吳云奇，賈 麟，閆玉蓮，尹立輝，劉艷輝，康 權(quán)

(1.自然資源部 天津海水淡化與綜合利用研究所，天津 300192；2.天津市市政工程設(shè)計研究總院，天津 300392)

海水淡化的工程規(guī)模和單機規(guī)模均呈大型、超大型化發(fā)展趨勢，有利于進一步降低單位產(chǎn)水的工程投資、運行管理費用、能耗和總成本，提高工程的經(jīng)濟性。為說明大型海水淡化工程的經(jīng)濟性，文章對低溫多效(MED)和反滲透(RO)兩種主流的日產(chǎn)萬噸級海水淡化工程的投資和成本進行說明，并對成本的影響因素進行敏感性分析，提出降低成本的措施。

1 大型海水淡化工程投資

海水淡化工程的總投資由建設(shè)投資、貸款利息和流動資金組成，建設(shè)投資包含工程建設(shè)費用(含建筑工程費、設(shè)備材料購置費和安裝工程費等)、工程建設(shè)其他費用(含建設(shè)管理費、勘察設(shè)計費、建設(shè)監(jiān)理費、前期咨詢費、造價咨詢費、聯(lián)合試運轉(zhuǎn)費、工程保險費、招標(biāo)代理服務(wù)費和海域使用論證費等)、土地使用費和預(yù)備費(含基本預(yù)備費和漲價預(yù)備費)[1]。

受設(shè)備材料配置、原水水質(zhì)和預(yù)處理工藝、產(chǎn)水用途和水質(zhì)要求等影響，海水淡化工程總投資差別較大。

1.1 設(shè)備材料配置

低溫多效裝置的核心設(shè)備為蒸發(fā)器、冷凝器、蒸汽轉(zhuǎn)換器、蒸汽輸送泵和中間水泵等，國內(nèi)完全具備自主化生產(chǎn)能力，不依賴進口。萬噸級MED海水淡化工程的總投資約為8 000萬元/萬t～10 000萬元/萬t。

反滲透裝置的核心設(shè)備和材料為高壓泵、中間水泵、反滲透膜、膜殼、能量回收裝置和增壓泵等。其中能量回收裝置尚未實現(xiàn)國產(chǎn)化生產(chǎn)，基本依賴進口；高壓泵、中間水泵可采用國產(chǎn)品牌，國產(chǎn)水泵價格約為進口品牌的1/4～2/3，但設(shè)備運行穩(wěn)定性和使用壽命不如進口品牌，目前國內(nèi)大多已建工程高壓泵仍為進口品牌；國產(chǎn)反滲透膜和膜殼性能接近世界先進水平，但產(chǎn)品性能多樣性同進口品牌仍有差距。國產(chǎn)設(shè)備材料配置的萬噸級RO海水淡化工程的總投資約為6 000萬元/萬t～7 500萬元/萬t，進口設(shè)備材料配置的總投資約為7 000萬元/萬t～9 000萬元/萬t。

1.2 預(yù)處理工藝

低溫多效裝置的預(yù)處理工藝受原水水質(zhì)影響較小，水質(zhì)較好時可不進行預(yù)處理。

而反滲透裝置對預(yù)處理要求較高，預(yù)處理工藝受原水水質(zhì)影響較大，不同的預(yù)處理方法、預(yù)處理工藝流程的長短對工程總投資均有一定影響。反滲透預(yù)處理分為一級和二級預(yù)處理，一級預(yù)處理一般采用混凝、沉淀、氣浮和過濾等傳統(tǒng)水處理工藝，二級預(yù)處理可采用多介質(zhì)過濾和超濾工藝[2]，常見組合預(yù)處理工藝適用范圍和投資估算額如表1所示。

表1 RO裝置預(yù)處理工藝適用范圍和投資額Tab.1 Scope of application and investment of RO pretreatment process

1.3 產(chǎn)水水質(zhì)要求

海水淡化主要作為工業(yè)用水和居民生活用水，不同用水的水質(zhì)指標(biāo)要求不同。作為生活用水時，由于反滲透海水淡化系統(tǒng)一級RO出水中硼元素的含量一般無法滿足生活飲用水水質(zhì)指標(biāo)要求(<0.5 mg/L)，常需設(shè)置二級反滲透系統(tǒng)[3]；海水經(jīng)淡化處理(尤其是MED系統(tǒng))后，鈣離子含量很低，水質(zhì)不穩(wěn)定且具有一定的腐蝕性，甚至?xí)l(fā)生常見的紅水現(xiàn)象，因此需要對其進行礦化后處理，提高礦物質(zhì)含量和堿度，以滿足管網(wǎng)輸配要求。單獨的二級RO系統(tǒng)需增加工程投資500萬元/萬t～600萬元/萬t，礦化后處理系統(tǒng)需增加工程投資400萬元/萬t～500萬元/萬t。

1.4 海水淡化工程投資

以10萬t/d低溫多效和反滲透海水淡化工程為例，說明大型海水淡化工程投資及組成情況，如表2所示。表2中數(shù)值為海水淡化廠區(qū)建設(shè)投資額，不含取排水、產(chǎn)品水輸送管道鋪設(shè)費用。

表2 10萬t/d低溫多效和反滲透海水淡化工程投資Tab.2 100,000 tons/day low-temperature multi-effect and reverse osmosis seawater desalination project investment

其中，低溫多效淡化工藝流程為“取水—低溫多效裝置—礦化后處理”，反滲透淡化工藝流程為“取水—V型濾池—超濾—一級反滲透—二級反滲透—礦化后處理”。

2 大型海水淡化工程成本

2.1 海水淡化工程成本組成

海水淡化工程造水成本受產(chǎn)品產(chǎn)量、電價和蒸汽價格的影響較大；其中反滲透海水淡化工程采用不同的工藝流程，化學(xué)藥品消耗、噸水電耗、設(shè)備材料更換以及固定資產(chǎn)折舊等費用有所不同，造水總成本有一定差別。海水淡化工程的造水總成本主要由以下各項組成：

(1)化學(xué)藥劑消耗。

低溫多效工藝使用的化學(xué)藥劑主要有：殺菌劑、阻垢劑、消泡劑，其中，取水部分殺菌劑可通過次氯酸鈉發(fā)生裝置制得。

反滲透工藝使用的化學(xué)藥劑主要有：殺菌劑、絮凝劑、還原劑、阻垢劑、膜清洗藥劑、pH值調(diào)節(jié)用堿等。

(2)能源消耗。

低溫多效工藝消耗電能和蒸汽，電能一般采用廠區(qū)附近電廠直接供電，蒸汽一般采用廠區(qū)附近廢熱蒸汽熱源。

反滲透工藝主要消耗電能。

(3)設(shè)備材料更換費用。

熱法裝置無大宗材料更換費用。

膜法裝置運行一段時間后需要更換的材料有：超濾膜、反滲透膜、過濾器濾芯等，其中，超濾膜及反滲透膜的更換周期一般為5 a，保安過濾器濾芯的更換周期為4個月。

(4)職工工資福利費用。

根據(jù)淡化廠定員和當(dāng)?shù)厝司旯べY福利計算。

(5)大修及檢修維護費用。

年大修及檢修維護費用可取其固定資產(chǎn)原值的2.0%～2.5%。

(6)其他費用。

主要包括日常管理、差旅、稅金等，可按上述(1)～(5)項總和的一定比率計算。

(7)固定資產(chǎn)折舊及攤銷費。

海水淡化項目綜合折舊年限可為20 a～22 a，固定資產(chǎn)殘值率為3%～5%。土地使用權(quán)以50 a計。

(8)財務(wù)費用。

主要是工程投入運行后長期及短期貸款還款利息費用。

2.2 海水淡化工程成本

對上述10萬t/d海水淡化工程進行成本分析，低溫多效和反滲透工程結(jié)果分別如表3和表4所示。其中，年產(chǎn)水量按設(shè)備利用率90%考慮。

表3 10萬t/d低溫多效海水淡化工程成本Tab.3 100,000 tons/day low-temperature multi-effect seawater desalination project cost

表4 10萬t/d反滲透海水淡化工程成本Tab.4 100,000 tons/day reverse osmosis seawater desalination project cost

續(xù)表4 (Continue)

3 海水淡化項目效益影響因素敏感性分析

海水淡化項目效益的主要影響因素有產(chǎn)水銷售價格、產(chǎn)水量、建設(shè)投資及經(jīng)營成本，以上述10萬t/d低溫多效和反滲透海水淡化工程為例，對各因素進行敏感性分析，結(jié)果如圖1和圖2所示。

圖1 10萬t/d低溫多效海水淡化項目效益敏感性分析圖Fig.1 Sensitivity analysis of 100,000 ton/day low-temperature multi-effect seawater desalination project

圖2 10萬t/d反滲透海水淡化項目效益敏感性分析圖Fig.2 Sensitivity analysis of 100,000 tons/day reverse osmosis seawater desalination project

由敏感性分析圖可以看出，相對產(chǎn)量變化和建設(shè)投資，產(chǎn)水銷售價格及經(jīng)營成本對海水淡化項目收益率的影響更大。通過提升售水價格及降低經(jīng)營成本等敏感因素的控制，將進一步提升項目收益。

4 海水淡化項目成本控制措施

(1)降低能源消耗成本。

由成本組成和敏感性分析可以看出，能源消耗是影響海水淡化項目成本的主要因素。對于低溫多效工藝，應(yīng)保證有廉價廢熱蒸汽來源，并優(yōu)化工藝方案、提高造水比，將蒸汽消耗成本降至最低。反滲透工藝僅消耗電能，用電成本取決于噸水電耗和電價，通過選取水質(zhì)優(yōu)良的水源地、保證產(chǎn)水水質(zhì)的前提下簡化工藝流程、優(yōu)化工藝方案可降低噸水電耗，海水淡化工程用電一般采用當(dāng)?shù)卮蠊I(yè)電價，仍可爭取上網(wǎng)電價、風(fēng)電電價或聯(lián)合供電等低電價。

(2)提升設(shè)備利用率。

截至2019年底，我國海水淡化項目工業(yè)用水占66.6%，生活用水占33.1%。從已建項目經(jīng)驗來看，由于我國海水淡化水定位為備用水源，淡化廠的設(shè)備利用率普遍較低，造成年產(chǎn)水量低，折算成單位產(chǎn)水的能源消耗、工資福利、管理維護、折舊及利息等成本費用升高，嚴(yán)重影響海水淡化項目的效益。故在海水淡化項目建設(shè)前，應(yīng)充分考察建設(shè)地周邊的用水需求及穩(wěn)定性、政策條件和建設(shè)條件等因素，必要時可爭取簽訂供水協(xié)議，保障項目的設(shè)備利用率。

(3)降低項目建設(shè)投資。

海水淡化項目建設(shè)投資影響項目成本組成中的折舊及攤銷費用、修理費用和項目利息，而建設(shè)投資取決于海域水質(zhì)、工藝方案、地質(zhì)建設(shè)條件和設(shè)備配置等因素。故海水淡化項目應(yīng)考察選取水質(zhì)較好且穩(wěn)定的取水海域，并充分優(yōu)化取排水、產(chǎn)水輸送方案以及淡化主體工藝方案，在保證工程質(zhì)量的前提下，合理配置設(shè)備方案，避免非必要的建設(shè)投資。

綜上，大型海水淡化項目的成本和效益受海水水質(zhì)、工藝、設(shè)備配置、能耗和設(shè)備利用率等多項因素的影響，各因素之間也相互影響和制約，項目立項前，需充分考察海域、用水需求、當(dāng)?shù)卣羝螂娏r格、政策條件以及氣象水文地質(zhì)建設(shè)條件等各方面的實際情況，選擇合適的工藝和設(shè)備，實現(xiàn)大型海水淡化項目投資、成本和效益的最優(yōu)化。