海島淡水缺乏應(yīng)對策略范文
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《海洋經(jīng)濟(jì)雜志》2015年第一期
如上所述，自然區(qū)位等條件限制導(dǎo)致了絕大部分海島無法實現(xiàn)飲用水和生活用水自給。淡水、糧食需由大陸供應(yīng)，補(bǔ)給線長，限制了島嶼人口數(shù)量的增加[13]。目前通過傳統(tǒng)方式，如開采地下水、抽取河流水等已難以滿足海島現(xiàn)在及未來的淡水需求[14]。在極度缺乏淡水的情況下，經(jīng)過近十幾年的努力，這種狀況多有改善④[14]，在現(xiàn)代化的雨水收集設(shè)施、新增加的一次中途補(bǔ)給以及先進(jìn)的海水淡化設(shè)備的幫助下，讓淡水供給變得更加充裕[15]，卻沒有足夠的自給淡水無限量供應(yīng)。此外，由于南沙諸島等淡水匱乏⑤[16]，無法形成一個有效供給鏈，使得我國島上漁民只能望洋興嘆，對于維護(hù)我國海洋權(quán)益極為不利。另外，海水淡化在很大程度上緩解了淡水不足的問題，但由于其過于“干凈”，同時缺乏基于大規(guī)模數(shù)據(jù)合理論證，長期飲用對人體健康的影響仍值得重視和研究[18]。且我國淡化水主要為工業(yè)用途，尚未大規(guī)模進(jìn)入市政供水系統(tǒng)[18]。并且相對而言，其占地面積較大、成本高[19]的問題無法靈活有效地應(yīng)對面積較小的島嶼的自然區(qū)位限制。除此之外，通過船舶運輸?shù)M(jìn)行補(bǔ)給，具有運輸高成本、補(bǔ)給不穩(wěn)定等問題⑥。所以面對淡水匱乏，應(yīng)利用更為先進(jìn)的、更適應(yīng)在面積狹小的島礁開展的造水技術(shù)，來化解這一難題，以保證海島常住及非常住居民基本的生存和發(fā)展需求。有鑒于此，本文提出基于空氣的取水技術(shù)是下一步亟需發(fā)展的方向，也是長久解決我國南海缺水的關(guān)鍵所在。
2新綠色科技：風(fēng)力制水機(jī)
地球上的淡水含量僅占全球總水量的2.53%，其中68.7%源于固體冰川。而人類所能夠直接利用的淡水資源分布不均且日益稀缺。對于海島和沿海淡水匱乏地區(qū)而言，解決淡水供應(yīng)問題的傳統(tǒng)方法包括交通運輸和海水淡化兩種途徑[20]。但以上兩種方式，都未能解完全決缺水這一瓶頸問題。而富含水蒸氣的空氣則無處不在，為空氣取水技術(shù)的廣泛運用創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件?？諝庾鳛樽匀唤缢h(huán)過程中水蒸氣存在的一種介質(zhì)，攜帶水蒸氣完成循環(huán)[20]。而空氣取水技術(shù)，簡言之，即是通過一定的裝置，將空氣中的水分加以吸收利用。因此為改變淡水匱乏的現(xiàn)狀，必須結(jié)合我國海島的現(xiàn)實狀況，充分利用現(xiàn)有的科技，從空氣中提取水（fromairtowate）r———空氣制水。傳統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電是利用風(fēng)力帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電，而風(fēng)力制水機(jī)為新的創(chuàng)造，主要通過風(fēng)力機(jī)葉片驅(qū)動熱泵（制冷），然后由熱泵將空氣中的水蒸氣制冷凝結(jié)成水，凈化過濾后，就可以直接用于飲用和灌溉[21]。就其工作原理而言，風(fēng)力制水機(jī)僅依賴當(dāng)?shù)氐臍鉁匾约翱諝庵械乃趾?。因此，在運用上幾乎不受限制。風(fēng)力制水機(jī)已經(jīng)在荷蘭[22]和科威特[23]成功實現(xiàn)造水（風(fēng)力制水機(jī)AW75荷蘭呂伐登地區(qū)產(chǎn)水?dāng)?shù)據(jù)如表1所示）。其也有別于之前通過風(fēng)力發(fā)電，然后通過電制水的技術(shù)。目前，中國已經(jīng)有一家公司申請了風(fēng)力制水機(jī)的實用新型專利[24]，某個體研究者也申請了直聯(lián)式風(fēng)力制水機(jī)專利⑦。其工作原理簡單，濕度為50%的20℃空氣中，每千米空氣蘊(yùn)含7克左右的水；濕度為50%的30℃空氣中，儲藏近14克的水。風(fēng)力機(jī)迫使空氣流經(jīng)熱換器，使空氣制冷并凝結(jié)。當(dāng)溫度達(dá)至露點，將形成水滴并為蓄水倉所收集。除了工作原理簡單，風(fēng)力制水機(jī)還具有以下優(yōu)勢：（1）占地面積小，對地域面積的要求極低；（2）環(huán)保且能夠持續(xù)利用，不會對環(huán)境帶來負(fù)面影響，不需要外部能源（電力），僅僅風(fēng)力就足夠⑧；（3）一個小型的風(fēng)車能為500~1000人⑨[26]的小村莊提供充足的飲用水；（4）適應(yīng)能力強(qiáng)，能夠適應(yīng)各種氣候和地質(zhì)環(huán)境———海島、荒漠、環(huán)境惡劣地區(qū)、水源已被污染的地區(qū)。當(dāng)然，風(fēng)力制水機(jī)因為其特殊結(jié)構(gòu)，并不是適用于任何自然環(huán)境。當(dāng)氣溫低于15℃時，不能順利提取水；并且，較適合于少雨的地方[21]。
3我國海島應(yīng)用風(fēng)力制水機(jī)效益分析
我國海島眾多，承擔(dān)著我國發(fā)展海洋經(jīng)濟(jì)，落實海洋戰(zhàn)略，維護(hù)海洋權(quán)益的重任。風(fēng)力制水機(jī)應(yīng)用于海島需要有比較明確的技術(shù)發(fā)展方向，將產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
3.1技術(shù)發(fā)展方向海水淡化在我國已有較長的歷史，有隸屬于國家海洋局的天津海水淡化與綜合利用研究所專門從事此方面的研究。據(jù)最新介紹⑩，各沿海城市將來會有一定比例的淡水供應(yīng)是來自海水淡化。由于其出產(chǎn)淡水規(guī)模大，應(yīng)用方面應(yīng)著重于在需求量大且地域面積并不緊張的地區(qū)進(jìn)行推廣，其中也包括面積較大的海島。而風(fēng)力制水機(jī)則可作為海水淡化技術(shù)的補(bǔ)充，在面積較小海島、地下水污染嚴(yán)重以及人均密度較低且缺水的農(nóng)村地區(qū)應(yīng)用，以保證可飲用淡水的供應(yīng)。風(fēng)力制水機(jī)與海洋淡化工程是相輔相成的技術(shù)，其目標(biāo)一致，但應(yīng)用區(qū)域卻各有不同。鑒于我國海水淡化當(dāng)下的主要功用為工業(yè)用水，因而使用海水淡化與風(fēng)力制水機(jī)的目標(biāo)群體也有所差別，海水淡化可以朝向工業(yè)用水為主、飲用水為輔的技術(shù)方向大力發(fā)展，而風(fēng)力制水機(jī)則可單純向保障人群飲用水安全的技術(shù)方向發(fā)展，形成差異化、共同發(fā)展的格局。
3.2效益分析
3.2.1成本競爭方面的經(jīng)濟(jì)效益分析風(fēng)力制水機(jī)的占地面積小，適應(yīng)能力強(qiáng)，能夠適應(yīng)各種氣候和包括海島、荒漠、環(huán)境惡劣地區(qū)、水源已被污染的地區(qū)，制出的水可直接飲用，市場潛力巨大，但首先要考慮其市場化的可行性。本文具體針對海島，分析風(fēng)力制水機(jī)與陸地淡水供應(yīng)、海水淡化和船舶運輸?shù)昂u自打井相比均具有市場競爭優(yōu)勢。首先，陸地淡水供應(yīng)方面，以近岸大島平潭為例，其自身供水不足，主要從福清購買淡水依靠海峽大橋運輸補(bǔ)給，平均每噸水的價格為人民幣3元左右。價格相比而言具有優(yōu)勢，但需要注意的是，據(jù)筆者調(diào)查，平潭水務(wù)網(wǎng)線工程設(shè)備基本是20世紀(jì)80年代建成，到普通居民家中的水呈現(xiàn)有色狀態(tài)，可飲用的安全度存在疑問。同時，平潭作為綜合實驗區(qū)、福建自貿(mào)區(qū)所在地，人口增加已成必然。現(xiàn)在的福清供水僅能滿足平潭綜合實驗區(qū)主島的主城區(qū)供水，其它地方的供水并沒有保障。而作為飲用水，一般家庭都額外付費加裝凈水器或直接購買桶裝水（以每桶19升為計算標(biāo)準(zhǔn)，價格12元至50元皆有）。辦公場所都不直接飲用自來水，飲用的是桶裝水或瓶裝水（以500毫升計算，每瓶大約1.5元至5元），因而單純以自來水出廠價格來計算飲用水成本，并不合理。此外，我國自來水價格由于管制原因，明顯低于市場應(yīng)有的價格。其次，海水淡化供應(yīng)方面，我國除了在沿海地區(qū)有海水淡化設(shè)施外，在很多海島上也有海水淡化設(shè)施，其中就包括我國三沙市的較大海島，海水淡化成為這些海島飲用水的主要來源。雖然我國海水淡化研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展迅速，但實際上，我國至今的海水淡化主要是工業(yè)用水，北京因為極端缺水，河北曹妃日產(chǎn)百萬噸淡化海水項目于近期獲批，預(yù)計2019年開始向北京輸水。同時長期飲用淡化海水對于身體的影響還有待繼續(xù)觀察，此因素也進(jìn)而限制了海水淡化飲用的市場規(guī)模。海水淡化每噸成本5~8元[27]，而以江蘇豐海新能源淡化海水發(fā)展有限公司的新產(chǎn)品“中鹽海露”海水淡化純凈水為例，其一般售價為每瓶3元（350毫升）。海水淡化作為飲用水來講，并不像看起來那樣擁有極高競爭力。再者，船舶運輸?shù)昂u自打井供應(yīng)方面，我國南沙群島中無天然淡水供應(yīng)的較小海島主要是通過雨水收集，更多是船舶運輸方式補(bǔ)給淡水資源，其成本非常高，并且很不穩(wěn)定，申請船補(bǔ)水提前時間約為61天[29]。遇到惡劣天氣和突發(fā)事件，守島官兵就可能有生命危險。而近岸島的自打井取淡水，適用范圍小，可供給人數(shù)也少，并且我國很多島嶼根本不適合提取地下水資源。相對而言，這兩種方式都不是解決海島保護(hù)與開發(fā)要求的淡水供應(yīng)的長久之計。而以風(fēng)力制水機(jī)AW75型為例，其可飲用水制水成本為每升0.01歐元（約為人民幣0.07元）[21]，相對而言，對于一些海島，特別是要進(jìn)行開發(fā)，需要保障海島居民飲水安全和生活品質(zhì)的海島，具有相當(dāng)?shù)母偁巸?yōu)勢。同時風(fēng)力制水機(jī)屬于海洋綠色新科技，其技術(shù)還有很大的改良和提升空間。除了風(fēng)力驅(qū)動之外，還可以采用太陽能雙種動力驅(qū)動，法國WMS1000混合動力風(fēng)力制水機(jī)在沒有風(fēng)的情況下，可以通過太陽能發(fā)電驅(qū)動制水，而這樣的混合動力，使得風(fēng)力制水機(jī)在新疆、內(nèi)蒙古、北京、河北、山西、甘肅等內(nèi)地也具有市場。在剔除財政補(bǔ)貼的情況下，不同光照資源區(qū)，目前裝機(jī)規(guī)模0~50千瓦的光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電成本在1.13~1.94元/千瓦時，在2015年將下降到0.74~1.28元/千瓦時，2020年將進(jìn)一步下降到0.58~1.00元/千瓦時[30]。各項成本的降低，意味著風(fēng)力制水機(jī)在混合動力系統(tǒng)下的產(chǎn)水成本的降低。而且，國外對于太陽能的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展并不比中國好，中國在此方面具有優(yōu)勢，換言之，中國對于風(fēng)力制水機(jī)的未來運用占有較大優(yōu)勢，具備搶占國外市場的可能性。
3.2.2維護(hù)國家權(quán)益方面的效益分析我國南海權(quán)益維護(hù)已上升成為國家重要戰(zhàn)略，其中比較重要的就是維護(hù)我國的海島主權(quán)。作為“海洋憲法”的《聯(lián)合國海洋法公約》并沒有對島嶼這一概念的面積大小有明確規(guī)定。只是在第121條第3款規(guī)定不能維持人類居住或其本身的經(jīng)濟(jì)生活的巖礁，不應(yīng)有專屬經(jīng)濟(jì)區(qū)或大陸架。對于南沙島礁中存在的半人工半自然的混合島礁，國際法并沒有明確界定其法律地位[31]。此時，如何快速完成島礁上改善居住環(huán)境建設(shè)，同時使其變得能維持人類居住或其本身的經(jīng)濟(jì)生活，是極為重要的問題。單純從GDP或績效考核來看，對于島嶼的各種建設(shè)經(jīng)濟(jì)成本巨大，但從島嶼主張經(jīng)濟(jì)專屬區(qū)、大陸架等權(quán)利獲得的社會效益等出發(fā)，這些投入意義重大。南沙諸島面積小，寸土寸金，風(fēng)力制水機(jī)應(yīng)是其經(jīng)濟(jì)計算之下解決生存和發(fā)展困難的優(yōu)先選擇。
4結(jié)論與建議
我國雖地大物博，但仍屬于淡水資源缺乏國家，人均淡水占有量僅為世界人均的四分之一。且時空分布不均。600多座城市有400多個供水不足，嚴(yán)重缺水城市有110個。農(nóng)村約有3.6億人喝不上符合標(biāo)準(zhǔn)的飲用水[32]。這樣的情況在海島、地下水污染嚴(yán)重等地區(qū)更為嚴(yán)重，因而借助新技術(shù)解決面臨的問題，顯得非常重要。海水淡化作為緩解沿海地區(qū)水資源匱乏的重要措施，發(fā)展勢頭迅猛。我國在海水淡化方面的政策扶持力度可觀，《海水利用專項規(guī)劃》《海水利用標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展計劃》《海水淡化科技發(fā)展“十二五”專項規(guī)劃》《國家海洋局關(guān)于促進(jìn)海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的意見》《海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》《國務(wù)院辦公廳關(guān)于加快發(fā)展海水淡化產(chǎn)業(yè)的意見》《國務(wù)院關(guān)于加快發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)的意見》《浙江省海水淡化產(chǎn)業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》等相關(guān)規(guī)劃相繼。在各個層級、不同部門齊心合力推動之下，在發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃和政策法規(guī)促進(jìn)保障之下，我國海水淡化產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程逐步加快，其成本也從最初的基本無法接受到現(xiàn)在的可以逐步推廣。風(fēng)力制水機(jī)是除海水淡化以外，又一項極具潛力的新技術(shù)，應(yīng)用前景甚至可能比海水淡化更為廣闊，應(yīng)給予足夠的重視和支持，以期在實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的同時，極大的改善海島生活條件，實現(xiàn)維護(hù)我國海洋權(quán)益的目標(biāo)。就具體落實而言，應(yīng)從以下幾個方面著手。
4.1逐步糾正水價非正常低價現(xiàn)象，實現(xiàn)淡水資源市場化配置由于特殊歷史和現(xiàn)實原因，我國淡水資源市場購買價處于較低價格，且在供應(yīng)相對壟斷的情況下，政府一直強(qiáng)調(diào)利用工程增加淡水供應(yīng)，普通人無法親身直接感受到水資源的寶貴。在低價情況下，水資源除了被大量浪費，還產(chǎn)生了很多額外成本。比如，由于現(xiàn)在很多飲用水水質(zhì)相比以前存在一定程度的下降，以北京一些酒店為例，已開始區(qū)別可飲用水和一般水。增加了運營的成本，而各企業(yè)單位日常都購買桶裝水，而非直接飲用自來水廠供水，在一定程度上這部分額外成本一直未納入水價計量之中。同時，鑒于水資源品質(zhì)的日益降低，家庭用的凈水設(shè)備已開始大量裝備，以求保證水質(zhì)的可飲用。形成了低水價、低品質(zhì)、浪費大，隱形成本不斷增加的中國特有局面。同時，在這樣的低水價之下，相關(guān)淡水資源綠色科技產(chǎn)品相對而言就顯得成本比較高，不具有市場競爭性。而適時推動淡水資源的市場化運作，則顯得更為必要，在淡水實際成本居高的情況下，才有綠色科技應(yīng)用的市場保證。
4.2政府應(yīng)為風(fēng)力制水機(jī)提供政策支持，推動其試點和推廣運用由于市場暫時失靈，風(fēng)力制水機(jī)的市場受限，但其需求仍在，且對維護(hù)我國海洋權(quán)益和改善海島居民的落后基礎(chǔ)設(shè)施有極大的益處。我國在制定相關(guān)發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃和政策法規(guī)中應(yīng)對這一新興科技給予足夠的重視，出臺相關(guān)政策法規(guī)推動其試點和推廣，為我國海島及亟需淡水的地方提供新的選擇，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。比如，給予風(fēng)力制水機(jī)以海水淡化同樣的政策支持，在提及促進(jìn)海水淡化的公共政策文件中，除了明確提及海水淡化之外，補(bǔ)充包括風(fēng)力制水等其它技術(shù)應(yīng)加速推廣運用試點。在新經(jīng)濟(jì)常態(tài)要求各地方主管部門應(yīng)出臺政策和投入資金支持創(chuàng)新，鼓勵包括風(fēng)力制水機(jī)在內(nèi)的海洋經(jīng)濟(jì)綠色科技的發(fā)展，領(lǐng)先一步，形成產(chǎn)業(yè)化，形成地方海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展新的支撐點。風(fēng)力制水機(jī)已是成熟的技術(shù)，在國外已經(jīng)成熟，可成套購買。國內(nèi)有公司也已就相關(guān)技術(shù)申請了專利，但因無廣大市場保證和政策鼓勵，處于暫停狀態(tài)。各級政府部門應(yīng)在基礎(chǔ)設(shè)施專項資金中單列淡水資源新科技應(yīng)用經(jīng)費，保障其推廣與運用。只有在大力推廣的前提下，才存在產(chǎn)業(yè)化的可能性，同時降低購買成本。
4.3以產(chǎn)業(yè)化為導(dǎo)向，開放知識產(chǎn)權(quán)限制相關(guān)政府部門可以考慮與國內(nèi)擁有該項專利技術(shù)的公司合作，采取一年保底購買若干臺風(fēng)力制水機(jī)設(shè)備措施，同時要求其積極“反向分析”國外成熟技術(shù)，推出新型、適用地域更為廣泛的產(chǎn)品，并且要求其在5~10年內(nèi)放棄專利權(quán)，使其他公司進(jìn)入風(fēng)力制水機(jī)行業(yè)，降低壟斷技術(shù)帶來的高成本，以實現(xiàn)風(fēng)力制水機(jī)產(chǎn)業(yè)化、低成本化。
作者：鄧云成 單位：國家海洋局海島研究中心