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        我國現(xiàn)有技術(shù)條件下海水淡化成本構(gòu)成分析

        2013-10-18 08:22:18高玉屏
        水利技術(shù)監(jiān)督 2013年1期
        關(guān)鍵詞:淡化反滲透海水

        高玉屏

        (中國水利報社,北京 100038)

        海水淡化又稱為海水脫鹽,是指從海水中提取淡水的技術(shù)和過程。海水淡化技術(shù)從最早 1954年在美國應用以來,一直沒有取得革命性的技術(shù)突破,成本過高的瓶頸問題沒有得到根本性的解決。目前,世界上海水淡化技術(shù)僅在極度缺水的發(fā)達國家和沿海、海島地區(qū)得到一定應用。

        1 海水淡化技術(shù)在我國的應用

        目前我國已建成海水淡化裝置 62套,形成產(chǎn)能約40萬t/d。主要應用領(lǐng)域包括電力行業(yè)的鍋爐用水,沿海鋼鐵、石化等企業(yè)用水以及少數(shù)海島的生活用水。

        據(jù)了解,我國部分較大規(guī)模的海水淡化廠開工不足,運營困難。如天津北疆電廠海水淡化工程日處理能力10萬t,計劃進入市政管網(wǎng),但由于存在成本和水質(zhì)問題,該項目目前每天只生產(chǎn) 8000t。從目前的實際情況看,海水淡化在我國的應用與發(fā)展存在以下幾大難題需要解決。

        1.1 海水淡化成本偏高

        現(xiàn)有的海水淡化技術(shù)主要可分為兩大類,一類是膜法,目前在我國占 70%;一類是蒸餾法,約占 30%。盡管海水淡化技術(shù)近些年來已經(jīng)取得了很大進步,兩種方法也相對成熟,但還沒有取得革命性的技術(shù)突破?,F(xiàn)有技術(shù)條件下的海水淡化成本仍偏高。

        目前關(guān)于海水淡化成本的計算、統(tǒng)計結(jié)果說法不一,主要是因為在核算過程中,計入成本的因子不同,或者有一些因素沒有納入。據(jù)長期從事于海水淡化的天津大學王世昌教授介紹,按目前海水淡化技術(shù)水平,制水成本一般在 5~7元/t。有關(guān)專家也都同意這一看法。據(jù)了解,曹妃甸海水淡化廠(日產(chǎn)5萬t)出廠價是5.99元/t,青島百發(fā)海水淡化廠(日產(chǎn)10萬t)是7元/t。

        海水淡化成本主要包括能耗、固定資產(chǎn)折舊和日常運行費用3大部分。近年來海水淡化成本的降低主要得益于設(shè)備價格大幅降低,如目前反滲透膜的價格只有10年前的1/5。但由于海水淡化技術(shù)已發(fā)展到一個相當成熟的階段,繼續(xù)通過技術(shù)進步降低成本的潛力已經(jīng)十分有限,而同時能源、人工和原材料價格增加的幅度又會較大,因此進一步降低海水淡化成本的難度較大。

        1.2 飲用淡化海水對人體健康有影響

        淡化海水水質(zhì)無法與天然淡水相比。據(jù)國內(nèi)外研究文獻,淡化海水作為飲用水存在許多的技術(shù)難題。一是膜法生產(chǎn)的淡化海水硼含量超標,會對人體造成損害,用于澆灌植物可造成枯萎甚至死亡,而自然淡水基本不含硼元素。二是淡化海水中有益礦物質(zhì)含量很低,引起人體營養(yǎng)物質(zhì)流失,造成多種健康隱患。三是蒸餾法淡化海水不含氧,長期飲用會導致骨質(zhì)疏松、神經(jīng)麻痹等問題。

        如果通過提高工藝解決上述問題,需在原有基礎(chǔ)上額外增加較多成本。如中東國家投入大量資金對淡化海水進行礦化調(diào)節(jié)等深度處理,使其達到飲用水標準。

        1.3 海水淡化對海洋生態(tài)環(huán)境有負面影響

        海水淡化會產(chǎn)生濃鹽水、添加劑等多種廢棄物,目前多直接排入海洋,如大規(guī)模生產(chǎn)將對生態(tài)環(huán)境造成不容忽視的影響。

        在目前技術(shù)條件下,淡化海水產(chǎn)生的高鹽廢水鹽度比海水增加約1倍,一般有直排入海和用于化工制鹽兩種處理方式。制鹽方式由于受占地、鹽場接納能力、市場需求等因素限制,一般采用很少。

        大量濃鹽水排放到海中,將嚴重擾亂附近海域的海洋生態(tài),對耐鹽性較差海洋生物產(chǎn)生顯著影響,造成漁業(yè)等海洋經(jīng)濟損失,一些國家和地區(qū)曾因此對受損漁民進行過賠償。特別是渤海灣海域水流交換條件差,近海其他污染已較嚴重,在其周邊大規(guī)模發(fā)展海水淡化必將進一步加劇海洋生態(tài)環(huán)境惡化。山東省已經(jīng)禁止海水淡化濃鹽水直排入海。

        2 海水淡化成本構(gòu)成分析

        影響海水淡化成本的因素較多,主要有水源水質(zhì)、海水溫度、固定資產(chǎn)投資、設(shè)備利用率以及電力能源價格等。在不同的建設(shè)條件和運營條件下,不同海水淡化工程的成本差異較大。其成本構(gòu)成一般包括:能源(電力)費用、藥劑費用、人工費用、維護費用、財務(wù)費用及折舊費用等。下面主要就現(xiàn)有技術(shù)條件下我國反滲透法和蒸餾法淡化技術(shù)的成本進行簡要分析。

        2.1 反滲透淡化技術(shù)成本分析

        在設(shè)計運行良好的情況下,我國反滲透海水淡化的噸水電耗為~4.5kW·h。按照工業(yè)電價平均水平0.58元/kW·h(2010年)計算,噸水電力成本為 2.20~2.38元;如果與電廠合建或者采用電廠直供電的情況下,電價可降到0.4元/kW·h以內(nèi),這樣噸水的電力成本可降到1.52~1.64元。

        噸水藥劑費用為0.40元左右。

        按照我國目前的平均工資福利水平,一般情況下噸水人工及管理成本約為0.10元。

        設(shè)備維護、維修、清洗的年費用約為固定資產(chǎn)總值的1.5%,為噸水0.27~0.41元。

        超濾膜、反滲透膜和濾芯等耗損材料的噸水更換費用約為0.60~0.90元。

        對于10萬m3/d級別的海水淡化項目,在銀行長期貸款金額占總投資的70%(寬限期2年,還款期10年),流動資金貸款額占到總流動資金的70%的情況下,按目前的利率水平,噸水銀行財務(wù)費用約為0.30元。

        海水淡化裝置的壽命在維護良好的情況下可到達20年以上,如果按照折舊20年,殘值5%進行,設(shè)備利用率 90%進行估算,反滲透海水淡化的噸水折舊成本為0.87~1.30元。

        綜上,反滲透海水淡化的成本在 4.16~5.59元/t之間。其中能源(電力)成本所占比例最大,占40%左右,其次是折舊和維護(包含換膜)成本,均占到22%。

        2.2 蒸餾法淡化技術(shù)成本分析

        蒸餾法的電力費用較低,設(shè)計運行良好的情況下,一般噸水電耗在1.4kW·h左右,按照如果按照工業(yè)電價平均水平0.58元/kW·h(2010年)計算,噸水電力成本為 0.81元,如果按照上網(wǎng)電價 0.4元/kW·h計算,噸水電力成本可降到0.56元/t水。

        一般情況下,噸水藥劑費用約為0.30元左右。

        噸水人工及管理成本約為0.1元。

        按照固定資產(chǎn)總值的1.5%計算,噸水設(shè)備維護費用為0.36~0.50元。

        對于10萬m3/d級別的海水淡化項目,銀行財務(wù)費用約為0.40元/t水;如果按照折舊20年,殘值5%進行,設(shè)備利用率90%進行估算,蒸餾法海水淡化的噸水折舊成本為1.16~1.59元。

        綜上,蒸餾法海水淡化的成本在 4.88~6.70元/t之間。其中能源成本最大,所占比例超過一半,到 55%左右;其能源成本又以熱力成本為主,約占整個能源費用的 3/4。折舊為第二大成本,占 24%左右。

        綜上所述,影響海水淡化成本最主要因素為能源價格,工程投資(體現(xiàn)在設(shè)備折舊及維護上)、生產(chǎn)負荷(如果淡化廠生產(chǎn)負荷較低,則每噸產(chǎn)品水分攤的固定成本就會增加,帶來淡化成本增加)。

        2.3 工程投資估算

        按照10萬m3/d規(guī)模,針對我國運用較適用的低溫多效法、反滲透法海水淡化廠建設(shè)投資估算情況如表1和2所示。

        表1 國產(chǎn)與進口海水淡化裝置單位投資費用對比表

        表2 10萬m3/d海水淡化廠投資估算(萬元)

        3 主要結(jié)論

        通過以上初步分析,基本可以得出以下結(jié)論。

        (1)在目前技術(shù)水平下,反滲透法是海水淡化綜合成本最低的工藝方法。

        (2)達到工程規(guī)模是成本降低的重要條件。國家發(fā)改委在海水淡化高技術(shù)產(chǎn)業(yè)示范專項中要求,反滲透裝置規(guī)模不低于 5000 m3/d,蒸餾法裝置規(guī)模不低于10000 m3/d。

        (3)淡化廠工程投資與淡化成本呈正比。國產(chǎn)機電產(chǎn)品平均成本水平比國外低 25%左右,實現(xiàn)海水淡化設(shè)備國產(chǎn)化后,國產(chǎn)淡化水裝置工程費用將比國外同類產(chǎn)品降低20%~30%左右,相應淡化成本可降低6%~8%。通過設(shè)備國產(chǎn)化,降低工程投資,是降低制水成本重要途徑。

        (4)蒸汽、電等基礎(chǔ)能源的價格對制水成本影響巨大,占海水淡化總成本的 50%以上。因此,選擇電廠經(jīng)營海水淡化,實現(xiàn)電水聯(lián)產(chǎn)對于降低制水成本具有非常重要的作用。

        近年來,隨著技術(shù)的不斷進步和淡化總裝機容量逐年上升,淡化水價格呈逐年下降趨勢。但是,由于在技術(shù)上沒有革命性的突破,淡化水的價格仍處在較高水平,再加上淡化水對人體健康的不利影響、海水淡化的生態(tài)影響、社會公眾對淡化水的接受程度等問題,使得淡化海水在眾多水源(包括本地水源、外調(diào)水源、中水回用、地下水等)的選擇中,仍缺乏比較優(yōu)勢。

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