海水淡化成本构成与成本控制问题研究

王锐浩，黄鹏飞，王小军，王晓丽，李东洋

(1.自然资源部 天津海水淡化与综合利用研究所，天津 300192;2.南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210029;3.水利部应对气候变化研究中心，江苏 南京 210029)

海水淡化作为水资源的开源增量技术，具有“不淹地、不移民、不争水、不受气候影响”的特点，其供水保证率和供水水质不受地理位置、环境状态、气候条件以及社会等因素影响，已成为沿海缺水地区和海岛解决水资源短缺问题的重要途径［1］。虽然随着海水淡化技术的不断进步和发展，成本在逐渐降低，但其价格与其他水源相比，仍处于劣势，成本问题已成为制约海水淡化发展的主要因素之一。文章分析了海水淡化成本的详细构成，并通过实例测算，定量化分析了影响海水淡化成本的最主要因素，并提出了成本控制建议。

1 海水淡化成本发展趋势及构成

1.1 成本发展趋势

近年来，随着全球变暖、荒漠化和环境污染造成的淡水资源的不断减少以及全球人口的增加，海水淡化近年来发展迅速，已经被证明是一种可靠、有效的供水选择。自20 世纪80 年代以来，全球海水淡化产能增长了近15 倍。据IDA DESALINATION Yearbook 2017 ～2018 海水淡化年报统计，截止到2017 -06，全球已签约淡化装机容量达到9 976万t/d［2］。随着海水淡化规模不断扩大和技术不断进步，海水淡化成本呈现出逐步下降的趋势，从1980 年以前国际海水淡化成本均3 S|/t 以上，逐步降至1 S|/t 以下，部分新建的大型反渗透海水淡化成本可降至0.45 S|/t［3］(见图1)。

图1 国外海水淡化成本随时间变化趋势图Fig.1 Trend chart of desalination cost with time in foreign countries

国外多名学者均对海水淡化成本和经济性进行了研究，认为海水淡化成本与其应用的技术、工程规模、产品水水质要求等多个因素相关，将海水淡化成本分为能源费用、化学费用、人工管理费用、维护和膜更换费用、处理费用等，并在不同国家不同工程进行实例分析测算，认为目前海水淡化成本大多处于0.45 S|/t ～2.51 S|/t 之间［4-6］，并随着规模扩大而下降。在一定规模下，吨水成本下降显著，但超过某规模成本下降的趋势便不再明显。一般认为，海水淡化工程的规模超过10 万t/d 后，扩大规模对降低成本作用不明显。

我国海水淡化工程发展也遵循相同的规律。此外，在不同的建设和运营条件下，不同海水淡化工程的成本差异较大。较为优化的条件下，在我国北方建设大型海水淡化工程，其成本可控制在5 元/t 以内。如果海水水质较差、不能使用廉价能源，其成本将超过5 元/t。如果工程不能满负荷运行，成本将大幅上升，可能超过7 元/t。总体来说，我国海水淡化成本普遍分布在5 元/t ～8 元/t［7］。

1.2 成本构成

总成本费用是指运营期内当期为生产产品或提供服务所发生的全部费用，总成本费用可以采用生产成本加期间费用估算法或者生产要素法进行估算［8］。海水淡化成本估算通常采用生产要素法进行，成本构成主要包括:化学药品消耗费用、能源费用、设备材料更换费用、职工工资及福利费用、固定资产折旧费用、大修及检修维修费用、杂费(管理费、办公费、会议费、成本列支的税金等)及财务费用等。

(1)化学药品消耗费用

化学药品消耗主要指淡化装置需要使用的化学药品。对于反渗透淡化工艺，使用的主要化学药品包括杀生剂、还原剂、阻垢剂、清洗药剂、pH 值调节等［9］。对于低温多效海水淡化装置，使用的主要化学药品包括阻垢分散剂、杀生剂及清洗剂。

(2)能源费用

能源费用主要包括电力费用和蒸汽费用。反渗透海水淡化工程的能源费用主要为电力费用，通常反渗透海水淡化工艺吨水电耗为3 kW·h ～5 kW·h。低温多效海水淡化工程能源费用主要包括电力费用和蒸汽费用。通常低温多效海水淡化工艺的吨水电耗为0.9 kW·h ～1.5 kW·h，蒸汽费用则与蒸汽的来源及造水比相关［10］。

(3)材料更换费用

材料更换费用仅用于反渗透海水淡化工艺，主要是对超滤膜、反渗透膜及滤芯等材料更换。在目前技术水平下，超滤膜及反渗透膜的更换周期一般为5 a，保安过滤器滤芯的更换周期一般为4 个月。

(4)职工工资及福利费用

职工工资福利费用与淡化厂人员及当地工资水平相关，职工福利费通常取职工工资总额的50%。

(5)大修及检修维护费用

供水行业年修理费用一般为固定资产原值的2% ～2.5%，由于海水淡化投资水平偏大，一般取1% ～2%。

(6)固定资产折旧费用

固定资产折旧费用与工程总投资及折旧年限有关，费用计算通常采用年限平均法，厂房折旧年限取30 a，无残值;机器设备折旧年限取20 a，残值5%。

(7)杂费

杂费包括管理费、办公费、会议费、成本列支的税金等，通常取(1)～(5)项之和的8%。

(8)财务费用

财务费用主要指海水淡化的银行贷款费用，包括银行长期借款利息和流动资金贷款利息，贷款比例和利率高低均对财务费用有影响。海水淡化工程通常投资较大，项目自有资金仅占总投资的30%，其余70%和流动资金则采用银行贷款进行筹措。

2 成本测算与分析

根据目前国内的技术水平和条件，以1 万t/d 反渗透海水淡化工程和低温多效海水淡化工程为例进行海水淡化成本的测算，具体成本如表1、图2、图3。

表1 海水淡化成本对比表Tab.1 Cost comparison of desalination

图2 反渗透海水淡化工程成本构成Fig.2 Cost composition of RO desalination project

图3 低温多效海水淡化工程成本构成Fig.3 Cost structure of low temperature multi effect desalination project

由图2 和图3 可以看出，对于1 万t/d 反渗透海水淡化工程，占总成本比例最高的主要因素包括电力费用、固定资产折旧费用、材料更换费用和大修及检修维护费用，分别占比为:41. 49%、19. 27%、9.90%和8.33%。对于1 万t/d 的低温多效海水淡化工程，占总成本比例最高的分别为:蒸汽费用、固定资产折旧费用、电力费用、大修及检修维护费用，分别占比为:34.76%、21.21%、14.43%和8.98%。由于电力费用和蒸汽费用同属于能源费用，而固定资产折旧费用和大修及检修维护费用均以工程固定资产投资为计算依据，综上，将能源费用和固定资产投资作为影响海水淡化成本的最主要因素，其他作为次要因素对海水淡化成本进行分析。

(1)能源费用

对于反渗透海水淡化工程，电力费用是占总成本最大的单项成本，约占41.49%。在其他成本不变的情况，若将电力费用降低20%，吨水成本则降低11.86%;若将电力费用增高20%，吨水成本则增加10.60%，具体如图4 所示。因此，控制电力费用成本对于控制反渗透海水淡化工程的造水成本十分重要，可通过优化设计，减少吨水电耗，申请优惠电价、推广新能源发电技术等方式降低用电成本。

图4 反渗透淡化工艺电力费用与总成本对比Fig.4 Comparison of power cost and total cost of RO desalination process

对于低温多效海水淡化工程，蒸汽费用和电力费用分别占总成本34.76%和14.43%(如图5、图6)。

图5 低温多效工艺电力费用与总成本对比Fig.5 Comparison of power cost and total cost of low temperature multi effect process

图6 低温多效工艺蒸汽费用与总成本对比Fig.6 Comparison of steam cost and total cost of low temperature multi effect process

在其他成本不变的情况下，若将蒸汽费用降低20%，吨水成本则降低7.47%;若将蒸汽费用增高20%，吨水成本则增加14.94%;若将电力费用降低20%，吨水成本则降低2.89%，电力费用增高20%，吨水成本则增加4.59%。因此，对于低温多效海水淡化工程而言，控制造水成本首先要控制蒸汽费用。蒸汽费用与蒸汽来源相关，若蒸汽来源为乏汽或废热时，蒸汽费用就可忽略不计，制水成本将大大降低［11］。对于电水联产系统，充分利用电厂的余热和机组抽汽也能有效降低造水成本。此外，造水比也是影响蒸汽费用的一个重要因素，造水比体现了装置运行费用的高低，造水比越高，单位淡水消耗的蒸汽量越少，耗费的蒸汽成本也就越低。

(2)固定资产投资

固定资产投资包括建设投资(工程费用、工程建设其他费用、预备费)和建设期利息。海水淡化成本中固定资产折旧、大修及维修维护费、财务费用均与固定资产投资相关。在其他条件不变的情况下，若将固定资产投资降低20%，海水淡化造水成本将降低14.68%;若将固定资产投资增高20%，海水淡化造水成本将增高18.72%。因此，控制固定资产投资尤为重要，图7 为固定资产投资费用与总成本对比。在固定资产投资中，设备及工器具购置费约占固定资产投资的58%，因此，必须通过控制设备及工器具采购成本来降低固定资产投资，从而降低造水成本。

图7 固定资产投资费用与总成本对比Fig.7 Comparison between fixed assets investiment cost and total cost

目前，我国海水淡化核心设备大部分依赖进口，造成海水淡化成本偏高。据测算，国产机电产品平均成本水平比国外低25%左右，实现海水淡化设备国产化后，国产淡化水装置工程费用将比国外同类产品降低20% ～30%左右，相应淡化成本可降低10% ～15%［12］。通过设备国产化降低工程投资，也是降低制水成本重要途径。

(3)其他费用

其他费用主要包括人员工资及福利费、药剂费用、杂费等，占海水淡化总成本的比例较小且占比稳定。人员工资及福利费可通过改进海水淡化工程自动化水平，增强人员技术水平进行成本降低，药剂费用则可通过改变进料方式，提高浓缩倍率进行降低。

3 海水淡化成本控制措施

经分析海水淡化成本构成因素与主要影响因素，建议从以下方面降低海水淡化成本。

(1)积极发展海水淡化技术

积极发展海水淡化技术，支持海水淡化基础工艺水平的提升，针对主流的低温多效和反渗透法海水淡化工艺，改进不同工艺的要点，优化设计，增强海水淡化技术基础创新能力，发展新能节能型海水淡化技术，提高海水淡化整体素质和核心竞争力［7］，降低海水淡化成本。

(2)推进海水淡化关键设备和材料的国产化

实现海水淡化设备国产化，尽可能降低海水淡化工程投资。目前国内制造业发展迅速，海水淡化使用的设备基本实现国产化，但仍有少数核心设备采用国外技术，投资相对高昂［13］。应积极发展海水淡化装备先进制造技术，提升关键零部件和成套装置制造能力，提高装备使用寿命和能效水平，从而降低海水淡化工程固定资产投资和制水成本。

(3)建立政府补贴政策

建立政府补贴政策，尤其是电价优惠政策和工程建设投资补贴政策;建立海水淡化水资源费补偿机制，对海水淡化项目按照节省的清洁水量进行适当奖励和补偿;将海水淡化配套输水管网纳入市政管网建设范畴，以降低企业的淡化海水生产成本。

(4)建立智能淡化工厂

建立智能淡化厂，通过对海水淡化设置的实时监测和控制，控制运行参数在合理范围内，减少故障停机时间。同时可减少淡化厂运维人员数量，降低海水淡化运营人员成本和运行成本。

(5)提高设备利用率

事先明确海水淡化供水用户及用水需求，充分对接海水淡化建设规模与用户实际需求，做好水资源需求调研，签订保底水价和保底水量。尽量确保工程规模契合用户需求，提高设备利用率，避免出现产能过剩或者闲置的现象，尽可能提高设备利用率，进而降低制水成本。

4 结论与建议

1)海水淡化作为解决沿海缺水地区和海岛水资源短缺问题的一种有效途径，技术已经成熟，但由于其成本相对高昂，导致海水淡化应用受限。随着海水淡化技术的进一步成熟，其成本也在逐渐降低，竞争力逐步显现。

2)文章以1 万t/d 反渗透海水淡化工程和低温多效海水淡化工程为例，测算了海水淡化的成本，分别为5.76 元/t 和6.79 元/t。通过对海水淡化成本各个构成因素进行分析，认为能耗费用和固定资产投资是限制海水淡化发展的最主要因素。

3)文章通过对海水淡化成本主要影响因素的分析，从积极发展海水淡化技术、推进海水淡化关键设备和材料的国产化、建立政府补贴政策、建立智能淡化工厂、提高设备利用率等方面提出了控制海水淡化成本的建议，以期为海水淡化产业的可持续发展提供参考。