康 權(quán)，王銳浩，黃鵬飛，王小軍，朱 杰，王曉麗

(1.自然資源部 天津海水淡化與綜合利用研究所，天津 300192；2.南京水利科學(xué)研究院水文水資源與水利工程科學(xué)國家重點實驗室，江蘇 南京 210029；3.水利部應(yīng)對氣候變化研究中心，江蘇 南京 210029)

1 前言

海水淡化是實現(xiàn)水資源利用的開源增量技術(shù)，可以增加淡水總量，且不受時空和氣候影響，保障沿海居民飲用水和工業(yè)鍋爐補水等穩(wěn)定供水。近年來，隨著沿海社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和水資源需要的不斷攀升，我國海水淡化在關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、成果轉(zhuǎn)化、示范應(yīng)用、技術(shù)推廣等方面都得到國家和地方政府的大力支持，技術(shù)不斷成熟，產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，海水淡化已成為沿海缺水城市的重要手段，也是一些邊遠海島解決水資源短缺問題的唯一方式[1]。截至2019年底，我國已建成海水淡化工程115個，工程規(guī)模1 573 760 t/d[2]。

青島當(dāng)?shù)厮Y源貧乏，且時空分布不均，降水年際年內(nèi)變化大，客水依賴程度高，青島市水資源的稟賦和特點，凸顯出水資源分布與生產(chǎn)力布局不相適應(yīng)的矛盾十分突出，導(dǎo)致水資源已成為青島經(jīng)濟社會發(fā)展的重要約束[3]。青島市地處暖溫帶，海岸線長730 km，海水清澈透明，水質(zhì)優(yōu)良，取水方便，具有發(fā)展海水淡化的優(yōu)良條件。在青島發(fā)展海水淡化可以在短期內(nèi)增加城市供水量，緩解供水壓力，是增加供水儲備，保障全市供水安全的重要途徑[4-5]。為此，文章通過分析青島市海水淡化利用現(xiàn)狀，并指出存在的主要問題，在此基礎(chǔ)上，評估2030年和2035年海水淡化潛力，以期為青島市海水資源綜合利用與管理提供參考。

2 青島市海水淡化現(xiàn)狀及其存在問題

(1)海水淡化現(xiàn)狀。

青島市海水淡化起步較早，2006年制定了全國第一個城市海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，2013年被確定為國家海水淡化試點城市，海水淡化發(fā)展長期位于國內(nèi)前列。截至目前，青島市已建成海水淡化工程13個，工程總規(guī)模為23.6萬t/d，占山東省海水淡化規(guī)模的83.35%，占全國海水淡化規(guī)模的19.6%[2]。從技術(shù)上來看，青島海水淡化主要以反滲透海水淡化技術(shù)為主，占工程總規(guī)模的98.7%。從用途來看，海水淡化水主要用于工業(yè)，部分用水市政用水。海水淡化裝置已經(jīng)開始進入規(guī)?；瘧?yīng)用，其中2013年建成的青島百發(fā)海水淡化工程是國內(nèi)最大的市政用水海水淡化項目，也是全國首個取得飲用水衛(wèi)生許可的海水淡化項目，日最高供水量約7萬t，是青島市供水調(diào)峰調(diào)壓的主要水源；2016年建成的董家口海水淡化項目是世界范圍內(nèi)相同規(guī)模建設(shè)周期最短、投資成本最小，水價最低的海水淡化工程，主要滿足董家口經(jīng)濟區(qū)園區(qū)內(nèi)工業(yè)用水需求。青島市已建海水淡化工程概況見表1。

表1 青島已建海水淡化工程情況

在技術(shù)研發(fā)方面，青島是我國海水淡化研究的發(fā)源地之一。1965年，山東海洋學(xué)院開始反滲透醋酸纖維不對稱膜的研究。20世紀(jì)70年代進行了中空纖維和卷式反滲透膜及元件的研究。目前青島市涉及海水綜合利用技術(shù)研發(fā)的機構(gòu)有中國海洋大學(xué)、中科院海洋所、725研究所等多家具有自主知識產(chǎn)權(quán)海水淡化技術(shù)研發(fā)實力的高校、科研院所，具備發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)的科技支撐條件，在預(yù)處理、多級閃蒸、多效蒸餾海水淡化系統(tǒng)、船用海水淡化裝備、多能耦合海水淡化等方面，擁有良好的基礎(chǔ)條件[6]。全市涉及海水淡化裝備利用技術(shù)研發(fā)及人才培養(yǎng)機構(gòu)10余家，擁有市級以上工程中心5家，通過承擔(dān)國家、省部級科技計劃項目，開發(fā)形成一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的科技成果。

在設(shè)備制造方面，青島市海水淡化制造能力不斷增強。2016年全市海水淡化裝備產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)值約50億元，涌現(xiàn)了以華歐、科瑞特為代表的一批擁有自主知識產(chǎn)權(quán)的生產(chǎn)企業(yè)，重點培育了青島雙瑞海洋環(huán)境工程股份有限公司等15家裝備制造企業(yè)[7]，集聚了一定數(shù)量的配套零部件制造企業(yè)，海水淡化裝備制造已形成一定研發(fā)及生產(chǎn)能力，其中一些產(chǎn)品和技術(shù)接近國際先進水平。

在技術(shù)應(yīng)用方面，2004年，大唐黃島電廠建成具有自主知識產(chǎn)權(quán)3 000 t/d低溫多效海水淡化示范工程，之后分別于2006年和2007年建成黃島電廠3 000 t/d和10 000 t/d反滲透海水淡化工程。在黃島電廠海水淡化工程的示范下，青島電廠、青島堿業(yè)等企業(yè)也紛紛發(fā)展海水淡化，為利用企業(yè)帶來了較大的經(jīng)濟效益，同時有力促進了水資源節(jié)約利用。2013年，青島百發(fā)10萬t/d反滲透海水淡化工程建成，該工程是青島最大的海水淡化工程[8]。此外，青島市海水淡化裝備制造重點企業(yè)多家，集聚了一定數(shù)量海水淡化配套零部件制造企業(yè)，在海水預(yù)處理裝備、超濾膜等領(lǐng)域形成了優(yōu)勢產(chǎn)品。

在政策措施方面，2013年以來，青島市先后被列入國家海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展試點城市、國家海洋高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地試點，出臺了《青島市海水淡化裝備制造業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《青島市海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)目錄(試行)》、《青島市海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2017-2030年)》等文件，推進青島市海水淡化裝備制造、材料和產(chǎn)品生產(chǎn)等領(lǐng)域的發(fā)展。2017年，山東省物價局對青島市兩個海水淡化項目用電價格政策進行了批復(fù)，明確百發(fā)海水淡化項目、董家口經(jīng)濟區(qū)海水淡化項目自2018-01-01起3 a內(nèi)用電價格暫按居民生活用電類的非居民用戶0.555元/kW·h(含稅)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，期滿后根據(jù)國家電價改革進程和海水淡化項目運營狀況另行確定。按此優(yōu)惠政策測算，兩個項目運行電費標(biāo)準(zhǔn)下降約20%，滿負荷運轉(zhuǎn)時每年可節(jié)約用電成本約4 260萬元，大幅降低了海水淡化噸水成本。

(2)存在問題。

①海水淡化總體規(guī)模偏小，利用水平遠低于國外先進地區(qū)。經(jīng)測算，目前青島海水淡化規(guī)模為23.55萬t/d，年供水量約0.77億t，而根據(jù)青島市《2019年水資源公報》，青島市全年總供水量為9.184億t，海水淡化水供水比例僅占全市供水總量的8.6%，占比重較低；且海水淡化的產(chǎn)品水大部分用于海水淡化廠周圍的工業(yè)用水，極少應(yīng)用在生活用水，利用水平與國內(nèi)外先進地區(qū)有很大差別。主要原因在目前海水淡化不屬于公用事業(yè)，無法享受自來水、南水北調(diào)等水利工程的財政補貼和扶持政策，產(chǎn)業(yè)完全靠市場運作，競爭力弱小，發(fā)展較慢。

②資金投入和政策激勵較少，配套設(shè)施不完善。雖然青島市早在2006年就制定了海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，也將海水淡化作為重點建設(shè)內(nèi)容。但由于缺乏系統(tǒng)的規(guī)劃和布局，導(dǎo)致了海水淡化工程的建設(shè)較為分散，海水淡化配套管網(wǎng)建設(shè)也較為滯后，限制了海水淡化的發(fā)展。此外，青島市目前對海水淡化資金投入較少，用戶推廣及配套政策也不完善，缺乏有力的政策支持和資金投入，也沒有形成合理統(tǒng)一的海水淡化市場機制、定價機制和財政補貼機制，全面推廣應(yīng)用也存在較大的困難[9]。

③對海水淡化的認識不足，對海水淡化作為生活用水存在疑慮。大多數(shù)市民對水資源短缺的認知不足，對海水淡化存在誤區(qū)，尤其是對海水淡化水作為生活用水存在抵觸心理，缺乏對海水淡化的認同，在一定程度上也阻礙了海水淡化的發(fā)展和應(yīng)用。

3 青島海水淡化潛力分析

(1)水資源供需平衡分析。

青島水資源供需平衡分析參照《青島市水資源綜合規(guī)劃》。青島市城市需水量預(yù)測根據(jù)國家《水資源供需預(yù)測分析技術(shù)規(guī)范(SL429-2008)》，需水量預(yù)測采用定額法或趨勢法進行預(yù)測。根據(jù)經(jīng)濟社會發(fā)展指標(biāo)預(yù)測成果，考慮到產(chǎn)業(yè)布局與經(jīng)濟結(jié)構(gòu)調(diào)整、經(jīng)濟增長、人口增加、城市化進程加快和科技進步、體制機制創(chuàng)新等因素，按照滿足經(jīng)濟社會發(fā)展最基本用水保障的原則，分別提出不同水平年居民生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、河道外等用戶發(fā)展指標(biāo)及需水定額，進行需水量預(yù)測。

農(nóng)業(yè)需水量按照滿足作物基本灌溉條件進行測算(每畝灌溉凈定額128 m3)，生活需水量按滿足節(jié)水型社會建設(shè)要求的人均用水定額進行測算(城市生活用水105 L/d·人，農(nóng)村生活用水定額75 L/d·人)，生態(tài)環(huán)境需水量以滿足河道外最基本生態(tài)環(huán)境用水的狀況進行測算，水資源供需平衡分析以此為基礎(chǔ)，在優(yōu)先保證河道內(nèi)基本生態(tài)環(huán)境需水前提下，按照滿足經(jīng)濟社會發(fā)展最基本用水保障的原則進行水資源供需預(yù)測分析。

經(jīng)預(yù)測，至2030年，青島城市需水量11.86億t(325萬t/d)，缺水6.26億t(171.6萬t/d)；展望2035年，預(yù)測城市需水量16.0億t(438萬t/d)，缺水10.4億t(285萬t/d)(表2)，供水形勢異常嚴(yán)峻。

表2 青島市水資源供需分析

(2)海水淡化潛力分析。

立足青島實際，青島當(dāng)?shù)厮椿疽褵o開發(fā)潛力，采取節(jié)水措施節(jié)約的水量也十分有限，無法滿足新增發(fā)展用水需求。因此，新增水資源短缺缺口亟需海水淡化水開源補充。國外如巴林、阿聯(lián)酋、科威特等國家海水淡化占市政用水份額均在60%以上，青島與其相比有不小的差距[10]。考慮到青島市新增供水大部分為工業(yè)用水和市政用水，可以用海水淡化進行替代和補充。海水淡化開發(fā)利用潛力采用貢獻率法評估，即海水淡化對于供水缺口的貢獻率。按照全市水資源供水缺口的供水比10%、20%、30%、40%、50%、60%分別測算2030年和2035年青島市海水淡化利用潛力，即在10%的供水比，預(yù)計到2030 和2035年海水淡化的利用潛力可達到0.63億(17萬t/d)和1.04億(28.5萬t/d)；在20%的供水比，預(yù)計到2030和2035年海水淡化的利用潛力可達到1.25億t(34萬t/d)和2.08億t(57萬t/d)；在30%的供水比，預(yù)計到2030和2035年海水淡化的利用潛力可達到1.88億t(52萬t/d)和3.12億t(85.5萬t/d)；在40%的供水比，預(yù)計到2030和2035年海水淡化的利用潛力可達到2.50億t(68萬t/d)和5.20億t(142.5萬t/d)；在50%的供水比，預(yù)計到2030和2035年海水淡化的利用潛力可達到3.13億t(86萬t/d)和5.20億t(142.5 t/d)；在60%的供水比，預(yù)計到2030和2035年海水淡化的利用潛力可達到3.76億t(103萬t/d)和6.24億t(171萬t/d)(表3)。

表3 青島市海水淡化利用潛力分析表

4 發(fā)展建議

(1)完善海水淡化規(guī)劃，將海水淡化列入水資源統(tǒng)一配置規(guī)劃，明確海水淡化戰(zhàn)略儲備水源的定位，提升海水淡化在城市供水中的比例。遵循積極開發(fā)與合理利用相結(jié)合的原則，基于水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀，規(guī)劃、統(tǒng)籌考慮，規(guī)劃海水淡化規(guī)模，積極推進海水淡化工程的實施。明確發(fā)電、鋼鐵、石化、供熱等企業(yè)工業(yè)用水逐步采用淡化海水替代自來水；統(tǒng)籌規(guī)劃建設(shè)運營自來水和海水淡化供水，實現(xiàn)淡化廠與水廠互聯(lián)，建立大供水管網(wǎng)格局，實現(xiàn)市政供水多水源調(diào)配互補。

(2)建立政府補貼政策，加強海水淡化配套設(shè)施的建設(shè)。目前的《青島市海水淡化項目運營財政補助辦法》只針對百發(fā)等國有企業(yè)，還應(yīng)制定自營海水淡化項目的補助辦法，對于水電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)自建海水淡化工程的，在一定時期內(nèi)給予免征增值稅政策優(yōu)勢，將電價優(yōu)惠政策推廣至全市。對海淡項目的清潔水量進行適當(dāng)獎勵和補償，從政策體系上保障降低海水淡化成本。將海水淡化廠與城市市政供水管網(wǎng)連接，考慮水電聯(lián)產(chǎn)，方便工業(yè)直供；配套供水管網(wǎng)，將海水淡化配套輸水管網(wǎng)的建設(shè)納入市政管網(wǎng)建設(shè)范疇，降低企業(yè)海水淡化的生產(chǎn)成本。

(3)拓寬投融資渠道，市財政在年度預(yù)算中對海水淡化工程建設(shè)所需資金予以重點安排，優(yōu)先保障。創(chuàng)造市場化條件，加強在稅收、信貸、價格等方面的政策引導(dǎo)，創(chuàng)新PPP融資模式，大力吸納社會資本，多渠道，多層次、多元化增加工程資金投入。

(4)加大技術(shù)研發(fā)力度，推進海水淡化新技術(shù)推廣應(yīng)用。加強海水淡化關(guān)鍵工藝、技術(shù)、材料的自主研發(fā)，提高自主創(chuàng)新能力，優(yōu)化海水淡化關(guān)鍵裝置設(shè)計、制造技術(shù)，提高關(guān)鍵裝備制造能力，支持國產(chǎn)材料設(shè)備的推廣應(yīng)用，給予一定補貼，提高設(shè)備的國產(chǎn)化比率，從而降低海水淡化成本。