数据分析:2020年全球海水淡化最新进展

慧聪环保网 2021-10-28 11:45 来源:中国脱盐
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慧聪环保网 市场概况

在全球人口增长和经济发展的背景下,淡水需求在未来几十年呈增长趋势,气候变化进一步加剧了淡水的供需矛盾,制约了各地经济和生态环境发展。

据统计,自2010年至2019年底,全球已安装的海水淡化容量以每年约7%的速度稳步增长,特大型工厂数量虽然很少,但是容量却占到了全球海水淡化总容量的一大部分。对于过去未真正开展海水淡化技术的地区,其海水淡化容量亦呈现出急剧上升的趋势,包括欧洲和非洲在内。了解这些趋势有助于对未来海水淡化项目和研究发展做出明智的选择。

1.1全球海水淡化发展

由于全球对性价比高的清洁水生产的需求,导致了海水淡化产业化的快速发展。1990年至2020年2月中旬,全球脱盐水生产安装容量为9720万m3d-1,其中以海水为给水水源的淡化容量为5540m3d-1,占比约为57%。

图1显示了过去三十年的全球海水淡化的增长趋势,其中以海水为给水的海水淡化厂的全球累计装机容量增加了813%。

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图1.不同给水水源的全球脱盐安装产能

在全球范围内,越来越多的政府机构开始参与并主导海水淡化项目,尤其是市政应用项目。

根据现有数据,沙特阿拉伯的海水淡化公司(SWCC)是一家半国营性质的机构,其拥有世界上最大的海水淡化能力,可生产超过550万m3d-1淡水。

紧随其后的是阿布扎比水电部(ADWEA,现为能源部)和科威特水电部,装机容量分别超过了390万m3d-1和290万m3d-1。

阿拉伯联合酋长国迪拜水电部(DEWA)的装机容量分别超过了230万m3d-1,其它拥有大规模海水淡化能力的机构有以色列的Mekorot和阿曼水电采购公司(SAOC)。

大规模商业化海水淡化技术分为两类:膜法海水淡化(主要是RO)和热法海水淡化(MED和MSF)。

新兴的海水淡化技术仍然处于研发阶段,主要包括膜蒸馏(MD)、正渗透(FO)等。除了主要的单一型海水淡化技术以外,包括MSF-MED、MED-AD和RO-MSF在内的组合型技术目前正被考虑,通过结合每种技术的优势来提高海水淡化装置的效率,从而使组合型技术能够克服单一技术存在的不足。

迄今为止,RO技术是最广泛的海水淡化技术,累计装机容量为3060万m3d-1。

MSF是工程容量排名第二的技术,约为1530万m3d-1。

使用MED及其他技术的海水淡化能力为330万m3d-1。

图2显示了不同技术(用于处理不同的给水来源)对全球脱盐能力的贡献情况。

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图2海水淡化厂用于处理不同给水来源的主要技术

1.2海水(苦咸水)项目成本

图3显示了1990年至2019年使用海水和微咸水淡化法生产淡水的成本趋势。据报道,2012年和2004年海水淡化的最高和最低平均价格分别为$1.87m-3和$0.35m-3。这些价格可能取决于当时供应给大多数现有工厂的海水的盐度范围。

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图3.淡化水生产价格

(a)所示的海水和苦咸水淡化的平均成本趋势

(b)基于技术和工厂规模的淡化水价格

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我国海水淡化概况

我国面临严重的水资源短缺问题,人多水少,水资源总量与人口以及地区经济发展水平不相匹配。同时,随着经济社会的不断发展和人口增长,水质污染的问题日益严峻,资源型缺水和水质型缺水并存,致使缺水范围不断扩大。海水是重要的资源,海水淡化是解决我国沿海水资源短缺的重要途径,是沿海水资源的重要补充和战略储备,对推动生态文明建设具有重要意义。

2.1 2020年国内海水淡化工程状况

据中国水利企业协会脱盐分会不完全统计,截至2020年底,国内已建成日产淡化水百吨以上海水淡化项目176个,产能达到180.34万立方米/日(图5)。

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图5.2010-2020年全国已建成海水淡化工程累积产能

其中,2020年全国新建成海水淡化项目4个(表1),新增产能5.05万立方米/日。依据《全国海水利用“十三五”规划》目标,“十三五”末,全国海水淡化总规模达到220万吨/日以上,现有的海水淡化产能规模距离目标值还有一定的差距。

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表1.2020年全国新建成的海水淡化项目

国内已建成的海水淡化工程主要以反渗透和低温多效蒸馏技术为主。

截至2020年底,已建成的海水淡化工程中,采用反渗透技术的工程项目有152个,产能为121.64万立方米/日,占全国总产能的67.45%;采用低温多效的工程项目有20个,产能为58.02万m3/d,占全国总产能的32.17%(图6)。

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图6.采用不同技术的海水淡化项目产能比较

沿海9个省市的海水淡化产能见(图7),淡化水主要用于电力、石化和钢铁等高耗水行业、工业园区及缺水地区的市政供水(图8)。

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图7.全国沿海省市海水淡化工程分布

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图8.已建成海水淡化项目产水用途

近几年南方沿海缺水城市的一些电力、石化及钢铁企业配套建设了一批的大型海水淡化工程,南方工业用海水淡化量增加迅速,逐渐改变了北方以大规模的工业用途、南方以民用海岛海水淡化工程居多的布局。

2.2 国内海水淡化技术研究进展

云南大学万艳芬、杨鹏等人设计并制备了一种新型的复合材料,包括具有等离子体效应的金(Au)纳米锥、钼酸铋(Bi2MoO6)半导体和生物质碳点(CDs)三种组分,这种三元复合材料实现了有效电荷转移,提高了材料光热转换效率,这为高效光热转换材料的研究提供了重要实验依据,同时也为海水淡化和新能源器件及系统研发带来新思路。

由澳大利亚、美国和中国科学家组成的研究团队制备出一种金属有机框架材料,这种特殊的材料能够模仿生物细胞膜的过滤功能,高效地过滤海水中的盐以及分离海水中金属离子。相比目前广泛采用的反渗透膜技术,新材料可以过滤特定离子,比传统方法更加经济节能。

深圳先进院喻学锋研究员课题组以天然玄武岩为原料,设计并制备了一种便宜、稳定且耐腐蚀的玄武岩纤维光热膜,用于光热海水淡化以及水净化领域。玄武岩纤维光热膜在海水淡化方面中体现了出色的蒸发和分离性能,组装的太阳光蒸发系统可以连续有效地进行海水淡化。

上海交大ITEWA创新团队与麻省理工学院合作,研发的装置在太阳辐照条件下,创纪录地实现了385%的效率和5.78Lm-2h-1的海水淡化产水率。除此之外,该装置可以通过毛细作用进行被动补水,通过盐分在夜间的反向扩散实现被动排盐,保证长效稳定的被动式工作。

中科院化学所绿色印刷重点实验室科研人员与美国麻省理工学院的NicholasFang教授课题组合作,利用3D打印技术构造了三维锥形不对称结构蒸发体系,在高盐度下实现了高效太阳能利用和高速水蒸发。

2.3 2020年发布的海水淡化相关政策和标准

2020年8月山东省人民政府办公厅发布了《关于加快发展海水淡化与综合利用产业的意见》。意见提出,计划到2022年,全省海水淡化产能超过100万吨/日。总体布局是:一区、两园、多点、群星。全省整体创建全国海水淡化与综合利用示范区;建设青岛百发、烟台海阳两个具有辐射供水功能和全产业链的综合性产业园;在东营、烟台、潍坊、威海、日照、滨州6市沿海工业园区配套建设14个海水淡化基地,在潍坊建设2个海水淡化与综合利用基地,实现水盐联产;根据需求在全省32处有居民海岛建设海水淡化站,500余艘远洋船舶配备海水淡化装置。

2020年12月,由自然资源部天津海水淡化与综合利用研究所牵头编制的《海水淡化水后处理设计指南》(GB/T39219-2020)、《海水淡化利用工业用水水质》(GB/T39481-2020)、《多效蒸馏海水淡化系统设计指南》(GB/T39222-2020)和《反渗透海水淡化阻垢剂阻垢性能试验周期浓缩循环法》(GB/T39221-2020)等4项国家标准,获得国家标准化管理委员会批准并正式发布。标准的发布对于海水淡化工程的安全可靠设计及稳定运行提供了有力支撑,进一步健全了海水利用标准体系。

虽然我国的海水淡化工程规模和海水淡化技术发展都取得了很大的进展,但是总体利用规模还比较小,还存在一些卡脖子技术。今后应不断完善政策标准,健全市场机制体制,继续加大科技创新力度,突破关键核心技术,强化示范推广和应用,大力推进海水淡化规模化应用,为推动国民经济高质量发展最出贡献。

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