我國海水淡化產業區域發展特點及建議

陳愛慧,劉淑靜,鄒川玲,史玉蓮

(國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所,天津 300192)

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我國海水淡化產業區域發展特點及建議

陳愛慧,劉淑靜,鄒川玲,史玉蓮

(國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所,天津 300192)

基于我國海水淡化產業發展現狀,分析環渤海、長三角和泛珠三角沿海地區海水淡化產業發展的特點和存在問題;針對各區域規模化發展的態勢,綜合考慮區域布局、產業發展等因素,從淡化水進市政管網、品牌建設、海島分類示范等方面對我國海水淡化產業區域發展提出了發展建議。

海水淡化產業;非常規水源;區域發展

我國是一個淡水資源嚴重短缺的國家,人均水資源量為2 200 m3,僅占世界人均水平的1/4,而且時空分布極不均衡。沿海地區是我國經濟最發達、人口最密集的地區,同時也是淡水資源最匱乏的地區。人口增長、水源污染、工農業發展及生態環境用水等使我國沿海地區缺水現象日益嚴重,水資源短缺已成為制約沿海地區經濟社會可持續發展的瓶頸。為了緩解水資源短缺壓力,沿海各地紛紛提升海水淡化規模,加快海水淡化技術、裝備、材料等產業化步伐,培育新的經濟增長點。但是,沿海各地海水淡化產業的發展基礎及資源稟賦存在較大差距,其產業的定位和發展對于促進我國整體海水淡化產業發展至關重要。筆者通過全面分析我國環渤海、長三角及泛珠三角沿海地區海水淡化產業發展的特點及存在的問題,提出發展建議,對于促進區域海水淡化產業發展具有重要意義。

1 我國海水淡化產業發展現狀

我國海水淡化技術研究起步于20世紀60年代,經過半個世紀的發展,我國海水淡化技術取得較快發展,反滲透和低溫多效海水淡化技術接近國際先進水平。先后建成了日產百噸級、千噸級和萬噸級海水淡化示范工程,開發了一批具有自主知識產權的工程技術,使我國一躍成為世界上掌握海水淡化核心技術的少數國家之一。

“十五”以來,我國海水淡化裝機容量以每年25%～30%的速度增長,截至2013年底,全國已建成海水淡化工程及裝置100多個,總裝機規模已從10年前不足3萬t/d提升到90萬t/d以上(圖1)[1]。此外,浙江、河北、福建等地多個10萬噸級工程立項建設,將我國擬建、在建海水淡化工程規模提高到200萬t/d,市場發展前景廣闊。

圖1 我國海水淡化工程規模變化

2 我國海水淡化產業區域發展特點分析

截至2013年底,我國海水淡化工程在9個沿海省市有分布,并總體呈現“北多南少”、“北熱南膜”的現象[2]。能源應用主要以傳統化石能源為主并逐漸向核能、太陽能、風能、海洋能等清潔能源拓展,研發并建成了一批新能源海水淡化裝置。

目前,環渤海、長三角及泛珠三角沿海地區由于在技術研發、裝備制造、自然條件等方面的差異較大,各區域海水淡化產業發展也呈現不同特點。

2.1 環渤海沿海地區海水淡化產業發展特點分析

2.1.1 我國工業用海水淡化主要應用地區

環渤海沿海地區包含了天津、山東、遼寧和河北等我國北方重要省市,是我國最大的工業集聚區,也是我國最早開始大規模發展海水淡化并將其應用于工業的地區。該地區依托沿海電力、石化、化工、鋼鐵等行業發展了一批海水淡化工程,如天津北疆電廠20萬t/d海水淡化工程、河北國華滄東5.75萬t/d海水淡化工程、曹妃甸阿科凌5萬t/d海水淡化工程、紅沿河核電站1.1萬t/d海水淡化工程等[3]。截至2013年底,環渤海沿海地區海水淡化總裝機規模達73.8萬t/d,占全國比重的81.9%,其中,用于工業的海水淡化工程28個,裝機規模53.9萬t/d,占全國總規模的59.8%,占全國工業用海水淡化水的84.6%。

2.1.2 著力發展濃海水綜合利用,延伸海水淡化產業鏈

環渤海沿岸地區是我國重要的產鹽地區,擁有包括營口、普蘭店在內的東北鹽區,河北、天津在內的長蘆鹽區,以及山東鹽區,鹽田資源豐富,為海水淡化下游產業發展提供了獨特的資源優勢。目前,天津北疆電廠形成了“發電-海水淡化-制鹽及鹽化工”為主的循環經濟發展模式,依托電廠投產20萬t/d低溫多效海水淡化工程和2×10萬t/h的海水循環冷卻工程,一方面將海水淡化水向市政管網供水,另外也將淡化后的濃海水送到鹽場制鹽[4]。大連海業石化有限公司正在建設利用核電、海水淡化等產業排放的溫濃海水生產溴素、氫溴酸及溴系列產品,發展鉀肥及工廠化制鹽產業,建立上下游產業鏈[5]。此外,河北、青島等地也規劃發展“發電-海水淡化-濃海水制鹽-鹽化工制堿-廢物資源化利用”[6]一體化循環經濟發展模式等。

2.1.3 熱法技術主要應用及研發活躍地區

環渤海地區是我國熱法技術應用的主要地區。截至2013年底,我國已建成的12個熱法海水淡化工程中,有11個位于環渤海地區,總裝機規模達32.7萬t/d,占全國總規模的36.3%。其中,我國首套自主設計建造的1.25萬t/d、2.5萬t/d低溫多效海水淡化裝置先后在河北國華滄電黃驊電廠建成投產[7]。

在技術研發方面,環渤海地區擁有包括國家海洋局天津海水淡化與綜合利用研究所、天津大學、大連理工大學、眾和海水淡化公司、河北國華滄東發電有限責任公司、哈鍋水務科技分公司、華北電力設計院工程有限公司等眾多從事海水淡化研究、應用與裝備制造的科研院所、高校和企業，能力涉及海水淡化技術研發、裝置設計、制造及工程設計、建設、總包等多個環節。

2.2 長三角地區海水淡化產業發展特點分析

2.2.1 海水淡化技術主要應用于海島地區

長江三角洲經濟區包括江蘇、上海和浙江兩省一市,是我國海水淡化應用規模第二大區域。截至2013年底,長三角地區共建成海水淡化工程31個,總裝機規模為12.06萬t/d,占全國總量的13.4%。

該地區海島眾多,作為長三角地區海水淡化技術研發及應用最早的浙江省,早在1997年,就建成了我國首個民用海水淡化工程。截至2013年底,該地區用于海島居民用水的海水淡化工程有27個,裝機規模為6.39萬t/d,占我國海島海水淡化總裝機的82.7%。此外,在當地政府的推動下,如浙江嵊泗、衢山島等海島,海水淡化水已作為當地居民重要水源納入市政管網供生活使用。

2.2.2 風能海水淡化嶄露頭角

隨著我國能源結構的調整,長三角沿海地區也依托風能資源優勢,積極開展風能與海水淡化技術研發。2011年,江蘇省宏觀經濟研究院、江蘇風盛海水淡化科技有限公司以及南京大學“江蘇省非并網風電與高載能工程實驗室”在大豐市建成日產100 t淡水的風電海水淡化示范工程。2014年3月,大豐市1萬t非并網風電淡化海水示范項目首臺生產線5 000 t/d正式調試出水,實現了新能源利用與海水淡化有機結合,解決了影響我國海水淡化的成本、資金、環保難題[8-9]。

為進一步推進江蘇省海水淡化產業發展,2014年4月江蘇省海洋與漁業局編制了江蘇省海洋經濟創新發展區域示范總體實施方案,提出到2017年,完成日產萬噸級非并網風能海水淡化示范工程;建成1萬t/d可再生能源微網反滲透海水淡化示范工程等。

2.2.3 技術應用全部為反滲透

在技術應用上,長三角地區海水淡化技術全部采用反滲透法。其中,2011年,我國自主設計建造的六橫一期2萬t/d反滲透海水淡化系統建成投產。2014年4月,六橫二期首臺1.25萬t/d反滲透海水淡化系統建成投產,該工程是目前我國反滲透海水淡化單機最大工程,也是我國自主設計制造的單機最大的反滲透海水淡化系統[8]。

在膜法技術研發方面,長三角地區擁有杭州水處理技術研究開發中心、浙江大學、江蘇大學、南方泵業等眾多從事膜法海水淡化研究、應用與裝備制造的科研院所、高校和企業,掌握了具有自主知識產權、達到國際先進水平的萬噸級反滲透海水淡化裝置成套制造技術;研發生產出海水淡化高壓泵,并在舟山六橫萬噸級反滲透海水淡化示范工程中成功應用[10]。

2.3 泛珠三角沿海地區海水淡化產業發展特點分析

2.3.1 海水淡化作為戰略性儲備水源

泛珠三角沿海地區包括廣東、福建、廣西和海南4個省區。該地區的主要水系在珠三角地區,年降雨量多在3 000 mm以上[11],相對于環渤海和長三角地區而言,除海島地區外,該地區水資源量充沛,當前水資源供需矛盾不突出,海水淡化應用較少。截至2013年底,該地區已建成海水淡化產水規模為4.26萬t/d,僅占全國總量的4.7%。但隨著海峽西岸、北部灣經濟區建設及“一帶一路”等國家戰略的實施,該地區沿海產業結構調整,水資源需求量將不斷增加。為此,泛珠三角沿海地區將海水淡化作為戰略性儲備水源,廣東、福建等地紛紛加大海水淡化應用規模,寶鋼廣東湛江鋼鐵基地2×1.5萬t/d熱法海水淡化工程,福建古雷港10萬t/d海水淡化工程等一批擬在建工程,將進一步推進泛珠三角沿海地區海水淡化產業發展。

2.3.2 積極開展太陽能、海洋能等可再生能源海水淡化技術研發與應用

泛珠三角沿海地區海島眾多,很多海島缺水、缺電嚴重制約了海島經濟的發展。對于海島而言,風、光和海洋能等可再生資源極為豐富,為此,該地區立足自身能源優勢,大力發展太陽能、風能、潮汐能、波浪能等可再生能源海水淡化,不僅解決了海島用水難的問題，同時也解決了用電難的問題。2009年,中科院廣州能源研究所在擔桿島研建了一套海島可再生獨立能源系統[12],利用海島的風能、波浪能、太陽能發電,除為島上居民用戶提供穩定的電力外,多余的電力用于海水淡化。2010年,該地區分別在廣東汕頭澳縣南彭島和福建漳州東山島銅陵鎮對面嶼建成2臺與風能和太陽能結合的海水淡化裝置;2013年,國內首個太陽能光熱海水淡化商業示范項目在海南省樂東黎族自治縣正式投產。

3 存在的問題

3.1 環渤海地區市政用海水淡化工程利用率較低

海水淡化是戰略性新興產業,發展海水淡化產業是一個系統工程，特別是在海水淡化水利用方面需要建立起較為完善的體制機制。為緩解區域居民用水壓力,環渤海地區建成了一批市政用海水淡化工程,包括北疆電廠20萬t/d海水淡化工程、青島百發10萬t/d海水淡化工程、山東威海榮成石島5 000 t/d海水淡化工程等。但目前由于海水淡化成本高、海水淡化水未納入地區水資源配置、相關配套管網建設不完善以及民眾接受度低等因素導致工程產水進入市政管網困難較大,實際產水量較低。據報道[13],2011年北疆電廠海水淡化工程一期建成產水規模為10萬t/d,而實際產水量僅為1.8萬t/d,其中1萬t供電廠自用,8 000 t并入漢沽市政管網。截至2014年底,該工程外供水量也僅為4萬t/d。

3.2 長三角地區膜法海水淡化產業優勢面臨挑戰

目前,長三角地區膜法海水淡化技術、裝備制造及工程建造能力居于全國領先地位。但是,隨著國家一系列利好政策的推進,長三角地區膜法海水淡化產業優勢面臨挑戰。一方面國外知名制造商如日本東麗、GE、海德能等搶占我國海水淡化市場;另一方面沿海其他地區如天津、青島、河北等地也紛紛規劃建設海水淡化產業基地,加大膜法技術研發及裝備制造能力建設。同時,國內一些企業如貴陽時代沃頓科技有限公司、天津膜天膜科技股份有限公司等膜產品的市場占有率及工程建造能力也不斷提升。

3.3 泛珠三角沿海地區海島海水淡化示范不足

泛珠三角沿海地區海岸線長,且海島眾多,有常住人口的海島近200個,一些海島如西沙、南沙等群島更是軍事要沖,具有重要的戰略地位。但由于淡水資源匱乏,海島的軍民生活、生產受到限制,嚴重制約了海島經濟社會發展。泛珠三角沿海地區是我國最早開始利用海水淡化技術的地區,1981年西沙永興島就建成我國第一套200 t/d電滲析海水淡化裝置,但目前建于海島地區工程僅13個,總產水規模不足1 000 t/d。

4 發展建議

a. 環渤海沿海地區要加快推進海水淡化水進入市政管網。環渤海地區是我國缺水最嚴重的地區,同時也是我國海水淡化技術主要應用及國家首個海水淡化供水試點地區,因此要聯合各方力量加快推進海水淡化水進入市政管網的政策示范及海水淡化水利用機制探索。在現有海水淡化扶持政策的基礎上,盡快出臺海水淡化水進入市政管網的實施細則及相關海水淡化水生產、運營、使用及基礎設施建設的財稅補貼政策;加強對淡化水的統一配置應用,盡快建立淡化水的統購統銷管理模式,先行先試,摸索相關海水淡化水進入管網的技術、標準及運營模式等,為今后其他地區海水淡化水供應提供支持。

b. 長三角地區要發揮技術優勢,打造我國膜法海水淡化品牌。長三角地區膜法海水淡化技術、裝備及工程建設能力處于全國領先水平,因此要充分發揮技術優勢,注重創新,圍繞膜法海水淡化技術裝備產業鏈,引導相關企業積極發展,加大反滲透海水淡化膜元件及膜壓力容器、反滲透用系列海水高壓泵、能量回收裝置等的攻關力度,加快膜法裝備產業基地建設。同時,還要依托上海自貿區及“一帶一路”區位優勢,積極開拓海外海水淡化市場,加大膜法海水淡化技術、產品出口,打造我國膜法海水淡化品牌。

c. 泛珠三角沿海地區要開展海島海水淡化分類示范。確立海水淡化水作為泛珠三角海島及沿海地區重要戰略性基礎資源的戰略定位。因地制宜,選取有條件且缺少生活生產用水關系國家海洋權益的戰略性海島、工業基礎較好的工業海島及人口稀少的小型海島,開展海島海水淡化分類示范,鼓勵將海水淡化水作為這些海島新增供水的第一水源,促進海水淡化在泛珠三角海島地區的應用和規模發展。

[ 1 ] 國家海洋局海洋科學技術司.2013年全國海水利用報告[R].北京:國家海洋局,2014.

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[ 5 ] 中國資源綜合利用協會資源節約與代用專業委員會.綜合利用海水資源發展海洋循環經濟[J].中國經貿導刊,2013(6):48.

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[ 8 ] 科技部.海水淡化與綜合利用關鍵技術和裝備成果匯編(征求意見稿)[R].北京：科技部,2014.

[ 9 ] 中國江蘇網.大豐萬噸風能淡化海水示范項目產水 [EB/OL].[2014-05-12].http://jsnews.jschina.com.cn/system/2014/05/20/021000838.shtml.

[10] 浙江省發展和改革委員會.關于印發浙江省海水淡化產業發展“十二五”規劃的通知[EB/OL].[2015-04-24].http://www.zjdpc.gov.cn/art/2013/8/28/art_8_572983.html.

[11] 劉冬林,王海鋒,龐靖鵬,等. 我國海水淡化利用模式分析[J].河海大學學報(哲學社會科學版),2012,14(3):62-66.

[12] 王坤林,游亞戈,張亞群.海島可再生獨立能源電站能量管理系統[J].電力系統自動化,2010,34(14):13-17.

[13] 毛振華,牛琪.中國部分海水淡化工程產能閑置需統籌規劃[EB/OL].[2015-04-23].http://news.xinhuanet.com/fortune/2011-10/30/c_111133827_2.htm.

中國海洋發展研究會資助項目(CAMAQN201414);中央級公益性研究院所基本科研業務費專項資金(K-JBYWF-2013-T5)

陳愛慧(1984—),女,江蘇泗洪人,助理工程師,碩士,從事海水利用發展戰略研究。E-mail: chenaihui757@sina.com

10.3880/j.issn.1003-9511.2015.06.014

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1003-9511(2015)06-0061-04

2015-07-30 編輯：方宇彤)