山东省海水淡化产业发展的机会与展望

黄鹏飞,王锐浩,康 权,韩伟涛,陈进斌,张尊良,施坤涛,路 静

(1.山东海水淡化与综合利用产业研究院,山东 济南 250022;2.自然资源部 天津海水淡化与综合利用研究所,天津 300192;3.潍坊市海洋发展研究院,山东 潍坊 261041;4.威海市海水综合利用产业技术研究中心,山东 威海 264200;5.山东省威海市环翠区海洋发展研究中心,山东 威海 264200;6.山东省国土空间数据和遥感技术研究院,山东 济南 250002)

山东省人均淡水资源量仅为全国的1/6,对客水和地下水依赖程度高,水资源短缺问题是山东省需要长期面对的基本省情,也是限制省内社会经济发展的瓶颈因素之一。海水淡化作为水资源增量技术,具有水质好、不受时空和气候影响、规模可根据需求调整等优点,是缓解沿海地区水资源短缺的重要途径之一[1]。在山东省发展海水淡化,有助于增加水资源供应,优化供水结构,对破解省内水资源刚性约束、保障沿海地区水安全和推进经济社会高质量发展具有重要意义。

1 发展现状

1.1 工程现状

山东省海水淡化起步较早,海水淡化装机规模一直位于我国前列。根据山东海水淡化与综合利用产业研究院提供的统计数据,截至2022年底,山东省已建成海水淡化工程44处,日产规模达60.32万t,年生产淡水能力超2亿t。从用途看,补充市政供水海水淡化工程2处,产能23万t/d(青岛百发海水淡化工程20万t/d、华能威海海水淡化工程3万t/d);补充工业园区海水淡化工程2处,产能15万t/d(青岛董家口经济区海水淡化项目10万t/d、鲁北高新技术开发区海水淡化项目5万t/d);电厂、化工、冶金等企业自建海水淡化工程18处,产能21.33万t/d;海岛保障居民用水海水淡化站22处,产能9 955 t/d,确保有居民海岛“岛岛供淡水”。从地域看,青岛市占比较高,产能34.13万t/d,占全省56.6%;其次,烟台市产能8.4万t/d,占全省13.9%。图1为近7 a山东省海水淡化工程规模,图2为山东省内海水淡化工程区域分布图。

图2 山东省内海水淡化工程区域分布图Fig.2 Distribution map of desalination projects in Shandong Province

1.2 产业现状

海水淡化产业链主要以海水淡化技术为核心,以工程设计与安装、设备制造、淡化水产品提供、技术服务为主,延伸辐射供水、净水、环保、浓盐水综合利用等行业。在水淡化产业链上游主要包括技术研发和原材料生产,涉及核心技术研发、新技术研发、中试技术、产业化技术、化工高分子、钢铁冶金、特种材料等领域。在技术研发方面,拥有山东大学、中国海洋大学、自然资源部第一海洋研究所、哈尔滨工业大学(威海校区)、中船重工725所等多家从事海水淡化相关科研的高校院所[2],以及中欧膜技术研究院、山东海水淡化与综合利用产业研究院、山东海水综合利用研究中心、威海市海水综合利用产业技术研究中心等产业化平台。海水利用产业链中游主要包括关键材料设备生产、配套部件生产、整机装备制造、工程咨询设计、工程总包和工程运行维护,山东省在海水淡化关键材料设备生产、整机装备制造、咨询设计、工程总包等方面都有一定的基础。海水利用产业链下游环节包括供水产业和综合利用。综合利用涉及浓盐水制盐、化学元素提取及高附加值产品深加工等领域。供水产业涉及市政供水、锅炉用水、特殊工艺用水等领域。另外海水淡化产业还延伸到家庭用水净化、污废水处理、工业水回用、水体污染治理等其他产业。从综合利用来看,山东省潍坊市、滨州市高附加值产业较为齐全,截至2021年底,山东省海水综合利用可产海盐280万t/a、原盐860万t/a、食盐55万t/a、工业盐120万t/a、精制盐12万t/a、溴素6.56万t/a、氯化镁18.45万t/a、硫酸钾2.2万t/a,经济效益十分显著。

1.3 政策现状

山东省海水淡化规划政策较为完善,在多方面领军全国,起到了很好的示范作用。一是开展专题调研,出台海水淡化利用专项规划。从2019年开始,山东省海洋局持续开展海水淡化产业发展专题调研,充分了解国内外及全省海水淡化产业发展现状、存在问题和企业诉求,提出将海水淡化作为解决沿海地区水供应问题的重要选项。2020年,省政府办公厅印发实施《关于加快发展海水淡化与综合利用产业的意见》,实施沿海工业园区“增水”、有居民海岛“供水”、沿海缺水城市“补水”、全产业链协同发展和科技支撑五大行动。认真贯彻落实国家《海水淡化利用发展行动计划(2021～2025年)》,编制出台《山东省海水淡化利用发展行动实施方案》,坚持统筹谋划、分类指导、集群发展、协调推进,实施扩大海水淡化利用规模、提升海水淡化创新能力、做大海水淡化产业集群和完善海水淡化管理体系四大重点任务,构建“两区保障、多园融合、数点拓展、全省协同”的海水淡化利用发展布局。二是将海水淡化纳入其他规划中,包括《海洋强省建设行动计划》、《山东省“十四五”海洋经济发展规划》等(见表1)。三是山东省制定了针对海水淡化与综合利用具体政策规定[3],如《青岛市海水淡化项目运营财政补助办法》、《海水淡化生活饮用水集中式供水单位卫生管理规范》(DB 37/T 3683—2019)等。此外,山东省财政厅、中共山东省委组织部、山东省发展和改革委员会等 16 部门印发《关于支持海洋战略性产业发展的财税政策的通知》(鲁财资环〔2019〕17 号),提出了7大项、26条政策措施,对海水淡化等海洋战略性产业的发展起到了有效促进作用。

表1 山东省十四五涉及海水淡化相关规划及内容Tab.1 Planning and content related to desalination in Shandong Province during the 14th Five Year Plan period

2 存在问题

2.1 海水淡化尚未真正实现纳入水资源统一配置

海水淡化仅作为干旱天气条件下的应急备选项目,在增大客水供应或雨水相对丰沛情况下,海水淡化项目进展缓慢,尚未真正将海水淡化作为水资源的战略增量纳入水资源统一配置,海水淡化供水能力占总供水量的比例不足1%。

2.2 自主研发海水淡化核心技术能力不强

虽然山东省海水淡化和海水化学资源利用工程建设总规模均位于全国前列,但目前山东省装备自给率较低,主要集中在砂滤、水泵等中低端领域,集成大型海水利用装备、高压泵能量回收、反渗透膜等核心部件仍然依赖进口,核心技术积累不足,部分产业链关键环节核心技术存在卡脖子问题[4]。

2.3 产业链供应链协作配套体系不完善

山东省内产业链缺乏具备产业链上下游纵深配置的圈层式产业集群,“延链、补链”工作需进一步加强。海水淡化项目投资大、回报周期长,低温多效海水淡化的吨水投资成本7 000～9 000元/t,反渗透海水淡化的吨水投资成本6 000～8 000元/t[5],引导产业发展的扶持政策和资金激励作用不明显,社会资本参与海水淡化投资建设的积极性不高。

3 面临机会

3.1 我国海水淡化产业迎来发展机遇期

随着我国城镇化率的提升,城市用水告急和沿海工业对淡水需求的增多,海水淡化成为了保障水资源的重要途径之一,受到了国家政府的高度重视。《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》明确提出,要“推进海水淡化和海洋能规模化利用”。国家多个部委均将海水淡化纳入相关规划政策,国家发展改革委联合自然资源部于2021年6月印发的《海水淡化利用发展行动计划(2021—2025年)》,提出了“到2025年,全国海水淡化总规模将达到290万t/d以上,新增海水淡化规模125万t/d以上”的发展目标,为“十四五”期间海水淡化的发展指明了方向。

此外,我国海水淡化技术已经成熟。从最早的引进关键设备、集成共性技术和建设示范工程,发展到了可以突破多项决定海水淡化能耗的关键自有技术、材料和装备,产业发展已初具规模;工程建设投资和制水成本也大幅降低,基本与国际水平持平[6]。目前我国已初步形成膜法反渗透、热法低温多效蒸馏两大海水淡化技术研发和装备制造体系,自主技术已建成单机3.5万t/d多效蒸馏、2万t/d反渗透示范工程,超、微滤膜和压力膜壳已经出口国外并具备一定的竞争力。技术的成熟和良好的政策环境共同为海水淡化产业提供了广阔的发展空间。

3.2 山东省具有良好的海水淡化发展环境

山东省是我国海洋大省,近海海域占渤海和黄海总面积37%,约17万km2,海岸线绵延3 000 km以上,占全国海岸线总长的1/6[7],拥有丰富的海水资源,水质相对较好,具有发展海水淡化的先天优势。而且山东省海水淡化起步较早,一直位居我国前列,海水淡化产业发展迅猛,产能产量不断提高,海水淡化产业的发展对促进省内沿海地区社会经济发展,保障水资源供给,作用不断凸显。

山东省委、省政府也对海水淡化十分重视,尤其是2022-10出台的《山东省海水淡化利用发展行动实施方案》,提出了“到2025年,全省海水淡化利用总规模达到120万t/d。海水淡化利用关键核心技术装备自主可控,海水淡化利用技术与装备水平进一步提升”的发展目标。同时,山东省还与自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所、哈尔滨工业大学、中国膜学工业协会等科研院所共建了山东海水淡化与综合利用产业研究院,威海市海水综合利用产业技术研究中心、中欧膜技术研究院、山东海水综合利用研究中心等技术产业化平台,助力海水淡化科技创新与成果转化,为山东省海水淡化产业的发展提供科技支撑。

3.3 山东省海水淡化发展需求旺盛

山东省内水资源存在地区分布不均、年际年内变化剧烈的特点,年降水量的多年变化过程具有明显的丰、枯水交替出现的特点,连续丰水年和连续枯水年现象十分普遍,且山东省水资源对外调水依赖程度较高[8]。全省黄河水、南水北调一期长江水等外调水量指标达 79.7 亿m3,占全省当地水资源可利用量的 41.4%。尤其是东营、滨州等市,黄河水的供水量占当地总供水量的 70%以上,对外调水依赖程度高,导致省内供水主动性差。随着国家将对黄河“八七”分水方案进行调整,山东引黄指标有可能进一步减少;长江水分配山东的指标总体较小,且短期内难以增加,将严重威胁省内供水安全。

根据《山东省水安全保障规划》,2030年正常年份山东省总需水量达356.6亿m3,枯水年份、特枯水年份需水量达364.2亿m3,均超出国家下达的用水总量控制指标。据此测算,到2025年,正常年份、枯水年份、特枯年份全省可供水总量分别为273.1、257.1、247.5亿m3,需水总量分别为284.0、291.6、291.6亿m3,缺水率分别为3.8%、11.8%、15.1%,水资源供需矛盾十分突出。而山东省当地水资源开发利用空间不大,外调水又面临指标进一步减少、短缺内难以增加的困境,亟需探索新的水源来保障省内水资源可持续发展。海水淡化作为水资源增量技术,是缓解省内水资源短缺难题、保障水资源可持续发展的战略选择。

4 前景展望

水资源短缺将是山东省长期面对的基本省情,而海水淡化作为水资源增量技术,对于促进省内沿海地区社会经济发展,保障供给具有重要意义,发展海水淡化已然成为保障山东省社会经济发展的现实选择。面临国家海水淡化即将迎来黄金发展的重大发展机遇,山东省应发挥省内海水淡化产业的发展优势,克服发展瓶颈,将海水淡化产业未来发展更多聚焦于扩大海水淡化利用规模、完善产业发展政策、健全产业发展链条等方面,全力打造海水淡化及综合利用强省,为其他沿海省市发展海水淡化产业提供可参考的经验。

4.1 将海水淡化水作为水资源重要补充,打造山东沿海海水淡化利用新模式

海水是水资源的重要宝库,取之不尽、用之不竭。发展海水淡化与综合利用,增加水资源供应,有利于减少滨海地区开采地下水,有效缓解沿海地区水资源短缺矛盾。深入贯彻落实海水淡化等非常规水资源纳入水资源统一配置思想,将淡化海水作为城市供水的重要补充水源,在水资源紧缺的沿海地带优先考虑使用海水淡化水;在使用淡化海水替代黄河水、长江水的地区,允许以水源置换的方式与其他地区进行黄河水、长江水指标的水量交易,有效解决工程布局与调水指标分配配置过程中存在的难题,打造非常规水资源开发利用新模式。

4.2 做好海水淡化工程布局,推动海水淡化规模化应用示范

近年来,山东海水淡化行业发展进程不断加快,技术更加成熟,海水淡化的发展已经进入快车道。发展海水淡化是贯彻落实海洋强国战略和《海洋强省建设行动计划》的具体体现,是着力解决水资源短缺、落实黄河流域生态保护和高质量发展战略、培育海洋经济新动能的重要抓手。聚焦水资源集约利用、新能源开发等方向,在东营、潍坊等水资源需求迫切的地区加快海水淡化工程布局,开展海水淡化工业“点对点”供水和海水淡化市政供水应用示范,推动海水淡化规模化应用示范;同时结合山东沿海滩涂光伏发电、海上风电等项目建设,应用可再生能源耦合海水淡化技术,进而降低海水淡化运行成本。

4.3 发展浓盐水综合利用,实现新旧动能转换传统盐业转型升级

山东省沿海有储量较大的浅层和深层卤水资源。在卤水资源开发方面,主要以浅层卤水为主,已形成百万吨级原盐生产能力,此外还有溴化钾、溴化钠及无机溴化物、苦卤深加工以及盐化工的后续产品。但在发展过程中,产业逐步暴露出部分问题,例如盐业规模化程度不高、盐化产业链条短等。特别是随着地下卤水品质下降,储量减少,地下卤水水位下降,正成为困扰制盐业及其相关产业面临的巨大问题。海水淡化浓盐水化学组分的浓度为标准海水浓度的近2倍,浓盐水处理量仅为直接处理海水量的一半,可显著降低提取成本,且海水淡化过程中产生的浓盐水的温度、流量稳定,便于海水综合利用过程的常年平稳运行。依托现有溴素深加工和苦卤化工生产项目,结合沿海大规模海水淡化规模建设,推动海水淡化与传统盐化工的协同发展。一方面解决传统盐化工高品位卤水资源不足的问题,促使传统卤水资源利用向淡化浓盐水提溴—制盐产业转型升级,打造山东省盐化工改革的样板,推动盐化产业新旧动能转换;另一方面浓盐水综合利用还可为盐业企业在保证原盐产量的基础上,逐渐缩小盐田占用土地面积,有利于土地资源实现节约集约化利用。

4.4 创新产业配套政策,打造国内领先的海水淡化与综合利用示范区

完善投融资渠道,加大资本市场运作力度,广泛吸引社会和民间资金、扩大银行贷款、政府市场融资等多种融资渠道,鼓励社会资本参与海水淡化建设运营。对海水淡化进入市政管网、浓盐水综合利用、可再生能源耦合海水淡化等具有示范性的重点项目,制定保底水价、水量的同时,给予项目财政补贴,并做好项目用地、用海政策保障,确保项目推动实施。鼓励国产海水淡化装备、材料进行工程应用,对于应用国产化装备的企业给予相应的优惠政策。依托沿海地区大规模海水淡化的应用示范,将淡化浓盐水输送给周边的盐化工企业进行提溴、制盐,发展集海水淡化水提溴—制盐的海水淡化与综合利用全产业链条,解决地下卤水过度开采的问题,打造海水淡化与综合利用示范区,推动海水淡化与综合利用产业高质量发展。