山東省海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機會與展望

黃鵬飛,王銳浩,康 權(quán),韓偉濤,陳進(jìn)斌,張尊良,施坤濤,路 靜

(1.山東海水淡化與綜合利用產(chǎn)業(yè)研究院,山東 濟(jì)南 250022;2.自然資源部 天津海水淡化與綜合利用研究所,天津 300192;3.濰坊市海洋發(fā)展研究院,山東 濰坊 261041;4.威海市海水綜合利用產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究中心,山東 威海 264200;5.山東省威海市環(huán)翠區(qū)海洋發(fā)展研究中心,山東 威海 264200;6.山東省國土空間數(shù)據(jù)和遙感技術(shù)研究院,山東 濟(jì)南 250002)

山東省人均淡水資源量僅為全國的1/6,對客水和地下水依賴程度高,水資源短缺問題是山東省需要長期面對的基本省情,也是限制省內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸因素之一。海水淡化作為水資源增量技術(shù),具有水質(zhì)好、不受時空和氣候影響、規(guī)?？筛鶕?jù)需求調(diào)整等優(yōu)點,是緩解沿海地區(qū)水資源短缺的重要途徑之一[1]。在山東省發(fā)展海水淡化,有助于增加水資源供應(yīng),優(yōu)化供水結(jié)構(gòu),對破解省內(nèi)水資源剛性約束、保障沿海地區(qū)水安全和推進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 工程現(xiàn)狀

山東省海水淡化起步較早,海水淡化裝機規(guī)模一直位于我國前列。根據(jù)山東海水淡化與綜合利用產(chǎn)業(yè)研究院提供的統(tǒng)計數(shù)據(jù),截至2022年底,山東省已建成海水淡化工程44處,日產(chǎn)規(guī)模達(dá)60.32萬t,年生產(chǎn)淡水能力超2億t。從用途看,補充市政供水海水淡化工程2處,產(chǎn)能23萬t/d(青島百發(fā)海水淡化工程20萬t/d、華能威海海水淡化工程3萬t/d);補充工業(yè)園區(qū)海水淡化工程2處,產(chǎn)能15萬t/d(青島董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)海水淡化項目10萬t/d、魯北高新技術(shù)開發(fā)區(qū)海水淡化項目5萬t/d);電廠、化工、冶金等企業(yè)自建海水淡化工程18處,產(chǎn)能21.33萬t/d;海島保障居民用水海水淡化站22處,產(chǎn)能9 955 t/d,確保有居民海島“島島供淡水”。從地域看,青島市占比較高,產(chǎn)能34.13萬t/d,占全省56.6%;其次,煙臺市產(chǎn)能8.4萬t/d,占全省13.9%。圖1為近7 a山東省海水淡化工程規(guī)模,圖2為山東省內(nèi)海水淡化工程區(qū)域分布圖。

圖2 山東省內(nèi)海水淡化工程區(qū)域分布圖Fig.2 Distribution map of desalination projects in Shandong Province

1.2 產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

海水淡化產(chǎn)業(yè)鏈主要以海水淡化技術(shù)為核心,以工程設(shè)計與安裝、設(shè)備制造、淡化水產(chǎn)品提供、技術(shù)服務(wù)為主,延伸輻射供水、凈水、環(huán)保、濃鹽水綜合利用等行業(yè)。在水淡化產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括技術(shù)研發(fā)和原材料生產(chǎn),涉及核心技術(shù)研發(fā)、新技術(shù)研發(fā)、中試技術(shù)、產(chǎn)業(yè)化技術(shù)、化工高分子、鋼鐵冶金、特種材料等領(lǐng)域。在技術(shù)研發(fā)方面,擁有山東大學(xué)、中國海洋大學(xué)、自然資源部第一海洋研究所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)(威海校區(qū))、中船重工725所等多家從事海水淡化相關(guān)科研的高校院所[2],以及中歐膜技術(shù)研究院、山東海水淡化與綜合利用產(chǎn)業(yè)研究院、山東海水綜合利用研究中心、威海市海水綜合利用產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究中心等產(chǎn)業(yè)化平臺。海水利用產(chǎn)業(yè)鏈中游主要包括關(guān)鍵材料設(shè)備生產(chǎn)、配套部件生產(chǎn)、整機裝備制造、工程咨詢設(shè)計、工程總包和工程運行維護(hù),山東省在海水淡化關(guān)鍵材料設(shè)備生產(chǎn)、整機裝備制造、咨詢設(shè)計、工程總包等方面都有一定的基礎(chǔ)。海水利用產(chǎn)業(yè)鏈下游環(huán)節(jié)包括供水產(chǎn)業(yè)和綜合利用。綜合利用涉及濃鹽水制鹽、化學(xué)元素提取及高附加值產(chǎn)品深加工等領(lǐng)域。供水產(chǎn)業(yè)涉及市政供水、鍋爐用水、特殊工藝用水等領(lǐng)域。另外海水淡化產(chǎn)業(yè)還延伸到家庭用水凈化、污廢水處理、工業(yè)水回用、水體污染治理等其他產(chǎn)業(yè)。從綜合利用來看,山東省濰坊市、濱州市高附加值產(chǎn)業(yè)較為齊全,截至2021年底,山東省海水綜合利用可產(chǎn)海鹽280萬t/a、原鹽860萬t/a、食鹽55萬t/a、工業(yè)鹽120萬t/a、精制鹽12萬t/a、溴素6.56萬t/a、氯化鎂18.45萬t/a、硫酸鉀2.2萬t/a,經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

1.3 政策現(xiàn)狀

山東省海水淡化規(guī)劃政策較為完善,在多方面領(lǐng)軍全國,起到了很好的示范作用。一是開展專題調(diào)研,出臺海水淡化利用專項規(guī)劃。從2019年開始,山東省海洋局持續(xù)開展海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展專題調(diào)研,充分了解國內(nèi)外及全省海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀、存在問題和企業(yè)訴求,提出將海水淡化作為解決沿海地區(qū)水供應(yīng)問題的重要選項。2020年,省政府辦公廳印發(fā)實施《關(guān)于加快發(fā)展海水淡化與綜合利用產(chǎn)業(yè)的意見》,實施沿海工業(yè)園區(qū)“增水”、有居民海島“供水”、沿海缺水城市“補水”、全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展和科技支撐五大行動。認(rèn)真貫徹落實國家《海水淡化利用發(fā)展行動計劃(2021～2025年)》,編制出臺《山東省海水淡化利用發(fā)展行動實施方案》,堅持統(tǒng)籌謀劃、分類指導(dǎo)、集群發(fā)展、協(xié)調(diào)推進(jìn),實施擴(kuò)大海水淡化利用規(guī)模、提升海水淡化創(chuàng)新能力、做大海水淡化產(chǎn)業(yè)集群和完善海水淡化管理體系四大重點任務(wù),構(gòu)建“兩區(qū)保障、多園融合、數(shù)點拓展、全省協(xié)同”的海水淡化利用發(fā)展布局。二是將海水淡化納入其他規(guī)劃中,包括《海洋強省建設(shè)行動計劃》、《山東省“十四五”海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》等(見表1)。三是山東省制定了針對海水淡化與綜合利用具體政策規(guī)定[3],如《青島市海水淡化項目運營財政補助辦法》、《海水淡化生活飲用水集中式供水單位衛(wèi)生管理規(guī)范》(DB 37/T 3683—2019)等。此外,山東省財政廳、中共山東省委組織部、山東省發(fā)展和改革委員會等 16 部門印發(fā)《關(guān)于支持海洋戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)發(fā)展的財稅政策的通知》(魯財資環(huán)〔2019〕17 號),提出了7大項、26條政策措施,對海水淡化等海洋戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了有效促進(jìn)作用。

表1 山東省十四五涉及海水淡化相關(guān)規(guī)劃及內(nèi)容Tab.1 Planning and content related to desalination in Shandong Province during the 14th Five Year Plan period

2 存在問題

2.1 海水淡化尚未真正實現(xiàn)納入水資源統(tǒng)一配置

海水淡化僅作為干旱天氣條件下的應(yīng)急備選項目,在增大客水供應(yīng)或雨水相對豐沛情況下,海水淡化項目進(jìn)展緩慢,尚未真正將海水淡化作為水資源的戰(zhàn)略增量納入水資源統(tǒng)一配置,海水淡化供水能力占總供水量的比例不足1%。

2.2 自主研發(fā)海水淡化核心技術(shù)能力不強

雖然山東省海水淡化和海水化學(xué)資源利用工程建設(shè)總規(guī)模均位于全國前列,但目前山東省裝備自給率較低,主要集中在砂濾、水泵等中低端領(lǐng)域,集成大型海水利用裝備、高壓泵能量回收、反滲透膜等核心部件仍然依賴進(jìn)口,核心技術(shù)積累不足,部分產(chǎn)業(yè)鏈關(guān)鍵環(huán)節(jié)核心技術(shù)存在卡脖子問題[4]。

2.3 產(chǎn)業(yè)鏈供應(yīng)鏈協(xié)作配套體系不完善

山東省內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈缺乏具備產(chǎn)業(yè)鏈上下游縱深配置的圈層式產(chǎn)業(yè)集群,“延鏈、補鏈”工作需進(jìn)一步加強。海水淡化項目投資大、回報周期長,低溫多效海水淡化的噸水投資成本7 000～9 000元/t,反滲透海水淡化的噸水投資成本6 000～8 000元/t[5],引導(dǎo)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的扶持政策和資金激勵作用不明顯,社會資本參與海水淡化投資建設(shè)的積極性不高。

3 面臨機會

3.1 我國海水淡化產(chǎn)業(yè)迎來發(fā)展機遇期

隨著我國城鎮(zhèn)化率的提升,城市用水告急和沿海工業(yè)對淡水需求的增多,海水淡化成為了保障水資源的重要途徑之一,受到了國家政府的高度重視?！吨腥A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》明確提出,要“推進(jìn)海水淡化和海洋能規(guī)?；谩薄叶鄠€部委均將海水淡化納入相關(guān)規(guī)劃政策,國家發(fā)展改革委聯(lián)合自然資源部于2021年6月印發(fā)的《海水淡化利用發(fā)展行動計劃(2021—2025年)》,提出了“到2025年,全國海水淡化總規(guī)模將達(dá)到290萬t/d以上,新增海水淡化規(guī)模125萬t/d以上”的發(fā)展目標(biāo),為“十四五”期間海水淡化的發(fā)展指明了方向。

此外,我國海水淡化技術(shù)已經(jīng)成熟。從最早的引進(jìn)關(guān)鍵設(shè)備、集成共性技術(shù)和建設(shè)示范工程,發(fā)展到了可以突破多項決定海水淡化能耗的關(guān)鍵自有技術(shù)、材料和裝備,產(chǎn)業(yè)發(fā)展已初具規(guī)模;工程建設(shè)投資和制水成本也大幅降低,基本與國際水平持平[6]。目前我國已初步形成膜法反滲透、熱法低溫多效蒸餾兩大海水淡化技術(shù)研發(fā)和裝備制造體系,自主技術(shù)已建成單機3.5萬t/d多效蒸餾、2萬t/d反滲透示范工程,超、微濾膜和壓力膜殼已經(jīng)出口國外并具備一定的競爭力。技術(shù)的成熟和良好的政策環(huán)境共同為海水淡化產(chǎn)業(yè)提供了廣闊的發(fā)展空間。

3.2 山東省具有良好的海水淡化發(fā)展環(huán)境

山東省是我國海洋大省,近海海域占渤海和黃海總面積37%,約17萬km2,海岸線綿延3 000 km以上,占全國海岸線總長的1/6[7],擁有豐富的海水資源,水質(zhì)相對較好,具有發(fā)展海水淡化的先天優(yōu)勢。而且山東省海水淡化起步較早,一直位居我國前列,海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛,產(chǎn)能產(chǎn)量不斷提高,海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對促進(jìn)省內(nèi)沿海地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展,保障水資源供給,作用不斷凸顯。

山東省委、省政府也對海水淡化十分重視,尤其是2022-10出臺的《山東省海水淡化利用發(fā)展行動實施方案》,提出了“到2025年,全省海水淡化利用總規(guī)模達(dá)到120萬t/d。海水淡化利用關(guān)鍵核心技術(shù)裝備自主可控,海水淡化利用技術(shù)與裝備水平進(jìn)一步提升”的發(fā)展目標(biāo)。同時,山東省還與自然資源部天津海水淡化與綜合利用研究所、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、中國膜學(xué)工業(yè)協(xié)會等科研院所共建了山東海水淡化與綜合利用產(chǎn)業(yè)研究院,威海市海水綜合利用產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究中心、中歐膜技術(shù)研究院、山東海水綜合利用研究中心等技術(shù)產(chǎn)業(yè)化平臺,助力海水淡化科技創(chuàng)新與成果轉(zhuǎn)化,為山東省海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供科技支撐。

3.3 山東省海水淡化發(fā)展需求旺盛

山東省內(nèi)水資源存在地區(qū)分布不均、年際年內(nèi)變化劇烈的特點,年降水量的多年變化過程具有明顯的豐、枯水交替出現(xiàn)的特點,連續(xù)豐水年和連續(xù)枯水年現(xiàn)象十分普遍,且山東省水資源對外調(diào)水依賴程度較高[8]。全省黃河水、南水北調(diào)一期長江水等外調(diào)水量指標(biāo)達(dá) 79.7 億m3,占全省當(dāng)?shù)厮Y源可利用量的 41.4%。尤其是東營、濱州等市,黃河水的供水量占當(dāng)?shù)乜偣┧康?70%以上,對外調(diào)水依賴程度高,導(dǎo)致省內(nèi)供水主動性差。隨著國家將對黃河“八七”分水方案進(jìn)行調(diào)整,山東引黃指標(biāo)有可能進(jìn)一步減少;長江水分配山東的指標(biāo)總體較小,且短期內(nèi)難以增加,將嚴(yán)重威脅省內(nèi)供水安全。

根據(jù)《山東省水安全保障規(guī)劃》,2030年正常年份山東省總需水量達(dá)356.6億m3,枯水年份、特枯水年份需水量達(dá)364.2億m3,均超出國家下達(dá)的用水總量控制指標(biāo)。據(jù)此測算,到2025年,正常年份、枯水年份、特枯年份全省可供水總量分別為273.1、257.1、247.5億m3,需水總量分別為284.0、291.6、291.6億m3,缺水率分別為3.8%、11.8%、15.1%,水資源供需矛盾十分突出。而山東省當(dāng)?shù)厮Y源開發(fā)利用空間不大,外調(diào)水又面臨指標(biāo)進(jìn)一步減少、短缺內(nèi)難以增加的困境,亟需探索新的水源來保障省內(nèi)水資源可持續(xù)發(fā)展。海水淡化作為水資源增量技術(shù),是緩解省內(nèi)水資源短缺難題、保障水資源可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。

4 前景展望

水資源短缺將是山東省長期面對的基本省情,而海水淡化作為水資源增量技術(shù),對于促進(jìn)省內(nèi)沿海地區(qū)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展,保障供給具有重要意義,發(fā)展海水淡化已然成為保障山東省社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)實選擇。面臨國家海水淡化即將迎來黃金發(fā)展的重大發(fā)展機遇,山東省應(yīng)發(fā)揮省內(nèi)海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展優(yōu)勢,克服發(fā)展瓶頸,將海水淡化產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展更多聚焦于擴(kuò)大海水淡化利用規(guī)模、完善產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策、健全產(chǎn)業(yè)發(fā)展鏈條等方面,全力打造海水淡化及綜合利用強省,為其他沿海省市發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)提供可參考的經(jīng)驗。

4.1 將海水淡化水作為水資源重要補充,打造山東沿海海水淡化利用新模式

海水是水資源的重要寶庫,取之不盡、用之不竭。發(fā)展海水淡化與綜合利用,增加水資源供應(yīng),有利于減少濱海地區(qū)開采地下水,有效緩解沿海地區(qū)水資源短缺矛盾。深入貫徹落實海水淡化等非常規(guī)水資源納入水資源統(tǒng)一配置思想,將淡化海水作為城市供水的重要補充水源,在水資源緊缺的沿海地帶優(yōu)先考慮使用海水淡化水;在使用淡化海水替代黃河水、長江水的地區(qū),允許以水源置換的方式與其他地區(qū)進(jìn)行黃河水、長江水指標(biāo)的水量交易,有效解決工程布局與調(diào)水指標(biāo)分配配置過程中存在的難題,打造非常規(guī)水資源開發(fā)利用新模式。

4.2 做好海水淡化工程布局,推動海水淡化規(guī)?；瘧?yīng)用示范

近年來,山東海水淡化行業(yè)發(fā)展進(jìn)程不斷加快,技術(shù)更加成熟,海水淡化的發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入快車道。發(fā)展海水淡化是貫徹落實海洋強國戰(zhàn)略和《海洋強省建設(shè)行動計劃》的具體體現(xiàn),是著力解決水資源短缺、落實黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展戰(zhàn)略、培育海洋經(jīng)濟(jì)新動能的重要抓手。聚焦水資源集約利用、新能源開發(fā)等方向,在東營、濰坊等水資源需求迫切的地區(qū)加快海水淡化工程布局,開展海水淡化工業(yè)“點對點”供水和海水淡化市政供水應(yīng)用示范,推動海水淡化規(guī)?；瘧?yīng)用示范;同時結(jié)合山東沿海灘涂光伏發(fā)電、海上風(fēng)電等項目建設(shè),應(yīng)用可再生能源耦合海水淡化技術(shù),進(jìn)而降低海水淡化運行成本。

4.3 發(fā)展?jié)恹}水綜合利用,實現(xiàn)新舊動能轉(zhuǎn)換傳統(tǒng)鹽業(yè)轉(zhuǎn)型升級

山東省沿海有儲量較大的淺層和深層鹵水資源。在鹵水資源開發(fā)方面,主要以淺層鹵水為主,已形成百萬噸級原鹽生產(chǎn)能力,此外還有溴化鉀、溴化鈉及無機溴化物、苦鹵深加工以及鹽化工的后續(xù)產(chǎn)品。但在發(fā)展過程中,產(chǎn)業(yè)逐步暴露出部分問題,例如鹽業(yè)規(guī)?；潭炔桓?、鹽化產(chǎn)業(yè)鏈條短等。特別是隨著地下鹵水品質(zhì)下降,儲量減少,地下鹵水水位下降,正成為困擾制鹽業(yè)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)面臨的巨大問題。海水淡化濃鹽水化學(xué)組分的濃度為標(biāo)準(zhǔn)海水濃度的近2倍,濃鹽水處理量僅為直接處理海水量的一半,可顯著降低提取成本,且海水淡化過程中產(chǎn)生的濃鹽水的溫度、流量穩(wěn)定,便于海水綜合利用過程的常年平穩(wěn)運行。依托現(xiàn)有溴素深加工和苦鹵化工生產(chǎn)項目,結(jié)合沿海大規(guī)模海水淡化規(guī)模建設(shè),推動海水淡化與傳統(tǒng)鹽化工的協(xié)同發(fā)展。一方面解決傳統(tǒng)鹽化工高品位鹵水資源不足的問題,促使傳統(tǒng)鹵水資源利用向淡化濃鹽水提溴—制鹽產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級,打造山東省鹽化工改革的樣板,推動鹽化產(chǎn)業(yè)新舊動能轉(zhuǎn)換;另一方面濃鹽水綜合利用還可為鹽業(yè)企業(yè)在保證原鹽產(chǎn)量的基礎(chǔ)上,逐漸縮小鹽田占用土地面積,有利于土地資源實現(xiàn)節(jié)約集約化利用。

4.4 創(chuàng)新產(chǎn)業(yè)配套政策,打造國內(nèi)領(lǐng)先的海水淡化與綜合利用示范區(qū)

完善投融資渠道,加大資本市場運作力度,廣泛吸引社會和民間資金、擴(kuò)大銀行貸款、政府市場融資等多種融資渠道,鼓勵社會資本參與海水淡化建設(shè)運營。對海水淡化進(jìn)入市政管網(wǎng)、濃鹽水綜合利用、可再生能源耦合海水淡化等具有示范性的重點項目,制定保底水價、水量的同時,給予項目財政補貼,并做好項目用地、用海政策保障,確保項目推動實施。鼓勵國產(chǎn)海水淡化裝備、材料進(jìn)行工程應(yīng)用,對于應(yīng)用國產(chǎn)化裝備的企業(yè)給予相應(yīng)的優(yōu)惠政策。依托沿海地區(qū)大規(guī)模海水淡化的應(yīng)用示范,將淡化濃鹽水輸送給周邊的鹽化工企業(yè)進(jìn)行提溴、制鹽,發(fā)展集海水淡化水提溴—制鹽的海水淡化與綜合利用全產(chǎn)業(yè)鏈條,解決地下鹵水過度開采的問題,打造海水淡化與綜合利用示范區(qū),推動海水淡化與綜合利用產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。