海水淡化全成本分析及其发展前景探讨——以天津北疆电厂海水淡化项目为例

李晓琼

（哥伦比亚大学地球与环境科学系，美国 纽约 10027）

水资源短缺是全球关注的重大环境问题，而中国是全球最为缺水的国家之一，人均水资源量仅为世界平均水平的1/4左右。同时，中国南北方水资源分布与用水需求不均衡，北方地区存在较大的淡水资源缺口。特别是京津地区经济发达，人口密集，淡水资源短缺现象严重。在过去10年，北京市水资源总量每年大约在16.1～23.8 亿 m3，2008 年最高为 34.2 亿 m3；而每年用水总量则高达34.3～38.9亿m3。天津市水资源总量每年大约为10.60～15.24亿m3，2008年最高为18.30亿m3，2002年最低仅为3.67亿m3；而用水总量每年在19.96～23.00亿m3，供用水需求与水资源量之间存在巨大缺口。解决京津市地区乃至环渤海经济区的淡水供应，一直是国家和各级地方政府十分关注的问题，海水淡化是其中的重要途径。依据海水淡化成本的相关理论与评估方法，选取天津北疆发电厂海水淡化项目进行全成本实证评估与分析，进而与其他新型水资源利用方法进行比较分析，探讨海水淡化缓解京津地区水资源危机的可行性。

1 海水淡化完全成本基本理论与分析方法

海水淡化完全成本是指海水淡化生产和使用的循环过程中所发生的取水、输送、净化、分配、使用、污水收集和处理到最终排入自然水体的整个过程中发生的所有成本，也称为社会成本或完全社会成本。从经济学角度考虑，完全成本由资源成本、机会成本、内部成本和外部成本构成。根据完全成本法，海水淡化完全成本的核定可由4部分组成：（1）海水资源成本P1；（2）边际机会成本 P2；（3）内部成本 P3；（4）外部成本P4。即，完全成本：P=P1+P2+P3+P4

海水淡化的资源成本是指抽取海水资源所发生的资源费用。海水淡化的机会成本则是指因海水淡化而不得不放弃海水其他利用方式可能带来的价值。海水淡化的内部成本主要由投资费和运行管理费等组成，受淡化方法、淡化规模、当地的水质、水温、地理、地质、气候、能源价格、淡化水的水质要求、设计的选材、开工率、安全容量、使用年限、投资来源、利率、税收等多方面的影响。海水淡化的外部成本主要是指环境成本，包括资源耗减成本，即工程所消耗的资源与能源的价值；环境降级成本，即环境污染所造成的外部成本，由污染物排放引起的价值损失；资源维护成本，即维持自然资源目前的状况而发生的资源维护、技术改造等成本；环境保护成本，即和负面环境影响同步发生，用以维持环境现状而不至于恶化的环境监测、环境管理、污染治理等环境成本支出以及为达到国家和政府对环境的要求而负担的各种费用，如环境税费。

2 天津北疆电厂海水淡化项目全成本分析

天津北疆发电厂是以电厂为核心，将发电、海水淡化、制盐、化工、资源综合利用等项目融为一体的循环经济项目，在其海水淡化环节充分利用发电工程的低品位抽汽（600 t/h）和余热，建设20万t/d海水淡化装置，实现水电联产。海水淡化环节生产的淡化水，小部分（2万t/d）由本项目各环节自用，大部分（18万t/d）向社会供应；产生的废弃物——浓缩海水则排入汉沽盐场，用于生产原盐。与海水淡化装置配套建设的淡化水送出工程主要是建设加压泵站1座，铺设DN1000-1400 mm输水管道54 km，分别向汉沽水厂、新河水厂、新区水厂和开发区水厂送水，与自来水掺混后进入市政管网。首套海水淡化装置投产运行后，各项指标均达到或超过设计值。经国家认证认可监督管理委员会资质认定的国家城市供水水质监测网滨海监测站检验，淡化水水质106项指标全部符合《国家饮用水卫生指标》的规定。

根据北疆电厂提供的数据进行完全成本核算。

2.1 海水资源成本

水资源成本指为弥补地表水和地下水等水资源价值而收取的费用。目前水资源费的收取主要针对地下水资源，而对于海水的资源价值，由于地球海水资源充足，可以近似零代入计算。

2.2 机会成本

根据边际机会成本理论，边际使用成本指现今用某种方式利用水资源而放弃的其他水资源利用方式可能获取的最大纯收益；另外的一种现象是现今暂时不用水资源，但将来需要水资源，现在使用该资源所放弃的将来使用可能带来的纯收益，就成为现在使用该资源的边际使用成本。由于地球海水资源充足，远远多于淡水资源，且除海水淡化外也并无太好的其他利用方式创造收益，可以将现在使用海水的边际使用成本近似为零代入计算。

2.3 内部成本

对于水电联产项目，海水淡化的成本分析还涉及到如何与电厂分摊蒸汽成本的问题，目前关于蒸汽价格计算常见的方法有热量法（好处归电法）、实际焓降法（好处归热法）和作功能力法（按汽机进汽和抽汽作功能力比例分配总热耗量）等。本研究采用制水热力成本模型，即好处归水法。考虑到蒸汽生产的折旧、财务及其他费用等可由电厂承担，因此计算制水成本过程中的蒸汽价格只考虑燃料成本29.5元/t。按上述边界条件进行测算的结果，设备折旧期内平均制水价格：单位经营成本为4.197元/t；单位生产成本=单位经营成本+单位固定资产折旧成本=4.197+2.344=6.541元/t；单位制水总成本=单位生产成本+单位固定资产折旧成本+单位财务成本=8.147元/t；加税17％之后单位还本付息总成本为9.532元/t。另一部分成本为供水成本，即淡化水输送往市区的成本，为1.16元/m3。

2.4 外部成本

由于水电联产浓海水制盐，海水淡化项目本身可以认为达到“零排放”环境成本以零代入计算；供水之后产生的外部成本目前主要体现为污水处理费，天津市居民用水污水处理费收取标准为0.90元/m3。

由以上分析可得，基于完全成本法，天津北疆发电厂海水淡化项目淡化水在天津市的全成本为9.532+1.16+0.90=11.59元/m3。由此可见，海水淡化单位制水成本中的直接生产成本只占到总成本的不足一半，其中能耗，尤其是燃料成本（蒸汽成本）为主要成本项。由于项目为水电联产，所需电量全部来自北疆电厂，按厂成本电价执行，因此降低了用电成本。排在其次的为固定资产折旧，比例达到约1/4。而财务成本（银行贷款利息）占据16.85％，说明投资成本在海水淡化成本中占据了较大一部分，因此降低投资成本是降低海水淡化成本的重要措施。最后的税金部分也说明，如果政策方面更加注重扶持新型技术产业，给予税金减免优惠，海水淡化成本能够得到进一步的降低。

3 海水淡化与其他新型水资源利用方法成本比较

由于京津地区水危机的严峻性，除海水淡化外，其他多种新型水资源利用方法也在逐步得到开发。最为重要的南水北调中线一期工程将在2014年竣工，引长江水进入北京和天津。此外，较为常见的新型利用方法有中水回用、污水资源化、雨水利用、节水等，天津还开展海水直接利用等。为了探讨海水淡化工程与其他新型水资源利用方法相比较而言的优劣性，以下选取较为典型的南水北调、中水回用与污水资源化、雨水利用3种方式进行成本分析，并与以天津北疆发电厂海水淡化工程为实例的海水淡化成本进行综合比较。

3.1 南水北调

目前有很多专家对于南水北调工程实施后的单位成本进行过研究，其预测结果互相之间也有很大的差别。有研究认为中线工程引长江水至北京，按现行不变成本计算，引水成本在5元以上，更有专家给出了20元/m3的预测成本。尽管现在包括水利部在内的各方面均还没有准确的最终成本数据，但是可以确定的一点是，由于目前原材料价格、人工费等各方面费用的大幅上涨，南水北调的最终成本早已远远超出了最初的预算并很难得到控制，最终的成本将会超过目前所有的预测数据。对于京津地区而言，与以上天津北疆发电厂海水淡化项目成本数据相比较，南水北调工程竣工后引水的单位成本已远远超过了海水淡化工程。从资源成本、机会成本和外部成本等方面考虑，南水北调是将南方丰沛的水资源调往水资源稀缺的北方，随着调水量的增加，以及南方用水量的不断增长，水环境的恶化（污染和盐水入侵等），南方水资源使用的边际机会成本将不断上升。北疆电厂水电联产浓海水制盐的方案带来的环境成本近似为零排放，同样优于南水北调工程可能带来的种种环境影响。因此，从各方面考虑，海水淡化相比较于南水北调对于缓解京津地区水危机而言具有竞争优势。在南水北调工程并不能完全满足京津地区未来全部用水需求的情况下，尤其应大力支持海水淡化项目发展。

3.2 中水回用与污水资源化

城市污水资源化是指城市污水和工业废水经过适当处理达到一定的水质标准，使之变为城市水源的一部分，达到充分利用水资源和减轻环境污染负荷的目的，这部分水又叫再生水[1]。中水是再生水中重要的组成部分。中水主要是指城市污水、生活污水或工业企业达标污水经过处理后达到规定的水质标准，可以在一定范围内重复使用的非饮用水（如汽车冲洗水、绿化用水及厂矿企业循环水补水等），其水质标准低于饮用水，但高于污水排放标准。从目前计算的工程运营成本而言，中水回用具有优势，而且还具有减少污染排放、节约淡水的正面环境效应。但是海水淡化工程的出水水质为饮用水标准，而中水回用工程的出水水质仅为中水标准，在利用途径上有着本质的差别，海水淡化水可以完全取代淡水资源成为日常居民饮用水、生活用水及工业淡水，而中水仅适用于特定途径。此外，中水回用受制于中水管道铺设，发展速度较为缓慢。对于京津地区而言，中水回用潜力较大，是一种有效的新型水资源利用方式，而且能一举两得减少污染，同时节约淡水资源。但是中水的水质适用范围有限，中水回用与海水淡化的有机结合是一种较好的发展方式。

3.3 雨水利用

广义的雨水利用包括水资源利用的各个方面，具有极大的广泛性。狭义的水资源利用是指有目的地采用各种措施对雨水资源进行保护和利用，主要包括收集、储存和净化后的直接利用；利用各种人工或自然水体、池塘、湿地或低洼地对雨水径流实施调蓄、净化和利用；通过各种人工或自然渗透设施使雨水渗入地下，补充地下水资源、集流补灌的农业雨水利用等。雨水利用成本较低，而且处理后能够替代淡水资源，是一种有效的新型水资源利用方式。但是雨水收集受时空影响大，尤其受制于降水量多少，而京津地区降水量少。此外，大型蓄水池需要占据较多的空间，并不适用于京津这样人口密集的大型城市。因此，雨水利用能够作为一种可行的利用方式，但是难以满足京津地区持续大量的淡水量需求。而与之相比，海水淡化厂建成之后，在保证淡水的供应方面更具有稳定性。

4 发展前景与相关建议

北疆发电厂在国内首创的电水盐联产模式，在提高电厂热效率的同时降低海水淡化成本，并且无浓海水排放，避免破坏海洋生态环境，使利用海水淡化大规模向社会供水成为可能，是一条解决京津地区水资源紧缺难题的有效途径。以下对其发展模式优化和海水淡化工程的推广提出部分政策建议。

（1）进一步降低海水淡化成本。目前海水淡化成本还有较大的降低空间，成本的降低有利于海水淡化工程的推广。具体方法包括优化系统设计，开发具有自主知识产权的海水淡化技术，优化融资方式选择、水电投资分摊、成本分摊等，以优化财务模型和提高制水的经济效益等。

（2）加快海水资源运营管理体制建设。从国际经验来看，淡化海水生产、管网建设主要由政府投资，建成后交企业实行“一条龙”运营管理模式。而目前中国海水淡化还没有完全纳入水资源管理体系，海水淡化在产、输、配各环节中没有形成利益共同体，各企业为追求各自利益最大化，造成淡化水应用与配置不畅。因此，借鉴国内外先进经验，理顺现有水资源的运营管理体制，建立政府投资（输水管网）、市场运作、企业运营、政企分开的水资源建设和运营管理模式，对水资源优化配置尤其淡化海水的应用与配置至关重要。

（3）完善资源价格和相关收费政策。比如扩大水资源费征收范围并适当提高征收标准；合理确定再生水价格；创造条件加快推行居民生活用水阶梯式水价制度。这些措施将会逐年提高淡水的消费价格，而海水淡化产业的成本近年来有所下降，可以使二者的价格段逐步重合。

（4）落实价格补贴政策。淡化海水没有纳入城市用水价格体系使得供水成本价格高，影响企业利益，是制约其应用配置的主要因素。以北疆电厂海水淡化项目为例，在现有供水体制下，只要淡化水以工业用水价格输出，政府对输水公司环节进行适当补贴，企业就会有可观效益，则当前8万t/d和2012年18万t/d可顺利输配。2014年底南水北调水进入天津后，淡化水价格优势凸显，那时将淡化海水纳入天津市正常城市用水价格体系，重新综合平衡水价，能够解决北疆电厂淡化水一、二期工程向社会供应36万t/d的配置问题。北疆电厂发展循环经济项目节约和整理土地资源的土地出让金，可以提取部分水利专项基金用于近期淡化海水的补贴资金。

（5）将多种新型水资源利用方式相结合，共同应对水资源危机。海水淡化、南水北调、中水回用、雨水利用等多种措施共同发展，能够收到更好的效果。

[1] 孙静，阮本清，张春玲.国内外非传统水资源开发利用[J].中国水利，2007(7):8-11.