劉樹(shù)模　李愛(ài)斌　葉亮

摘 要：大型化是海水淡化供水工程的發(fā)展趨勢(shì)，我國(guó)濱海城市由于快速發(fā)展造成水資源短缺，已經(jīng)有不少城市或地區(qū)在研究采用大型海水淡化供水工程解決供水問(wèn)題。該文針對(duì)大型海水淡化工程建設(shè)所需要的工程可行性研究、項(xiàng)目決策等所需要進(jìn)行的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行了論述，包括主流海水淡化技術(shù)特點(diǎn)，我國(guó)建設(shè)海水淡化工程的投資水平、通常情況下的運(yùn)行成本，并列舉具體案例說(shuō)明具體海水淡化工程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法。

關(guān)鍵詞：海水淡化 工程建設(shè) 成本分析 技術(shù)經(jīng)濟(jì)

中圖分類號(hào)：TQ08 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）06（a）-0056-06

Abstract：Large-scale integration is the developing trend of seawater desalination water supplying engineering. The rapid development of the coastal cities in our country is leading to the fresh water shortage. And in some cities and regions， large-scale seawater desalination water supplying projects have been investigated to solve the water supplying problems. This paper discussed the crucial issues of techno-economic analysis which are essential for the engineering feasibility study and project decision that are needed in the construction of large-scale seawater desalination engineering. These issues includes the feature of main seawater desalination technology， the investment level and the usual operating cost for the construction of seawater desalination engineering in our country. In addition， the concrete cases are provided and listed to illustrate the techno-economic analysis of specific seawater desalination engineering.

Key Words：Seawater Desalination；Desalination Construction；cost Analysis Engineering Economy

海水淡化是一種淡水資源增量技術(shù)，具有不淹地、不移民、不爭(zhēng)水、不受氣候影響等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展海水淡化有利于保障淡水資源的供給安全。

由于全球范圍內(nèi)氣候變暖、人口增長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和環(huán)境污染等原因，可以利用的淡水資源日趨緊張，促使海水淡化產(chǎn)業(yè)在過(guò)去的20年間得到了快速發(fā)展，海水淡化裝機(jī)容量快速上升。1995年之后，全球每年新增在線淡化產(chǎn)能幾乎都以百萬(wàn)噸級(jí)的速度遞增。據(jù)IDA DESALINATION Yearbook 2013-2014海水淡化年報(bào)統(tǒng)計(jì)，截止到2013年，已簽約淡化裝機(jī)容量增長(zhǎng)至8596萬(wàn)m3/d。

我國(guó)自1982年在西沙永興島建成了第一個(gè)海水淡化工程以來(lái)，經(jīng)過(guò)近幾十年發(fā)展，在海水淡化技術(shù)、裝備制造、工程示范等方面均取得了重大突破。截至2013年底，我國(guó)已建海水淡化工程總規(guī)模90萬(wàn)m/d，尤其是近些年工程規(guī)模增長(zhǎng)顯著。首先，由于我國(guó)沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)展很快，水資源短缺的狀況給海水淡化提供了發(fā)展的時(shí)機(jī)；其次，隨著海水淡化技術(shù)成熟和制水成本下降，社會(huì)對(duì)海水淡化的認(rèn)可度加深，促進(jìn)了海水淡化的迅速發(fā)展；再次，我國(guó)近年來(lái)出臺(tái)了一系列政策，將海水淡化明確為解決淡水資源匱乏的戰(zhàn)略選擇。

在過(guò)去的幾十年中，海水淡化市場(chǎng)最顯著的趨勢(shì)就是工程規(guī)模朝著大型化發(fā)展。本文論述了海水淡化工程的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法和特點(diǎn)，一方面可以為后續(xù)其它海水淡化工程建設(shè)提供決策參考，另一方面可以梳理海水淡化工程技術(shù)路線、投資、運(yùn)營(yíng)成本等，為工程優(yōu)化提供分析。

1 海水淡化技術(shù)總論及工程概況

1.1 海水淡化技術(shù)分類

海水淡化又稱為海水脫鹽，也就是從海水中提取淡水的技術(shù)和過(guò)程。根據(jù)被分離出物質(zhì)的不同，淡化技術(shù)可以分為兩大類：（1）將水從海水中分離出來(lái)；（2）將鹽從海水中分離出來(lái)（圖1）。由于技術(shù)的限制，目前將水從海水中取出的方法相比將鹽從海水中取出的方法更有效。將水從海水中分離出來(lái)的方法又可按是否發(fā)生相變而分成兩類，蒸餾，冷凍均屬于發(fā)生相變過(guò)程，而反滲透屬于不發(fā)生相變過(guò)程圖2。

1.2 海水淡化技術(shù)比較

海水淡化目前已經(jīng)大規(guī)模工程應(yīng)用化的技術(shù)包括有多級(jí)閃蒸，低溫多效蒸餾和反滲透。三種主流海水淡化技術(shù)的比較見(jiàn)表1。

*造水比：反應(yīng)蒸汽消耗量的一個(gè)指標(biāo)，指的是每噸加熱蒸汽可生產(chǎn)的淡水量。

1.3 國(guó)內(nèi)外已建海水淡化工程概況

從近些年全球海水淡化技術(shù)及市場(chǎng)發(fā)展來(lái)看，反滲透海水淡化由于成本逐漸下降、裝機(jī)靈活、條件簡(jiǎn)單得到了快速發(fā)展；熱法海水淡化由于同時(shí)需要熱力和電力條件，熱力價(jià)格高等原因，市場(chǎng)逐漸萎縮，尤其是多級(jí)閃蒸操作溫度高，動(dòng)力消耗大，呈現(xiàn)出了更快的萎縮形勢(shì)（圖3）。endprint

我國(guó)海水淡化工程從技術(shù)發(fā)展來(lái)看，除多級(jí)閃蒸成本較高未進(jìn)行深入研究外，經(jīng)過(guò)多年的研究開(kāi)發(fā)積累，已形成了具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的低溫多效海水淡化技術(shù)、反滲透海水淡化集成技術(shù)和部分關(guān)鍵設(shè)備的制造技術(shù)。在天津、青島、玉環(huán)等地建成了自主研發(fā)設(shè)計(jì)的熱法和膜法海水淡化工程。

截至2013年，我國(guó)已建海水淡化工程中，低溫多效產(chǎn)水能力32.1萬(wàn)m/d，占總規(guī)模的36%，反滲透產(chǎn)水能力57.4萬(wàn)m/d，占總規(guī)模的64%。這兩種技術(shù)均已成熟，各有千秋，都占有了相當(dāng)?shù)氖袌?chǎng)份額，并且在較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)還會(huì)同時(shí)存在和發(fā)展（圖4）。

2 海水淡化工程建設(shè)投資分析

海水淡化工程主要包括取水系統(tǒng)、預(yù)處理系統(tǒng)、脫鹽系統(tǒng)、后處理系統(tǒng)、公用工程、輔助工程等子工程。從工程投資角度，投資還可主要分為安裝工程和建筑工程等。

對(duì)于不同海水淡化工藝、不同建廠條件、不同時(shí)間建成的海水淡化工程，工程投資有較大的差異。但一般來(lái)講，反滲透海水淡化工程的投資要低于低溫多效蒸餾海水淡化工程。在目前的技術(shù)和市場(chǎng)條件下，反滲透海水淡化的單位投資為6000～9000元/（m?/d），低溫多效蒸餾海水淡化的單位投資為8000～11000元/（m?/d）。

2.1 反滲透海水淡化的投資組成

以某10萬(wàn)噸/日反滲透海水淡化工程預(yù)算為例，對(duì)投資組成進(jìn)行分析如圖5、圖6所示。

2.2 低溫多效蒸餾海水淡化的投資構(gòu)成

以某10萬(wàn)噸/日反滲透海水淡化工程預(yù)算為例，對(duì)投資進(jìn)行分析如圖7、圖8所示。

3 海水淡化工程運(yùn)行成本分析

海水淡化成本一般包括：能源（電力）費(fèi)用、藥劑費(fèi)用、人工費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用、財(cái)務(wù)費(fèi)用及折舊費(fèi)用等。

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(jià)格等，隨著技術(shù)的發(fā)展，其成本呈逐漸下降的趨勢(shì)。在不同的建設(shè)條件和運(yùn)營(yíng)條件下，不同海水淡化工程的成本差異較大，在較為優(yōu)化的條件下，我國(guó)大型海水淡化項(xiàng)目的制水成本在4～6元/噸。

3.1 反滲透海水淡化成本

（1）能源費(fèi)用。

反滲透海水淡化的能源消耗主要為電力。反滲透系統(tǒng)的電耗與海水含鹽量、海水水溫關(guān)系密切，此外與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行維護(hù)水平也有較大的關(guān)系，包括能量回收裝置的選擇與使用，裝置的清洗與維護(hù)等。在設(shè)計(jì)運(yùn)行良好的情況下，我國(guó)反滲透海水淡化的噸水電耗為3.8～4.1 kWh/噸水。

目前，我國(guó)尚無(wú)針對(duì)海水淡化的電力價(jià)格，如果按照工業(yè)電價(jià)平均水平0.58元/kWh（2013年）計(jì)算，噸水電力成本為2.20～2.38元/噸水；如果按上網(wǎng)電價(jià)0.4元/kWh，這樣噸水的電力成本可降到1.52～1.64元/噸水。

（2）藥劑費(fèi)用。

反滲透海水淡化消耗的主要化學(xué)藥品有：混凝劑、助凝劑、殺生劑、還原劑以及系統(tǒng)清洗用藥劑。藥劑使用量跟原水水質(zhì)有很大關(guān)系，一般情況下，藥劑費(fèi)用為0.40元/噸水左右。

（3）人工費(fèi)用及管理費(fèi)用。

目前海水淡化廠自動(dòng)化程度較高，一般10萬(wàn)噸/日規(guī)模的淡化廠定員不超過(guò)50人，由于全國(guó)各地工資水平差異較大，人工成本也會(huì)有較大的不同。按照我國(guó)目前的平均工資福利水平，一般情況下人工及管理成本約為0.10元/噸水。

（4）維護(hù)費(fèi)用。

反滲透海水淡化設(shè)備的維護(hù)包括設(shè)備的維護(hù)、維修、清洗，以及超濾膜、反滲透膜及過(guò)濾器濾芯等耗損設(shè)備材料的更換。一般情況下，設(shè)備維護(hù)、維修、清洗的年費(fèi)用約為固定資產(chǎn)總值的1.5%，為0.27～0.41元/噸水；超濾膜、反滲透膜和濾芯等耗損材料的更換費(fèi)用約為0.60～0.90元/噸水。

（5）財(cái)務(wù)費(fèi)用。

財(cái)務(wù)費(fèi)用包括銀行長(zhǎng)期貸款利息、流動(dòng)資金貸款利息等，貸款比例與貸款利息不同，會(huì)有很大的差別。對(duì)于10萬(wàn)噸/日級(jí)別的海水淡化項(xiàng)目，在銀行長(zhǎng)期貸款金額占總投資的70%（寬限期2年，還款期10年），流動(dòng)資金貸款額占到總流動(dòng)資金的70%的情況下，按目前的利率水平，銀行財(cái)務(wù)費(fèi)用約為0.30元/噸水。

（6）折舊成本。

海水淡化裝置的壽命在維護(hù)良好的情況下可到達(dá)20年以上，如果按照折舊20年，殘值5%進(jìn)行，設(shè)備利用率90%進(jìn)行估算，反滲透海水淡化的折舊成本在0.87～1.30元/噸水之間。

綜上，反滲透海水淡化的成本在4.16～5.59元/噸之間。其中能源費(fèi)用（電力）成本所占比例最大，占40%左右，其次是折舊和維護(hù)（包含換膜）費(fèi)用，均占到22%圖9。

3.2 低溫多效海水淡本化成

（1）能源費(fèi)用。

低溫多效海水淡化的能源費(fèi)用包括熱力和電力。

熱力費(fèi)用與設(shè)計(jì)造水比關(guān)系密切，目前大型裝置設(shè)計(jì)采用的造水比一般在10左右。在造水比確定的情況下，蒸汽價(jià)格決定了熱力費(fèi)用。在可采用電廠低品位蒸汽的情況下，蒸汽成本可降到20～30元/噸水，這時(shí)淡化水的噸水熱力成本為2.0～3.0元/噸水。

低溫多效的電力費(fèi)用較低，設(shè)計(jì)運(yùn)行良好的情況下，一般噸水電耗在1.4 kWh左右，按照如果按照工業(yè)電價(jià)平均水平0.58元/kWh（2010年）計(jì)算，噸水電力成本為0.81元/噸水；如果按照上網(wǎng)電價(jià)0.4元/kWh計(jì)算，噸水電力成本可降到0.56元/噸水。

（2）藥劑費(fèi)用。

低溫多效的預(yù)處理比反滲透簡(jiǎn)單，藥劑費(fèi)用也較少，其使用的主要藥劑為阻垢劑及系統(tǒng)清洗藥劑。一般情況下，藥劑費(fèi)用為0.30元/噸水左右。

（3）人工費(fèi)用及管理費(fèi)用。

低溫多效的自動(dòng)化程度較高，10萬(wàn)噸/日規(guī)模的淡化廠定員50人的情況下，按照我國(guó)目前的平均工資福利水平，一般情況下人工及管理成本約為0.1元/噸水。endprint

（4）維護(hù)費(fèi)用。

低溫多效海水淡化無(wú)膜更換、濾芯更換等費(fèi)用，僅有設(shè)備的維護(hù)、維修、清洗等費(fèi)用，如果按照固定資產(chǎn)總值的1.5%計(jì)算，設(shè)備維護(hù)費(fèi)用為0.36～0.50元/噸水。

（5）財(cái)務(wù)費(fèi)用。

財(cái)務(wù)費(fèi)用包括銀行長(zhǎng)期貸款利息、流動(dòng)資金貸款利息等，貸款比例與貸款利息不同，會(huì)有很大的差別。對(duì)于10萬(wàn)噸/日級(jí)別的海水淡化項(xiàng)目，在銀行長(zhǎng)期貸款金額占總投資的70%（寬限期2年，還款期10年），流動(dòng)資金貸款額占到總流動(dòng)資金的70%的情況下，按目前的利率水平，銀行財(cái)務(wù)費(fèi)用約為0.40元/噸水。

（6）折舊成本

低溫多效裝置的壽命在維護(hù)良好的情況下可到達(dá)20年以上，如果按照折舊20年，殘值5%進(jìn)行，設(shè)備利用率90%進(jìn)行估算，折舊成本在1.16～1.59元/噸水之間。

綜上，低溫多效海水淡化的成本在4.88～6.70元/噸之間。其中能源費(fèi)用最大，所占比例超過(guò)一半，到55%左右；其能源費(fèi)用又以熱力成本為主，約占整個(gè)能源費(fèi)用的3/4。折舊為第二大費(fèi)用，占24%左右（圖10）。

4 已建工程實(shí)例

4.1 工程投資

經(jīng)調(diào)研，國(guó)內(nèi)近年建設(shè)的部分大型海水淡化工程投資如下：

華能玉環(huán)電廠3.456萬(wàn)噸/日反滲透海水淡化工程，建設(shè)投資19244萬(wàn)元，2006年竣工。合噸水產(chǎn)能建設(shè)投資5568萬(wàn)元。

河北唐山曹妃甸5萬(wàn)噸/日反滲透海水淡化工程，總投資約4.2億元，2010年開(kāi)工。合噸水產(chǎn)能總投資8400萬(wàn)元。

天津經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)1萬(wàn)噸/日低溫多效蒸餾工程，總投資1.6億元，土建工程按照2萬(wàn)噸/日產(chǎn)能設(shè)計(jì)，2006年建成。其中設(shè)備費(fèi)890萬(wàn)美元，按當(dāng)時(shí)美元匯率8.2計(jì)，合人民幣7298萬(wàn)元；按工程建設(shè)其他費(fèi)占總投資的9%，不考慮預(yù)備費(fèi)、建設(shè)期利息、鋪底流動(dòng)資金，估算1萬(wàn)噸/日的土建費(fèi)用約合3631萬(wàn)元。合噸水產(chǎn)能總投資12009萬(wàn)元。

天津北疆發(fā)電廠低溫多效蒸餾海水淡化工程一期10萬(wàn)噸/日，2006年簽訂設(shè)備購(gòu)買合同，2010年投產(chǎn)。設(shè)備費(fèi)用1.2億美元，按當(dāng)時(shí)匯率8.0計(jì)，折合人民幣9.6億元。合噸水設(shè)備投資9600萬(wàn)元。

天津北疆發(fā)電廠低溫多效蒸餾海水淡化工程二期10萬(wàn)噸/日，2010年招標(biāo)。設(shè)備費(fèi)用1.1億美元，按當(dāng)時(shí)匯率6.8計(jì)，折合人民幣7.48億元。合噸水設(shè)備投資7480萬(wàn)元。

由于工程的建設(shè)時(shí)期、建設(shè)條件、所選工藝、建設(shè)管理水平的差異，以及獲得信息的局限性，大型海水淡化的噸水投資呈現(xiàn)出較大的差異。

4.2 造水成本

由于統(tǒng)計(jì)及口徑的差異，海水淡化的噸水運(yùn)營(yíng)成本也有較大的差異。

表2為2004年和2006年建成的山東黃島發(fā)電廠3000噸/日低溫多效蒸餾海水淡化裝置和3000噸/日反滲透海水淡化裝置的造水成本分解。兩套海水淡化裝置均依托發(fā)電廠建設(shè)，沒(méi)有建設(shè)海水取水工程和濃海水排放工程。淡化裝置使用發(fā)電廠自用電，蒸餾淡化裝置使用發(fā)電廠低品位蒸汽。兩套海水淡化裝置的投資均未使用銀行貸款，成本構(gòu)成中不含銀行貸款利息。

表3為2006年投產(chǎn)的浙江華能玉環(huán)電廠3.456萬(wàn)噸/日反滲透海水淡化工程成本分解，項(xiàng)目采用水電聯(lián)產(chǎn)的方式建設(shè)，公用工程未計(jì)入海水淡化工程投資。浙江玉環(huán)海域海水鹽度較低、年平均水溫較高，淡化成本相對(duì)較低。

5 典型規(guī)模（10萬(wàn)噸/日）投資及成本估算例舉

按照我國(guó)北方某市的建設(shè)條件，建設(shè)10萬(wàn)噸/日海水淡化工程項(xiàng)目，采用反滲透和低溫多效工藝分別進(jìn)行投資估算和造水成本分析。

工程投資估算系根據(jù)建設(shè)部《全國(guó)市政工程投資估算指標(biāo)》、《市政工程可行性研究投資估算編制辦法》，進(jìn)口裝置或元件價(jià)格根據(jù)國(guó)外公司的詢價(jià)結(jié)果，不足部分結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)具體情況進(jìn)行估算?？偼顿Y的70%采用銀行產(chǎn)期貸款，貸款期10年，寬限期2年，長(zhǎng)期銀行貸款利息以6.80%計(jì)；流動(dòng)資金的70%采用銀行貸款，貸款利息以6.31%計(jì)。其他主要分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)參見(jiàn)表4。

5.1 反滲透海水淡化工程

5.1.1 反滲透海水淡化工程總投資

反滲透海水淡化工程建設(shè)費(fèi)用為51902.00萬(wàn)元，工程建設(shè)其他費(fèi)用5187.80萬(wàn)元，基本預(yù)備費(fèi)取10%，不考慮建設(shè)期價(jià)格變化因素，工程總投資為67474.49萬(wàn)元（表5）。

5.1.2 反滲透海水淡化工程造水成本

反滲透膜及超濾膜的使用壽命以4年計(jì)，電價(jià)以0.428元/度計(jì)，單位經(jīng)營(yíng)成本為3.19元/噸水，造水成本為4.43元/噸水（表6）。

5.2 低溫多效海水淡化工程

5.2.1 低溫多效海水淡化工程總投資

低溫多效海水淡化工程建設(shè)費(fèi)用為77456.00萬(wàn)元，工程建設(shè)其他費(fèi)用7022.80萬(wàn)元，基本預(yù)備費(fèi)取10%，不考慮建設(shè)期價(jià)格變化因素，工程總投資為98509.95萬(wàn)元（表7）。

5.2.2 低溫多效海水淡化工程造水成本

低溫多效裝置的造水比以12.7計(jì)，蒸汽采用電廠的低品位蒸汽，成本為25元/噸，單位經(jīng)營(yíng)成本為3.342元/噸，單位造水成本為5.182元/噸（表8）。

6 結(jié)論

（1）我國(guó)海水淡化在近二十年中取得了迅速增長(zhǎng)，海水淡化技術(shù)以反滲透和低溫多效蒸餾為主。與全球海水淡化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)相同，反滲透技術(shù)的應(yīng)用占比逐步升高。

（2）由于建設(shè)條件不同，海水淡化工程投資有較大的差異。在目前的技術(shù)和市場(chǎng)條件下，反滲透海水淡化的單位投資為6000～9000元/（m?/d），低溫多效蒸餾海水淡化的單位投資為8000～11000元/（m?/d）。

（3）反滲透海水淡化的成本在4.16～5.59元/噸之間。其中能源費(fèi)用（電力）成本所占比例最大，占40%左右，折舊和維護(hù)（包含換膜）費(fèi)用，均占到22%。endprint