滨海缺水城市海水淡化全成本分析——以华能威海电厂为例

张玲玲，何梦婷，王宗志，刘克琳，叶爱玲

(1.河海大学公共管理学院，江苏 南京 211100；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)

沿海城市是我国对外开放的窗口，但淡水资源短缺已成为沿海城市发展的瓶颈[1-2]。典型滨海城市威海目前供水来源有3个——地表水、地下水和外调水。但由于威海市降水量少，地表水供给不足，未来不能满足人们正常生活所需。地下水不宜大规模开采，供水份额不高。同时威海市在受水区最末端，上游水源受污风险大、水量波动大，所以滨海城市供水并不能过分依赖客水。威海市三面环海，具有海水利用的天然优势。目前已建成两期产水能力分别为2 500 m3/d和7 200 m3/d的华能威海电厂，每年可节约自来水量超过300万m3。海水淡化为解决沿海城市水资源短缺提供新思路，以全成本分析模型为基础核算海水淡化能为水价政策制定提供数据支撑，进一步提升滨海城市多水源利用效率，推动滨海城市可持续发展。

全成本理论是一种可以广泛应用于成本计算的经济模型，国外学者Gaddis等[3]运用全成本模型分析美国沿海灾害以提前做好灾害预警和准备计划，国内学者张一清[4]以全成本理论为研究基础测算了能源价格。

关于全成本理论在水价核算方面的研究，国外学者Ortega等[5]认为，完全成本水价是目前国际统一认证能凸显水资源商品属性的核算方式。Bhojwani等[6]对水资源进行全成本评估，包括资本成本比较(直接资本和间接资本)、运营成本比较(能源需求、劳动力成本、化学品使用、保养和维修成本、膜替代成本和单位产品成本)和环境成本(精矿处理和碳足迹)。国内学者从多个视角研究水资源全成本核算模型，如刘婷婷[7]从经济学视角衡量水资源全成本；也有学者从边际成本角度出发，如张洪雷[8]提出水资源全成本由3部分边际成本组成。在研究水资源价值成本方面，陈易等[9]采用马尔萨斯模型将水资源的使用价值和价格建立数学关系，马改艳等[10]将地租理论应用到核算水本身资源价值上。

关于全成本理论在淡化水成本核算方面的研究，李晓琼[11]指出，海水淡化全成本应该将淡化水从生产到使用全程产生的费用纳入计算。在海水本身资源价值研究方面，王天琪等[12]认为由于当时未出台征收海水利用费用的相关政策，遂把海水本身资源价值忽略不计。高波等[13]专注于研究海水淡化的外部性成本，主要包括能源消耗成本、浓盐水排放对环境的影响以及使用海水的转化价值，最终得出1.42元/m3。目前海水淡化相关外部性研究主要定性阐述了海水淡化对生态环境的影响，如王侯[14]提出海水淡化会影响海洋生物活动、危害人类健康、影响捕捞产业发展等，根据文献综述和主观判断并不能明确直接地突出海水淡化产业对生态的破坏。Gude[15]指出，可持续发展海水淡化中环境因素包括碳排放、化学物质投放、水质富营养化。Elimelech等[16]也在评估海水淡化能源效率中指出，热电能导致空气污染和温室气体的排放。

综上所述，国内外学者较为普遍地认为水资源全成本包括水参与社会循环全过程所产生的一切成本，也能够在计算过程中考虑水资源本身价值和外部性影响[17]。但国内针对海水淡化的全成本分析还不够完善，主要表现为：①海水本身资源价值成本核算方式不一，缺少对其统一量化标准，很多研究为简化计算而直接将其归为0。根据文献[18]可知，海水资源也属于水资源，其共性价值不容忽视。②外部性成本缺少量化计算，大多数学者选择定性分析海水淡化过程产生的环境影响，无法直观了解影响程度。

基于已有研究，笔者选取典型滨海城市威海市为研究对象，运用全成本理论构建海水淡化全成本分析模型。从有用性价值和稀缺性价值考量淡化水资源成本，采用污染物当量法核算海水淡化的外部性成本，以数据结果直观显示海水淡化对生态的影响。通过从多角度量化计算海水淡化水成本，有助于淡化水进入城市供水系统的价格制定，进而为威海市多水源管理提供数据支撑。

1 数据来源

本文数据基于《威海市海水淡化专项规划说明书》《威海市统计年鉴2018》《威海市水安全保障总体规划(2016—2050年)》和《2018年威海市水资源公报》等相关政策文件，同时参与南京市水利科学研究所“关于威海市基于海水淡化利用的城市多水源调配技术与政策保障研究”的课题项目，通过实际调研当地水务局和相关企业获取有效资料。

2 海水淡化全成本模型构建

鉴于此，笔者认为海水淡化全成本应将淡化水从取水、造水、输送到使用循环过程所产生的费用均衡量在内。其中为细化核算资源成本，将资源成本分为有用性价值和稀缺性价值，有用性价值与水质密不可分，水质等级越高有用性价值就相对越高；而水量对稀缺性价值有着关键影响。其中，工程成本是指海水淡化过程中消耗的人力物力成本[19]，考虑到淡化水在整个供水环节的投入，在此将工程成本分为前期取水费用和后期工程建设费用。由于海水淡化项目规模、工艺、设备不一，工程成本也相应有所差别，其中外部性成本主要表现为海水淡化过程浓盐水排放对环境的影响。

综上，海水淡化全成本为

P=R+E+C

(1)

式中：P为海水淡化全成本；R为海水淡化资源成本；E为海水淡化工程成本；C为海水淡化外部性成本。

3 海水淡化全成本分析

3.1 资源成本分析

2017年12月1起山东省开始对地表水与地下水征收水资源税，目前居民、工业用水的水资源税均为0.4元/m3，但未就海水淡化项目征收相应水资源税。淡化水取自海水，具备水资源本身的资源价值，因此本文从淡化水有用性价值和稀缺性价值两方面核算其水资源成本。

3.1.1有用性价值

参考文献[20]，确定

R=αV1+βV2

(2)

式中：R为每吨淡化水资源成本，元/m3；V1为每吨淡化水的有用性价值，元/m3；V2为每吨淡化水的稀缺性价值，元/m3；α，β为修正性系数，且(α，β)≥0。

引入有用性修正系数

(3)

式中：αi为第i级水的有用性修正系数；wj为第j种功用的权值；αij为第i级水用于第j类用户的功效系数。根据文献研究[21]，结合威海市数据计算可得淡化水有用性价值为

3.1.2稀缺性价值

由于目前国内外学者普遍认为海水淡化资源总量庞大，未有统一的稀缺性价值测算标准。根据文献[22-23]，假设βV2=μαV1，其中μ表示该区域人均海水占有量与全国人均海水占有量比值，查阅资料可得μ值趋近于零。

综上，可得出海水淡化资源成本R=αV1+βV2=0.123元/m3。

3.2 工程成本分析

根据上文分析，确定

E=e1+e2

(4)

式中：E为海水淡化工程成本，元/m3；e1为海水淡化项目后期工程建设费用，元/m3；e2为海水淡化项目前期投入费用，元/m3。

3.2.1主要造水成本费用

根据实地调研数据整理可得表1、表2，威海市华能威海电厂目前淡化规模为10万m3/d，低温多效与反渗透工艺投资各占一半，年平均设备利用率在80%左右，所以海水淡化后期工程建设费用为。

元/m3表1 10万m3/d反渗透工艺不同设备利用率海水淡化成本 元/m3

单位经营成本=化学品消耗+材料更换费+蒸汽消耗+动力消耗+工资及福利+修理费+其他费用；单位造水成本=单位经营成本+折旧费用+利息费用。下同。

表2 10万m3/d低温多效工艺不同设备利用率海水淡化成本 元/m3

3.2.2海水淡化项目前期投入费用

海水淡化项目必然需要前期大量费用投入，根据《威海市海水淡化专项计划说明书》，管网及配套工程投资分为近期、后期、展望期，选取10万m3/d规模，按照30年折旧，近期、远期、展望期费用分别为0.17元/m3、0.13元/m3、0.14元/m3，取平均数e2则为0.147元/m3。

综上，海水淡化工程成本E=e1+e2=6.45元/m3+0.147元/m3=6.597元/m3。

3.3 海水淡化外部成本分析

为了水资源的可持续利用，海水淡化过程中必须考虑对环境的影响。浓盐水不但含盐量高，而且含有淡化工艺中掺杂的化学药品。目前国内对浓盐水主要有以下两类处理方式，①邻海淡化工厂选择直接排放入海，这样成本低廉、快速方便，但易对周边海域造成生态污染；②内陆淡化厂多选择蒸发、深井注射、排放进污水处理系统，创收一定的经济效益，但前期处理费用较高[24]。威海市已建成的华能威海电厂处理浓盐水选择排放入海，目前国内已出台排污费征收标准，下文采用污染物当量补偿法计算浓盐水排放对环境影响的外部成本。计算公式如下：

(5)

由于威海市核电配套产业园海水淡化项目二期仍在建设，所以本文以采用已建成的华能威海电厂排放浓盐水的理化性质和污染物当量表进行估算。

华能威海电厂年耗海水量约15亿m3，主要用于海水冷却，每天排放的海水约400万m3，日产10万m3海水淡化工程，浓盐水量约20万m3，则生产单位淡化水所排放浓盐水量Qb为2 m3。故浓盐水排放的环境成本为

综上所述，威海市海水淡化预计全成本为

P=R+E+C=0.123元/m3+6.597元/m3+0.446元/m3=7.166元/m3

4 结论与建议

4.1 结论

本文基于全成本分析法对威海市海水淡化做了一个全成本核算，得出目前威海市海水淡化水成本价格为7.166元/m3。在3部分成本核算过程中，不难发现其中份额最高的是工程成本，占比高达95%。海水淡化成本和设备利用率直接相关，设备使用率越高，成本越低，当设备利用率低于50%时，低温多效工艺成本高于9元/m3，若设备处于高负荷的90%利用率时，无论是单使用反渗透工艺还是低温多效工艺，其单位造水成本均低于7元/m3。目前国内海水淡化项目向反渗透工艺发展，且随着设备的不断完善，海水淡化设备利用率保持在70%～80%[25]。当然，海水淡化方法选择的不同对成本影响也不同，其中反渗透工艺主要消耗电力，低温多效工艺中蒸汽消耗费用较高。根据表1可知，吨水电耗4 kW·h，电价0.555元/kW·h的情况下反渗透工艺在不同设备利用率下均需要2.22元/m3，由表2可知余热蒸汽30元/m3情况下低温多效工艺在不同设备利用率下均花费3元/m3，由此可见，淡化工艺的不断提升对工程成本的降低有着重要作用。虽然按照污染物当量法测算的环境成本占比不高，但由于选取方法和指标有限，不能完全代表其负外部性，未来在海水淡化项目实施过程中应本着水资源可持续利用的原则，着重考虑生态环境影响。

4.2 建议

目前威海市地表水已经不能满足市内用水需求，每年仍需南水北调工程与胶东调水工程向全市供水，根据水利局统计，计量水费长江水为4.25元/m3，黄河水2.965元/m3，此费用不含水处理费及管道输送费用。若将此部分费用算上，远程调水成本将达到7～9元/m3，而海水淡化设备在较高负荷运行时成本为6～7元/m3，此时南水北调成本与海水淡化成本相当[23]，从安全性和经济性上来说海水淡化均优于远程调水。华能威海电厂海水淡化全成本分析为滨海缺水城市加快海水淡化进程提供数据支撑，为进一步提升淡化水进入城市供水系统竞争力，滨海缺水城市政府必须出台相关政策完善淡化水价格制定、加快淡化水纳入城市供水统一管理。

4.2.1积极争取政策和资金支持，打造多元融资渠道

相关政府和企业要积极争取国家部委及省直部门关于海水淡化领域产业、研发、人才等方面的政策及资金支持，加快淡化工艺科学研究，提升设备利用率，降低化学药剂污染源，延长膜和管道的使用寿命。目前海水淡化项目投资以政府为主，也可鼓励第三方资本参与海水淡化产业投资，适用于海水淡化项目的运营模式有多种，如EPC总承包模式、PPP模式、BOT模式等，相关企业和政府可根据实际情况选择合适的投资模式，促使经济综合效益最大化。

4.2.2加快淡化水纳入城市供水统一管理

为促进水资源可持续利用，必须加快构建动态水价协调机制，特别关注城市供水产生的外部性因素，不断完善水资源全成本核算体系，加快推进多水源价格分类。考虑到居民水价承受力和水质可接受度，政府应发挥其宏观调控职能，促使市场发挥价格杠杆作用。作为缺淡水资源的滨海城市，多水源统筹利用应综合考虑预测缺水量、供水成本等多种因素。近期，不改变外调水以及库水为主的供水水源格局，海水淡化可以作为第二水源和备用水源，为滨海城市的供水安全提供有力保障；未来，随着技术水平的不断提高，海水淡化的制水成本也会不断下降，其大规模应用一直受到严重制约的经济因素将不复存在，海水淡化既可以作为常规水源进入供水系统，更可以作为优质水源分质供水。