河北省海水淡化产业发展现状及应用分析

2021-12-21杨豪杰宋泽霖刘甜甜

河北水利电力学院学报 2021年4期

杨豪杰，宋泽霖，刘甜甜，李岩,4

(1.河北省地矿局第四水文工程地质大队，沧州市黄河东路蔡御街1号 061000；2.天津大学，天津市南开区卫津路92号 300072；3.河北水利电力学院，沧州市黄河西路49号 061001；4.河北省高校水利自动化与信息化应用技术研发中心，沧州市黄河西路49号 061001)

地球上水总体积约为1.386×109km3，其中淡水资源约35×106km3，为总水量的2.53%，除去冰川、高山冰冠等，可利用的水资源不到地球总水量的1%。而淡水资源日益匮乏，促进了海水资源的开发与利用[1]。海水淡化产业是解决我国沿海地区水资源短缺的重要途径，也是沿海地区水资源的重要补充和战略储备。

2021年3月发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》，提出了“推动落实海洋强国战略,加快推进海水淡化规模化应用,服务国家经济社会发展”。2021年6月由国家发展改革委、自然资源部联合发布的《海水淡化产业发展行动计划(2021—2025年)》中提出“到2025年，新增海水淡化规模125万吨/日”的目标。至此，海水淡化产业提升到了国家层面上，研究如何发展海水利用，利用海水淡化置换淡水资源对促进资源节约、提供水资源安全保障水平和推进生态文明建设具有重大的现实意义和战略意义。

目前，对海水淡化相关研究主要集中在技术层面或者经济应用层面。主要研究方向有海水淡化成本及其经济性分析[2]，海水淡化浓海水处理方案的研究[3]，产业标准化工作对海水淡化行业发展的作用和影响[4]等。文中参考现有海水淡化产业研究所取得的成果，从产业发展和产业政策的角度，分析了海水淡化产业的发展现状及行业发展的瓶颈，并提出了推动海水淡化行业发展的相关建议。

1 研究区概况

1.1 地理位置

河北省海岸线跨越秦皇岛、唐山、沧州三个地级城市及其辖区，海岸线长487km,海岸带总面积11379.88km2。绵长的海岸线，为河北提供了丰富的海水资源。因此，如何充分利用丰富的海水资源解决生产生活发展中的问题并带来相关社会和经济效益或将成为亟待解决的问题。

1.2 人均水资源

河北省统计局公布的《河北省第七次人口普查2021年人口动态监测大数据分目》中指出，2020年河北省常住人口7460万人，人口比较密集、经济比较发达。2020年全省水资源总量146.26亿m3，人均为196.2m3[6]。国际公认的缺水标准：人均水资源低于500m3,为极度缺水，由此可见河北省淡水资源匮乏。

1.3 地下水超采严重

全省生产生活中对于水资源的巨大需求使得地下水资源被过量开采。20世纪70年代以来，地下水不合理的开采利用，导致地下水位持续下降、水质恶化等，引发了一系列生态环境地质问题[7]。据调查，河北省地下水年均超采量59.6亿m3，累计超采量达到惊人的1500多亿m3，超采区面积6.7万km3，占平原面积的91%[8]。随着地下水的大规模开采，引起的地面沉降、地质灾害等问题愈发突出，截止到2005年底，河北平原地面沉降重点沉降区范围内，大于2000mm的沉降面积达7.41km2。为加快推进平原地面沉降防治各项重点工作，最大限度减轻地面沉降灾害造成的损失，自然资源部印发了《京津冀平原地面沉降综合防治总体规划(2019-2035年)重点任务分工方案》，下达河北省2021年海水淡化水替代地下水开采量为0.5亿m3，2022年为0.9亿m3的目标。

1.4 海水淡化迫切性

1.4.1 用电量大导致用水量加大

随着京津冀协同发展、雄安新区建设等上升为国家战略，沿海地区经济的快速发展和人口不断聚集，对电力部门的需求不断增加，因此作为主要发电来源的热电厂对淡水的需求极为庞大。中国水资源的时空分布不均，以及水资源与能源储备的不匹配，让能源不足的风险进一步提升。用中国7个主要流域和6个区域电网，即东北电网、华北电网、华中电网、华东电网、西北电网和南方电网来举例，南方流域的径流整体比北方的流域大。因此，南方的电网比北方地区，特别是华北和西北的电网更富水。华北电网的用电量和发电量相对较高，但水资源短缺，因此该地区被确定为全球发电面临最高风险的地区。当代生活生产离不开电能源，而水资源在电能源的生产中发挥巨大作用，不可或缺。

1.4.2 海水淡化影响显著

海水淡化作为新兴的淡水生产方式，不受时空和气候影响，且水质好、水量大、供水稳定，在技术较为成熟的同时，可有效缓解沿海水资源短缺问题。近年来，国家高度重视海水淡化产业发展，2012年2月，国务院办公厅印发《关于加快发展海水淡化产业的意见》(国办发〔2012〕13号)，国家相关部委相继出台了《海水淡化产业发展“十二五”规划》(发改环资〔2012〕3867号)《全国海水利用“十三五”规划》(发改环资〔2016〕2764号)《海岛海水淡化工程实施方案》(发改环资〔2017〕2115号)等指导性规划和实施方案，明确了海水淡化发展的方向，为海水淡化产业营造了良好的政策环境。近十年来，我国海水淡化产业保持良好发展，截至2020年底，我国海水淡化规模达到165万t/d，最大海水淡化工程规模20万t/d。海水淡化在保障我国沿海地区水资源安全、优化区域供水结构、发展海洋经济等方面发挥着越来越重要的作用。随着深化产业结构改革的推进，沿海地区对水资源需求日益迫切，水资源与经济要素之间的适配矛盾更加突出。推动海水淡化产业高质量发展，是立足新发展阶段、贯彻新发展理念、构建新发展格局、实施海洋强国战略的有机组成[8]。推动海水淡化的进程迫在眉睫。

2 海水淡化产业现状

2.1 河北省海水利用数据采集单位

通过对资料收集、数据采集、现场调研、专家咨询和数据统计分析，根据历史调查数据及《全国海水利用报告》，汇总出河北省海水利用企业数据采集名单，见表1。数据采集内容包括工程规模、技术水平、海水淡化成本、浓盐水综合利用情况等。海水淡化产水的终端用户主要为工业用水，沧州国华沧东电厂的海淡水除供给周边企业，剩余部分作为生活水自用。近年来我省海水淡化产业保持了平稳增长，尤其以唐山曹妃甸区和沧州渤海新区为代表(河北省海水利用数据采集单位工作范围示意图如图1所示)。

表1 河北省海水利用数据采集单位列表Tab.1 List of seawater utilization data collection units in Hebei province

图1 河北省海水利用数据采集单位工作范围示意图Fig.1 Schematic diagram of working scope of seawater utilization data acquisition unit in Hebei province

2.2 海水淡化产业发展现状

截至2019年12月，全省产水总规模20.35万t/d，较上年增加3.50万t/d，产水规模位居全国第四位。海水淡化水年产量3714t/d，较上年持平。新增首钢京唐钢铁联合有限公司3.5万t/d热膜耦合海水淡化工程。

其中，唐山市海水淡化产水规模最大，为14.00万t/d日，海水淡化企业3家，海水淡化工程5个，分别是河北大唐王滩电厂0.50万t/d反渗透海水淡化工程、唐山曹妃甸北控5万t反渗透海水淡化工程，以及首钢京唐钢铁联合有限公司一期、二期低温多效海水淡化工程、热膜耦合海水淡化工程；沧州市海水淡化规模为5.75万t/d，海水淡化企业1家，海水淡化工程3个，为国华沧东发电有限公司一期2.0万t、二期1.25万t、三期2.5万t低温多效海水淡化工程；秦皇岛热电厂低温多效海水淡化工程，工程规模0.60万t/d。反渗透(RO)、低温多效(MED)和多级闪蒸(MSF)海水淡化技术是国际上已商业化应用的主流海水淡化技术。目前，全省海水淡化工艺主要为反渗透和低温多效。其中，已投产运行反渗透海水淡化工程2个，产水规模为5.50万t/d；低温多效海水淡化工程为7个，产水规模为14.85万t/d。低温多效是反渗透海水淡化产水规模的2倍。

在建海水淡化工程共5个，产水总规模21.00万t/d。分别为首钢京唐钢铁联合有限公司1.00万t/d反渗透海水淡化工程、河北丰越能源科技有限公司7.50万t/d反渗透海水淡化工程、河北丰越能源科技有限公司2.50万t/d低温多效海水淡化工程、沧州渤海新区巴安水务有限公司5.00万t/d反渗透海水淡化工程和沧州渤海新区首创阿科凌新水源有限公司5.00万t/d反渗透海水淡化工程。

拟建海水淡化工程共2个，产水总规模15.00万t/d，分别为河北国华沧东发电有限公司20万t-先期5万t低温多效海水淡化工程和河北唐山海港经济开发区10万t/d反渗透海水淡化工程。

2.3 统计分析

对于产水规模进行线性拟合，得到线性拟合模型y=ax+b,其中y代表日产量(万立方米)，a为系数值等于1.3676，x代表自2006年开始的序数，例如2006年序数为1,2007序数为2；b为常数值2.1233,r2代表拟合优度等于0.8779,产水规模增长较好的符合了线性增长的特征(见表2)。

表2 河北省海水淡化规模增长趋势表

从表2数据可知，自2006年至2019年间，全省海水淡化工程数量和产水规模呈现出平稳且逐渐增长的趋势，因此我们推测在未来，全省的水淡化工程数量和产水规模仍会继续这种稳中有进且上升态势更加明显的趋势。

3 海水淡化产业发展存在的问题

3.1 海水淡化水民用化程度不高

河北省海水淡化水尚未接入市政供水管网，仅有少量海水淡化水以瓶装水、桶装水的形式进入市场，民用海水淡化水仅占总产量的2%，远低于33.05%的全国平均水平。我省虽然海水淡化工程及产能先进并且发电量在沿海省份也较为领先，但是同为人口大省的河北与山东，我省海水淡化仍主要应用于工业层面，市政方面用水仍然不足。还应加强对于民用淡化的应用，让百姓更直接的享受到海水淡化的福利。

3.2 海水淡化水输运管网建设滞后

目前，河北省海水淡化水输运管网主要集中在沧州渤海新区，其他地区输运管网建设较为滞后，仅限于工业用水需求，限制了海水淡化水产能发展，规模效应没有凸显。

3.3 相比工业用自来水，海水淡化水成本偏高

随着技术的发展，我国海水淡化成本已接近世界平均成本，在5～8元之间，但相比于自来水的价格，仍然偏高。海水淡化成本由多种因素构成，主要包括设备、材料投资、能源消耗、管网铺设以及海水预处理等。其中，能耗占到成本的60%以上，对于万吨级以上海水淡化工程，如果将蒸馏法消耗的热折算成电，多级闪蒸法能耗约为8.5kW·h/m3，多效蒸馏法约为5.5kW·h/m3，反渗透法约为4.3kW·h/m3[9]。此外，现今海水淡化主要通过反渗透法，而反渗透膜造价高昂，并且在使用过程中极易被污染，一般3至5年需要更换一次，使得反渗透法价格偏高。并且管网铺设成本也占据较大比例，这也给海水淡化的经济性带来了不可忽略的影响。

3.4 海水淡化水饮用产业标准不完善

目前，相关法律法规仍缺乏对海水淡化建设发展和管理的相关规范，且海水淡化项目的定位和监管不清，其责、权、利不明确。诸如海水淡化饮用水标准参考《食品安全国家标准包装饮用水》(GB 19298-2014)，该标准对生产用源水设定限制，仅包括公共供水系统的水源和非公共供水系统的地表水、地下水，未明确是否可用海水作为源水，不利于海水淡化水饮用水推向市场。

4 海水淡化产业发展的意见和建议

4.1 加大技术投入，降低生产成本

想要降低海水淡化成本，解决海水淡化的经济性问题，首先要优化海水淡化的相关技术设备。对此，政府层面要提高对海水淡化的重视，可以通过出台相应政策甚至立法来确定海水淡化的战略地位并搭配与之配套的目标规划，专项基金与管理措施等，来保证海水淡化技术发展的稳定。同时，科研机构也要培养海水淡化相关方面的人才，可以与企业共创人才培养计划，让相关人才在科研的同时深入实地，能够在实践中做出成果并将研究成果转化投入实际生产，实现双方共赢[8]。

4.2 加快推进海水淡化水输运管网建设

海水淡化产业发展离不开政府的支持，建议试行“企业制水，政府包销”的海水淡化新模式，由政府修建淡水输送管网，为企业和用户搭建输水通道。政府、制水企业、用户间建立起安全可靠的水厂运营协调机制，发挥该模式在扩大海水淡化水利用方面的优势，实现多方共赢。

4.3 稳步推进海水淡化水并入市政供水管网

国内青岛、天津、浙江沿海等地区已将海水淡化水并入市政供水管网运行。建议在唐山曹妃甸区、沧州渤海新区等海水淡化水产能集中区域可联合发改委、水务、海洋等部门及相关企业科学论证海水淡化水并入市政管网供水的可行性，开展海水淡化水民用化试点工作。

4.4 完善水价机制

目前河北省海水淡化水产水成本偏高，为推进海水淡化水大规模应用，建议制定相关政策鼓励使用海水淡化水。淡化海水的成本已经高于目前居民用水第一档的标准。对此，北控水务海水淡化事业部总经理王小水指出：“这个价格看似高于居民用水价格，但目前我国公益性水利工程，如水库、输水管道等建设所需经费基本上由各级财政承担，没有列入自来水成本，导致水的价格与价值背离，如果把城市引水工程中土地、投资、运行、管理等费用和损耗计算在内，淡化海水的成本还要低于自来水。目前政府部门一直对居民用水进行价格补贴，淡化海水后只是替代或补充部分水源，对居民水价不会造成影响。”市政供水的责任主体在市县，按照事权与支出相一致的原则，鼓励相关市县从海水淡化综合利用的角度，统筹考虑成本和市场承受能力等因素，研究制定对海水淡化相关企业的价格支持政策，增加诸如水电联产“以电补水”等鼓励措施。