海水淡化产业发展的展望

李 焱

(上海电气电站设备有限公司电站辅机厂 ,上海 200090)

1 概 述

关于“水”是个永久性的话题。政治家说“世界未来争夺资源的战争将会由水引发”;科学家说“水是不可替代的”;“水是永远也做不完的科学命题”;经济学家预言“能源危机之后,下一场危机将轮到水危机”。大量资料和论著表明,如果人类还像现在这样取水和用水,将会产生一系列的严重后果;水资源一旦枯竭,各国的经济发展,各种生态系统以致人类的健康与生存都将受到威胁。预计在21世纪后,水对人类的重要性将同石油在20世纪对人类的重要性一样,水将成为一种决定国家富裕程度的珍贵商品。水业将是21世纪最大的行业。

地球上的水资源总量中,淡水仅占2.5%,海水占97.5%,从某种意义上说,海水才是取之不尽、用之不竭的主要水源。因而,发展海水淡化技术,向海洋要淡水,是解决淡水资源供需矛盾的最有效途径。

2 国内外淡水资源现状及需求

全球的水总储量为14亿立方公里,其中96.5%为海水,其他分布在陆地、大气和生物体中,约为2.53%,其中多储存于冰川、雪盖和750m深度以上的地下,而可取用的河水、湖水及浅层地下水等仅占0.2%左右,这里还包括相当大一部分的苦咸水。人类生产和生活能利用的地表淡水仅为105万亿立方米。按联合国的统计数字,当前超过10亿人口仍生活在缺乏水源的地方,到2025年人数可能上升至18亿。

中东地区淡水资源稀缺,该地区人口约占世界总人口的5%,但水资源量仅占世界水资源的1%。水资源问题已经成为困扰该地区经济发展的主要障碍,并可能引发一系列经济、社会和政治危机。海湾合作委员会国家(GCC)的居民饮用水消费量,从1985年的11.69亿立方米上升至1990年的32.19亿立方米,2010年将达到88.55亿立方米。沙特阿拉伯的水资源形势最为严峻,在2010年内,居民用水和工业用水的总量急增至1000万立方米/日。由于传统的水资源几近枯竭,所以,海湾合作委员会国家(GCC)将不得不寄希望于海水淡化。海水淡化是解决全球水资源短缺最重要的开源之道。

我国也是一个水资源严重短缺的国家。水资源总量2.81万亿立方米,居世界第6位,但人口为世界人口的四分之一,人均水资源为世界第108位,是世界上21个贫水国家之一。沿海地区特别是在北方沿海是我国最缺水地区之一。考虑到北方沿海地区人口增长、产业结构变化、农业发展和生态环境用水需求等因素,预测在2010～2020年,北方沿海四省(市)人均综合用水量,将分别达到325～365立方米和350～400立方米,缺水量将分别达到166～255亿立方米和273～393亿立方米;如同时考虑到南方沿海部分地区的水质性和资源性缺水状况,则沿海地区的缺水形势相当严峻。而利用海水淡化技术是解决水资源紧缺的根本途径之一,淡水资源紧缺已成为制约我国国民经济发展和人民生活水平提高的瓶颈。

3 海水淡水技术发展趋势

海水淡化技术也称海水脱盐技术,是分离海水中盐和水的过程。按分离原理和方法,海水淡化技术可分为相变法和非相变法两大类。相变法主要包括:蒸馏法、冷冻法;非相变法主要包括:膜法等其他方法。其分类见表1所示。

3.1 海水淡化的主流技术

海水淡化技术发展至今已历经近半个世纪,联合国在《关于非常规水源的研究报告》中指出:1950～1985年间,海水淡化技术的发展,已经历了发现阶段、开发阶段和商业化阶段,期间研究开发的精力主要集中于蒸馏法(包括多级闪蒸、低温多效等)、冷冻法、电渗析法和反渗透法;之后的20多年中,多级闪蒸法、低温多效法和反渗透法发挥了突出的作用,成为当代海水淡化与苦咸水淡化技术的主流。

表1 海水淡化方法的分类

目前应用最为广泛的、形成产业化规模的是蒸馏法中的低温多效法(MED)、多级闪蒸法(MSF)、膜法中的反渗透法(RO)以及热膜耦合法,也是目前国际上,海水淡化工程所采用的主流技术。但在实际选用中,究竟哪种方法最好,也不是绝对的,还要根据规模大小、能源费用、海水水质、气候条件以及技术与安全性等实际条件而定。海水淡化技术的发展与工业应用已有半个世纪的历史。但是真正得到大规模工业应用的技术方法还是以多级闪蒸、多效蒸馏和反渗透为主,其它海水淡化方法所占的市场份额很小,见图1所示。

图1 海水淡化主要技术的市场份额

3.2 未来海水淡化技术发展趋势

(1)未来10年全球海水淡化主流技术是RO和热法(MED&MSF)。

(2)随着渗透膜性能的提高和制膜成本的降低,RO的吨水成本将继续呈降低趋势。RO作为单独水厂,不需要蒸汽,在投资和建设周期方面将很有竞争力,发展速度最快。

(3)MSF技术由于技术成熟,运行可靠,单台容量大的特点,目前在中东地区仍然能有一定的市场空间。

(4)同MSF相比,MED在设备投资和吨水耗电方面拥有一定的优势。MED将成为未来第二代水电联产海水淡化厂的主流技术之一,其与电厂结合形成水电联产模式,将是最经济最可靠的技术方法。

(5)热膜耦合(MSF+RO或者MED+RO)水电联产由于实现了水电资源的合理配置,资源的高效利用,将在中东地区得到进一步推广应用,是未来共同解决淡水资源和电力供应的发展方向。

(6)核能海淡和太阳能海淡将是下一步重点发展的节能技术。核能和太阳能与MED和RO结合应用将形成新的经济环保的水处理方法。

(7)海水淡化与盐化工相结合的零排放工艺,可能是下一个发展热点。海水淡化产生的高盐度浓盐水,将被用做提取微量元素的原料,比如可提取溴、钾等元素。这种新工艺符合发展循环经济和低碳经济的潮流,是绿色环保产业的发展方向。

4 国内外海水淡化市场及发展远景

4.1 国际海水淡化市场及发展趋势

海水淡化现已成为解决全球水资源危机的重要途径。根据国际脱盐协会(IDA)的数据表明,全球共有14451个脱盐工厂,全球日产量达到5990万立方米。其中,全球海水淡化日产量为3590万立方米,2009年新增产量460万立方米。根据GWI的权威预测,2011年至2015年,全球主要海水淡化市场的投资额将达到352亿美元。未来20年国际海水淡化最大的市场将在美国、中东、中国、澳大利亚、印度和西班牙等国家。我国在2011年至2015年,海水淡化投资额将达到235亿人民币。国内的海水淡化产业将进入快速发展阶段。

根据IDA预测,2010～2015年全球海水淡化新增产能,每年将以22%以上的增长率递增,如图2所示。如果按较保守的方法估算,2010～2015年全球海水淡化新增产能也将有18%的年增长率,产能达到近1800万 m3/d。

图22010 ～2015全球海水淡化新增产能预测

4.1.1 国际海水淡化市场地域性占有率分析

从地域上分析,上个世纪海水淡化厂主要分布在中东地区,其次才是欧洲和美国南部,而近年来亚洲的海水淡化市场需求也在迅速增加。需求决定市场,全球性的缺水促使海水淡化市场扩张至世界各个角落,2000年前,海水淡化市场是中东地区为主的时代,而2000年后则是全球共享的时代。

美国作为一个富水国家,但在西部、南部和东南部,对苦咸水、海水淡化以及废水回用的规模和成就都是举世闻名的。欧洲和亚洲的日本和韩国等国也拥有了较大规模的海水淡化能力。可见,不仅在干旱的沙漠性气候国家和地区依靠海水淡化技术制取淡水,甚至许多水资源相对丰富的国家和地区也意识到“水危机”的严峻,依靠海水淡化来制取淡水。

从2006年以来,国际海水淡化市场的年成交额均已超过百亿美元,并由于近几年中东市场的需求日益增加及原材料的价格影响,年成交额上涨趋势愈加明显。综合以上数据,由于越来越多的国家意识到淡水资源的重要性,国际海水淡化市场经过数十年的发展,已经进入急剧扩张的时期。

由图3可见,中东地区仍占据着海水淡化市场的主导地位,水资源相对丰富的北美及欧洲的西方发达国家也已经具备了相当规模的海水淡化能力及储备,亚洲地区虽大部份为发展中国家,但由于水资源短缺情况日益严重,海水淡化市场的需求仍在日益扩大。

4.2 国内海水淡化市场及发展趋势

图3 国际海水淡化市场分布图

4.2.1 我国海水淡化产业现状

近年来,我国海水淡化装备制造能力、重大配套设备和组器技术水平,以及工程设计、设备安装能力都有了很大的提高。我国海水淡化基本上具备产业化发展条件,但研究水平及创新能力、装备的开发制造能力、系统设计和集成等方面与国外相比,仍有较大差距,突出表现在科技创新能力较低,核心技术和装备仍然依托国外供应商。此外,中国海水淡化产业发展不平衡,产业链不合理,反映了市场机制仍处于有待完善中。

从技术和产品角度看,如何有效降低海水淡化成本是关键问题,推动膜与膜材料、关键装备等核心产品的国产化,加强研发具有自主知识产权的海水淡化新技术、新工艺、新装备等核心产品,增强自主建设大型海水淡化工程的能力,将是未来一段时间内海水淡化产业发展的方向。

自2005年以后,海水淡化项目建设加快,平均每年竣工海水淡化工程将近10个,我国海水淡化新增产能连续几年保持在35%～64%。当前国内海淡总产能40万m3/d。我国海水淡化装置数量及规模,见表2中数据。

表2 我国海水淡化装置数量及规模

4.2.2 国家政策分析

为推动我国海水资源开发利用产业的跨越式发展,解决制约沿海社会经济发展的水资源紧缺瓶颈问题,实现水资源可持续利用,保障国民经济和社会可持续发展 ,近年来我国采取了一系列政策和措施。海水利用已被先后列入了《中华人民共和国循环经济促进法》、《国民经济和社会发展“十一五”规划纲要》、《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020)》、《国家海洋事业发展规划纲要》、《国务院关于加快发展循环经济的若干意见》以及《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》等国家重要中长期规划和文件中。海水淡化产业发展在技术上、经济上得到国家的相关产业政策的扶持,为海水淡化设备国产化研究起到促进作用。

根据国家发展和改革委员会、国家海洋局、财政部2005年联合发布的《海水利用专项规划》,在未来的2～10年中,我国将有日产约400万吨的海水淡化设备需求的市场,若按平均日产万吨水设备价格0.8～1.2亿元人民币的投资额估算,将有价值320～480亿的海水淡化项目订单。有关部门还规定,沿海地区新上电站项目(无论火电、核电)须配套相应的海水淡化设备,所以,电站行业内的海水淡化设备将会占据非常大的份额,海水淡化市场的发展也将从“以电带水”开始起步。目前国内已有几个电厂的海水淡化项目处于筹划阶段。

近期国家发展和改革委员会也在积极规划“十二五”海水淡化产业发展战略,全面规划布局,加强政策推动,从战略高度推进海水淡化产业的发展。中央、地方上下联动,使“政产学研用”有机结合,建立自主创新产业联盟。大力推动国产装备和技术的推广应用,实现大规模应用,使海水淡化水真正成为解决我国沿海地区缺水问题的重要途径,成为可为缺水城市提供安全可靠优质淡水的重要水源,逐步形成海水利用朝阳产业,参与国际市场竞争。

4.2.3 行业发展趋势

海水淡化产业具有远高于普通设备制造业的成长性。从行业周期来看,经过几十年的发展,国际海水淡化已走过行业初创阶段,目前正处于高速成长阶段的初期。近20年来,世界海水淡化产业每年都保持10%～30%的高成长率,而同期全球的经济年增长率仅为4%左右。随着全球对水资源和环境保护的日益重视,技术的不断进步和创新,海水淡化产业将保持更高的成长性,朝阳产业的特点将更加明显。

国内水电联产的海水淡化项目已经开始起步,日产水量较大的工程有黄骅电厂3.25万m3/d、玉环电厂3.5万m3/d、天津大港电厂2×3000m3/d等,其海水淡化设备已经建成投运目前处于起步或筹划阶段的国内水电联产项目有黄骅20万m3/d,首钢5万m3/d,象山10万m3/d工程、天津北疆电厂40万m3/d的装机容量等,可见,现国内海水淡化市场已在国际市场开始崭露头角。

5 结束语

水是生命之源,是使经济社会可持续发展的重要战略资源,是人类宝贵的、不可替代的自然资源。海水淡化产业是基础产业,也是战略型新兴产业。海水淡化是解决水资源紧缺的根本途径之一,正如《海水利用专项规划》所提到的“我国淡水资源状况不容乐观。目前,正常年份缺水量近400亿立方米,其中灌溉缺水约300亿立方米。全国660多个城市中,有400多个城市缺水,其中108个为严重缺水城市。淡水资源短缺乃至水危机是我国经济社会可持续发展过程中的最大瓶颈制约之一。”随着我国社会经济的发展,对淡水资源迫切需求的日益剧增,在我国,海水淡化技术将具有广阔的应用前景,水业必将成为21世纪国内最大的行业之一。

[1]国家发展和改革委员会,国家海洋局财政部.海水利用专项规划[EB/OL].http//www sdpc.gov.cn.2005.

[2]高从谐,陈国华.海水淡化技术与工程手册[M].北京:化工工业出版社.2003.

[3]王世昌.海水淡化工程[M].北京:化工工业出版社.2003.