●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

中國工程院院士 高從堦

“十四五”期間，在《中華人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(guī)劃和2035年遠景目標綱要》《海水淡化利用發(fā)展行動計劃(2021~2025年)》等系列國家政策引導(dǎo)下，我國海水淡化產(chǎn)業(yè)持續(xù)推進。據(jù)自然資源部海洋戰(zhàn)略規(guī)劃與經(jīng)濟司發(fā)布的《2024年全國海水利用報告》顯示，截至2024年年底，全國海水淡化工程規(guī)模達到285.5萬噸/日，形成了涵蓋技術(shù)、工藝、材料、裝備、工程建設(shè)、規(guī)模化應(yīng)用的完整產(chǎn)業(yè)鏈。預(yù)計到2025年年底，工程規(guī)模將突破300萬噸/日，超額完成“十四五”規(guī)劃目標。

海水淡化工程規(guī)模持續(xù)擴大

近年來，在政策強力驅(qū)動與實際用水需求的雙重推動下，我國海水淡化產(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)的擴張態(tài)勢。2024年全國新建成海水淡化工程規(guī)模達33.3萬噸/日，雖略低于2019年的39.9萬噸/日和2022年的50萬噸/日，但這主要是受具體項目審批、建設(shè)周期等短期因素影響，并未改變我國海水淡化總產(chǎn)能持續(xù)增長、產(chǎn)業(yè)規(guī)模穩(wěn)步擴大的長期趨勢。

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)積極開發(fā)利用海水資源，并規(guī)定沿?；蚝u淡水資源短缺地區(qū)的新建、改建、擴建工業(yè)項目應(yīng)優(yōu)先使用海水淡化水，同時鼓勵有條件的地區(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)，大力推進大型海水淡化工程建設(shè)與投產(chǎn)運營。2024年，以天津南港工業(yè)區(qū)先達海水淡化及綜合利用一體化項目(一期15萬噸/日)、山東煙臺龍口裕龍島海水淡化項目(8萬噸/日)、連云港田灣核電站海水淡化項目(3.65萬噸/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，是國家政策重點支持補齊供水短板的領(lǐng)域。可以預(yù)見，隨著國家節(jié)水戰(zhàn)略的深入實施、沿海及海島地區(qū)水資源安全保障要求的不斷提高，以及國產(chǎn)化技術(shù)的不斷成熟和成本優(yōu)化，我國海水淡化工程的建設(shè)規(guī)模與應(yīng)用范圍必將迎來更廣闊的發(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，在國家戰(zhàn)略科技力量的強力支撐下，我國反滲透膜法海水淡化技術(shù)的自主創(chuàng)新能力實現(xiàn)了系統(tǒng)性躍升，核心裝備材料的國產(chǎn)化進程顯著加速，為產(chǎn)業(yè)安全與發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

基礎(chǔ)理論層面，在界面聚合膜制備過程精密控制、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)膜納米通道精準構(gòu)筑等前沿領(lǐng)域取得突破性認知。浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、南京理工大學(xué)等頂尖團隊更是在國際期刊《科學(xué)》上發(fā)表了引領(lǐng)性成果，標志著我國在該領(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年度國家科學(xué)技術(shù)進步獎一等獎的“新型膜法水處理關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”項目為代表，我國實現(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)水平達到國際領(lǐng)先，徹底扭轉(zhuǎn)了高端膜產(chǎn)品長期受制于人的局面。同時，海水淡化高壓泵成功實現(xiàn)了從無到有的突破，設(shè)計能力已覆蓋萬噸級大型工程，性能指標快速追趕并達到國際先進水平;能量回收技術(shù)也取得長足進步，突破了水力設(shè)計、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)實力已接近國際先進水平。

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)用的實質(zhì)性推進，國產(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)，通過數(shù)十年堅持不懈地自主研發(fā)，其產(chǎn)品的產(chǎn)水量、脫鹽率等核心性能已與國際一線品牌相當，在穩(wěn)定性等工程化指標上的差距也在持續(xù)縮小，整體性能逼近國際先進水平。國產(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)用提供了堅實保障。更令人振奮的是，國產(chǎn)反滲透膜元件已成功應(yīng)用于青島百發(fā)二期等多個萬噸級乃至更大規(guī)模的海水淡化工程，實現(xiàn)了大型項目應(yīng)用的重大突破。

國產(chǎn)化基礎(chǔ)也在不斷夯實。一方面，藍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)實現(xiàn)千萬平米連續(xù)穩(wěn)定量產(chǎn)和國內(nèi)外多場景規(guī)?；瘧?yīng)用，為膜元件國產(chǎn)化替代和國際化推廣奠定堅實基礎(chǔ)。相比之下，高壓泵和能量回收裝置的國產(chǎn)化進程雖相對滯后于反滲透膜，但近年來也呈現(xiàn)出強勁的追趕勢頭，國產(chǎn)裝備開始逐步在大型海水淡化工程中得到應(yīng)用驗證與推廣。以天津南港項目為例，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，推動其第五條生產(chǎn)線(3萬噸/日)成功實現(xiàn)了反滲透膜、高壓泵、能量回收裝置等核心設(shè)備的全國產(chǎn)化應(yīng)用，標志著我國反滲透膜法海水淡化的整體自主化程度正在經(jīng)歷一場深刻的變革，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，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、風能、太陽能、海洋能等新能源與海水淡化的深度融合，標志著我國水資源保障體系正加速向綠色低碳方向戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，其核心價值在于降低了海水淡化對傳統(tǒng)化石能源的依賴。

將工業(yè)生產(chǎn)過程中大量排放、本可能廢棄的低品位余熱作為熱法海水淡化的主要驅(qū)動力，在有效緩解沿海及工業(yè)密集區(qū)水資源短缺的同時，削減了工業(yè)系統(tǒng)的總體碳排放與熱污染負荷。該技術(shù)完美契合國家“雙碳”戰(zhàn)略目標與循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展理念，已成為推動產(chǎn)業(yè)綠色升級、構(gòu)建新質(zhì)生產(chǎn)力的技術(shù)典范。當前，我國余熱海水淡化已成功跨越技術(shù)驗證階段，邁入規(guī)?；瘧?yīng)用與前沿示范引領(lǐng)并進的新時期。一批具有全球影響力的標桿工程相繼落地：浙江石化漁山島30.5萬噸/日海水淡化項目，作為全球規(guī)模最大的熱水閃蒸淡化項目，彰顯了工程體量的世界級水平;裕龍石化16萬噸/日熱膜耦合海水淡化項目，實現(xiàn)了不同品位余熱的高效梯級利用，代表了系統(tǒng)集成優(yōu)化的先進方向;國能大港電廠1萬噸/日海水淡化項目，成功驗證了國產(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。前沿探索層面，山東海陽核電站“水熱同產(chǎn)同送”示范工程極具開創(chuàng)性，利用核電機組抽汽余熱聯(lián)產(chǎn)高品質(zhì)飲用水與熱能，為未來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備項目已啟動前期工作，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)圈層不斷擴大。

將核能、風能、太陽能、海洋能等新能源直接或間接作為驅(qū)動海水淡化過程的主要動力，不僅可以擺脫對化石燃料的依賴，實現(xiàn)“零碳”制水，還可大幅降低運營成本，是解決沿海與島嶼地區(qū)能源和水資源短缺問題的可持續(xù)方案。當前，我國新能源耦合海水淡化工程絕大多數(shù)仍處于示范項目階段，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政策和成熟的市場商業(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”鏈條已成為當前研究的熱點。2025年4月，國家科技重大專項“國和一號”綜合智慧能源工程“國和一號+”正式啟動建設(shè)，不僅是在原有核能發(fā)電的基礎(chǔ)上進行升級，更融合了光伏發(fā)電、核能供熱、海水淡化、海上風電以及核能制氫等多項技術(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)和遠海島礁，這種“綠電-綠水-綠氫”的產(chǎn)業(yè)模式必將迎來更廣闊的發(fā)展空間。

海水循環(huán)冷卻逐步替代直流冷卻

全國海水冷卻用水主要集中在沿?；痣?、核電、石化等行業(yè)，有7個省份年海水冷卻用水量超過百億噸。2024年，海水冷卻用水量達到了1883.36億噸，相比往年持續(xù)增加。為進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，對海洋生態(tài)更加友好。

相較于歐美國家，我國該項技術(shù)起步較晚，但發(fā)展迅速，已完成了千噸級、萬噸級、十萬噸級的工程示范，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的十萬噸級海水循環(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)計建造能力，初步搭建了海水循環(huán)冷卻技術(shù)標準體系框架，整體技術(shù)水平接近國際先進。截至2024年底，我國已建成海水循環(huán)冷卻工程24個，總循環(huán)量為206.3萬噸/小時。

目前，這項技術(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、污損生物控制等問題;二是開展此項技術(shù)在化工、核電行業(yè)大型海水循環(huán)冷卻系統(tǒng)的研究，解決海水長距離取水、海水水處理、海水飄滴等關(guān)鍵技術(shù)問題，實現(xiàn)國內(nèi)最大單套裝置循環(huán)量15萬立方米/小時以上系統(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，延長使用壽命;四是推廣采用在線監(jiān)測與智能管理技術(shù)，實現(xiàn)全過程自動運行和智慧管理。

海水化學(xué)資源利用產(chǎn)業(yè)前景可期

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

現(xiàn)階段，為推動海水化學(xué)資源利用產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，一方面需強化海水化學(xué)資源利用產(chǎn)業(yè)頂層設(shè)計，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，增強指導(dǎo)性與規(guī)范性，同時完善項目用海、用地、能源等優(yōu)惠政策及投融資機制與財政支持;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，針對海水綜合利用產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)強化產(chǎn)業(yè)升級技術(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)濟性提升需協(xié)同推進;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)?；糯蟮燃夹g(shù)難題，推動實現(xiàn)經(jīng)濟可行的工業(yè)化提取。

為推動海水化學(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)研究重點方向，設(shè)立專項科研項目，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)升級提供技術(shù)支撐;建設(shè)研發(fā)轉(zhuǎn)化平臺，支持國家級海水淡化與綜合利用關(guān)鍵技術(shù)及裝備研發(fā)試驗基地建設(shè)，完善中試扶持政策，加大財政投入并引導(dǎo)社會資本參與，推動國產(chǎn)技術(shù)裝備迭代升級，夯實產(chǎn)業(yè)技術(shù)根基;推動海水化學(xué)資源產(chǎn)能規(guī)模化發(fā)展，以淡化后濃鹽水為原料延伸產(chǎn)業(yè)鏈，對具備產(chǎn)業(yè)化條件的技術(shù)優(yōu)先支持萬噸級項目建設(shè)，依托規(guī)?；椖拷M織優(yōu)勢力量開展攻關(guān)示范，培育新質(zhì)生產(chǎn)力，提升供應(yīng)鏈韌性;強化決策支撐保障，設(shè)立智庫研究課題，開展海洋資源環(huán)境承載能力評價，建立動態(tài)評估模型，系統(tǒng)分析關(guān)鍵元素經(jīng)濟可采性及供應(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，加強頂層設(shè)計，在相關(guān)規(guī)劃中明確產(chǎn)業(yè)預(yù)期性和約束性指標，配套出臺項目用海、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。