kostnaden för avsaltning

1. Inledning

på 1960-talet framkom avsaltning som ett av de viktigaste sätten att behandla saltvatten för att få det till acceptabla vattenkvalitetsstandarder för användning i olika delar av världen och industrisektorer (Ghaffour, et al., 2012). Effekterna av klimatförändringar, befolkningstillväxt och ökningen av industrialiseringen har spelat en viktig roll i vattenbrist och har haft en betydande inverkan på efterfrågan på vatten. Ett stort antal länder i Afrika, Mellanöstern och Asien är under allvarlig sötvattenstress och står inför en beräknad ökning av vattenbrist långt in i 2025. Det är också viktigt att notera att nästan 40 procent av världens befolkning bor inom 100 km från ett hav eller hav (Ghaffour, et al., 2012), vilket motiverar avsaltning av havsvatten som en integrerad del av världens svar på vattenbrist.

detta dokument presenterar en översikt över kostnaden för avsaltning och huvudkomponenterna för tillhörande kapitalkostnad (CAPEX) och drift-och underhållskostnad (OPEX). Exempel på avsaltningsanläggningskostnader har presenterats för att illustrera de olika kostnader som kan förväntas och för att hjälpa till med konceptuell planering och utveckling av avsaltningsprojekt.

2. Avsaltning marknadsandel och trender

de vanligaste formerna av avsaltning kan delas in i två tekniktyper:

1. termisk avsaltning (med hjälp av värmeenergi för att separera destillat från vatten med hög salthalt), främst representerad av multipel Effektdestillation (med) och flerstegs Flashdestillation (MSF). Mekanisk ångkompression (MVC) används främst för att avsalta höga TDS (> 45 000 mg/l) och/eller industriellt avloppsvatten för återanvändning och inte nödvändigtvis drickbar användning.
2. omvänd osmos (RO) membranseparation, som använder en membranbarriär och pumpenergi för att separera salter från vatten med hög salthalt (vanligtvis < 45 000 mg/l).

Avsaltningsteknik kan behandla vatten från en mängd olika källor, inklusive men inte begränsat till bräckt grundvatten, ytvatten, havsvatten och hushåll och industriellt avloppsvatten. Eftersom avsaltningstekniken har utvecklats och förbättrats har kostnaden för att bygga avsaltningsanläggningar minskat. Denna kostnadsminskning har varit en av de främsta faktorerna för acceptans, tillväxt och framgång för avsaltning. Sedan 1960-talet har kostnaden för flerstegs Flashdestillation (MSF) för att avsalta vatten minskat ungefär med en faktor 10, med ungefärliga enhetskostnader på US$ 10,00/m3 på 1960-talet till mindre än US$1,00/m3 ($3,79 per 1000 gallon) 2010. För närvarande i 2017, på vissa platser, har kostnaden för läkare utan gränser minskat med upp till 20 procent från 2010 på grund av teknisk utveckling och lägre energipriser. På samma sätt har tekniska förbättringar i membrandesign och systemintegration minskat kostnaden för att avsalta bräckt vatten med över hälften under de senaste två decennierna (Ghaffour, et al., 2012). Som ett exempel uppskattade Texas Water Development Board 2012 att den totala produktionskostnaden för avsaltning av bräckt grundvatten varierade från $0,29 till $0,66 per m3 kapacitet ($1,09 till $2,49 per tusen gallon) (Arroyo, et al., 2012). En studie från Water Reuse Association 2012 visade emellertid att kostnadstrender för stora Havsvattenprojekt (SWRO) verkar ha plattat sedan 2005, men har varierat mycket i intervallet $0.79 till $2.38 per m3 ($3.00 till $9.00 per tusen gallon) kapacitet sedan dess (WRA, 2012). Denna stora variation beror på många kostnadsfaktorer och variabler, som kommer att diskuteras i Avsnitt 3.

diagrammen (Fig. 1 till 5) nedan visar total avsaltningskapacitet och tillväxt efter typ, plats och slutanvändartillämpningar.

2.1 Total kapacitet

Total avsaltningskapacitet översteg 64 miljoner m3 / dag 2010 och var nära 98 miljoner m3/dag 2015. Figur 1 visar hur kapaciteten har vuxit snabbt under det 21: a århundradet (källa: GWI Desal Data & IDA).

Figur 1 – Total Global avsaltningskapacitet (m3 / d)

2.2 tillväxt och installerad kapacitet per region

den största produktionskapaciteten efter plats är i Mellanöstern, på grund av deras brist på sötvattenkällor och rikliga energiresurser, vilket kan observeras från figurerna 2 och 3. Den största avsaltningsanvändaren efter kapacitet är Konungariket Saudiarabien, följt av USA, Förenade Arabemiraten, Australien, Kina, Kuwait och Israel.

Figur 2 – Avsaltningskapacitet per land

de 15 bästa avsaltningsmarknaderna för en nioårsperiod 2007-2016 visas i Figur 3. USA har visat den största ökningen av installerad kapacitet sedan 2012.

Figur 3-marknadsandel för avsaltning 2007 – 2016

2.3 installerad kapacitet efter teknik

Figur 4 visar installerad kapacitet jämfört med teknik. Den dominerande typen av avsaltningsteknik som används idag är omvänd osmos (RO). Användningen av RO har varit en avvägning mellan låg OPEX (med hjälp av elektromekanisk energi vs. typiskt dyrare termisk energi) vs. hög CAPEX (på grund av kostnaden och relativt kort livslängd för membran, så hög ersättningskostnad). Under åren har membranpriserna minskat dramatiskt och membranlivslängden har ökat på grund av bättre förbehandling av matarvatten och en bättre förståelse för hur man använder RO-system.

Figur 4 – Total global kapacitet per avsaltningstyp

2.4 installerad kapacitet per applikation och användning

Figur 5 illustrerar marknadsandelar för avsaltning per slutanvändartillämpning. Kommunal användning för avsaltning äventyrar den största delen av den totala installerade kapaciteten följt av industri, kraft, bevattning och turism.

Figur 5 – Global kapacitet för avsaltning genom marknadstillämpning

de faktorer som anges ovan (avsnitt 2), Såsom kapacitet, plats, typ och tillämpning, har en betydande inverkan på kostnaden. Det finns andra viktiga platsspecifika faktorer som direkt påverkar avsaltningskostnaden, som diskuteras i följande avsnitt.

3. Stora effekter på Avsaltningskostnaden

faktorer som har en direkt och stor inverkan på avsaltningskostnaden inkluderar, men är inte begränsade till, avsaltningsteknik, rå-och produktvattenkvalitet, typ av intag och utlopp, anläggningens eller projektets placering, vilken typ av energiåtervinning som används, priset på El, behov av efterbehandling, lagring, distribution, lokala infrastrukturkostnader och miljöbestämmelser.

3.1 Avsaltningsteknik

nästan 95 procent av den installerade avsaltningskapaciteten idag är antingen termisk (35 procent) eller membranbaserad (60 procent) teknik (Ghaffour, et al., 2012). Varje typ av system varierar avsevärt i fotavtryck, konstruktionsmaterial, utrustning, förbehandlingskrav, kraft-och ångkrav, bland andra skillnader. Valet av teknik kommer också att avgöra vilken typ av kemikalier som kommer att användas för förbehandling och efterbehandling som påverkar driftskostnaderna.

3.2 plats

platsen där en avsaltningsanläggning byggs kan ha stor inverkan på projektets totala kostnader. Till exempel, för en SWRO (havsvatten omvänd osmos) avsaltningsanläggning, bör anläggningen placeras så nära havsvattenintagskällan som möjligt för att undvika högre kostnader för inloppsrörledningar och komplexa inloppsstrukturer. Optimal projektplacering kommer också att minska den koncentrerade saltlösningsledningen tillbaka till havet. Anskaffningskostnaden för fastigheter är dock en betydande faktor som kan kräva större vattenöverföring på platser där markkostnaden kan uppvisa storleksordningar på relativt korta avstånd. Ur konstruktionssynpunkt rekommenderas noggranna överväganden för föremål som lokala markförhållanden (kan kräva ny jordfyllning eller strukturella betonghögar) och närhet till en pålitlig kraftkälla för att minska kraftöverföringskostnaderna.

3.3 Råvattenkvalitet

den platsspecifika råvattenkvaliteten kan ha stor inverkan på antalet och typen av förbehandlingssteg som krävs före avsaltningssteget och den totala storleken på avsaltningsanläggningen. De totala upplösta fasta ämnena (TDS) i källvattnet påverkar direkt driftskostnaderna, eftersom högre arbetstryck (RO) och temperaturer (termisk) vanligtvis måste öka när råvattensalthalten ökar. Högre råvattensalthalt kan också minska den möjliga produktvattenåtervinningen per gallon råvatten för både RO och termiska system. När det gäller SWRO, i områden som små vikar, vikar eller kanaler, havsvattenströmmar och den resulterande naturliga blandningen från den större havsvattnet (dvs. havet) kan vara minimal. Dessa områden kan ha högre lokala salthaltnivåer, högre totala suspenderade fasta ämnen, högre temperaturvariationer och högre organiska belastningar och biologisk aktivitet jämfört med vatten i det öppna havet. Alla dessa faktorer lägger till design och konstruktionskomplexitet och kan därför öka både CAPEX-och OPEX-kostnaderna avsevärt.

dessutom har matarvattentemperaturen en stor inverkan på RO-driftstryckskostnaderna, med matningstrycket som ökar med 10 procent till 15 procent för ett 10ucinf-fall i matarvattentemperaturen under 70ucinf (WRA, 2012).

för ett RO-system kommer den erforderliga produktvattenkvaliteten att diktera antalet membranpass som krävs, vilket påverkar kostnaderna.

3.4 intag och utfall

den typ av intag och utfall som valts för en avsaltningsanläggning är en av de viktigaste tekniska övervägandena för en anläggnings kostnadseffektiva design och optimala Drift. Viktiga faktorer måste utvärderas, såsom den mest lämpliga intagstypen (nedsänkt vs. Öppet intag), intagets avstånd i förhållande till växten, typen av intagsskärmar, typen av intagsstruktur, typen av inloppsrörledning (begravd vs. ovan jord) och miljöhänsyn med avseende på impingement och entrainment av marint liv. Var och en av dessa poster har en betydande kostnadspåverkan. Kostnaden för insugningssystemet kan variera från en låg på $0.13 MM per tusen m3/dag ($0.5 MM per MGD) kapacitet för ett öppet intag till $0.79 MM per tusen m3/dag ($3.00 mm per MGD) för komplexa tunnel-och offshore-intag (WRA, 2012).

för att illustrera den potentiella betydelsen av intag och utsläpp strukturkostnader, SWRO växt utsläpp ligger nära marina livsmiljöer som är mycket känsliga för förhöjd salthalt kräver utarbeta koncentrat urladdningsdiffusorsystem, med kostnader som kan överstiga 30 procent av den totala avsaltning projektutgifter. Däremot har avsaltningsanläggningarna med de lägsta vattenproduktionskostnaderna koncentrerade utsläpp antingen belägna i kustområden med mycket hög naturlig blandning eller kombineras med utfallskonstruktioner för kraftverk, vilket möjliggör god initial blandning och bättre utsläpp av avloppsplume. Kostnaderna för intag och utsläpp för dessa anläggningar är vanligtvis mindre än 10 procent av de totala avsaltningsanläggningskostnaderna (WRA, 2012).

3.5 förbehandling

förbehandlingskostnader påverkas av förbehandlingssystemets typ och komplexitet. Vilken typ av förbehandling som krävs beror på råvattenkvaliteten på projektplatsen. Vissa råa havsvatten eller bräckta ytvattenkällor har en hög nivå av organisk och biologisk aktivitet och kräver mer robust förbehandlingsteknik, såsom DAF (upplöst Luftflotation) och UF (ultrafiltrering). Andra råvattenkällor som använder nedsänkta intag eller välbaserade intag kan kräva mindre förbehandling, såsom en enda stegs mediefiltrering eller MF (mikrofiltrering).

enligt en artikel från Water Reuse Association med titeln” Seawater Desalination Costs ” kommer förbehandlingskostnaderna vanligtvis att sträcka sig från $0.13 MM till $0.40 MM per tusen m3/dag ($0.5 MM till $1.5 MM per MGD). I den nedre änden av detta intervall är konventionella enstegsmediefiltreringssystem tillräckliga. Förbehandlingskostnaderna ökar när ytterligare förbehandlingssteg läggs till, såsom två steg av mediefilter eller mediefiltrering följt av MF-eller UF-system.

förbehandlingskostnaderna är vanligtvis större om vattenkällan är avloppsvatten. Detta kan bero på många faktorer, såsom nödvändigheten att avlägsna höga kalcium-och magnesiumnivåer (hårdhet), tillsats av klorering och dekloreringssteg för att förstöra mikrober eller nödvändigheten av att använda UF för att avlägsna organiska föreningar med hög molekylvikt.

3.6 energiåtervinning

RO-system använder högtryckspumpar för att övervinna det osmotiska trycket i det råa matarvattnet. Till exempel kan vissa SWRO-växter kräva upp till 70 bar (1000 psig) matningstryck. RO-koncentratet saltlake strömmen från denna process innehåller tryckenergi som kan återvinnas för att minska de totala ro-systemets energibehov. Energiåtervinningsteknik minskar den totala energitillförseln och minskar därmed driftskostnaderna.

3.7 elkraft

lokala energipriser, överföringsavstånd, anslutningsavgifter och eventuellt tariffer vid den föreslagna platsen för avsaltningsanläggningen spelar en viktig roll för att bestämma leveranspriset för ansluten ström. För mycket stora termiska avsaltningsanläggningar kan övervägande av samlokalisering av anläggningen med ett kraftverk vara lovande på grund av de inneboende fördelarna med en sådan kombination.

3.8 efterbehandling

slutproduktens vattenkvalitet kommer att avgöra vilken typ av efterbehandling som krävs. Efterbehandlingssteg lägger till extra kostnader. Behovet av ett andra RO-pass för att uppnå mycket låga TDS-nivåer eller minska koncentrationerna av specifika joner, såsom bor eller klorid, till acceptabla nivåer kan vara ett dyrt alternativ. Ett två-pass RO-system kommer vanligtvis att vara 15 procent till 30 procent dyrare än ett enda pass RO-system (WRA, 2012).

stabilisering av produktvattnet kräver vanligtvis en pH-justering och tillsats av bikarbonatalkalinitet, vilket kan göras med hjälp av en kombination av koldioxid, kalk och/eller natriumhydroxid och igen lägger detta till extra kostnad.

för avsaltningsanläggningar som ligger vid en kust i närheten av de samhällen som använder vattnet är marken vanligtvis prissatt till en premie. Kostnaden för att lokalisera en anläggning närmare användningsplatsen och en lämplig kraftkälla bör vägas mot kostnaderna för ytterligare inlopps-och urladdningsrörledningsrätt, rörledningskostnader, materialtransport, tillstånd, arbetskraft och underhåll i samband med att en anläggning flyttas längre bort från kusten eller distributionstjänstområdet (WRA, 2012).

kostnaderna för efterbehandling är vanligtvis större om vattenkällan är avloppsvatten. Detta kan bero på många faktorer, såsom oxidation efter behandling för att inaktivera virus och högre kostnader för bortskaffande av saltlösning eller fasta ämnen.

3.9 lokala infrastrukturkostnader

infrastrukturkostnader inkluderar föremål som markarbeten, betong, stål, strukturer, dränering och byggmaterial. Beroende på anläggningens placering kan kostnaderna för var och en av dessa föremål variera avsevärt. Avlägsna anläggningsplatser som ligger långt ifrån industristäder måste vanligtvis medföra högre byggkostnader jämfört med växter som är konstruerade nära betongproducerande anläggningar och industriområden som har gott om byggmaterial.

3.10 miljöbestämmelser

varje geografisk region kommer att ha sin egen uppsättning miljöregler och förordningar, och dessa kan också variera från stat till stat inom ett enda land. Till exempel tillåter kostnader för projekt i Kalifornien nästan fyra gånger de typiska tillståndskostnaderna i Florida (WRA, 2012). Kalifornien har strängare regler och / eller riktlinjer för dricksvattenproduktion jämfört med dem i Texas eller Florida, vilket lägger till regleringskostnader för ett avsaltningsprojekt. Längre miljööversynsperioder kan också förlänga projektschemat, vilket vanligtvis också resulterar i högre projektkostnader. Faktum är att antalet år som krävs för att utveckla och tillåta ett projekt i en stat som Kalifornien, med mycket stränga regler, kan vara betydligt längre än den tid som krävs för att bygga anläggningen och initiera uppstart. (WRA, 2012)

4.0 kostnadskomponenter-CAPEX

CAPEX är indelat i de två huvudkategorierna av direkta och indirekta kostnader. Direkta kostnader inkluderar utrustning, byggnader och andra strukturer, rörledningar och platsutveckling och ligger vanligtvis i intervallet 50 procent till 85 procent av den totala CAPEX. De återstående indirekta kostnaderna inkluderar finansieringsräntor och avgifter, tekniska, juridiska och administrativa kostnader och oförutsedda utgifter (Ghaffour, et al., 2012). De typiska CAPEX-kostnaderna och komponenterna för de flesta avsaltningsanläggningar kan delas upp ytterligare i nio delar, enligt följande: intag och råvattentransport; förbehandling; avsaltbehandling; efterbehandling; produktvattenpumpning och lagring; elektriska och instrumenteringssystem; anläggningsbyggnader, plats och anläggningsarbeten och balans av anläggningen; saltlösning utsläpp och fasta ämnen hantering; och diverse ingenjörs-och utvecklingskostnader. Andra kostnader, såsom finansieringsavgifter och andra kommersiella avgifter, måste också beaktas. Figur 6 visar ett exempel på en CAPEX-kostnadsfördelning för en SWRO-anläggning.

Figur 6 – typisk uppdelning av SWRO-avsaltningsanläggning CAPEX (källa: Advisian)

CAPEX, i betydande utsträckning, beror på skala med större avsaltningsanläggningar kostar mindre per miljon liter installerad kapacitet. Baserat på Figur 7 nedan skulle en medelstor 10 MGD SWRO-anläggning kosta cirka 80 miljoner dollar att bygga och en stor anläggning, såsom 35 MGD Carlsbad SWRO-anläggningen nära San Diego, förväntas kosta 250 miljoner dollar. Obs: på grund av miljö -, tillstånds-och byggproblem kostade den anläggningen mycket mer.

Figur 7-enhet byggkostnad vs. kapacitet för SWRO-anläggningar

5.0 kostnadskomponenter-OPEX

driftskostnader (OPEX) faller i allmänhet i två breda kategorier: fasta kostnader (såsom arbetskraft, administration, utrustning och membranersättningskostnader och fastighetsavgifter/skatter etc.) och rörliga kostnader (som kraft, kemikalier och andra förbrukningsvaror. (Arroyo, et al., 2012). Den typiska OPEX-kostnaden och komponenterna för de flesta avsaltningsanläggningar kan delas upp ytterligare i nio delar som omfattar följande: strömförbrukning, förbrukningsvaror, fast avfall, kemikalier, arbetskraft, underhåll, utrustning garanti, balans av anläggningen & verktyg och andra fasta kostnader (administration, reservdelar, oförutsedda, etc.), som visas i Figur 8.

figur 8-typisk SWRO avsaltningsanläggning OPEX-uppdelning (källa: Advisian)

6.0 Total kostnad för att avsalta vatten

livscykelkostnad, även kallad enhetsproduktionskostnad eller årskostnad, är kostnaden för att producera tusen liter eller kubikmeter vatten genom avsaltning och beaktar alla CAPEX (inklusive skuldservice) och OPEX, och kan justeras med en förutsagd eller faktisk anläggningsoperationsfaktor. På grund av alla inblandade variabler kan dessa årliga kostnader vara mycket komplexa och skillnader i enhetsproduktionskostnader mellan projekt kanske inte är direkt jämförbara. I bästa fall kommer att förutsäga framtida kostnader med hjälp av tidigare växtkostnadsinformation normalt bara resultera i ballpark uppskattningar.

Figur 9 visar att årliga kostnader för olika typer av avslutade RO-projekt har varierat mycket. De genomsnittliga kostnaderna, representerade av den bästa passformen i de visade uppgifterna, är ungefär $ 0,70/m3 ($2,65 per tusen gallon) för mycket stora växter (325 000 m3/dag) och stiger till $1,25/m3 ($4,75 per tusen gallon) för små växter (10 000 m3 / dag).

kostnaderna kan dock variera så högt som $3.20 / m3 för mycket små kapacitetsanläggningar (mindre än 4000 m3/dag eller 1 MGD) som har kostsamma platsspecifika intag, urladdning och transportfunktioner. Att ta bort effekterna av intag, urladdning och transport minskar och minskar det årliga kostnadsområdet till $0.53/m3 till $1.58/m3 ($2.00 o $6.00 per tusen gallon) för SWRO-växter och $0.11 till $1.10/m3 ($0.40 till $4.00 per tusen gallon) för brackvatten RO-växter (WRA, 2012).

Figur 9 – ro anläggningens produktionskostnad vs. projektkapacitet

kostnaden för att avsalta industriellt avloppsvatten för återanvändning kan vara mycket större än detta. Till exempel genomförde WorleyParsons/Advisian en studie för att utveckla CAPEX och OPEX för en avsaltningsanläggning på 35 000 m3/dag i Arabiska viken och matas med oljefält producerat vatten och producerar pannmatarvatten. Baserat på budgetkostnaderna CAPEX och OPEX som genererades i den studien var enhetsproduktionskostnaden ungefär fyra gånger högre än vad som skulle förutses med hjälp av Figur 9.

Figur 10 nedan visar en typisk livscykelkostnadsjämförelse av MSF, med och SWRO för att producera en kubikmeter (264 gallon) vatten per dag. Som visat kräver Läkare Utan Gränser och med, som är termisk avsaltningsteknik, ånga (termisk energi) utöver elektrisk energi, vilket är den främsta anledningen till att de har högre totala vattenlivscykelkostnader jämfört med SWRO.

Figur 10 – enhetsproduktionskostnad för vatten för avsaltningsteknik

7.0 exempel på avsaltningsanläggningskostnader

som nämnts i detta dokument beror kostnaden för att utveckla, konstruera och driva en avsaltningsanläggning på anläggningens placering, råvattentyp och kvalitet, typ av intag och utlopp, avsaltningsteknik och energiåtervinningssystem som används, kostnaden för elkraft, eventuell nödvändig efterbehandling och lagring, distributionskostnader och miljöbestämmelser. Dessa skillnader kan göra en stor anläggning byggd i en region i världen dyrare än en mindre anläggning byggd i en annan region i världen och resultera i betydande skillnader i OPEX. Detta illustreras av de projekt som visas i

Tabell 1 för tre SWRO-anläggningar belägna på olika platser i världen, såsom USA, Mellanöstern och Australien.

*1 Total enhetskostnad för ägaren som inkluderade betalningar, finansieringsavgifter på rörledning, Övrigt. byggförbättringar, Övrigt. O / m kostnader, admin kostnader. * 2 Uppskattad

1. Noreddine Ghaffour, Thomas M. Missimer, Gary L. Amy. ”Teknisk granskning och utvärdering av ekonomin för avsaltning av vatten: Nuvarande och framtida utmaningar för bättre hållbarhet i vattenförsörjningen.”Vatten avsaltning och återanvändning Center KAUST, oktober 2012.
2. Jorge Arroyo, Saqib Shirazi. ”Kostnad för bräckt avsaltning av grundvatten i Texas,” September 2012.
3. Vattenåteranvändning Association. ”Avsaltningskostnader För Havsvatten”, Januari 2012.
4. Pankratz, Tom. Vatten Avsaltningsrapport, 2010.
5. Skarpa, Gary. ”Avsaltning i Australien” presentation, maj 2010.
6. San Diego County Vattenmyndigheten. ”Översikt över nyckelvillkor för ett Vattenköpsavtal mellan San Diego County Water Authority och Poseidon Resources” presentation, September 2012.
7. Gwi Desal Data & IDA (Int. Desal. Association) för Figur 1, Figur 3, Figur 5, Figur 10.
8. Xavier Bernat, Oriol Gibert, Roger Guiu & Joana Tobella, Carlos Campos. ”Avsaltningsekonomin för olika användningsområden.”Vattenteknikcenter, Barcelona, Spanien.
9. Robert Huehmer, Juan Gomez, Jason Curl, Ken Moore. ”Kostnadsmodellering av Avsaltningssystem.”Avsaltning Global teknik Ledare, CH2M HILL, USA.
10. Gleick H. Peter, Ljung Coooley. ”Världens vatten 2008-2009: tvåårsrapporten om sötvattenresurser,” Pacific Institute.
11. Global Vatten Intelligens. Volym 12, Nummer 12, December 2011.