●反滲透膜法海水淡化自主化程度不斷提高

●余熱、新能源與海水淡化的耦合已成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的綠色新引擎

●海水循環(huán)冷卻逐步替代直流冷卻

●海水化學(xué)資源利用產(chǎn)業(yè)前景可期

中國(guó)工程院院士 高從堦

“十四五”期間，在《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》《海水淡化利用發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2021~2025年)》等系列國(guó)家政策引導(dǎo)下，我國(guó)海水淡化產(chǎn)業(yè)持續(xù)推進(jìn)。據(jù)自然資源部海洋戰(zhàn)略規(guī)劃與經(jīng)濟(jì)司發(fā)布的《2024年全國(guó)海水利用報(bào)告》顯示，截至2024年年底，全國(guó)海水淡化工程規(guī)模達(dá)到285.5萬(wàn)噸/日，形成了涵蓋技術(shù)、工藝、材料、裝備、工程建設(shè)、規(guī)?；瘧?yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)鏈。預(yù)計(jì)到2025年年底，工程規(guī)模將突破300萬(wàn)噸/日，超額完成“十四五”規(guī)劃目標(biāo)。

海水淡化工程規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大

近年來(lái)，在政策強(qiáng)力驅(qū)動(dòng)與實(shí)際用水需求的雙重推動(dòng)下，我國(guó)海水淡化產(chǎn)業(yè)，特別是大型工程的建設(shè)規(guī)模呈現(xiàn)穩(wěn)健且持續(xù)的擴(kuò)張態(tài)勢(shì)。2024年全國(guó)新建成海水淡化工程規(guī)模達(dá)33.3萬(wàn)噸/日，雖略低于2019年的39.9萬(wàn)噸/日和2022年的50萬(wàn)噸/日，但這主要是受具體項(xiàng)目審批、建設(shè)周期等短期因素影響，并未改變我國(guó)海水淡化總產(chǎn)能持續(xù)增長(zhǎng)、產(chǎn)業(yè)規(guī)模穩(wěn)步擴(kuò)大的長(zhǎng)期趨勢(shì)。

2024年3月頒布的《節(jié)約用水條例》具有里程碑意義，明確要求沿海地區(qū)積極開(kāi)發(fā)利用海水資源，并規(guī)定沿海或海島淡水資源短缺地區(qū)的新建、改建、擴(kuò)建工業(yè)項(xiàng)目應(yīng)優(yōu)先使用海水淡化水，同時(shí)鼓勵(lì)有條件的地區(qū)將其作為市政新增供水及應(yīng)急備用水源。在此背景下，天津、山東、江蘇、浙江等主要沿海省(市)積極響應(yīng)，大力推進(jìn)大型海水淡化工程建設(shè)與投產(chǎn)運(yùn)營(yíng)。2024年，以天津南港工業(yè)區(qū)先達(dá)海水淡化及綜合利用一體化項(xiàng)目(一期15萬(wàn)噸/日)、山東煙臺(tái)龍口裕龍島海水淡化項(xiàng)目(8萬(wàn)噸/日)、連云港田灣核電站海水淡化項(xiàng)目(3.65萬(wàn)噸/日)等為代表的一批重大工程相繼建成，顯著提升了區(qū)域海水淡化產(chǎn)能。

從應(yīng)用結(jié)構(gòu)看，當(dāng)前海水淡化產(chǎn)水仍以工業(yè)用水為主導(dǎo)，高度集中于沿海電力、石化、鋼鐵等高耗水行業(yè);海島地區(qū)及部分沿海缺水城市的生活用水供應(yīng)份額雖小，但重要性日益凸顯，是國(guó)家政策重點(diǎn)支持補(bǔ)齊供水短板的領(lǐng)域?？梢灶A(yù)見(jiàn)，隨著國(guó)家節(jié)水戰(zhàn)略的深入實(shí)施、沿海及海島地區(qū)水資源安全保障要求的不斷提高，以及國(guó)產(chǎn)化技術(shù)的不斷成熟和成本優(yōu)化，我國(guó)海水淡化工程的建設(shè)規(guī)模與應(yīng)用范圍必將迎來(lái)更廣闊的發(fā)展空間，成為沿海地區(qū)不可或缺的戰(zhàn)略性水源。

反滲透膜法海水淡化自主化程度不斷提高

“十四五”以來(lái)，在國(guó)家戰(zhàn)略科技力量的強(qiáng)力支撐下，我國(guó)反滲透膜法海水淡化技術(shù)的自主創(chuàng)新能力實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)性躍升，核心裝備材料的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程顯著加速，為產(chǎn)業(yè)安全與發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

基礎(chǔ)理論層面，在界面聚合膜制備過(guò)程精密控制、反滲透膜微納米結(jié)構(gòu)深度解析、多尺度膜結(jié)構(gòu)宏微觀協(xié)同調(diào)控、混合基質(zhì)膜納米通道精準(zhǔn)構(gòu)筑等前沿領(lǐng)域取得突破性認(rèn)知。浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京理工大學(xué)等頂尖團(tuán)隊(duì)更是在國(guó)際期刊《科學(xué)》上發(fā)表了引領(lǐng)性成果，標(biāo)志著我國(guó)在該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究水平已躋身世界前列。

技術(shù)應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化層面，以浙江工業(yè)大學(xué)牽頭榮獲2023年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)的“新型膜法水處理關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項(xiàng)目為代表，我國(guó)實(shí)現(xiàn)了從原理創(chuàng)新、核心材料發(fā)明(如三類關(guān)鍵膜材料)到工藝優(yōu)化、裝備研制的全鏈條重大突破，技術(shù)水平達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先，徹底扭轉(zhuǎn)了高端膜產(chǎn)品長(zhǎng)期受制于人的局面。同時(shí)，海水淡化高壓泵成功實(shí)現(xiàn)了從無(wú)到有的突破，設(shè)計(jì)能力已覆蓋萬(wàn)噸級(jí)大型工程，性能指標(biāo)快速追趕并達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平;能量回收技術(shù)也取得長(zhǎng)足進(jìn)步，突破了水力設(shè)計(jì)、關(guān)鍵部件制造等“卡脖子”環(huán)節(jié)，透平式、柱塞式、轉(zhuǎn)子式等中小型裝備完成研制及示范，創(chuàng)新技術(shù)甚至延伸應(yīng)用于工業(yè)余壓利用領(lǐng)域，整體技術(shù)實(shí)力已接近國(guó)際先進(jìn)水平。

這一系列基礎(chǔ)研究與技術(shù)突破，最直接的體現(xiàn)便是反滲透膜、高壓泵、能量回收裝置三大核心裝備自主研發(fā)產(chǎn)品性能的快速提升和工程應(yīng)用的實(shí)質(zhì)性推進(jìn)，國(guó)產(chǎn)化程度不斷提高。以沃頓科技股份有限公司等為代表的相關(guān)企業(yè)，通過(guò)數(shù)十年堅(jiān)持不懈地自主研發(fā)，其產(chǎn)品的產(chǎn)水量、脫鹽率等核心性能已與國(guó)際一線品牌相當(dāng)，在穩(wěn)定性等工程化指標(biāo)上的差距也在持續(xù)縮小，整體性能逼近國(guó)際先進(jìn)水平。國(guó)產(chǎn)膜已成功建立了涵蓋高通量、高脫鹽率、高脫硼、抗污染等特性的全系列產(chǎn)品線，并擁有了完全自主化的生產(chǎn)線，這為大規(guī)模應(yīng)用提供了堅(jiān)實(shí)保障。更令人振奮的是，國(guó)產(chǎn)反滲透膜元件已成功應(yīng)用于青島百發(fā)二期等多個(gè)萬(wàn)噸級(jí)乃至更大規(guī)模的海水淡化工程，實(shí)現(xiàn)了大型項(xiàng)目應(yīng)用的重大突破。

國(guó)產(chǎn)化基礎(chǔ)也在不斷夯實(shí)。一方面，藍(lán)星東麗等中外合資企業(yè)本土化生產(chǎn)持續(xù)深化;另一方面，以沃頓科技為代表的本土企業(yè)實(shí)現(xiàn)千萬(wàn)平米連續(xù)穩(wěn)定量產(chǎn)和國(guó)內(nèi)外多場(chǎng)景規(guī)?；瘧?yīng)用，為膜元件國(guó)產(chǎn)化替代和國(guó)際化推廣奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。相比之下，高壓泵和能量回收裝置的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程雖相對(duì)滯后于反滲透膜，但近年來(lái)也呈現(xiàn)出強(qiáng)勁的追趕勢(shì)頭，國(guó)產(chǎn)裝備開(kāi)始逐步在大型海水淡化工程中得到應(yīng)用驗(yàn)證與推廣。以天津南港項(xiàng)目為例，自然資源部天津海水淡化與綜合利用研究所作為技術(shù)牽頭單位，推動(dòng)其第五條生產(chǎn)線(3萬(wàn)噸/日)成功實(shí)現(xiàn)了反滲透膜、高壓泵、能量回收裝置等核心設(shè)備的全國(guó)產(chǎn)化應(yīng)用，標(biāo)志著我國(guó)反滲透膜法海水淡化的整體自主化程度正在經(jīng)歷一場(chǎng)深刻的變革，從關(guān)鍵材料到核心裝備的自主可控能力得到前所未有的加強(qiáng)，為產(chǎn)業(yè)的健康、安全和可持續(xù)發(fā)展提供了核心保障。

余熱、新能源與海水淡化的耦合已成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的綠色新引擎

工業(yè)余熱利用和核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能等新能源與海水淡化的深度融合，標(biāo)志著我國(guó)水資源保障體系正加速向綠色低碳方向戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，其核心價(jià)值在于降低了海水淡化對(duì)傳統(tǒng)化石能源的依賴。

將工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中大量排放、本可能廢棄的低品位余熱作為熱法海水淡化的主要驅(qū)動(dòng)力，在有效緩解沿海及工業(yè)密集區(qū)水資源短缺的同時(shí)，削減了工業(yè)系統(tǒng)的總體碳排放與熱污染負(fù)荷。該技術(shù)完美契合國(guó)家“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)與循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展理念，已成為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)綠色升級(jí)、構(gòu)建新質(zhì)生產(chǎn)力的技術(shù)典范。當(dāng)前，我國(guó)余熱海水淡化已成功跨越技術(shù)驗(yàn)證階段，邁入規(guī)?；瘧?yīng)用與前沿示范引領(lǐng)并進(jìn)的新時(shí)期。一批具有全球影響力的標(biāo)桿工程相繼落地：浙江石化漁山島30.5萬(wàn)噸/日海水淡化項(xiàng)目，作為全球規(guī)模最大的熱水閃蒸淡化項(xiàng)目，彰顯了工程體量的世界級(jí)水平;裕龍石化16萬(wàn)噸/日熱膜耦合海水淡化項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了不同品位余熱的高效梯級(jí)利用，代表了系統(tǒng)集成優(yōu)化的先進(jìn)方向;國(guó)能大港電廠1萬(wàn)噸/日海水淡化項(xiàng)目，成功驗(yàn)證了國(guó)產(chǎn)化熱法技術(shù)的節(jié)能環(huán)保高效特性及顯著的成本優(yōu)勢(shì)。前沿探索層面，山東海陽(yáng)核電站“水熱同產(chǎn)同送”示范工程極具開(kāi)創(chuàng)性，利用核電機(jī)組抽汽余熱聯(lián)產(chǎn)高品質(zhì)飲用水與熱能，為未來(lái)城市綜合能源資源供應(yīng)提供了嶄新模式。隨著產(chǎn)業(yè)布局持續(xù)深化，遼寧紅沿河核電站、榮盛新材料等一批儲(chǔ)備項(xiàng)目已啟動(dòng)前期工作，更多具備穩(wěn)定余熱源的高耗能行業(yè)加速拓展，產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈層不斷擴(kuò)大。

將核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、海洋能等新能源直接或間接作為驅(qū)動(dòng)海水淡化過(guò)程的主要?jiǎng)恿?，不僅可以擺脫對(duì)化石燃料的依賴，實(shí)現(xiàn)“零碳”制水，還可大幅降低運(yùn)營(yíng)成本，是解決沿海與島嶼地區(qū)能源和水資源短缺問(wèn)題的可持續(xù)方案。當(dāng)前，我國(guó)新能源耦合海水淡化工程絕大多數(shù)仍處于示范項(xiàng)目階段，大規(guī)模商業(yè)化應(yīng)用尚在探索與發(fā)展中。究其原因，主要是由于初始投資成本和系統(tǒng)復(fù)雜性較高，仍需技術(shù)突破和系統(tǒng)優(yōu)化，并且缺乏有效的激勵(lì)政策和成熟的市場(chǎng)商業(yè)模式。將新能源與海水淡化耦合，海水淡化用于制氫，形成完整的“綠電-綠水-綠氫”鏈條已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。2025年4月，國(guó)家科技重大專項(xiàng)“國(guó)和一號(hào)”綜合智慧能源工程“國(guó)和一號(hào)+”正式啟動(dòng)建設(shè)，不僅是在原有核能發(fā)電的基礎(chǔ)上進(jìn)行升級(jí)，更融合了光伏發(fā)電、核能供熱、海水淡化、海上風(fēng)電以及核能制氫等多項(xiàng)技術(shù)，形成了一種全新的“零碳、智慧、綜合”能源模式。隨著新能源成本下降、技術(shù)成熟以及水資源短缺壓力的增大，特別是在沿海缺水地區(qū)和遠(yuǎn)海島礁，這種“綠電-綠水-綠氫”的產(chǎn)業(yè)模式必將迎來(lái)更廣闊的發(fā)展空間。

海水循環(huán)冷卻逐步替代直流冷卻

全國(guó)海水冷卻用水主要集中在沿?；痣?、核電、石化等行業(yè)，有7個(gè)省份年海水冷卻用水量超過(guò)百億噸。2024年，海水冷卻用水量達(dá)到了1883.36億噸，相比往年持續(xù)增加。為進(jìn)一步減少海水取排水量，沿海電廠積極采用海水循環(huán)冷卻技術(shù)或開(kāi)展技術(shù)改造，將海水直流冷卻技術(shù)替換為海水循環(huán)冷卻技術(shù)。海水循環(huán)利用后，取、排海水量可減少95%以上，對(duì)海洋生態(tài)更加友好。

相較于歐美國(guó)家，我國(guó)該項(xiàng)技術(shù)起步較晚，但發(fā)展迅速，已完成了千噸級(jí)、萬(wàn)噸級(jí)、十萬(wàn)噸級(jí)的工程示范，形成了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的十萬(wàn)噸級(jí)海水循環(huán)冷卻成套技術(shù)，研發(fā)出海水阻垢劑、菌藻抑制劑、緩蝕劑等系列產(chǎn)品，具備海水冷卻塔設(shè)計(jì)建造能力，初步搭建了海水循環(huán)冷卻技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系框架，整體技術(shù)水平接近國(guó)際先進(jìn)。截至2024年底，我國(guó)已建成海水循環(huán)冷卻工程24個(gè)，總循環(huán)量為206.3萬(wàn)噸/小時(shí)。

目前，這項(xiàng)技術(shù)的研究和應(yīng)用仍主要集中在火電行業(yè)。如需取得更大的技術(shù)突破并推廣至化工、核電等海水直流冷卻高耗水行業(yè)，在以下方面還需縮短與歐美國(guó)家的差距：一是全面應(yīng)用高效海水水處理藥劑產(chǎn)品，解決系統(tǒng)結(jié)垢、腐蝕、污損生物控制等問(wèn)題;二是開(kāi)展此項(xiàng)技術(shù)在化工、核電行業(yè)大型海水循環(huán)冷卻系統(tǒng)的研究，解決海水長(zhǎng)距離取水、海水水處理、海水飄滴等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)國(guó)內(nèi)最大單套裝置循環(huán)量15萬(wàn)立方米/小時(shí)以上系統(tǒng)中的示范應(yīng)用;三是提高配套設(shè)施耐海水性能、減少污堵，延長(zhǎng)使用壽命;四是推廣采用在線監(jiān)測(cè)與智能管理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全過(guò)程自動(dòng)運(yùn)行和智慧管理。

海水化學(xué)資源利用產(chǎn)業(yè)前景可期

目前我國(guó)海水化學(xué)資源開(kāi)發(fā)主要集中在常量元素的提取利用。其中海水制鹽、海水提溴已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，技術(shù)水平位居世界前列;鉀鹽在國(guó)家和地方各類科技研發(fā)項(xiàng)目的持續(xù)支持下取得長(zhǎng)足發(fā)展，并從中試向產(chǎn)業(yè)化邁進(jìn)。同時(shí)，海水中鋰、鈾等微量元素提取研究取得技術(shù)進(jìn)展，為海水化學(xué)資源利用開(kāi)拓更廣闊空間，助力海洋資源潛力挖掘與海洋經(jīng)濟(jì)縱深發(fā)展。

現(xiàn)階段，為推動(dòng)海水化學(xué)資源利用產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，一方面需強(qiáng)化海水化學(xué)資源利用產(chǎn)業(yè)頂層設(shè)計(jì)，在政策規(guī)劃中明確海水戰(zhàn)略資源提取的預(yù)期性和約束性指標(biāo)，增強(qiáng)指導(dǎo)性與規(guī)范性，同時(shí)完善項(xiàng)目用海、用地、能源等優(yōu)惠政策及投融資機(jī)制與財(cái)政支持;另一方面需科學(xué)制定海水化學(xué)資源利用排海政策，完善規(guī)劃與布局政策保障。

在提升自主創(chuàng)新能力與產(chǎn)業(yè)化水平方面，針對(duì)海水綜合利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)強(qiáng)化產(chǎn)業(yè)升級(jí)技術(shù)支撐，優(yōu)化傳統(tǒng)鹽田生產(chǎn)模式;海水提鉀產(chǎn)業(yè)化技術(shù)有待突破，能耗降低與經(jīng)濟(jì)性提升需協(xié)同推進(jìn);海水提溴工藝均以氯氣為氧化劑構(gòu)建，環(huán)保及綠色化水平有待提高;針對(duì)海水中超低濃度的鋰、鈾資源，亟須攻關(guān)選擇性吸附材料容量、傳質(zhì)效率及規(guī)模化放大等技術(shù)難題，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可行的工業(yè)化提取。

為推動(dòng)海水化學(xué)資源利用產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，需聚焦關(guān)鍵領(lǐng)域多方發(fā)力：強(qiáng)化科技創(chuàng)新攻關(guān)，將海水提鋰、提鈾等顛覆性技術(shù)納入基礎(chǔ)研究重點(diǎn)方向，設(shè)立專項(xiàng)科研項(xiàng)目，破解核心技術(shù)不足、產(chǎn)業(yè)規(guī)模偏小等瓶頸，為產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供技術(shù)支撐;建設(shè)研發(fā)轉(zhuǎn)化平臺(tái)，支持國(guó)家級(jí)海水淡化與綜合利用關(guān)鍵技術(shù)及裝備研發(fā)試驗(yàn)基地建設(shè)，完善中試扶持政策，加大財(cái)政投入并引導(dǎo)社會(huì)資本參與，推動(dòng)國(guó)產(chǎn)技術(shù)裝備迭代升級(jí)，夯實(shí)產(chǎn)業(yè)技術(shù)根基;推動(dòng)海水化學(xué)資源產(chǎn)能規(guī)?；l(fā)展，以淡化后濃鹽水為原料延伸產(chǎn)業(yè)鏈，對(duì)具備產(chǎn)業(yè)化條件的技術(shù)優(yōu)先支持萬(wàn)噸級(jí)項(xiàng)目建設(shè)，依托規(guī)?；?xiàng)目組織優(yōu)勢(shì)力量開(kāi)展攻關(guān)示范，培育新質(zhì)生產(chǎn)力，提升供應(yīng)鏈韌性;強(qiáng)化決策支撐保障，設(shè)立智庫(kù)研究課題，開(kāi)展海洋資源環(huán)境承載能力評(píng)價(jià)，建立動(dòng)態(tài)評(píng)估模型，系統(tǒng)分析關(guān)鍵元素經(jīng)濟(jì)可采性及供應(yīng)鏈安全，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供科學(xué)決策參考;完善政策保障體系，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，在相關(guān)規(guī)劃中明確產(chǎn)業(yè)預(yù)期性和約束性指標(biāo)，配套出臺(tái)項(xiàng)目用海、用地、能源等優(yōu)惠扶持政策，科學(xué)制定排海政策，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境。