豐越能源科技有限公司7.50萬t/d反滲透海水淡化工程、河北豐越能源科技有限公司2.50萬t/d低溫多效海水淡化工程、滄州渤海新區(qū)巴安水務(wù)有限公司5.00萬t/d反滲透海水淡化工程和滄州渤海新區(qū)首創(chuàng)阿科凌新水源有限公司5.00萬t/d反滲透海水淡化工程。

擬建海水淡化工程共2個，產(chǎn)水總規(guī)模15.00萬t/d，分別為河北國華滄東發(fā)電有限公司20萬t-先期5萬t低溫多效海水淡化工程和河北唐山海港經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)10萬t/d反滲透海水淡化工程。

2.3 統(tǒng)計(jì)分析

對于產(chǎn)水規(guī)模進(jìn)行線性擬合，得到線性擬合模型y=ax+b,其中y代表日產(chǎn)量(萬立方米)，a為系數(shù)值等于1.3676，x代表自2006年開始的序數(shù)，例如2006年序數(shù)為1,2007序數(shù)為2；b為常數(shù)值2.1233,r2代表擬合優(yōu)度等于0.8779,產(chǎn)水規(guī)模增長較好的符合了線性增長的特征(見表2)。

表2 河北省海水淡化規(guī)模增長趨勢表

從表2數(shù)據(jù)可知，自2006年至2019年間，全省海水淡化工程數(shù)量和產(chǎn)水規(guī)模呈現(xiàn)出平穩(wěn)且逐漸增長的趨勢，因此我們推測在未來，全省的水淡化工程數(shù)量和產(chǎn)水規(guī)模仍會繼續(xù)這種穩(wěn)中有進(jìn)且上升態(tài)勢更加明顯的趨勢。

3 海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題

3.1 海水淡化水民用化程度不高

河北省海水淡化水尚未接入市政供水管網(wǎng)，僅有少量海水淡化水以瓶裝水、桶裝水的形式進(jìn)入市場，民用海水淡化水僅占總產(chǎn)量的2%，遠(yuǎn)低于33.05%的全國平均水平。我省雖然海水淡化工程及產(chǎn)能先進(jìn)并且發(fā)電量在沿海省份也較為領(lǐng)先，但是同為人口大省的河北與山東，我省海水淡化仍主要應(yīng)用于工業(yè)層面，市政方面用水仍然不足。還應(yīng)加強(qiáng)對于民用淡化的應(yīng)用，讓百姓更直接的享受到海水淡化的福利。

3.2 海水淡化水輸運(yùn)管網(wǎng)建設(shè)滯后

目前，河北省海水淡化水輸運(yùn)管網(wǎng)主要集中在滄州渤海新區(qū)，其他地區(qū)輸運(yùn)管網(wǎng)建設(shè)較為滯后，僅限于工業(yè)用水需求，限制了海水淡化水產(chǎn)能發(fā)展，規(guī)模效應(yīng)沒有凸顯。

3.3 相比工業(yè)用自來水，海水淡化水成本偏高

隨著技術(shù)的發(fā)展，我國海水淡化成本已接近世界平均成本，在5～8元之間，但相比于自來水的價格，仍然偏高。海水淡化成本由多種因素構(gòu)成，主要包括設(shè)備、材料投資、能源消耗、管網(wǎng)鋪設(shè)以及海水預(yù)處理等。其中，能耗占到成本的60%以上，對于萬噸級以上海水淡化工程，如果將蒸餾法消耗的熱折算成電，多級閃蒸法能耗約為8.5kW·h/m3，多效蒸餾法約為5.5kW·h/m3，反滲透法約為4.3kW·h/m3[9]。此外，現(xiàn)今海水淡化主要通過反滲透法，而反滲透膜造價高昂，并且在使用過程中極易被污染，一般3至5年需要更換一次，使得反滲透法價格偏高。并且管網(wǎng)鋪設(shè)成本也占據(jù)較大比例，這也給海水淡化的經(jīng)濟(jì)性帶來了不可忽略的影響。

3.4 海水淡化水飲用產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不完善

目前，相關(guān)法律法規(guī)仍缺乏對海水淡化建設(shè)發(fā)展和管理的相關(guān)規(guī)范，且海水淡化項(xiàng)目的定位和監(jiān)管不清，其責(zé)、權(quán)、利不明確。諸如海水淡化飲用水標(biāo)準(zhǔn)參考《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)包裝飲用水》(GB 19298-2014)，該標(biāo)準(zhǔn)對生產(chǎn)用源水設(shè)定限制，僅包括公共供水系統(tǒng)的水源和非公共供水系統(tǒng)的地表水、地下水，未明確是否可用海水作為源水，不利于海水淡化水飲用水推向市場。

4 海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見和建議

4.1 加大技術(shù)投入，降低生產(chǎn)成本

想要降低海水淡化成本，解決海水淡化的經(jīng)濟(jì)性問題，首先要優(yōu)化海水淡化的相關(guān)技術(shù)設(shè)備。對此，政府層面要提高對海水淡化的重視，可以通過出臺相應(yīng)政策甚至立法來確定海水淡化的戰(zhàn)略地位并搭配與之配套的目標(biāo)規(guī)劃，專項(xiàng)基金與管理措施等，來保證海水淡化技術(shù)發(fā)展的穩(wěn)定。同時，科研機(jī)構(gòu)也要培養(yǎng)海水淡化相關(guān)方面的人才，可以與企業(yè)共創(chuàng)人才培養(yǎng)計(jì)劃，讓相關(guān)人才在科研的同時深入實(shí)地，能夠在實(shí)踐中做出成果并將研究成果轉(zhuǎn)化投入實(shí)際生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)雙方共贏[8]。

4.2 加快推進(jìn)海水淡化水輸運(yùn)管網(wǎng)建設(shè)

海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展離不開政府的支持，建議試行“企業(yè)制水，政府包銷”的海水淡化新模式，由政府修建淡水輸送管網(wǎng)，為企業(yè)和用戶搭建輸水通道。政府、制水企業(yè)、用戶間建立起安全可靠的水廠運(yùn)營協(xié)調(diào)機(jī)制，發(fā)揮該模式在擴(kuò)大海水淡化水利用方面的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)多方共贏。

4.3 穩(wěn)步推進(jìn)海水淡化水并入市政供水管網(wǎng)

國內(nèi)青島、天津、浙江沿海等地區(qū)已將海水淡化水并入市政供水管網(wǎng)運(yùn)行。建議在唐山曹妃甸區(qū)、滄州渤海新區(qū)等海水淡化水產(chǎn)能集中區(qū)域可聯(lián)合發(fā)改委、水務(wù)、海洋等部門及相關(guān)企業(yè)科學(xué)論證海水淡化水并入市政管網(wǎng)供水的可行性，開展海水淡化水民用化試點(diǎn)工作。

4.4 完善水價機(jī)制

目前河北省海水淡化水產(chǎn)水成本偏高，為推進(jìn)海水淡化水大規(guī)模應(yīng)用，建議制定相關(guān)政策鼓勵使用海水淡化水。淡化海水的成本已經(jīng)高于目前居民用水第一檔的標(biāo)準(zhǔn)。對此，北控水務(wù)海水淡化事業(yè)部總經(jīng)理王小水指出：“這個價格看似高于居民用水價格，但目前我國公益性水利工程，如水庫、輸水管道等建設(shè)所需經(jīng)費(fèi)基本上由各級財(cái)政承擔(dān)，沒有列入自來水成本，導(dǎo)致水的價格與價值背離，如果把城市引水工程中土地、投資、運(yùn)行、管理等費(fèi)用和損耗計(jì)算在內(nèi)，淡化海水的成本還要低于自來水。目前政府部門一直對居民用水進(jìn)行價格補(bǔ)貼，淡化海水后只是替代或補(bǔ)充部分水源，對居民水價不會造成影響?！笔姓┧呢?zé)任主體在市縣，按照事權(quán)與支出相一致的原則，鼓勵相關(guān)市縣從海水淡化綜合利用的角度，統(tǒng)籌考慮成本和市場承受能力等因素，研究制定對海水淡化相關(guān)企業(yè)的價格支持政策，增加諸如水電聯(lián)產(chǎn)“以電補(bǔ)水”等鼓勵措施。

4.5 提高全民節(jié)水意識,加強(qiáng)海水淡化方面的社會宣傳工作力度

建議多渠道、廣角度地進(jìn)行節(jié)水宣傳。充分利用媒體宣傳、知識競賽、利用關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)例如“世界水日”、“世界海洋日”進(jìn)行節(jié)約用水及海水淡化方面的宣傳。