王銳浩，黃鵬飛，王小軍，王曉麗，李東洋

(1.自然資源部 天津海水淡化與綜合利用研究所，天津 300192;2.南京水利科學(xué)研究院 水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210029;3.水利部應(yīng)對(duì)氣候變化研究中心，江蘇 南京 210029)

海水淡化作為水資源的開(kāi)源增量技術(shù)，具有“不淹地、不移民、不爭(zhēng)水、不受氣候影響”的特點(diǎn)，其供水保證率和供水水質(zhì)不受地理位置、環(huán)境狀態(tài)、氣候條件以及社會(huì)等因素影響，已成為沿海缺水地區(qū)和海島解決水資源短缺問(wèn)題的重要途徑［1］。雖然隨著海水淡化技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，成本在逐漸降低，但其價(jià)格與其他水源相比，仍處于劣勢(shì)，成本問(wèn)題已成為制約海水淡化發(fā)展的主要因素之一。文章分析了海水淡化成本的詳細(xì)構(gòu)成，并通過(guò)實(shí)例測(cè)算，定量化分析了影響海水淡化成本的最主要因素，并提出了成本控制建議。

1 海水淡化成本發(fā)展趨勢(shì)及構(gòu)成

1.1 成本發(fā)展趨勢(shì)

近年來(lái)，隨著全球變暖、荒漠化和環(huán)境污染造成的淡水資源的不斷減少以及全球人口的增加，海水淡化近年來(lái)發(fā)展迅速，已經(jīng)被證明是一種可靠、有效的供水選擇。自20 世紀(jì)80 年代以來(lái)，全球海水淡化產(chǎn)能增長(zhǎng)了近15 倍。據(jù)IDA DESALINATION Yearbook 2017 ～2018 海水淡化年報(bào)統(tǒng)計(jì)，截止到2017 -06，全球已簽約淡化裝機(jī)容量達(dá)到9 976萬(wàn)t/d［2］。隨著海水淡化規(guī)模不斷擴(kuò)大和技術(shù)不斷進(jìn)步，海水淡化成本呈現(xiàn)出逐步下降的趨勢(shì)，從1980 年以前國(guó)際海水淡化成本均3 S|/t 以上，逐步降至1 S|/t 以下，部分新建的大型反滲透海水淡化成本可降至0.45 S|/t［3］(見(jiàn)圖1)。

圖1 國(guó)外海水淡化成本隨時(shí)間變化趨勢(shì)圖Fig.1 Trend chart of desalination cost with time in foreign countries

國(guó)外多名學(xué)者均對(duì)海水淡化成本和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行了研究，認(rèn)為海水淡化成本與其應(yīng)用的技術(shù)、工程規(guī)模、產(chǎn)品水水質(zhì)要求等多個(gè)因素相關(guān)，將海水淡化成本分為能源費(fèi)用、化學(xué)費(fèi)用、人工管理費(fèi)用、維護(hù)和膜更換費(fèi)用、處理費(fèi)用等，并在不同國(guó)家不同工程進(jìn)行實(shí)例分析測(cè)算，認(rèn)為目前海水淡化成本大多處于0.45 S|/t ～2.51 S|/t 之間［4-6］，并隨著規(guī)模擴(kuò)大而下降。在一定規(guī)模下，噸水成本下降顯著，但超過(guò)某規(guī)模成本下降的趨勢(shì)便不再明顯。一般認(rèn)為，海水淡化工程的規(guī)模超過(guò)10 萬(wàn)t/d 后，擴(kuò)大規(guī)模對(duì)降低成本作用不明顯。

我國(guó)海水淡化工程發(fā)展也遵循相同的規(guī)律。此外，在不同的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)條件下，不同海水淡化工程的成本差異較大。較為優(yōu)化的條件下，在我國(guó)北方建設(shè)大型海水淡化工程，其成本可控制在5 元/t 以內(nèi)。如果海水水質(zhì)較差、不能使用廉價(jià)能源，其成本將超過(guò)5 元/t。如果工程不能滿負(fù)荷運(yùn)行，成本將大幅上升，可能超過(guò)7 元/t?？傮w來(lái)說(shuō)，我國(guó)海水淡化成本普遍分布在5 元/t ～8 元/t［7］。

1.2 成本構(gòu)成

總成本費(fèi)用是指運(yùn)營(yíng)期內(nèi)當(dāng)期為生產(chǎn)產(chǎn)品或提供服務(wù)所發(fā)生的全部費(fèi)用，總成本費(fèi)用可以采用生產(chǎn)成本加期間費(fèi)用估算法或者生產(chǎn)要素法進(jìn)行估算［8］。海水淡化成本估算通常采用生產(chǎn)要素法進(jìn)行，成本構(gòu)成主要包括:化學(xué)藥品消耗費(fèi)用、能源費(fèi)用、設(shè)備材料更換費(fèi)用、職工工資及福利費(fèi)用、固定資產(chǎn)折舊費(fèi)用、大修及檢修維修費(fèi)用、雜費(fèi)(管理費(fèi)、辦公費(fèi)、會(huì)議費(fèi)、成本列支的稅金等)及財(cái)務(wù)費(fèi)用等。

(1)化學(xué)藥品消耗費(fèi)用

化學(xué)藥品消耗主要指淡化裝置需要使用的化學(xué)藥品。對(duì)于反滲透淡化工藝，使用的主要化學(xué)藥品包括殺生劑、還原劑、阻垢劑、清洗藥劑、pH 值調(diào)節(jié)等［9］。對(duì)于低溫多效海水淡化裝置，使用的主要化學(xué)藥品包括阻垢分散劑、殺生劑及清洗劑。

(2)能源費(fèi)用

能源費(fèi)用主要包括電力費(fèi)用和蒸汽費(fèi)用。反滲透海水淡化工程的能源費(fèi)用主要為電力費(fèi)用，通常反滲透海水淡化工藝噸水電耗為3 kW·h ～5 kW·h。低溫多效海水淡化工程能源費(fèi)用主要包括電力費(fèi)用和蒸汽費(fèi)用。通常低溫多效海水淡化工藝的噸水電耗為0.9 kW·h ～1.5 kW·h，蒸汽費(fèi)用則與蒸汽的來(lái)源及造水比相關(guān)［10］。

(3)材料更換費(fèi)用

材料更換費(fèi)用僅用于反滲透海水淡化工藝，主要是對(duì)超濾膜、反滲透膜及濾芯等材料更換。在目前技術(shù)水平下，超濾膜及反滲透膜的更換周期一般為5 a，保安過(guò)濾器濾芯的更換周期一般為4 個(gè)月。

(4)職工工資及福利費(fèi)用

職工工資福利費(fèi)用與淡化廠人員及當(dāng)?shù)毓べY水平相關(guān)，職工福利費(fèi)通常取職工工資總額的50%。

(5)大修及檢修維護(hù)費(fèi)用

供水行業(yè)年修理費(fèi)用一般為固定資產(chǎn)原值的2% ～2.5%，由于海水淡化投資水平偏大，一般取1% ～2%。

(6)固定資產(chǎn)折舊費(fèi)用

固定資產(chǎn)折舊費(fèi)用與工程總投資及折舊年限有關(guān)，費(fèi)用計(jì)算通常采用年限平均法，廠房折舊年限取30 a，無(wú)殘值;機(jī)器設(shè)備折舊年限取20 a，殘值5%。

(7)雜費(fèi)

雜費(fèi)包括管理費(fèi)、辦公費(fèi)、會(huì)議費(fèi)、成本列支的稅金等，通常取(1)～(5)項(xiàng)之和的8%。

(8)財(cái)務(wù)費(fèi)用

財(cái)務(wù)費(fèi)用主要指海水淡化的銀行貸款費(fèi)用，包括銀行長(zhǎng)期借款利息和流動(dòng)資金貸款利息，貸款比例和利率高低均對(duì)財(cái)務(wù)費(fèi)用有影響。海水淡化工程通常投資較大，項(xiàng)目自有資金僅占總投資的30%，其余70%和流動(dòng)資金則采用銀行貸款進(jìn)行籌措。

2 成本測(cè)算與分析

根據(jù)目前國(guó)內(nèi)的技術(shù)水平和條件，以1 萬(wàn)t/d 反滲透海水淡化工程和低溫多效海水淡化工程為例進(jìn)行海水淡化成本的測(cè)算，具體成本如表1、圖2、圖3。

表1 海水淡化成本對(duì)比表Tab.1 Cost comparison of desalination

圖2 反滲透海水淡化工程成本構(gòu)成Fig.2 Cost composition of RO desalination project

圖3 低溫多效海水淡化工程成本構(gòu)成Fig.3 Cost structure of low temperature multi effect desalination project

由圖2 和圖3 可以看出，對(duì)于1 萬(wàn)t/d 反滲透海水淡化工程，占總成本比例最高的主要因素包括電力費(fèi)用、固定資產(chǎn)折舊費(fèi)用、材料更換費(fèi)用和大修及檢修維護(hù)費(fèi)用，分別占比為:41. 49%、19. 27%、9.90%和8.33%。對(duì)于1 萬(wàn)t/d 的低溫多效海水淡化工程，占總成本比例最高的分別為:蒸汽費(fèi)用、固定資產(chǎn)折舊費(fèi)用、電力費(fèi)用、大修及檢修維護(hù)費(fèi)用，分別占比為:34.76%、21.21%、14.43%和8.98%。由于電力費(fèi)用和蒸汽費(fèi)用同屬于能源費(fèi)用，而固定資產(chǎn)折舊費(fèi)用和大修及檢修維護(hù)費(fèi)用均以工程固定資產(chǎn)投資為計(jì)算依據(jù)，綜上，將能源費(fèi)用和固定資產(chǎn)投資作為影響海水淡化成本的最主要因素，其他作為次要因素對(duì)海水淡化成本進(jìn)行分析。

(1)能源費(fèi)用

對(duì)于反滲透海水淡化工程，電力費(fèi)用是占總成本最大的單項(xiàng)成本，約占41.49%。在其他成本不變的情況，若將電力費(fèi)用降低20%，噸水成本則降低11.86%;若將電力費(fèi)用增高20%，噸水成本則增加10.60%，具體如圖4 所示。因此，控制電力費(fèi)用成本對(duì)于控制反滲透海水淡化工程的造水成本十分重要，可通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少噸水電耗，申請(qǐng)優(yōu)惠電價(jià)、推廣新能源發(fā)電技術(shù)等方式降低用電成本。

圖4 反滲透淡化工藝電力費(fèi)用與總成本對(duì)比Fig.4 Comparison of power cost and total cost of RO desalination process

對(duì)于低溫多效海水淡化工程，蒸汽費(fèi)用和電力費(fèi)用分別占總成本34.76%和14.43%(如圖5、圖6)。

圖5 低溫多效工藝電力費(fèi)用與總成本對(duì)比Fig.5 Comparison of power cost and total cost of low temperature multi effect process

圖6 低溫多效工藝蒸汽費(fèi)用與總成本對(duì)比Fig.6 Comparison of steam cost and total cost of low temperature multi effect process

在其他成本不變的情況下，若將蒸汽費(fèi)用降低20%，噸水成本則降低7.47%;若將蒸汽費(fèi)用增高20%，噸水成本則增加14.94%;若將電力費(fèi)用降低20%，噸水成本則降低2.89%，電力費(fèi)用增高20%，噸水成本則增加4.59%。因此，對(duì)于低溫多效海水淡化工程而言，控制造水成本首先要控制蒸汽費(fèi)用。蒸汽費(fèi)用與蒸汽來(lái)源相關(guān)，若蒸汽來(lái)源為乏汽或廢熱時(shí)，蒸汽費(fèi)用就可忽略不計(jì)，制水成本將大大降低［11］。對(duì)于電水聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，充分利用電廠的余熱和機(jī)組抽汽也能有效降低造水成本。此外，造水比也是影響蒸汽費(fèi)用的一個(gè)重要因素，造水比體現(xiàn)了裝置運(yùn)行費(fèi)用的高低，造水比越高，單位淡水消耗的蒸汽量越少，耗費(fèi)的蒸汽成本也就越低。

(2)固定資產(chǎn)投資

固定資產(chǎn)投資包括建設(shè)投資(工程費(fèi)用、工程建設(shè)其他費(fèi)用、預(yù)備費(fèi))和建設(shè)期利息。海水淡化成本中固定資產(chǎn)折舊、大修及維修維護(hù)費(fèi)、財(cái)務(wù)費(fèi)用均與固定資產(chǎn)投資相關(guān)。在其他條件不變的情況下，若將固定資產(chǎn)投資降低20%，海水淡化造水成本將降低14.68%;若將固定資產(chǎn)投資增高20%，海水淡化造水成本將增高18.72%。因此，控制固定資產(chǎn)投資尤為重要，圖7 為固定資產(chǎn)投資費(fèi)用與總成本對(duì)比。在固定資產(chǎn)投資中，設(shè)備及工器具購(gòu)置費(fèi)約占固定資產(chǎn)投資的58%，因此，必須通過(guò)控制設(shè)備及工器具采購(gòu)成本來(lái)降低固定資產(chǎn)投資，從而降低造水成本。

圖7 固定資產(chǎn)投資費(fèi)用與總成本對(duì)比Fig.7 Comparison between fixed assets investiment cost and total cost

目前，我國(guó)海水淡化核心設(shè)備大部分依賴進(jìn)口，造成海水淡化成本偏高。據(jù)測(cè)算，國(guó)產(chǎn)機(jī)電產(chǎn)品平均成本水平比國(guó)外低25%左右，實(shí)現(xiàn)海水淡化設(shè)備國(guó)產(chǎn)化后，國(guó)產(chǎn)淡化水裝置工程費(fèi)用將比國(guó)外同類產(chǎn)品降低20% ～30%左右，相應(yīng)淡化成本可降低10% ～15%［12］。通過(guò)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化降低工程投資，也是降低制水成本重要途徑。

(3)其他費(fèi)用

其他費(fèi)用主要包括人員工資及福利費(fèi)、藥劑費(fèi)用、雜費(fèi)等，占海水淡化總成本的比例較小且占比穩(wěn)定。人員工資及福利費(fèi)可通過(guò)改進(jìn)海水淡化工程自動(dòng)化水平，增強(qiáng)人員技術(shù)水平進(jìn)行成本降低，藥劑費(fèi)用則可通過(guò)改變進(jìn)料方式，提高濃縮倍率進(jìn)行降低。

3 海水淡化成本控制措施

經(jīng)分析海水淡化成本構(gòu)成因素與主要影響因素，建議從以下方面降低海水淡化成本。

(1)積極發(fā)展海水淡化技術(shù)

積極發(fā)展海水淡化技術(shù)，支持海水淡化基礎(chǔ)工藝水平的提升，針對(duì)主流的低溫多效和反滲透法海水淡化工藝，改進(jìn)不同工藝的要點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)，增強(qiáng)海水淡化技術(shù)基礎(chǔ)創(chuàng)新能力，發(fā)展新能節(jié)能型海水淡化技術(shù)，提高海水淡化整體素質(zhì)和核心競(jìng)爭(zhēng)力［7］，降低海水淡化成本。

(2)推進(jìn)海水淡化關(guān)鍵設(shè)備和材料的國(guó)產(chǎn)化

實(shí)現(xiàn)海水淡化設(shè)備國(guó)產(chǎn)化，盡可能降低海水淡化工程投資。目前國(guó)內(nèi)制造業(yè)發(fā)展迅速，海水淡化使用的設(shè)備基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，但仍有少數(shù)核心設(shè)備采用國(guó)外技術(shù)，投資相對(duì)高昂［13］。應(yīng)積極發(fā)展海水淡化裝備先進(jìn)制造技術(shù)，提升關(guān)鍵零部件和成套裝置制造能力，提高裝備使用壽命和能效水平，從而降低海水淡化工程固定資產(chǎn)投資和制水成本。

(3)建立政府補(bǔ)貼政策

建立政府補(bǔ)貼政策，尤其是電價(jià)優(yōu)惠政策和工程建設(shè)投資補(bǔ)貼政策;建立海水淡化水資源費(fèi)補(bǔ)償機(jī)制，對(duì)海水淡化項(xiàng)目按照節(jié)省的清潔水量進(jìn)行適當(dāng)獎(jiǎng)勵(lì)和補(bǔ)償;將海水淡化配套輸水管網(wǎng)納入市政管網(wǎng)建設(shè)范疇，以降低企業(yè)的淡化海水生產(chǎn)成本。

(4)建立智能淡化工廠

建立智能淡化廠，通過(guò)對(duì)海水淡化設(shè)置的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和控制，控制運(yùn)行參數(shù)在合理范圍內(nèi)，減少故障停機(jī)時(shí)間。同時(shí)可減少淡化廠運(yùn)維人員數(shù)量，降低海水淡化運(yùn)營(yíng)人員成本和運(yùn)行成本。

(5)提高設(shè)備利用率

事先明確海水淡化供水用戶及用水需求，充分對(duì)接海水淡化建設(shè)規(guī)模與用戶實(shí)際需求，做好水資源需求調(diào)研，簽訂保底水價(jià)和保底水量。盡量確保工程規(guī)模契合用戶需求，提高設(shè)備利用率，避免出現(xiàn)產(chǎn)能過(guò)?；蛘唛e置的現(xiàn)象，盡可能提高設(shè)備利用率，進(jìn)而降低制水成本。

4 結(jié)論與建議

1)海水淡化作為解決沿海缺水地區(qū)和海島水資源短缺問(wèn)題的一種有效途徑，技術(shù)已經(jīng)成熟，但由于其成本相對(duì)高昂，導(dǎo)致海水淡化應(yīng)用受限。隨著海水淡化技術(shù)的進(jìn)一步成熟，其成本也在逐漸降低，競(jìng)爭(zhēng)力逐步顯現(xiàn)。

2)文章以1 萬(wàn)t/d 反滲透海水淡化工程和低溫多效海水淡化工程為例，測(cè)算了海水淡化的成本，分別為5.76 元/t 和6.79 元/t。通過(guò)對(duì)海水淡化成本各個(gè)構(gòu)成因素進(jìn)行分析，認(rèn)為能耗費(fèi)用和固定資產(chǎn)投資是限制海水淡化發(fā)展的最主要因素。

3)文章通過(guò)對(duì)海水淡化成本主要影響因素的分析，從積極發(fā)展海水淡化技術(shù)、推進(jìn)海水淡化關(guān)鍵設(shè)備和材料的國(guó)產(chǎn)化、建立政府補(bǔ)貼政策、建立智能淡化工廠、提高設(shè)備利用率等方面提出了控制海水淡化成本的建議，以期為海水淡化產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供參考。