水資源的恐慌:談談阿聯(lián)酋的海水淡化產(chǎn)業(yè)
來源:海灣譯讀 作者:灣叔Uncle Gulf
對于阿聯(lián)酋這樣一個極度缺乏淡水資源的海灣阿拉伯國家而言,水是關乎生存的頭等大事。阿聯(lián)酋需要更多的水,來滿足民眾生活和農(nóng)工商業(yè)活動的發(fā)展需要。至2030年,當?shù)氐挠盟枨髮⑤^現(xiàn)在增長約30%。但是,阿聯(lián)酋年均降雨量不足100毫米,地下水的補給率還不到當?shù)啬昃盟康?%。正是由于地下水和降水量都極少,阿聯(lián)酋無法仰仗日漸枯竭的地下含水層,只能通過淡化海水、回收廢水和進口淡水等方式來維持水資源的供給。
海水淡化是為數(shù)不多能夠滿足當?shù)孛癖娚詈徒?jīng)濟活動的用水需求的穩(wěn)定來源之一。
中東北非地區(qū)是全球海水淡化設施最為集中的地區(qū),沒有之一,約55%的淡化海水生產(chǎn)能力分布于這一地區(qū)的不同國家,其中絕大部分又都位于海灣地區(qū)的6個阿拉伯國家。阿聯(lián)酋是僅次于沙特的世界第二大淡化海水生產(chǎn)國,后者每天可生產(chǎn)淡化海水量約14.52億加侖,而阿聯(lián)酋在2017年的產(chǎn)量約為11.93億加侖。
從生產(chǎn)能力來看,海灣地區(qū)的海水淡化設施均處于全球領先地位。位于沙特的Ras al-Khair海水淡化廠,是世界最大同類設施,專為首都利雅得供水。阿聯(lián)酋境內(nèi)在建的al-Taweelah海水淡化廠,建成后有望占據(jù)全球第二的位次。在海灣國家,淡化海水約占當?shù)仫嬘盟偭康?0%。特別是在阿聯(lián)酋,該國總用水量的42%、飲用水的幾乎全部,都來自于當?shù)氐暮K瘡S。
但是,阿聯(lián)酋對淡化海水的嚴重依賴是有風險的。特別是從成本和其對環(huán)境的影響來看,海水淡化的可持續(xù)性仍是一個問題。只不過,由于不具備其他安全可靠穩(wěn)定的水資源,阿聯(lián)酋不可能放棄海水淡化的方案,即便其加工成本正變得越來越昂貴。馬斯達爾(Masdar,即“阿布扎比未來能源公司”)預測,淡化海水的成本在2010-2016年間增加了300%,這迫使相當數(shù)量的公司嘗試引入成本相對更低的新型淡化技術。從國家層面來考慮,位于阿聯(lián)酋海岸線上的一座座海水淡化廠都需要消耗大量的能源 - 天然氣、液化天然氣、柴油等。如若能夠提升海水淡化過程中的能源利用效率,節(jié)省下來的油氣資源可轉供國內(nèi)消費或對外出口,增加國家財政收入。
除成本因素外,另一大問題關乎環(huán)境保護。海水淡化的脫鹽過程會產(chǎn)生一種高鹽度的副產(chǎn)品,往往會被注回水源地。這不僅降低了海水淡化的長期可行性,還會威脅到海洋生態(tài)系統(tǒng),制造出一個潛在代價更為高昂的負外部性問題。對于能源消耗問題,阿聯(lián)酋政府和相關機構正在試驗利用太陽能驅動淡化設施;對于環(huán)境污染問題,阿聯(lián)酋政府正在其分布于內(nèi)陸地區(qū)的儲水設施進行研究,沙迦美國大學(American University in Sharjah)也在研究處理高鹽度副產(chǎn)品的新思路并開發(fā)與之相對應的新技術。
海灣地區(qū)的水資源管理,從本質上來看,與地緣政治息息相關。缺乏在水資源和海水淡化領域的區(qū)域合作,加劇了域內(nèi)各方對這種有限資源的競爭。2013年,海灣合作委員會各國一致同意共同出資70億美元,在阿拉伯海沿海建設一個海水淡化廠,防止伊朗核設施可能發(fā)生的核泄漏或霍爾木茲海峽航道上油輪事故引發(fā)的漏油等對水資源的嚴重污染。根據(jù)該設想,各方應修建起一條從阿曼灣出發(fā),沿海岸線一路北上至科威特的共享輸水管道,但迄今為止未取得任何實質性進展。卡塔爾和科威特此前還曾考慮從伊朗進口大量淡水,但最終放棄了該計劃。事實上,海灣國家對伊朗的“水資源霸權影響”十分忌憚,擔憂在該領域開展合作很可能會造成十分危險的外部倚賴,最終導致與伊朗的相關合作設想均被擱置。
2019年,海灣國家關鍵的能源基礎設施頻頻遇襲,引發(fā)人們對當?shù)睾KO施未來淪為襲擊目標的擔憂。去年6月,胡塞武裝自也門境內(nèi)向沙特的一處海水淡化廠發(fā)射火箭彈,雖未造成任何實質損失,但卻向外界展示出了其具備威脅地區(qū)國家海水淡化基礎設施的能力和意愿。隨著美國-伊朗間緊張關系在進入2020年后持續(xù)升級,上述擔憂不減反增。
應用最廣泛的海水淡化技術
目前較為成熟的海水淡化技術主要分為兩大類別:蒸餾法(熱法)和膜法。在海灣地區(qū),絕大多數(shù)正在運營的海水淡化廠所采用的技術是多級閃蒸(MSF)、多效蒸發(fā)(MED)和反滲透法(RO)。其中,多級閃蒸和多效蒸發(fā)都屬于蒸餾法的一種,兩者均為能源密集型的加工方式。多效閃蒸是將經(jīng)過加熱的海水,在多個壓力逐漸降低的閃蒸室中依次進行蒸發(fā),再將蒸汽冷凝得到淡水,其產(chǎn)量大、技術成熟且運行安全性高,并與火電站聯(lián)合建設。由于海灣地區(qū)的海水淡化設施往往集中在大型工業(yè)園區(qū)附近,多效閃蒸技術能夠允許使用者以較為經(jīng)濟高效的方式實現(xiàn)水、電、蒸汽的輸入和輸出,因而倍受各國青睞,成為在當?shù)貞米疃嗟募夹g種類。
反滲透法則是膜法的一種,其原理是利用只允許溶劑透過、不允許溶質透過的半透膜,將海水與淡水分隔開。這種技術的最大優(yōu)點是節(jié)能,但建設成本較高,偏向于資本密集型的加工方式,過去一直為美日等發(fā)達國家所使用。另一個問題是,反滲透法無法像蒸餾法一樣有效處理高鹽度的副產(chǎn)品。阿聯(lián)酋近年來逐步傾向于更多使用反滲透技術。該國水電公司(EWEC)和沙特ACWA Power在al-Taweelah建設的海水淡化廠就是全球最大的反滲透技術海水淡化設施,預計于2022年完工。阿聯(lián)酋水電公司方面表示,“選擇反滲透技術有助于大幅降低海水淡化的生產(chǎn)成本,有助于實現(xiàn)水資源部門的高效、可持續(xù)發(fā)展目標”。另據(jù)項目管理人員預計,待al-Taweelah海水淡化廠投入使用后,使用反滲透技術生產(chǎn)出的淡化海水占該國淡化海水總量的比例將從目前的13%躍升至30%。同時,該項目配套的光伏發(fā)電裝置還將進一步降低整體能耗。
毫無疑問,能耗成本在決定海水淡化技術發(fā)展過程中發(fā)揮著舉足輕重的作用。通過蒸餾法脫鹽,其成本收益的核算很大程度上取決于國際油價水平,以及使用油氣資源用于海水淡化而非出口創(chuàng)匯的機會成本。對于蒸餾法,能耗成本甚至可能占到總成本的一半以上。正因如此,多級閃蒸、多效蒸發(fā)等技術在傳統(tǒng)上倍受海灣國家等資源富集國的青睞。除了阿布扎比外,沙特境內(nèi)約80%的海水淡化廠也是使用的蒸餾法。其中多級閃蒸占比64%,多效蒸餾占比16%。不過,現(xiàn)如今越來越多的海水淡化廠轉投反滲透技術陣營,阿布扎比的Mirfa和al-Taweelah這兩處海水淡化廠都使用了反滲透技術。2013年,阿聯(lián)酋的馬斯達爾將Ghantoot項目作為試點,首次嘗試將反滲透技術和可再生能源發(fā)電相結合,以降低海水淡化廠的綜合成本。最終研究發(fā)現(xiàn),與傳統(tǒng)的蒸餾法相比,阿聯(lián)酋使用反滲透技術和可再生能源發(fā)電相結合,能耗效率將提升75%。得益于此,迪拜計劃在2030年前充分使用“穆罕默德·本·拉希德·阿勒馬克圖姆太陽能園(Mohammed bin Rashid al-Maktoum Solar Park)”的發(fā)電產(chǎn)出用于海水淡化,預計可節(jié)省資金約130億美元。
正如剛剛提到的,海水淡化過程 - 特別是反滲透技術 - 會產(chǎn)生高鹽度的廢料,這些廢料往往會被注回水源地。這種做法會緩慢地削弱未來淡化海水的效果,并損害整個海灣地區(qū)的海洋生態(tài)系統(tǒng)。眾所周知,高鹽度廢料將顯著降低海水淡化廠附近海域海水中的氧氣含量,并將大量含有銅和氯的有毒物質注入海水中。有統(tǒng)計顯示,在每年注入海洋的高鹽度廢料中,20.2%來自于阿聯(lián)酋。該國與沙特、卡塔爾、科威特一道,在全球每年的高鹽度廢料中占比達到55%。
不能簡單地指責海灣國家單純消耗和破壞海洋,這些國家也有采取一些措施解決高鹽度廢料造成的環(huán)境破壞問題。2019年11月,沙特海水淡化公司(SWCC)與日本企業(yè)Toyobo Company簽署諒解備忘錄,將開展聯(lián)合試點技術試驗,以有效利用海水淡化過程中產(chǎn)生的廢料。2020年1月,沙特政府還宣布在“未來新城(NEOM)”,使用“太陽能圓頂(Solar Dome)”技術建造一座全新的海水淡化廠。該技術旨在減少高鹽度廢料的產(chǎn)出,并將碳排放量減少至零。
蒸餾法、膜法以及其他技術創(chuàng)新都是海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要驅動力,要想對整個產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)加以全面了解,則還需要了解其最初水源、傳輸基礎設施和最終用途等。
阿聯(lián)酋的淡化海水主要來源于霍爾木茲海峽以內(nèi)的波斯灣,唯有富查伊拉酋長國的水源來自于海峽以外的阿曼灣。2018年,阿布扎比自富查伊拉進口淡化海水468億加侖。除阿聯(lián)酋外,科威特、卡塔爾、巴林也都依賴波斯灣作為其淡化海水的最初來源。而阿曼的海水淡化設施基本上一字排開位于阿曼灣的沿岸地帶。至于沙特,由于該國橫跨阿拉伯半島,因此可以兩邊取水,無論是波斯灣還是紅海,都是其淡化海水的水源地。除了固定設施外,沙特還擁有可移動的海水淡化駁船,游走在印度洋北部海域,以滿足當?shù)夭粩嘧兓挠盟枨蟆?/p>
沿著沙特海岸線運行的漂浮式海水淡化駁船,需要同樣靈活的配套基礎設施,例如海上物流和運輸服務,以便將淡化海水運送至陸地上的儲罐。海水淡化廠對配套基礎設施的需求同樣巨大,需要大量管道、水泵和短期儲存設施來將淡化海水輸送至人口密集地區(qū)等。從最終用戶來看,民眾生活用水僅僅是一種情況。事實上,包括畜牧業(yè)在內(nèi)的農(nóng)業(yè)活動對海灣國家水資源的消耗是最大的。2008年,沙特政府被迫宣布中止在當?shù)胤N植小麥的計劃,以停止對該國細若游絲的地下水層的進一步消耗。
對于廢水的回收和再利用,在一定程度上有助于降低一個國家對淡化海水的依賴。2017年,阿聯(lián)酋境內(nèi)共有92家廢水處理廠,回收再利用了約75%的廢水,而這一比例在2013年的時候為61%。阿布扎比環(huán)境署的目標是在2020年實現(xiàn)所有非飲用水都來自于再循環(huán)和再利用的回收廢水,例如灌溉用水等。工業(yè)用水雖然通常也使用回收的廢水,但其加工處理設施與生活用水是完全分隔開的。
海水淡化:阿聯(lián)酋的國家優(yōu)先事項
在全球每年淡化海水的總量中,阿聯(lián)酋的貢獻率為14%。相較于這個國家的規(guī)模,其海水淡化量已然很大。但不斷增長的人口和不斷上揚的經(jīng)濟增長雄心都在提醒我們,該國的海水淡化規(guī)模還遠遠不夠。前面已經(jīng)說明當?shù)貛缀跛酗嬘盟际呛K蟮漠a(chǎn)物。2017年,阿聯(lián)酋境內(nèi)海水淡化能力為16.58億加侖/天。當年,該國總計淡化海水4353.87億加侖,平均下來約合11.93億加侖/天,意味著產(chǎn)能利用率現(xiàn)已達到72%。另一個重要的數(shù)字是,2017年阿聯(lián)酋日均耗水量為11.02億加侖/天,與淡化海水產(chǎn)量不相上下。
水資源安全與海水淡化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展密不可分,因此確保海水淡化產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展是阿聯(lián)酋政府的戰(zhàn)略要務。阿聯(lián)酋能源和工業(yè)部負責監(jiān)管該國水資源行業(yè),由負責電力、水力和未來能源事務的次長助理具體主管。2017年9月,阿聯(lián)酋能源和工業(yè)部(編者注:彼時還沒有將這兩個部門合并)發(fā)布了“2036阿聯(lián)酋水安全戰(zhàn)略”。該戰(zhàn)略構想旨在通過采取可持續(xù)手段將人均用水量減少50%,同時提高用水效率,特別是單位用水量所產(chǎn)生的經(jīng)濟價值。除此以外,阿聯(lián)酋官員還希望將公共用水需求削減21%,將廢水處理后的回收再利用率提高至95%。據(jù)統(tǒng)計,阿聯(lián)酋在2017年回收再利用了約75%的廢水。阿聯(lián)酋官方預計,該戰(zhàn)略的實施將可累計節(jié)省資金投入740億迪拉姆(編者注:約合200億美元),減少排放1億噸二氧化碳。二氧化碳同樣是海水淡化產(chǎn)業(yè)的副產(chǎn)品之一。2015年,阿聯(lián)酋當?shù)氐暮K瘡S主要使用天然氣作為燃料,制造出的二氧化碳占該國溫室氣體排放量的近1/3.
“2036阿聯(lián)酋水安全戰(zhàn)略”不僅著眼于淡化海水的生產(chǎn)能力,還著力提高當?shù)氐膬λ芰。一般來講,該國海水淡化廠所產(chǎn)出的淡水都直接輸送至終端使用,但若出現(xiàn)緊急狀況,很難在短時間內(nèi)生產(chǎn)出足夠應急的日常用水。為此,該戰(zhàn)略要求將儲水量達到滿足“正常情況下2天用量、緊急情況下16天用量、極端緊急情況下45天用量”的水平。阿布扎比為此耗費15年時間建成了世界上最大的淡化海水儲備設施。該設施位于Liwa,利用315口深90米的蓄水井將淡化海水注入當?shù)氐叵碌奶烊缓畬觾Υ妗α靠蓾M足90天內(nèi)阿布扎比100萬人口人均180升水的使用需求。這一儲備設施還與位于Shuweihat的海水淡化廠和阿聯(lián)酋的國家輸水網(wǎng)相連接。
為應對儲水方面的挑戰(zhàn),按說阿聯(lián)酋國內(nèi)的相關機構應該實現(xiàn)更大范圍的整合,但由于大大小小各種水電公司遍布全國的存在,整個海水淡化產(chǎn)業(yè)系統(tǒng)較為分散化。
阿布扎比、迪拜、沙迦這三個體量最大的酋長國,均設立有自己的海水淡化管理機構。至于富查伊拉、阿治曼、烏姆蓋萬、哈伊馬角這四個較小的酋長國,其海水淡化事務統(tǒng)一由聯(lián)邦水電局進行管理。2013年,哈伊馬角酋長曾下令建立本地的水電局,但因業(yè)務量過小,最終不了了之。當?shù)氐暮K芰H為阿布扎比的2.4%。
不過,整個阿聯(lián)酋政府內(nèi)部關于水資源的業(yè)務部門,確確實實在近年來經(jīng)歷多輪整合。2018年,阿布扎比將當?shù)厮娋植⑷肽茉淳,還宣布成立阿聯(lián)酋水電公司(EWEC)取代了原來的阿布扎比水電公司(ADWEC)。這家新成立的公司劃歸于阿布扎比電力公司(Abu Dhabi Power Corp)轄下運作,同時也聽命于聯(lián)邦政府層面的阿聯(lián)酋水電局領導,后者負責整個阿聯(lián)酋北部地區(qū)的水電發(fā)展事務。2020年初,阿布扎比電力公司對外宣布,通過資產(chǎn)互換交易接管阿布扎比國家能源公司(Abu Dhabi National Energy Company,俗稱TAQA),打造出一家資產(chǎn)額高達545億美元的綜合公用事業(yè)公司。這一系列舉措無疑都是為了整合全國的水電管理機構。
相較于管理機構的較為松散,海水淡化生產(chǎn)部門的組織結構相對集中。雖然全國范圍內(nèi)有數(shù)十家運轉良好的海水淡化廠,但它們往往分屬于較為集中的幾家公司。例如,阿布扎比的Shuweihat擁有兩家海水淡化工廠,日均總產(chǎn)能為2億加侖;al-Taweelah旗下有4家工廠,日均總產(chǎn)能為3.07億加侖,如在建的反滲透技術海水淡化廠達產(chǎn),其總產(chǎn)能還能再增加2億加侖;同樣位于阿布扎比的Umm al-Nar獨立海水淡化廠,日產(chǎn)能為1.45億加侖。在迪拜,Jebel Ali約有10家海水淡化廠,日均總產(chǎn)能約5.52億加侖。沙迦的Layyah海水淡化廠可每天生產(chǎn)0.64億加侖淡水,富查伊拉的兩家工廠可生產(chǎn)2.6億加侖淡水。其他幾家規(guī)模相對更小的海水淡化廠分布在阿聯(lián)酋境內(nèi)其他地區(qū),產(chǎn)能大小不一。
雖然海水淡化產(chǎn)業(yè)是國家發(fā)展的重點領域,但并不是由阿聯(lián)酋國有企業(yè)完全壟斷,私營部門在該行業(yè)的參與度正在逐年提高。自2000年開始,阿布扎比開始啟動一些水電項目的私有化進程,并上馬一些獨立發(fā)電項目和海水淡化項目,但當?shù)卣谶@些項目中保留絕對控股權。在絕大多數(shù)情況下,合資企業(yè)需要將水電產(chǎn)出賣給政府實體。以al-Taweelah項目為例,阿布扎比電力公司和穆巴達拉投資公司(Mubadala Investment)共同持有60%的股份,來自沙特的ACWA Power擁有其余40%股份。另一個位于阿布扎比的Shuweihat項目略有例外,S2廠的運營方包括法國燃氣蘇伊士(GDF Suez)持股50%、日本丸紅(Marubeni)持股25%、大阪燃氣(Osaka Gas Co.)持股25%。在富查伊拉的Qidfa獨立海水淡化項目中,來自新加坡的勝科公用事業(yè)(Sembcorp Utilities)持有40%股份。在烏姆蓋萬的海水淡化廠,沙特的ACWA Power也是持有40%股份。
阿聯(lián)酋海水淡化系統(tǒng)的漏洞
在分析人士看來,阿聯(lián)酋乃至整個海灣地區(qū)的海水淡化系統(tǒng)都有可能淪為敵對勢力攻擊的目標。的確,就在2019年6月,胡塞武裝從也門境內(nèi)發(fā)射導彈襲擊了沙特Shuqaiq的一處石油設施。此外,在也門的沙特領導聯(lián)軍發(fā)言人證實,曾有來自也門的火箭彈落在Shuqaiq那邊的海水淡化設施附近,只不過沒有造成任何人員傷亡或設施受損。在2019年下半年,也門的胡塞武裝還多次向沙特境內(nèi)石油設施發(fā)動襲擊,其中2019年8月的那次襲擊造成位于沙特和阿聯(lián)酋邊境附近的一處液化天然氣設施起火。這些襲擊雖然都是針對沙特境內(nèi)目標,但也清楚表明胡塞方面有能力對阿聯(lián)酋的基礎設施發(fā)動類似的襲擊。
對于海水淡化廠和整個系統(tǒng)而言,遭受外部破壞的風險極大。特別是海水淡化廠,甚至不需要從空中或海上對其發(fā)射導彈或炮擊,僅僅只是污染其進水口所在區(qū)域的水源,就足以逼停整個系統(tǒng)的運轉。整個系統(tǒng)從水源開始,海水淡化廠、輸水管線網(wǎng)、儲水設施等各環(huán)節(jié)都隨時可能暴露在外部破壞的威脅下。
在整個鏈條上,攻擊越是趨向前端,其產(chǎn)生的破壞力也就越大。也就是說,破壞水源遠比破壞終端的影響更大更為深遠。當然,一般來講破壞水源的舉動不會輕易做出,因為這種破壞是不加選擇性的,一旦發(fā)生影響的不僅僅是一個國家,而極有可能輻射波斯灣沿岸的所有國家。遺憾的是,這種給公眾健康和安全構成嚴重威脅的破壞在歷史上曾經(jīng)發(fā)生過。
當伊拉克軍隊于1991年從科威特撤離時,他們不僅摧毀了當?shù)氐暮K瘡S,還打開了科威特南部海岸的石油碼頭閥門,將數(shù)百萬加侖原油傾倒于海中,形成了一片寬達數(shù)十公里的浮油帶。這片浮油帶很快就侵入了沙特的海岸線,并對當?shù)氐暮KO施正常運轉構成了嚴重威脅,以至于美軍不得不通過炸毀科威特境內(nèi)輸油設施的方式來停止原油源源不斷地流入波斯灣。
1997年,一艘駁船停靠在沙迦后發(fā)生柴油泄露,污染了附近一處海水淡化廠的取水水源,使得當?shù)乇黄韧V构┧?/p>
隨著時代的發(fā)展,不僅僅這些實體攻擊會產(chǎn)生致命影響,來自網(wǎng)絡上的攻擊也有可能造成海水淡化系統(tǒng)的癱瘓。在2012年和2017年,沙特國家石油公司(Saudi Aramco)就有數(shù)萬臺計算機遭到攻擊,攻擊者的目標是破壞該公司的油氣生產(chǎn)管理體系,幸未造成重大破壞。2019年7月25日,身份不明的黑客侵入巴林水電局,控制和設法關閉其中一些系統(tǒng),造成當?shù)睾K到y(tǒng)一度出現(xiàn)問題。
總的來看,海灣國家的重要基礎設施面臨的威脅是多方面的,而且成因極為復雜,海水淡化系統(tǒng)也不例外。但正如前面所探討的,外部破壞僅僅是阿聯(lián)酋維護水資源安全面臨的挑戰(zhàn)之一。相比之下,當?shù)赜盟枨蟮某掷m(xù)快速增長、生產(chǎn)成本高企造成的沉重財務負擔等等帶來的現(xiàn)實問題更為嚴峻。
2000-2018年間,阿聯(lián)酋人口規(guī)模由310萬猛增至960萬。盡管人口增速自2011年后有所放緩,但對淡化海水的需求仍在節(jié)節(jié)攀升。而且該國政府對于用水價格的補貼變相刺激了人們過度消費甚至是浪費。據(jù)統(tǒng)計,阿聯(lián)酋人均用水量達到550升/天,位居世界最高水平。僅從這一指標來看,無法想象這來自于一個嚴重缺水的國家。
因此,阿聯(lián)酋政府在更多使用反滲透技術等建設新海水淡化設施的同時,更需要通過政策調控降低人均用水量,同時擴大自身的應急儲水能力。目前,除阿布扎比在Liwa建設的地下水庫外,迪拜也計劃在2020年底前完成位于al-Lusaily和Hatta的水庫項目,將其儲水能力由目前的8.3億加侖提升至10.1億加侖,進一步強化整個國家保護民眾免受海水淡化系統(tǒng)遭破壞的威脅。
原標題:水資源的恐慌:談談阿聯(lián)酋的海水淡化產(chǎn)業(yè) | 能源