青島市海水淡化利用現(xiàn)狀及潛力分析

康 權(quán)，王銳浩，黃鵬飛，王小軍，朱 杰，王曉麗

(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)

1 前言

海水淡化是實(shí)現(xiàn)水資源利用的開(kāi)源增量技術(shù)，可以增加淡水總量，且不受時(shí)空和氣候影響，保障沿海居民飲用水和工業(yè)鍋爐補(bǔ)水等穩(wěn)定供水。近年來(lái)，隨著沿海社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和水資源需要的不斷攀升，我國(guó)海水淡化在關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、成果轉(zhuǎn)化、示范應(yīng)用、技術(shù)推廣等方面都得到國(guó)家和地方政府的大力支持，技術(shù)不斷成熟，產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，海水淡化已成為沿海缺水城市的重要手段，也是一些邊遠(yuǎn)海島解決水資源短缺問(wèn)題的唯一方式[1]。截至2019年底，我國(guó)已建成海水淡化工程115個(gè)，工程規(guī)模1 573 760 t/d[2]。

青島當(dāng)?shù)厮Y源貧乏，且時(shí)空分布不均，降水年際年內(nèi)變化大，客水依賴(lài)程度高，青島市水資源的稟賦和特點(diǎn)，凸顯出水資源分布與生產(chǎn)力布局不相適應(yīng)的矛盾十分突出，導(dǎo)致水資源已成為青島經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要約束[3]。青島市地處暖溫帶，海岸線(xiàn)長(zhǎng)730 km，海水清澈透明，水質(zhì)優(yōu)良，取水方便，具有發(fā)展海水淡化的優(yōu)良條件。在青島發(fā)展海水淡化可以在短期內(nèi)增加城市供水量，緩解供水壓力，是增加供水儲(chǔ)備，保障全市供水安全的重要途徑[4-5]。為此，文章通過(guò)分析青島市海水淡化利用現(xiàn)狀，并指出存在的主要問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上，評(píng)估2030年和2035年海水淡化潛力，以期為青島市海水資源綜合利用與管理提供參考。

2 青島市海水淡化現(xiàn)狀及其存在問(wèn)題

(1)海水淡化現(xiàn)狀。

青島市海水淡化起步較早，2006年制定了全國(guó)第一個(gè)城市海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，2013年被確定為國(guó)家海水淡化試點(diǎn)城市，海水淡化發(fā)展長(zhǎng)期位于國(guó)內(nèi)前列。截至目前，青島市已建成海水淡化工程13個(gè)，工程總規(guī)模為23.6萬(wàn)t/d，占山東省海水淡化規(guī)模的83.35%，占全國(guó)海水淡化規(guī)模的19.6%[2]。從技術(shù)上來(lái)看，青島海水淡化主要以反滲透海水淡化技術(shù)為主，占工程總規(guī)模的98.7%。從用途來(lái)看，海水淡化水主要用于工業(yè)，部分用水市政用水。海水淡化裝置已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)入規(guī)?；瘧?yīng)用，其中2013年建成的青島百發(fā)海水淡化工程是國(guó)內(nèi)最大的市政用水海水淡化項(xiàng)目，也是全國(guó)首個(gè)取得飲用水衛(wèi)生許可的海水淡化項(xiàng)目，日最高供水量約7萬(wàn)t，是青島市供水調(diào)峰調(diào)壓的主要水源；2016年建成的董家口海水淡化項(xiàng)目是世界范圍內(nèi)相同規(guī)模建設(shè)周期最短、投資成本最小，水價(jià)最低的海水淡化工程，主要滿(mǎn)足董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)園區(qū)內(nèi)工業(yè)用水需求。青島市已建海水淡化工程概況見(jiàn)表1。

表1 青島已建海水淡化工程情況

在技術(shù)研發(fā)方面，青島是我國(guó)海水淡化研究的發(fā)源地之一。1965年，山東海洋學(xué)院開(kāi)始反滲透醋酸纖維不對(duì)稱(chēng)膜的研究。20世紀(jì)70年代進(jìn)行了中空纖維和卷式反滲透膜及元件的研究。目前青島市涉及海水綜合利用技術(shù)研發(fā)的機(jī)構(gòu)有中國(guó)海洋大學(xué)、中科院海洋所、725研究所等多家具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)海水淡化技術(shù)研發(fā)實(shí)力的高校、科研院所，具備發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)的科技支撐條件，在預(yù)處理、多級(jí)閃蒸、多效蒸餾海水淡化系統(tǒng)、船用海水淡化裝備、多能耦合海水淡化等方面，擁有良好的基礎(chǔ)條件[6]。全市涉及海水淡化裝備利用技術(shù)研發(fā)及人才培養(yǎng)機(jī)構(gòu)10余家，擁有市級(jí)以上工程中心5家，通過(guò)承擔(dān)國(guó)家、省部級(jí)科技計(jì)劃項(xiàng)目，開(kāi)發(fā)形成一批具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的科技成果。

在設(shè)備制造方面，青島市海水淡化制造能力不斷增強(qiáng)。2016年全市海水淡化裝備產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值約50億元，涌現(xiàn)了以華歐、科瑞特為代表的一批擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生產(chǎn)企業(yè)，重點(diǎn)培育了青島雙瑞海洋環(huán)境工程股份有限公司等15家裝備制造企業(yè)[7]，集聚了一定數(shù)量的配套零部件制造企業(yè)，海水淡化裝備制造已形成一定研發(fā)及生產(chǎn)能力，其中一些產(chǎn)品和技術(shù)接近國(guó)際先進(jìn)水平。

在技術(shù)應(yīng)用方面，2004年，大唐黃島電廠(chǎng)建成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)3 000 t/d低溫多效海水淡化示范工程，之后分別于2006年和2007年建成黃島電廠(chǎng)3 000 t/d和10 000 t/d反滲透海水淡化工程。在黃島電廠(chǎng)海水淡化工程的示范下，青島電廠(chǎng)、青島堿業(yè)等企業(yè)也紛紛發(fā)展海水淡化，為利用企業(yè)帶來(lái)了較大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)有力促進(jìn)了水資源節(jié)約利用。2013年，青島百發(fā)10萬(wàn)t/d反滲透海水淡化工程建成，該工程是青島最大的海水淡化工程[8]。此外，青島市海水淡化裝備制造重點(diǎn)企業(yè)多家，集聚了一定數(shù)量海水淡化配套零部件制造企業(yè)，在海水預(yù)處理裝備、超濾膜等領(lǐng)域形成了優(yōu)勢(shì)產(chǎn)品。

在政策措施方面，2013年以來(lái)，青島市先后被列入國(guó)家海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展試點(diǎn)城市、國(guó)家海洋高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)基地試點(diǎn)，出臺(tái)了《青島市海水淡化裝備制造業(yè)發(fā)展規(guī)劃》、《青島市海洋產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)目錄(試行)》、《青島市海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2017-2030年)》等文件，推進(jìn)青島市海水淡化裝備制造、材料和產(chǎn)品生產(chǎn)等領(lǐng)域的發(fā)展。2017年，山東省物價(jià)局對(duì)青島市兩個(gè)海水淡化項(xiàng)目用電價(jià)格政策進(jìn)行了批復(fù)，明確百發(fā)海水淡化項(xiàng)目、董家口經(jīng)濟(jì)區(qū)海水淡化項(xiàng)目自2018-01-01起3 a內(nèi)用電價(jià)格暫按居民生活用電類(lèi)的非居民用戶(hù)0.555元/kW·h(含稅)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，期滿(mǎn)后根據(jù)國(guó)家電價(jià)改革進(jìn)程和海水淡化項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)狀況另行確定。按此優(yōu)惠政策測(cè)算，兩個(gè)項(xiàng)目運(yùn)行電費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)下降約20%，滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)每年可節(jié)約用電成本約4 260萬(wàn)元，大幅降低了海水淡化噸水成本。

(2)存在問(wèn)題。

①海水淡化總體規(guī)模偏小，利用水平遠(yuǎn)低于國(guó)外先進(jìn)地區(qū)。經(jīng)測(cè)算，目前青島海水淡化規(guī)模為23.55萬(wàn)t/d，年供水量約0.77億t，而根據(jù)青島市《2019年水資源公報(bào)》，青島市全年總供水量為9.184億t，海水淡化水供水比例僅占全市供水總量的8.6%，占比重較低；且海水淡化的產(chǎn)品水大部分用于海水淡化廠(chǎng)周?chē)墓I(yè)用水，極少應(yīng)用在生活用水，利用水平與國(guó)內(nèi)外先進(jìn)地區(qū)有很大差別。主要原因在目前海水淡化不屬于公用事業(yè)，無(wú)法享受自來(lái)水、南水北調(diào)等水利工程的財(cái)政補(bǔ)貼和扶持政策，產(chǎn)業(yè)完全靠市場(chǎng)運(yùn)作，競(jìng)爭(zhēng)力弱小，發(fā)展較慢。

②資金投入和政策激勵(lì)較少，配套設(shè)施不完善。雖然青島市早在2006年就制定了海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，也將海水淡化作為重點(diǎn)建設(shè)內(nèi)容。但由于缺乏系統(tǒng)的規(guī)劃和布局，導(dǎo)致了海水淡化工程的建設(shè)較為分散，海水淡化配套管網(wǎng)建設(shè)也較為滯后，限制了海水淡化的發(fā)展。此外，青島市目前對(duì)海水淡化資金投入較少，用戶(hù)推廣及配套政策也不完善，缺乏有力的政策支持和資金投入，也沒(méi)有形成合理統(tǒng)一的海水淡化市場(chǎng)機(jī)制、定價(jià)機(jī)制和財(cái)政補(bǔ)貼機(jī)制，全面推廣應(yīng)用也存在較大的困難[9]。

③對(duì)海水淡化的認(rèn)識(shí)不足，對(duì)海水淡化作為生活用水存在疑慮。大多數(shù)市民對(duì)水資源短缺的認(rèn)知不足，對(duì)海水淡化存在誤區(qū)，尤其是對(duì)海水淡化水作為生活用水存在抵觸心理，缺乏對(duì)海水淡化的認(rèn)同，在一定程度上也阻礙了海水淡化的發(fā)展和應(yīng)用。

3 青島海水淡化潛力分析

(1)水資源供需平衡分析。

青島水資源供需平衡分析參照《青島市水資源綜合規(guī)劃》。青島市城市需水量預(yù)測(cè)根據(jù)國(guó)家《水資源供需預(yù)測(cè)分析技術(shù)規(guī)范(SL429-2008)》，需水量預(yù)測(cè)采用定額法或趨勢(shì)法進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展指標(biāo)預(yù)測(cè)成果，考慮到產(chǎn)業(yè)布局與經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、人口增加、城市化進(jìn)程加快和科技進(jìn)步、體制機(jī)制創(chuàng)新等因素，按照滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展最基本用水保障的原則，分別提出不同水平年居民生活、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、建筑業(yè)、第三產(chǎn)業(yè)、河道外等用戶(hù)發(fā)展指標(biāo)及需水定額，進(jìn)行需水量預(yù)測(cè)。

農(nóng)業(yè)需水量按照滿(mǎn)足作物基本灌溉條件進(jìn)行測(cè)算(每畝灌溉凈定額128 m3)，生活需水量按滿(mǎn)足節(jié)水型社會(huì)建設(shè)要求的人均用水定額進(jìn)行測(cè)算(城市生活用水105 L/d·人，農(nóng)村生活用水定額75 L/d·人)，生態(tài)環(huán)境需水量以滿(mǎn)足河道外最基本生態(tài)環(huán)境用水的狀況進(jìn)行測(cè)算，水資源供需平衡分析以此為基礎(chǔ)，在優(yōu)先保證河道內(nèi)基本生態(tài)環(huán)境需水前提下，按照滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展最基本用水保障的原則進(jìn)行水資源供需預(yù)測(cè)分析。

經(jīng)預(yù)測(cè)，至2030年，青島城市需水量11.86億t(325萬(wàn)t/d)，缺水6.26億t(171.6萬(wàn)t/d)；展望2035年，預(yù)測(cè)城市需水量16.0億t(438萬(wàn)t/d)，缺水10.4億t(285萬(wàn)t/d)(表2)，供水形勢(shì)異常嚴(yán)峻。

表2 青島市水資源供需分析

(2)海水淡化潛力分析。

立足青島實(shí)際，青島當(dāng)?shù)厮椿疽褵o(wú)開(kāi)發(fā)潛力，采取節(jié)水措施節(jié)約的水量也十分有限，無(wú)法滿(mǎn)足新增發(fā)展用水需求。因此，新增水資源短缺缺口亟需海水淡化水開(kāi)源補(bǔ)充。國(guó)外如巴林、阿聯(lián)酋、科威特等國(guó)家海水淡化占市政用水份額均在60%以上，青島與其相比有不小的差距[10]。考慮到青島市新增供水大部分為工業(yè)用水和市政用水，可以用海水淡化進(jìn)行替代和補(bǔ)充。海水淡化開(kāi)發(fā)利用潛力采用貢獻(xiàn)率法評(píng)估，即海水淡化對(duì)于供水缺口的貢獻(xiàn)率。按照全市水資源供水缺口的供水比10%、20%、30%、40%、50%、60%分別測(cè)算2030年和2035年青島市海水淡化利用潛力，即在10%的供水比，預(yù)計(jì)到2030 和2035年海水淡化的利用潛力可達(dá)到0.63億(17萬(wàn)t/d)和1.04億(28.5萬(wàn)t/d)；在20%的供水比，預(yù)計(jì)到2030和2035年海水淡化的利用潛力可達(dá)到1.25億t(34萬(wàn)t/d)和2.08億t(57萬(wàn)t/d)；在30%的供水比，預(yù)計(jì)到2030和2035年海水淡化的利用潛力可達(dá)到1.88億t(52萬(wàn)t/d)和3.12億t(85.5萬(wàn)t/d)；在40%的供水比，預(yù)計(jì)到2030和2035年海水淡化的利用潛力可達(dá)到2.50億t(68萬(wàn)t/d)和5.20億t(142.5萬(wàn)t/d)；在50%的供水比，預(yù)計(jì)到2030和2035年海水淡化的利用潛力可達(dá)到3.13億t(86萬(wàn)t/d)和5.20億t(142.5 t/d)；在60%的供水比，預(yù)計(jì)到2030和2035年海水淡化的利用潛力可達(dá)到3.76億t(103萬(wàn)t/d)和6.24億t(171萬(wàn)t/d)(表3)。

表3 青島市海水淡化利用潛力分析表

4 發(fā)展建議

(1)完善海水淡化規(guī)劃，將海水淡化列入水資源統(tǒng)一配置規(guī)劃，明確海水淡化戰(zhàn)略?xún)?chǔ)備水源的定位，提升海水淡化在城市供水中的比例。遵循積極開(kāi)發(fā)與合理利用相結(jié)合的原則，基于水資源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀，規(guī)劃、統(tǒng)籌考慮，規(guī)劃海水淡化規(guī)模，積極推進(jìn)海水淡化工程的實(shí)施。明確發(fā)電、鋼鐵、石化、供熱等企業(yè)工業(yè)用水逐步采用淡化海水替代自來(lái)水；統(tǒng)籌規(guī)劃建設(shè)運(yùn)營(yíng)自來(lái)水和海水淡化供水，實(shí)現(xiàn)淡化廠(chǎng)與水廠(chǎng)互聯(lián)，建立大供水管網(wǎng)格局，實(shí)現(xiàn)市政供水多水源調(diào)配互補(bǔ)。

(2)建立政府補(bǔ)貼政策，加強(qiáng)海水淡化配套設(shè)施的建設(shè)。目前的《青島市海水淡化項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)財(cái)政補(bǔ)助辦法》只針對(duì)百發(fā)等國(guó)有企業(yè)，還應(yīng)制定自營(yíng)海水淡化項(xiàng)目的補(bǔ)助辦法，對(duì)于水電聯(lián)產(chǎn)企業(yè)自建海水淡化工程的，在一定時(shí)期內(nèi)給予免征增值稅政策優(yōu)勢(shì)，將電價(jià)優(yōu)惠政策推廣至全市。對(duì)海淡項(xiàng)目的清潔水量進(jìn)行適當(dāng)獎(jiǎng)勵(lì)和補(bǔ)償，從政策體系上保障降低海水淡化成本。將海水淡化廠(chǎng)與城市市政供水管網(wǎng)連接，考慮水電聯(lián)產(chǎn)，方便工業(yè)直供；配套供水管網(wǎng)，將海水淡化配套輸水管網(wǎng)的建設(shè)納入市政管網(wǎng)建設(shè)范疇，降低企業(yè)海水淡化的生產(chǎn)成本。

(3)拓寬投融資渠道，市財(cái)政在年度預(yù)算中對(duì)海水淡化工程建設(shè)所需資金予以重點(diǎn)安排，優(yōu)先保障。創(chuàng)造市場(chǎng)化條件，加強(qiáng)在稅收、信貸、價(jià)格等方面的政策引導(dǎo)，創(chuàng)新PPP融資模式，大力吸納社會(huì)資本，多渠道，多層次、多元化增加工程資金投入。

(4)加大技術(shù)研發(fā)力度，推進(jìn)海水淡化新技術(shù)推廣應(yīng)用。加強(qiáng)海水淡化關(guān)鍵工藝、技術(shù)、材料的自主研發(fā)，提高自主創(chuàng)新能力，優(yōu)化海水淡化關(guān)鍵裝置設(shè)計(jì)、制造技術(shù)，提高關(guān)鍵裝備制造能力，支持國(guó)產(chǎn)材料設(shè)備的推廣應(yīng)用，給予一定補(bǔ)貼，提高設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化比率，從而降低海水淡化成本。