濱海缺水城市海水淡化全成本分析
——以華能威海電廠為例

張玲玲，何夢婷，王宗志，劉克琳，葉愛玲

(1.河海大學公共管理學院，江蘇 南京 211100；2.南京水利科學研究院水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，江蘇 南京 210029)

沿海城市是我國對外開放的窗口，但淡水資源短缺已成為沿海城市發展的瓶頸[1-2]。典型濱海城市威海目前供水來源有3個——地表水、地下水和外調水。但由于威海市降水量少，地表水供給不足，未來不能滿足人們正常生活所需。地下水不宜大規模開采，供水份額不高。同時威海市在受水區最末端，上游水源受污風險大、水量波動大，所以濱海城市供水并不能過分依賴客水。威海市三面環海，具有海水利用的天然優勢。目前已建成兩期產水能力分別為2 500 m3/d和7 200 m3/d的華能威海電廠，每年可節約自來水量超過300萬m3。海水淡化為解決沿海城市水資源短缺提供新思路，以全成本分析模型為基礎核算海水淡化能為水價政策制定提供數據支撐，進一步提升濱海城市多水源利用效率，推動濱海城市可持續發展。

全成本理論是一種可以廣泛應用于成本計算的經濟模型，國外學者Gaddis等[3]運用全成本模型分析美國沿海災害以提前做好災害預警和準備計劃，國內學者張一清[4]以全成本理論為研究基礎測算了能源價格。

關于全成本理論在水價核算方面的研究，國外學者Ortega等[5]認為，完全成本水價是目前國際統一認證能凸顯水資源商品屬性的核算方式。Bhojwani等[6]對水資源進行全成本評估，包括資本成本比較(直接資本和間接資本)、運營成本比較(能源需求、勞動力成本、化學品使用、保養和維修成本、膜替代成本和單位產品成本)和環境成本(精礦處理和碳足跡)。國內學者從多個視角研究水資源全成本核算模型，如劉婷婷[7]從經濟學視角衡量水資源全成本；也有學者從邊際成本角度出發，如張洪雷[8]提出水資源全成本由3部分邊際成本組成。在研究水資源價值成本方面，陳易等[9]采用馬爾薩斯模型將水資源的使用價值和價格建立數學關系，馬改艷等[10]將地租理論應用到核算水本身資源價值上。

關于全成本理論在淡化水成本核算方面的研究，李曉瓊[11]指出，海水淡化全成本應該將淡化水從生產到使用全程產生的費用納入計算。在海水本身資源價值研究方面，王天琪等[12]認為由于當時未出臺征收海水利用費用的相關政策，遂把海水本身資源價值忽略不計。高波等[13]專注于研究海水淡化的外部性成本，主要包括能源消耗成本、濃鹽水排放對環境的影響以及使用海水的轉化價值，最終得出1.42元/m3。目前海水淡化相關外部性研究主要定性闡述了海水淡化對生態環境的影響，如王侯[14]提出海水淡化會影響海洋生物活動、危害人類健康、影響捕撈產業發展等，根據文獻綜述和主觀判斷并不能明確直接地突出海水淡化產業對生態的破壞。Gude[15]指出，可持續發展海水淡化中環境因素包括碳排放、化學物質投放、水質富營養化。Elimelech等[16]也在評估海水淡化能源效率中指出，熱電能導致空氣污染和溫室氣體的排放。

綜上所述，國內外學者較為普遍地認為水資源全成本包括水參與社會循環全過程所產生的一切成本，也能夠在計算過程中考慮水資源本身價值和外部性影響[17]。但國內針對海水淡化的全成本分析還不夠完善，主要表現為：①海水本身資源價值成本核算方式不一，缺少對其統一量化標準，很多研究為簡化計算而直接將其歸為0。根據文獻[18]可知，海水資源也屬于水資源，其共性價值不容忽視。②外部性成本缺少量化計算，大多數學者選擇定性分析海水淡化過程產生的環境影響，無法直觀了解影響程度。

基于已有研究，筆者選取典型濱海城市威海市為研究對象，運用全成本理論構建海水淡化全成本分析模型。從有用性價值和稀缺性價值考量淡化水資源成本，采用污染物當量法核算海水淡化的外部性成本，以數據結果直觀顯示海水淡化對生態的影響。通過從多角度量化計算海水淡化水成本，有助于淡化水進入城市供水系統的價格制定，進而為威海市多水源管理提供數據支撐。

1 數據來源

本文數據基于《威海市海水淡化專項規劃說明書》《威海市統計年鑒2018》《威海市水安全保障總體規劃(2016—2050年)》和《2018年威海市水資源公報》等相關政策文件，同時參與南京市水利科學研究所“關于威海市基于海水淡化利用的城市多水源調配技術與政策保障研究”的課題項目，通過實際調研當地水務局和相關企業獲取有效資料。

2 海水淡化全成本模型構建

鑒于此，筆者認為海水淡化全成本應將淡化水從取水、造水、輸送到使用循環過程所產生的費用均衡量在內。其中為細化核算資源成本，將資源成本分為有用性價值和稀缺性價值，有用性價值與水質密不可分，水質等級越高有用性價值就相對越高；而水量對稀缺性價值有著關鍵影響。其中，工程成本是指海水淡化過程中消耗的人力物力成本[19]，考慮到淡化水在整個供水環節的投入，在此將工程成本分為前期取水費用和后期工程建設費用。由于海水淡化項目規模、工藝、設備不一，工程成本也相應有所差別，其中外部性成本主要表現為海水淡化過程濃鹽水排放對環境的影響。

綜上，海水淡化全成本為

P=R+E+C

(1)

式中：P為海水淡化全成本；R為海水淡化資源成本；E為海水淡化工程成本；C為海水淡化外部性成本。

3 海水淡化全成本分析

3.1 資源成本分析

2017年12月1起山東省開始對地表水與地下水征收水資源稅，目前居民、工業用水的水資源稅均為0.4元/m3，但未就海水淡化項目征收相應水資源稅。淡化水取自海水，具備水資源本身的資源價值，因此本文從淡化水有用性價值和稀缺性價值兩方面核算其水資源成本。

3.1.1有用性價值

參考文獻[20]，確定

R=αV1+βV2

(2)

式中：R為每噸淡化水資源成本，元/m3；V1為每噸淡化水的有用性價值，元/m3；V2為每噸淡化水的稀缺性價值，元/m3；α，β為修正性系數，且(α，β)≥0。

引入有用性修正系數

(3)

式中：αi為第i級水的有用性修正系數；wj為第j種功用的權值；αij為第i級水用于第j類用戶的功效系數。根據文獻研究[21]，結合威海市數據計算可得淡化水有用性價值為

3.1.2稀缺性價值

由于目前國內外學者普遍認為海水淡化資源總量龐大，未有統一的稀缺性價值測算標準。根據文獻[22-23]，假設βV2=μαV1，其中μ表示該區域人均海水占有量與全國人均海水占有量比值，查閱資料可得μ值趨近于零。

綜上，可得出海水淡化資源成本R=αV1+βV2=0.123元/m3。

3.2 工程成本分析

根據上文分析，確定

E=e1+e2

(4)

式中：E為海水淡化工程成本，元/m3；e1為海水淡化項目后期工程建設費用，元/m3；e2為海水淡化項目前期投入費用，元/m3。

3.2.1主要造水成本費用

根據實地調研數據整理可得表1、表2，威海市華能威海電廠目前淡化規模為10萬m3/d，低溫多效與反滲透工藝投資各占一半，年平均設備利用率在80%左右，所以海水淡化后期工程建設費用為。

元/m3表1 10萬m3/d反滲透工藝不同設備利用率海水淡化成本 元/m3

單位經營成本=化學品消耗+材料更換費+蒸汽消耗+動力消耗+工資及福利+修理費+其他費用；單位造水成本=單位經營成本+折舊費用+利息費用。下同。

表2 10萬m3/d低溫多效工藝不同設備利用率海水淡化成本 元/m3

3.2.2海水淡化項目前期投入費用

海水淡化項目必然需要前期大量費用投入，根據《威海市海水淡化專項計劃說明書》，管網及配套工程投資分為近期、后期、展望期，選取10萬m3/d規模，按照30年折舊，近期、遠期、展望期費用分別為0.17元/m3、0.13元/m3、0.14元/m3，取平均數e2則為0.147元/m3。

綜上，海水淡化工程成本E=e1+e2=6.45元/m3+0.147元/m3=6.597元/m3。

3.3 海水淡化外部成本分析

為了水資源的可持續利用，海水淡化過程中必須考慮對環境的影響。濃鹽水不但含鹽量高，而且含有淡化工藝中摻雜的化學藥品。目前國內對濃鹽水主要有以下兩類處理方式，①鄰海淡化工廠選擇直接排放入海，這樣成本低廉、快速方便，但易對周邊海域造成生態污染；②內陸淡化廠多選擇蒸發、深井注射、排放進污水處理系統，創收一定的經濟效益，但前期處理費用較高[24]。威海市已建成的華能威海電廠處理濃鹽水選擇排放入海，目前國內已出臺排污費征收標準，下文采用污染物當量補償法計算濃鹽水排放對環境影響的外部成本。計算公式如下：

(5)

由于威海市核電配套產業園海水淡化項目二期仍在建設，所以本文以采用已建成的華能威海電廠排放濃鹽水的理化性質和污染物當量表進行估算。

華能威海電廠年耗海水量約15億m3，主要用于海水冷卻，每天排放的海水約400萬m3，日產10萬m3海水淡化工程，濃鹽水量約20萬m3，則生產單位淡化水所排放濃鹽水量Qb為2 m3。故濃鹽水排放的環境成本為

綜上所述，威海市海水淡化預計全成本為

P=R+E+C=0.123元/m3+6.597元/m3+0.446元/m3=7.166元/m3

4 結論與建議

4.1 結論

本文基于全成本分析法對威海市海水淡化做了一個全成本核算，得出目前威海市海水淡化水成本價格為7.166元/m3。在3部分成本核算過程中，不難發現其中份額最高的是工程成本，占比高達95%。海水淡化成本和設備利用率直接相關，設備使用率越高，成本越低，當設備利用率低于50%時，低溫多效工藝成本高于9元/m3，若設備處于高負荷的90%利用率時，無論是單使用反滲透工藝還是低溫多效工藝，其單位造水成本均低于7元/m3。目前國內海水淡化項目向反滲透工藝發展，且隨著設備的不斷完善，海水淡化設備利用率保持在70%～80%[25]。當然，海水淡化方法選擇的不同對成本影響也不同，其中反滲透工藝主要消耗電力，低溫多效工藝中蒸汽消耗費用較高。根據表1可知，噸水電耗4 kW·h，電價0.555元/kW·h的情況下反滲透工藝在不同設備利用率下均需要2.22元/m3，由表2可知余熱蒸汽30元/m3情況下低溫多效工藝在不同設備利用率下均花費3元/m3，由此可見，淡化工藝的不斷提升對工程成本的降低有著重要作用。雖然按照污染物當量法測算的環境成本占比不高，但由于選取方法和指標有限，不能完全代表其負外部性，未來在海水淡化項目實施過程中應本著水資源可持續利用的原則，著重考慮生態環境影響。

4.2 建議

目前威海市地表水已經不能滿足市內用水需求，每年仍需南水北調工程與膠東調水工程向全市供水，根據水利局統計，計量水費長江水為4.25元/m3，黃河水2.965元/m3，此費用不含水處理費及管道輸送費用。若將此部分費用算上，遠程調水成本將達到7～9元/m3，而海水淡化設備在較高負荷運行時成本為6～7元/m3，此時南水北調成本與海水淡化成本相當[23]，從安全性和經濟性上來說海水淡化均優于遠程調水。華能威海電廠海水淡化全成本分析為濱海缺水城市加快海水淡化進程提供數據支撐，為進一步提升淡化水進入城市供水系統競爭力，濱海缺水城市政府必須出臺相關政策完善淡化水價格制定、加快淡化水納入城市供水統一管理。

4.2.1積極爭取政策和資金支持，打造多元融資渠道

相關政府和企業要積極爭取國家部委及省直部門關于海水淡化領域產業、研發、人才等方面的政策及資金支持，加快淡化工藝科學研究，提升設備利用率，降低化學藥劑污染源，延長膜和管道的使用壽命。目前海水淡化項目投資以政府為主，也可鼓勵第三方資本參與海水淡化產業投資，適用于海水淡化項目的運營模式有多種，如EPC總承包模式、PPP模式、BOT模式等，相關企業和政府可根據實際情況選擇合適的投資模式，促使經濟綜合效益最大化。

4.2.2加快淡化水納入城市供水統一管理

為促進水資源可持續利用，必須加快構建動態水價協調機制，特別關注城市供水產生的外部性因素，不斷完善水資源全成本核算體系，加快推進多水源價格分類。考慮到居民水價承受力和水質可接受度，政府應發揮其宏觀調控職能，促使市場發揮價格杠桿作用。作為缺淡水資源的濱海城市，多水源統籌利用應綜合考慮預測缺水量、供水成本等多種因素。近期，不改變外調水以及庫水為主的供水水源格局，海水淡化可以作為第二水源和備用水源，為濱海城市的供水安全提供有力保障；未來，隨著技術水平的不斷提高，海水淡化的制水成本也會不斷下降，其大規模應用一直受到嚴重制約的經濟因素將不復存在，海水淡化既可以作為常規水源進入供水系統，更可以作為優質水源分質供水。