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海水淡化设备_水资源的恐慌:谈谈阿联酋的海水淡化产业

时间:2023-07-06 13:07:33 来源:[db:出处] 点击:73次

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对于阿联酋这样一个极度缺乏淡水资源的海湾阿拉伯国家而言,水是关乎生存的头等大事。阿联酋需要更多的水,来满足民众生活和农工商业活动的发展需要。至2030年,当地的用水需求将较现在增长约30%。但是,阿联酋年均降雨量不足100毫米,地下水的补给率还不到当地年均用水量的4%。正是由于地下水和降水量都极少,阿联酋无法仰仗日渐枯竭的地下含水层,只能通过淡化海水、回收废水和进口淡水等方式来维持水资源的供给。

海水淡化是为数不多能够满足当地民众生活和经济活动的用水需求的稳定来源之一。

中东北非地区是全球海水淡化设施最为集中的地区,没有之一,约55%的淡化海水生产能力分布于这一地区的不同国家,其中绝大部分又都位于海湾地区的6个阿拉伯国家。阿联酋是仅次于沙特的世界第二大淡化海水生产国,后者每天可生产淡化海水量约14.52亿加仑,而阿联酋在2017年的产量约为11.93亿加仑。

从生产能力来看,海湾地区的海水淡化设施均处于全球领先地位。位于沙特的Ras al-Khair海水淡化厂,是世界最大同类设施,专为首都利雅得供水。阿联酋境内在建的al-Taweelah海水淡化厂,建成后有望占据全球第二的位次。在海湾国家,淡化海水约占当地饮用水总量的80%。特别是在阿联酋,该国总用水量的42%、饮用水的几乎全部,都来自于当地的海水淡化厂。


但是,阿联酋对淡化海水的严重依赖是有风险的。特别是从成本和其对环境的影响来看,海水淡化的可持续性仍是一个问题。只不过,由于不具备其他安全可靠稳定的水资源,阿联酋不可能放弃海水淡化的方案,即便其加工成本正变得越来越昂贵。马斯达尔(Masdar,即“阿布扎比未来能源公司”)预测,淡化海水的成本在2010-2016年间增加了300%,这迫使相当数量的公司尝试引入成本相对更低的新型淡化技术。从国家层面来考虑,位于阿联酋海岸线上的一座座海水淡化厂都需要消耗大量的能源 - 天然气、液化天然气、柴油等。如若能够提升海水淡化过程中的能源利用效率,节省下来的油气资源可转供国内消费或对外出口,增加国家财政收入。

除成本因素外,另一大问题关乎环境保护。海水淡化的脱盐过程会产生一种高盐度的副产品,往往会被注回水源地。这不仅降低了海水淡化的长期可行性,还会威胁到海洋生态系统,制造出一个潜在代价更为高昂的负外部性问题。对于能源消耗问题,阿联酋政府和相关机构正在试验利用太阳能驱动淡化设施;对于环境污染问题,阿联酋政府正在其分布于内陆地区的储水设施进行研究,沙迦美国大学(American University in Sharjah)也在研究处理高盐度副产品的新思路并开发与之相对应的新技术。

海湾地区的水资源管理,从本质上来看,与地缘政治息息相关。缺乏在水资源和海水淡化领域的区域合作,加剧了域内各方对这种有限资源的竞争。2013年,海湾合作委员会各国一致同意共同出资70亿美元,在阿拉伯海沿海建设一个海水淡化厂,防止伊朗核设施可能发生的核泄漏或霍尔木兹海峡航道上油轮事故引发的漏油等对水资源的严重污染。根据该设想,各方应修建起一条从阿曼湾出发,沿海岸线一路北上至科威特的共享输水管道,但迄今为止未取得任何实质性进展。卡塔尔和科威特此前还曾考虑从伊朗进口大量淡水,但最终放弃了该计划。事实上,海湾国家对伊朗的“水资源霸权影响”十分忌惮,担忧在该领域开展合作很可能会造成十分危险的外部倚赖,最终导致与伊朗的相关合作设想均被搁置。

2019年,海湾国家关键的能源基础设施频频遇袭,引发人们对当地海水淡化设施未来沦为袭击目标的担忧。去年6月,胡塞武装自也门境内向沙特的一处海水淡化厂发射火箭弹,虽未造成任何实质损失,但却向外界展示出了其具备威胁地区国家海水淡化基础设施的能力和意愿。随着美国-伊朗间紧张关系在进入2020年后持续升级,上述担忧不减反增。

应用最广泛的海水淡化技术

目前较为成熟的海水淡化技术主要分为两大类别:蒸馏法(热法)和膜法。在海湾地区,绝大多数正在运营的海水淡化厂所采用的技术是多级闪蒸(MSF)、多效蒸发(MED)和反渗透法(RO)。其中,多级闪蒸和多效蒸发都属于蒸馏法的一种,两者均为能源密集型的加工方式。多效闪蒸是将经过加热的海水,在多个压力逐渐降低的闪蒸室中依次进行蒸发,再将蒸汽冷凝得到淡水,其产量大、技术成熟且运行安全性高,并与火电站联合建设。由于海湾地区的海水淡化设施往往集中在大型工业园区附近,多效闪蒸技术能够允许使用者以较为经济高效的方式实现水、电、蒸汽的输入和输出,因而倍受各国青睐,成为在当地应用最多的技术种类。

反渗透法则是膜法的一种,其原理是利用只允许溶剂透过、不允许溶质透过的半透膜,将海水与淡水分隔开。这种技术的最大优点是节能,但建设成本较高,偏向于资本密集型的加工方式,过去一直为美日等发达国家所使用。另一个问题是,反渗透法无法像蒸馏法一样有效处理高盐度的副产品。阿联酋近年来逐步倾向于更多使用反渗透技术。该国水电公司(EWEC)和沙特ACWA Power在al-Taweelah建设的海水淡化厂就是全球最大的反渗透技术海水淡化设施,预计于2022年完工。阿联酋水电公司方面表示,“选择反渗透技术有助于大幅降低海水淡化的生产成本,有助于实现水资源部门的高效、可持续发展目标”。另据项目管理人员预计,待al-Taweelah海水淡化厂投入使用后,使用反渗透技术生产出的淡化海水占该国淡化海水总量的比例将从目前的13%跃升至30%。同时,该项目配套的光伏发电装置还将进一步降低整体能耗。

毫无疑问,能耗成本在决定海水淡化技术发展过程中发挥着举足轻重的作用。通过蒸馏法脱盐,其成本收益的核算很大程度上取决于国际油价水平,以及使用油气资源用于海水淡化而非出口创汇的机会成本。对于蒸馏法,能耗成本甚至可能占到总成本的一半以上。正因如此,多级闪蒸、多效蒸发等技术在传统上倍受海湾国家等资源富集国的青睐。除了阿布扎比外,沙特境内约80%的海水淡化厂也是使用的蒸馏法。其中多级闪蒸占比64%,多效蒸馏占比16%。不过,现如今越来越多的海水淡化厂转投反渗透技术阵营,阿布扎比的Mirfa和al-Taweelah这两处海水淡化厂都使用了反渗透技术。2013年,阿联酋的马斯达尔将Ghantoot项目作为试点,首次尝试将反渗透技术和可再生能源发电相结合,以降低海水淡化厂的综合成本。最终研究发现,与传统的蒸馏法相比,阿联酋使用反渗透技术和可再生能源发电相结合,能耗效率将提升75%。得益于此,迪拜计划在2030年前充分使用“穆罕默德·本·拉希德·阿勒马克图姆太阳能园(Mohammed bin Rashid al-Maktoum Solar Park)”的发电产出用于海水淡化,预计可节省资金约130亿美元。

正如刚刚提到的,海水淡化过程 - 特别是反渗透技术 - 会产生高盐度的废料,这些废料往往会被注回水源地。这种做法会缓慢地削弱未来淡化海水的效果,并损害整个海湾地区的海洋生态系统。众所周知,高盐度废料将显著降低海水淡化厂附近海域海水中的氧气含量,并将大量含有铜和氯的有毒物质注入海水中。有统计显示,在每年注入海洋的高盐度废料中,20.2%来自于阿联酋。该国与沙特、卡塔尔、科威特一道,在全球每年的高盐度废料中占比达到55%。


原标题:水资源的恐慌:谈谈阿联酋的海水淡化产业 | 能源12


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