大型海水淡化工程投资和成本分析

吴云奇，贾 麟，闫玉莲，尹立辉，刘艳辉，康 权

(1.自然资源部 天津海水淡化与综合利用研究所，天津 300192；2.天津市市政工程设计研究总院，天津 300392)

海水淡化的工程规模和单机规模均呈大型、超大型化发展趋势，有利于进一步降低单位产水的工程投资、运行管理费用、能耗和总成本，提高工程的经济性。为说明大型海水淡化工程的经济性，文章对低温多效(MED)和反渗透(RO)两种主流的日产万吨级海水淡化工程的投资和成本进行说明，并对成本的影响因素进行敏感性分析，提出降低成本的措施。

1 大型海水淡化工程投资

海水淡化工程的总投资由建设投资、贷款利息和流动资金组成，建设投资包含工程建设费用(含建筑工程费、设备材料购置费和安装工程费等)、工程建设其他费用(含建设管理费、勘察设计费、建设监理费、前期咨询费、造价咨询费、联合试运转费、工程保险费、招标代理服务费和海域使用论证费等)、土地使用费和预备费(含基本预备费和涨价预备费)[1]。

受设备材料配置、原水水质和预处理工艺、产水用途和水质要求等影响，海水淡化工程总投资差别较大。

1.1 设备材料配置

低温多效装置的核心设备为蒸发器、冷凝器、蒸汽转换器、蒸汽输送泵和中间水泵等，国内完全具备自主化生产能力，不依赖进口。万吨级MED海水淡化工程的总投资约为8 000万元/万t～10 000万元/万t。

反渗透装置的核心设备和材料为高压泵、中间水泵、反渗透膜、膜壳、能量回收装置和增压泵等。其中能量回收装置尚未实现国产化生产，基本依赖进口；高压泵、中间水泵可采用国产品牌，国产水泵价格约为进口品牌的1/4～2/3，但设备运行稳定性和使用寿命不如进口品牌，目前国内大多已建工程高压泵仍为进口品牌；国产反渗透膜和膜壳性能接近世界先进水平，但产品性能多样性同进口品牌仍有差距。国产设备材料配置的万吨级RO海水淡化工程的总投资约为6 000万元/万t～7 500万元/万t，进口设备材料配置的总投资约为7 000万元/万t～9 000万元/万t。

1.2 预处理工艺

低温多效装置的预处理工艺受原水水质影响较小，水质较好时可不进行预处理。

而反渗透装置对预处理要求较高，预处理工艺受原水水质影响较大，不同的预处理方法、预处理工艺流程的长短对工程总投资均有一定影响。反渗透预处理分为一级和二级预处理，一级预处理一般采用混凝、沉淀、气浮和过滤等传统水处理工艺，二级预处理可采用多介质过滤和超滤工艺[2]，常见组合预处理工艺适用范围和投资估算额如表1所示。

表1 RO装置预处理工艺适用范围和投资额Tab.1 Scope of application and investment of RO pretreatment process

1.3 产水水质要求

海水淡化主要作为工业用水和居民生活用水，不同用水的水质指标要求不同。作为生活用水时，由于反渗透海水淡化系统一级RO出水中硼元素的含量一般无法满足生活饮用水水质指标要求(<0.5 mg/L)，常需设置二级反渗透系统[3]；海水经淡化处理(尤其是MED系统)后，钙离子含量很低，水质不稳定且具有一定的腐蚀性，甚至会发生常见的红水现象，因此需要对其进行矿化后处理，提高矿物质含量和碱度，以满足管网输配要求。单独的二级RO系统需增加工程投资500万元/万t～600万元/万t，矿化后处理系统需增加工程投资400万元/万t～500万元/万t。

1.4 海水淡化工程投资

以10万t/d低温多效和反渗透海水淡化工程为例，说明大型海水淡化工程投资及组成情况，如表2所示。表2中数值为海水淡化厂区建设投资额，不含取排水、产品水输送管道铺设费用。

表2 10万t/d低温多效和反渗透海水淡化工程投资Tab.2 100,000 tons/day low-temperature multi-effect and reverse osmosis seawater desalination project investment

其中，低温多效淡化工艺流程为“取水—低温多效装置—矿化后处理”，反渗透淡化工艺流程为“取水—V型滤池—超滤—一级反渗透—二级反渗透—矿化后处理”。

2 大型海水淡化工程成本

2.1 海水淡化工程成本组成

海水淡化工程造水成本受产品产量、电价和蒸汽价格的影响较大；其中反渗透海水淡化工程采用不同的工艺流程，化学药品消耗、吨水电耗、设备材料更换以及固定资产折旧等费用有所不同，造水总成本有一定差别。海水淡化工程的造水总成本主要由以下各项组成：

(1)化学药剂消耗。

低温多效工艺使用的化学药剂主要有：杀菌剂、阻垢剂、消泡剂，其中，取水部分杀菌剂可通过次氯酸钠发生装置制得。

反渗透工艺使用的化学药剂主要有：杀菌剂、絮凝剂、还原剂、阻垢剂、膜清洗药剂、pH值调节用碱等。

(2)能源消耗。

低温多效工艺消耗电能和蒸汽，电能一般采用厂区附近电厂直接供电，蒸汽一般采用厂区附近废热蒸汽热源。

反渗透工艺主要消耗电能。

(3)设备材料更换费用。

热法装置无大宗材料更换费用。

膜法装置运行一段时间后需要更换的材料有：超滤膜、反渗透膜、过滤器滤芯等，其中，超滤膜及反渗透膜的更换周期一般为5 a，保安过滤器滤芯的更换周期为4个月。

(4)职工工资福利费用。

根据淡化厂定员和当地人均年工资福利计算。

(5)大修及检修维护费用。

年大修及检修维护费用可取其固定资产原值的2.0%～2.5%。

(6)其他费用。

主要包括日常管理、差旅、税金等，可按上述(1)～(5)项总和的一定比率计算。

(7)固定资产折旧及摊销费。

海水淡化项目综合折旧年限可为20 a～22 a，固定资产残值率为3%～5%。土地使用权以50 a计。

(8)财务费用。

主要是工程投入运行后长期及短期贷款还款利息费用。

2.2 海水淡化工程成本

对上述10万t/d海水淡化工程进行成本分析，低温多效和反渗透工程结果分别如表3和表4所示。其中，年产水量按设备利用率90%考虑。

表3 10万t/d低温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 10万t/d反渗透海水淡化工程成本Tab.4 100,000 tons/day reverse osmosis seawater desalination project cost

续表4 (Continue)

3 海水淡化项目效益影响因素敏感性分析

海水淡化项目效益的主要影响因素有产水销售价格、产水量、建设投资及经营成本，以上述10万t/d低温多效和反渗透海水淡化工程为例，对各因素进行敏感性分析，结果如图1和图2所示。

图1 10万t/d低温多效海水淡化项目效益敏感性分析图Fig.1 Sensitivity analysis of 100,000 ton/day low-temperature multi-effect seawater desalination project

图2 10万t/d反渗透海水淡化项目效益敏感性分析图Fig.2 Sensitivity analysis of 100,000 tons/day reverse osmosis seawater desalination project

由敏感性分析图可以看出，相对产量变化和建设投资，产水销售价格及经营成本对海水淡化项目收益率的影响更大。通过提升售水价格及降低经营成本等敏感因素的控制，将进一步提升项目收益。

4 海水淡化项目成本控制措施

(1)降低能源消耗成本。

由成本组成和敏感性分析可以看出，能源消耗是影响海水淡化项目成本的主要因素。对于低温多效工艺，应保证有廉价废热蒸汽来源，并优化工艺方案、提高造水比，将蒸汽消耗成本降至最低。反渗透工艺仅消耗电能，用电成本取决于吨水电耗和电价，通过选取水质优良的水源地、保证产水水质的前提下简化工艺流程、优化工艺方案可降低吨水电耗，海水淡化工程用电一般采用当地大工业电价，仍可争取上网电价、风电电价或联合供电等低电价。

(2)提升设备利用率。

截至2019年底，我国海水淡化项目工业用水占66.6%，生活用水占33.1%。从已建项目经验来看，由于我国海水淡化水定位为备用水源，淡化厂的设备利用率普遍较低，造成年产水量低，折算成单位产水的能源消耗、工资福利、管理维护、折旧及利息等成本费用升高，严重影响海水淡化项目的效益。故在海水淡化项目建设前，应充分考察建设地周边的用水需求及稳定性、政策条件和建设条件等因素，必要时可争取签订供水协议，保障项目的设备利用率。

(3)降低项目建设投资。

海水淡化项目建设投资影响项目成本组成中的折旧及摊销费用、修理费用和项目利息，而建设投资取决于海域水质、工艺方案、地质建设条件和设备配置等因素。故海水淡化项目应考察选取水质较好且稳定的取水海域，并充分优化取排水、产水输送方案以及淡化主体工艺方案，在保证工程质量的前提下，合理配置设备方案，避免非必要的建设投资。

综上，大型海水淡化项目的成本和效益受海水水质、工艺、设备配置、能耗和设备利用率等多项因素的影响，各因素之间也相互影响和制约，项目立项前，需充分考察海域、用水需求、当地蒸汽或电力价格、政策条件以及气象水文地质建设条件等各方面的实际情况，选择合适的工艺和设备，实现大型海水淡化项目投资、成本和效益的最优化。