Die Kosten der Entsalzung

1. Einleitung

In den 1960er Jahren entwickelte sich die Entsalzung zu einem der wichtigsten Mittel zur Aufbereitung von Salzwasser, um es für die Verwendung in verschiedenen Teilen der Welt und in der Industrie auf akzeptable Wasserqualitätsstandards zu bringen (Ghaffour, et al., 2012). Die Auswirkungen des Klimawandels, des Bevölkerungswachstums und der zunehmenden Industrialisierung haben eine wichtige Rolle bei der Wasserknappheit gespielt und sich erheblich auf die Wassernachfrage ausgewirkt. Zahlreiche Länder in Afrika, im Nahen Osten und in Asien leiden unter ernsthaftem Süßwasserstress und sehen sich bis ins Jahr 2025 mit einer Zunahme der Wasserknappheit konfrontiert. Es ist auch wichtig zu wissen, dass fast 40 Prozent der Weltbevölkerung in einem Umkreis von 100 km um einen Ozean oder ein Meer leben (Ghaffour, et al., 2012), was die Meerwasserentsalzung als integralen Bestandteil der weltweiten Antwort auf die Wasserknappheit rechtfertigt.

Dieses Papier gibt einen Überblick über die Kosten der Entsalzung und die Hauptkomponenten der damit verbundenen Kapitalkosten (CAPEX) und Betriebs- und Wartungskosten (OPEX). Es werden Beispiele für die Kosten von Entsalzungsanlagen vorgestellt, um die Bandbreite der zu erwartenden Kosten zu veranschaulichen und die konzeptionelle Planung und Entwicklung von Entsalzungsprojekten zu unterstützen.

2. Marktanteil und Trends bei der Entsalzung

Die am weitesten verbreiteten Formen der Entsalzung lassen sich in zwei Technologietypen unterteilen:

1. Thermische Entsalzung (Nutzung von Wärmeenergie zur Abtrennung von Destillat aus Wasser mit hohem Salzgehalt), hauptsächlich vertreten durch die Mehrfacheffekt-Destillation (MED) und die mehrstufige Flash-Destillation (MSF). Mechanische Dampfkompression (MVC) wird in erster Linie zur Entsalzung von Wasser mit hohem TDS-Wert (> 45.000 mg/l) und/oder von Industrieabwässern zum Zweck der Wiederverwendung und nicht unbedingt zur Trinkwassernutzung eingesetzt.
2. Membrantrennung durch Umkehrosmose (RO), bei der eine Membranbarriere und Pumpenergie verwendet werden, um Salze aus Wasser mit hohem Salzgehalt (typischerweise < 45.000 mg/l) abzutrennen.

Entsalzungstechnologien sind in der Lage, Wasser aus einer Vielzahl von Quellen zu behandeln, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Brackwasser, Oberflächenwasser, Meerwasser sowie Haushalts- und Industrieabwasser. Mit der Weiterentwicklung und Verbesserung der Entsalzungstechnologien sind die Kosten für den Bau von Entsalzungsanlagen gesunken. Dieser Kostenrückgang ist einer der Hauptfaktoren für die Akzeptanz, das Wachstum und den Erfolg der Entsalzung. Seit den 1960er Jahren sind die Kosten für die mehrstufige Flash-Destillation (MSF) zur Entsalzung von Wasser ungefähr um den Faktor 10 gesunken, von ungefähren Stückkosten von 10,00 US$/m3 in den 1960er Jahren auf weniger als 1,00 US$/m3 (3,79 $ pro 1000 Gallonen) im Jahr 2010. Gegenwärtig, im Jahr 2017, sind die Kosten für MSF an einigen Standorten aufgrund technologischer Entwicklungen und niedrigerer Energiepreise um bis zu 20 Prozent gegenüber 2010 gesunken. In ähnlicher Weise haben technologische Verbesserungen bei der Konstruktion von Membranen und der Systemintegration die Kosten für die Entsalzung von Brackwasser in den letzten zwei Jahrzehnten um mehr als die Hälfte gesenkt (Ghaffour, et al., 2012). So schätzte das Texas Water Development Board im Jahr 2012 die Gesamtproduktionskosten für die Entsalzung von Brackwasser auf 0,29 bis 0,66 $ pro m3 Kapazität (1,09 bis 2,49 $ pro tausend Gallonen) (Arroyo, et al., 2012). Eine Studie der Water Reuse Association (WRA) aus dem Jahr 2012 zeigte jedoch, dass die Kostentrends für große Meerwasserumkehrosmose-Projekte (SWRO) seit 2005 anscheinend abgeflacht sind, aber seitdem in einem Bereich von 0,79 bis 2,38 $ pro m3 (3,00 bis 9,00 $ pro tausend Gallonen) Kapazität stark schwanken (WRA, 2012). Diese große Schwankungsbreite ist auf viele Kostenfaktoren und Variablen zurückzuführen, die in Abschnitt 3 erörtert werden.

Die folgenden Diagramme (Abb. 1 bis 5) zeigen die Gesamtentsalzungskapazität und das Wachstum nach Typ, Standort und Endnutzeranwendungen.

2.1 Gesamtkapazität

Die Gesamtentsalzungskapazität überstieg 2010 64 Millionen m3/Tag und lag 2015 bei fast 98 Millionen m3/Tag. Abbildung 1 zeigt, wie schnell die Kapazität im 21. Jahrhundert gewachsen ist (Quelle: GWI Desal Data & IDA).

Abbildung 1 – Weltweite Gesamtentsalzungskapazität (m3/d)

2.2 Wachstum und installierte Kapazität nach Regionen

Die größte Produktionskapazität nach Standort befindet sich im Nahen Osten, da es dort an Süßwasserquellen mangelt und es reichlich Energieressourcen gibt, wie aus den Abbildungen 2 und 3 hervorgeht. Der größte Nutzer von Entsalzungsanlagen nach Kapazität ist das Königreich Saudi-Arabien, gefolgt von den Vereinigten Staaten, den Vereinigten Arabischen Emiraten, Australien, China, Kuwait und Israel.

Abbildung 2 – Entsalzungskapazität nach Land

Die Top 15 Entsalzungsmärkte für einen Neunjahreszeitraum von 2007 – 2016 sind in Abbildung 3 dargestellt. Die Vereinigten Staaten haben seit 2012 den größten Anstieg der installierten Kapazität zu verzeichnen.

Abbildung 3 – Marktanteil Entsalzung 2007 – 2016

2.3 Installierte Kapazität nach Technologie

Abbildung 4 zeigt die installierte Kapazität nach Technologie. Die vorherrschende Entsalzungstechnologie ist heute die Umkehrosmose (RO). Der Einsatz der Umkehrosmose ist ein Kompromiss zwischen niedrigen OPEX (Verwendung elektromechanischer Energie im Gegensatz zur typischerweise teureren thermischen Energie) und hohen CAPEX (aufgrund der Kosten und der relativ kurzen Lebensdauer der Membranen, also hohen Ersatzkosten). Im Laufe der Jahre sind die Membranpreise drastisch gesunken und die Lebensdauer der Membranen hat sich aufgrund einer besseren Vorbehandlung des Speisewassers und eines besseren Verständnisses des Betriebs von Umkehrosmoseanlagen erhöht.

Abbildung 4 – Weltweite Gesamtkapazität nach Entsalzungstyp

2.4 Installierte Kapazität nach Anwendung und Nutzung

Abbildung 5 zeigt den Marktanteil der Entsalzung nach Endverbraucheranwendung. Der größte Anteil der installierten Gesamtkapazität entfällt auf die kommunale Entsalzung, gefolgt von Industrie, Energieversorgung, Bewässerung und Tourismus.

Abbildung 5 – Globale Entsalzungskapazität nach Marktanwendung

Die oben genannten Faktoren (Abschnitt 2), wie Kapazität, Standort, Typ und Anwendung, haben einen erheblichen Einfluss auf die Kosten. Es gibt weitere wichtige standortspezifische Faktoren, die sich direkt auf die Entsalzungskosten auswirken und die im folgenden Abschnitt erörtert werden.

3. Wesentliche Auswirkungen auf die Entsalzungskosten

Zu den Faktoren, die sich direkt und wesentlich auf die Entsalzungskosten auswirken, gehören unter anderem die Entsalzungstechnologie, die Qualität des Roh- und Produktwassers, die Art des Zulaufs und des Ablaufs, der Standort der Anlage oder des Projekts, die Art der Energierückgewinnung, der Strompreis, der Nachbehandlungsbedarf, die Lagerung, die Verteilung, die lokalen Infrastrukturkosten und die Umweltvorschriften.

3.1 Entsalzungstechnologie

Nahezu 95 Prozent der installierten Entsalzungskapazität sind heute entweder thermische (35 Prozent) oder membranbasierte (60 Prozent) Technologie (Ghaffour, et al., 2012). Die einzelnen Systemtypen unterscheiden sich erheblich in Bezug auf Grundfläche, Baumaterialien, Ausrüstung, Vorbehandlungsanforderungen, Strom- und Dampfbedarf und andere Aspekte. Die Wahl der Technologie bestimmt auch die Art der Chemikalien, die für die Vor- und Nachbehandlung verwendet werden, was sich auf die Betriebskosten auswirkt.

3.2 Standort

Der Standort, an dem eine Entsalzungsanlage gebaut wird, kann einen großen Einfluss auf die Gesamtkosten des Projekts haben. Bei einer SWRO (Sea Water Reverse Osmosis)-Entsalzungsanlage zum Beispiel sollte die Anlage so nah wie möglich an der Quelle der Meerwasserentnahme liegen, um höhere Kosten für Entnahmeleitungen und komplexe Entnahmebauwerke zu vermeiden. Ein optimaler Standort reduziert auch die Kosten für die Ableitung der konzentrierten Sole zurück ins Meer. Allerdings sind die Kosten für den Erwerb von Grundstücken ein wichtiger Faktor, der an Standorten, an denen die Grundstückskosten bei relativ kurzen Entfernungen um Größenordnungen differieren können, eine größere Wasserdurchleitung erforderlich machen kann. Aus bautechnischer Sicht sind sorgfältige Überlegungen zu Aspekten wie den örtlichen Bodenverhältnissen (möglicherweise sind neue Bodenaufschüttungen oder strukturelle Betonpfähle erforderlich) und der Nähe zu einer zuverlässigen Stromquelle zu empfehlen, um die Kosten für die Stromübertragung zu senken.

3.3 Rohwasserqualität

Die standortspezifische Rohwasserqualität kann einen großen Einfluss auf die Anzahl und die Art der Vorbehandlungsschritte haben, die vor dem eigentlichen Entsalzungsschritt erforderlich sind, sowie auf die Gesamtdimensionierung der Entsalzungsanlage. Der Gesamtgehalt an gelösten Feststoffen (TDS) des Ausgangswassers wirkt sich direkt auf die Betriebskosten aus, da der Betriebsdruck (RO) und die Temperatur (thermisch) in der Regel steigen, wenn der Salzgehalt des Rohwassers zunimmt. Ein höherer Salzgehalt des Rohwassers kann auch die mögliche Produktwasserausbeute pro Gallone Rohwasser sowohl bei RO- als auch bei thermischen Systemen verringern. Im Falle der SWRO können in Gebieten wie kleinen Buchten, Golfen oder Kanälen die Meerwasserströmungen und die daraus resultierende natürliche Durchmischung mit dem größeren Meerwasserkörper (d. h. dem Ozean) minimal sein. In diesen Gebieten kann der Salzgehalt höher sein, die Gesamtmenge an Schwebstoffen höher, die Temperaturschwankungen größer und die organische Belastung und biologische Aktivität höher als im offenen Meer. All diese Faktoren erhöhen die Komplexität der Konstruktion und des Baus und können daher sowohl die CAPEX- als auch die OPEX-Kosten erheblich steigern.

Darüber hinaus hat die Speisewassertemperatur einen großen Einfluss auf die Betriebsdruckkosten der Umkehrosmoseanlage, wobei der Speisedruck um 10 % bis 15 % steigt, wenn die Speisewassertemperatur um 10 ⁰F unter 70 ⁰F sinkt (WRA, 2012).

Bei einer Umkehrosmoseanlage bestimmt die erforderliche Produktwasserqualität die Anzahl der erforderlichen Membrandurchgänge, was sich auf die Kosten auswirkt.

3.4 Zulauf und Ablauf

Die Art des Zulaufs und des Ablaufs, die für eine Entsalzungsanlage ausgewählt werden, ist eine der wichtigsten technischen Überlegungen für die kosteneffiziente Auslegung und den optimalen Betrieb einer Anlage. Es müssen wichtige Faktoren bewertet werden, wie z.B. die am besten geeignete Art des Zulaufs (Unterwasserzulauf vs. offener Zulauf), die Entfernung des Zulaufs zur Anlage, die Art der Zulaufsiebe, die Art des Zulaufbauwerks, die Art der Zulaufleitung (erdverlegt vs. oberirdisch) und Umweltaspekte im Hinblick auf das Auftreffen und Mitreißen von Meerestieren. Jeder dieser Punkte hat einen erheblichen Einfluss auf die Kosten. Die Kosten für das Ansaugsystem können von 0,13 Mio. $ pro tausend m3/Tag (0,5 Mio. $ pro MGD) Kapazität für eine offene Ansaugung bis zu 0,79 Mio. $ pro tausend m3/Tag (3,00 Mio. $ pro MGD) für komplexe Tunnel- und Offshore-Ansaugungen variieren (WRA, 2012).

Um die potenzielle Bedeutung der Kosten für Einlass- und Auslassstrukturen zu veranschaulichen, erfordern SWRO-Anlagen, die in der Nähe von Meereslebensräumen liegen, die sehr empfindlich auf einen erhöhten Salzgehalt reagieren, aufwendige Konzentratauslass-Diffusorsysteme, deren Kosten 30 % der Gesamtausgaben für Entsalzungsprojekte übersteigen können. Im Gegensatz dazu befinden sich die Konzentrateinleitungen der Entsalzungsanlagen mit den niedrigsten Wasserproduktionskosten entweder in Küstengebieten mit sehr guter natürlicher Durchmischung oder sind mit Kraftwerksauslassstrukturen kombiniert, die eine gute Anfangsdurchmischung und eine bessere Ableitung der Abluftfahne ermöglichen. Die Kosten für die Einlass- und Auslasseinrichtungen dieser Anlagen betragen in der Regel weniger als 10 Prozent der Gesamtkosten der Entsalzungsanlage (WRA, 2012).

3.5 Vorbehandlung

Die Vorbehandlungskosten werden durch die Art und Komplexität des Vorbehandlungssystems beeinflusst. Die Art der erforderlichen Vorbehandlung hängt von der Rohwasserqualität am Projektstandort ab. Einige Rohwasserquellen aus dem Meer oder Brackwasser haben einen hohen Anteil an organischen Stoffen und biologischer Aktivität und erfordern robustere Vorbehandlungstechnologien wie DAF (Dissolved Air Flotation) und UF (Ultrafiltration). Andere Rohwasserquellen, die unterirdische Entnahmestellen oder Entnahmestellen auf Brunnenbasis nutzen, können eine geringere Vorbehandlung erfordern, beispielsweise eine einstufige Medienfiltration oder MF (Mikrofiltration).

Nach einem Artikel der Water Reuse Association mit dem Titel „Seawater Desalination Costs“ (Kosten der Meerwasserentsalzung) liegen die Kosten für die Vorbehandlung in der Regel zwischen 0,13 und 0,40 Mio. $ pro tausend m3/Tag (0,5 bis 1,5 Mio. $ pro MGD). Am unteren Ende dieses Bereichs sind herkömmliche einstufige Medienfiltrationssysteme ausreichend. Die Vorbehandlungskosten steigen, wenn zusätzliche Vorbehandlungsschritte hinzugefügt werden, wie z. B. zweistufige Medienfilter oder Medienfiltration gefolgt von MF- oder UF-Systemen.

Die Vorbehandlungskosten sind in der Regel höher, wenn die Wasserquelle Abwasser ist. Dies kann auf viele Faktoren zurückzuführen sein, z. B. auf die Notwendigkeit, hohe Kalzium- und Magnesiumwerte (Härte) zu entfernen, auf zusätzliche Chlorierungs- und Dechlorierungsschritte zur Zerstörung von Mikroben oder auf die Notwendigkeit, UF zur Entfernung von organischen Verbindungen mit hohem Molekulargewicht einzusetzen.

3.6 Energierückgewinnung

RO-Anlagen verwenden Hochdruckpumpen, um den osmotischen Druck des Rohwassers zu überwinden. Einige SWRO-Anlagen können zum Beispiel einen Speisedruck von bis zu 70 bar (1000 psig) erfordern. Der RO-Konzentrat-Salzstrom aus diesem Prozess enthält Druckenergie, die zurückgewonnen werden kann, um den Gesamtenergiebedarf des RO-Systems zu senken. Energierückgewinnungstechnologien verringern den Gesamtenergieeinsatz und senken damit die Betriebskosten.

3.7 Elektrischer Strom

Die örtlichen Energiepreise, die Übertragungsentfernung, die Anschlussgebühren und möglicherweise die Tarife am geplanten Standort der Entsalzungsanlage spielen eine wichtige Rolle bei der Bestimmung des Preises für den Anschlussstrom. Bei sehr großen thermischen Entsalzungsanlagen kann es aufgrund der Vorteile einer solchen Kombination vielversprechend sein, die Anlage zusammen mit einem Kraftwerk zu errichten.

3.8 Nachbehandlung

Die Wasserqualität des Endprodukts bestimmt die Art der erforderlichen Nachbehandlung. Nachbehandlungsschritte verursachen zusätzliche Kosten. Die Notwendigkeit eines zweiten RO-Durchgangs, um sehr niedrige TDS-Werte zu erreichen oder die Konzentrationen bestimmter Ionen wie Bor oder Chlorid auf akzeptable Werte zu reduzieren, kann eine teure Option sein. Ein RO-System mit zwei Durchgängen ist in der Regel 15 % bis 30 % teurer als ein RO-System mit einem Durchgang (WRA, 2012).

Auch die Stabilisierung des Produktwassers erfordert in der Regel eine pH-Wert-Anpassung und die Zugabe von Bikarbonat-Alkalität, die mit einer Kombination aus Kohlendioxid, Kalk und/oder Natriumhydroxid erfolgen kann, was wiederum zusätzliche Kosten verursacht.

Für Entsalzungsanlagen an der Küste in unmittelbarer Nähe der Gemeinden, die das Wasser nutzen, sind die Grundstückspreise in der Regel sehr hoch. Die Kosten für eine Anlage, die näher an der Verbrauchsstelle und einer geeigneten Stromquelle liegt, sollten gegen die Kosten abgewogen werden, die mit zusätzlichen Einlass- und Auslassleitungsrechten, Rohrleitungskosten, Materialtransport, Genehmigungen, Arbeit und Wartung verbunden sind, die mit der Verlegung einer Anlage weiter weg von der Küste oder dem Versorgungsgebiet verbunden sind (WRA, 2012).

Die Nachbehandlungskosten sind in der Regel höher, wenn die Wasserquelle Abwasser ist. Dies kann auf viele Faktoren zurückzuführen sein, wie z. B. die Oxidation nach der Behandlung zur Inaktivierung von Viren und höhere Kosten für die Entsorgung von Abwassersole oder Feststoffen.

3.9 Lokale Infrastrukturkosten

Die Infrastrukturkosten umfassen Posten wie Erdarbeiten, Beton, Stahl, Strukturen, Entwässerung und Baumaterialien. Je nach Standort der Anlage können die Kosten für jeden dieser Posten erheblich variieren. Abgelegene Werksstandorte, die weit von Industriestädten entfernt sind, haben in der Regel höhere Baukosten als Werke, die in der Nähe von Betonproduktionsanlagen und Industriegebieten errichtet werden, die über ein großes Angebot an Baumaterialien verfügen.

3.10 Umweltvorschriften

Jede geografische Region hat ihre eigenen Umweltvorschriften und -regelungen, die auch innerhalb eines Landes von Staat zu Staat unterschiedlich sein können. So sind beispielsweise die Genehmigungskosten für Projekte in Kalifornien fast viermal so hoch wie die typischen Genehmigungskosten in Florida (WRA, 2012). In Kalifornien gelten strengere Vorschriften und/oder Richtlinien für die Trinkwassergewinnung als in Texas oder Florida, was die Kosten für ein Entsalzungsprojekt in die Höhe treibt. Längere Zeiträume für Umweltprüfungen können auch den Projektzeitplan verlängern, was in der Regel ebenfalls zu höheren Projektkosten führt. In der Tat kann die Anzahl der Jahre, die für die Entwicklung und Genehmigung eines Projekts in einem Staat wie Kalifornien mit sehr strengen Vorschriften erforderlich sind, deutlich länger sein als die Zeit, die für den Bau der Anlage und die Inbetriebnahme erforderlich ist. (WRA, 2012)

4.0 Kostenkomponenten – CAPEX

CAPEX wird in die zwei Hauptkategorien direkte und indirekte Kosten unterteilt. Zu den direkten Kosten gehören Anlagen, Gebäude und andere Bauwerke, Rohrleitungen und die Erschließung des Geländes, die in der Regel zwischen 50 und 85 Prozent der gesamten CAPEX ausmachen. Zu den verbleibenden indirekten Kosten gehören Finanzierungszinsen und -gebühren, technische, rechtliche und administrative Kosten sowie unvorhergesehene Ausgaben (Ghaffour et al., 2012). Die typischen CAPEX-Kosten und -Komponenten für die meisten Entsalzungsanlagen lassen sich wie folgt in neun Teile untergliedern: Zulauf und Rohwasserförderung, Vorbehandlung, Entsalzungsbehandlung, Nachbehandlung, Produktwasserförderung und -speicherung, Elektro- und Instrumentierungssystem, Anlagengebäude, Standort und Bauarbeiten sowie das Gleichgewicht der Anlage, Soleableitung und Feststoffhandhabung sowie verschiedene technische und Entwicklungskosten. Andere Kosten, wie Finanzierungskosten und andere kommerzielle Kosten, müssen ebenfalls berücksichtigt werden. Abbildung 6 zeigt ein Beispiel für eine Aufschlüsselung der Investitionskosten für eine SWRO-Anlage.

Abbildung 6 – Typische SWRO-Entsalzungsanlage – Aufschlüsselung der CAPEX (Quelle: Advisian)

CAPEX hängt in erheblichem Maße von der Größe ab, wobei größere Entsalzungsanlagen weniger pro Million Gallonen installierter Kapazität kosten. Ausgehend von der nachstehenden Abbildung 7 würde der Bau einer mittelgroßen SWRO-Anlage mit einer Kapazität von 10 MGD etwa 80 Mio. $ kosten, während für eine große Anlage wie die 35 MGD-Anlage in Carlsbad bei San Diego mit Kosten von 250 Mio. $ zu rechnen wäre. Anmerkung: Aufgrund von Umwelt-, Genehmigungs- und Bauproblemen kostete diese Anlage am Ende viel mehr.

Abbildung 7 – Baukosten pro Einheit im Vergleich zur Kapazität von SWRO-Anlagen

5.0 Kostenbestandteile – OPEX

Die Betriebskosten (OPEX) lassen sich im Allgemeinen in zwei große Kategorien einteilen: Fixkosten (z.B. Arbeitskosten, Verwaltungskosten, Kosten für die Erneuerung von Ausrüstung und Membranen sowie Grundbesitzabgaben/Steuern usw.) und variable Kosten (z.B. Energie, Chemikalien und andere Verbrauchsgüter). (Arroyo, et al., 2012). Die typischen OPEX-Kosten und -Komponenten für die meisten Entsalzungsanlagen können weiter in neun Teile unterteilt werden, die sich wie folgt zusammensetzen: Stromverbrauch, Verbrauchsmaterialien, fester Abfall, Chemikalien, Arbeitskräfte, Wartung, Anlagengarantie, Betriebsmittel & und andere Fixkosten (Verwaltung, Ersatzteile, Unvorhergesehenes usw.), wie in Abbildung 8 dargestellt.

Abbildung 8 – Typische SWRO-Entsalzungsanlage OPEX Aufschlüsselung (Quelle: Advisian)

6.0 Gesamtkosten für die Entsalzung von Wasser

Die Lebenszykluskosten, auch Produktionskosten pro Einheit oder annualisierte Kosten genannt, sind die Kosten für die Produktion von 1.000 Gallonen oder Kubikmetern Wasser durch Entsalzung und berücksichtigen alle CAPEX (einschließlich Schuldendienst) und OPEX und können durch einen prognostizierten oder tatsächlichen Betriebsfaktor der Anlage angepasst werden. Aufgrund aller beteiligten Variablen können diese auf das Jahr umgerechneten Kosten sehr komplex sein, und die Unterschiede zwischen den Produktionskosten der einzelnen Projekte sind möglicherweise nicht direkt vergleichbar. Die Vorhersage zukünftiger Kosten auf der Grundlage von Informationen über vergangene Anlagenkosten führt bestenfalls zu groben Schätzungen.

Abbildung 9 zeigt, dass die auf das Jahr umgerechneten Kosten für verschiedene Arten von abgeschlossenen Umkehrosmoseprojekten sehr unterschiedlich sind. Die durchschnittlichen Kosten, die durch die beste Anpassungslinie in den gezeigten Daten dargestellt werden, liegen bei sehr großen Anlagen (325.000 m3/Tag) bei etwa 0,70 $/m3 (2,65 $ pro tausend Gallonen) und steigen bei kleinen Anlagen (10.000 m3/Tag) auf 1,25 $/m3 (4,75 $ pro tausend Gallonen).

Bei sehr kleinen Anlagen (weniger als 4.000 m3/Tag oder 1 MGD), die kostspielige standortspezifische Besonderheiten bei der Aufnahme, Ableitung und Beförderung aufweisen, können die Kosten jedoch bis zu 3,20 $/m3 betragen. Wenn man die Auswirkungen von Zulauf, Abfluss und Transport ausklammert, verringert sich die Spanne der jährlichen Kosten auf $0,53/m3 bis $1,58/m3 ($2,00 bis $6,00 pro tausend Gallonen) für SWRO-Anlagen und $0,11 bis $1,10/m3 ($0,40 bis $4,00 pro tausend Gallonen) für Brackwasser-RO-Anlagen (WRA, 2012).

Abbildung 9 – Produktionskosten einer RO-Anlage im Vergleich zur Projektkapazität

Die Kosten für die Entsalzung von Industrieabwässern zur Wiederverwendung können viel höher sein. WorleyParsons/Advisian führte beispielsweise eine Studie durch, um die CAPEX und OPEX für eine Entsalzungsanlage mit einer Kapazität von 35.000 m3/Tag in der arabischen Golfregion zu ermitteln, die mit Ölfeldwasser und Kesselspeisewasser gespeist wird. Auf der Grundlage der in dieser Studie ermittelten CAPEX- und OPEX-Kosten waren die Produktionsstückkosten etwa viermal so hoch wie in Abbildung 9 vorausgesagt.

Abbildung 10 unten zeigt einen typischen Vergleich der Lebenszykluskosten von MSF, MED und SWRO für die Produktion eines Kubikmeters Wasser pro Tag. Wie gezeigt, benötigen MSF und MED, bei denen es sich um thermische Entsalzungstechnologien handelt, neben elektrischer Energie auch Dampf (Wärmeenergie), was der Hauptgrund dafür ist, dass sie im Vergleich zu SWRO höhere Gesamtwasserlebenszykluskosten aufweisen.

Abbildung 10 – Wasserproduktionsstückkosten für Entsalzungstechnologien

7.0 Beispiele für die Kosten von Entsalzungsanlagen

Wie in diesem Papier dargelegt, hängen die Kosten für die Entwicklung, den Bau und den Betrieb einer Entsalzungsanlage vom Standort der Anlage, der Art und Qualität des Rohwassers, der Art des Zulaufs und des Ablaufs, der verwendeten Entsalzungstechnologie und der Energierückgewinnungssysteme, den Kosten für die elektrische Energie, der erforderlichen Nachbehandlung und Lagerung, den Vertriebskosten und den Umweltvorschriften ab. Diese Unterschiede können dazu führen, dass eine große Anlage, die in einer Region der Welt gebaut wird, teurer ist als eine kleinere Anlage, die in einer anderen Region der Welt gebaut wird, und zu erheblichen Unterschieden bei den Betriebskosten führen. Dies wird durch die in

Tabelle 1 gezeigten Projekte für drei SWRO-Anlagen an verschiedenen Standorten auf der Welt, wie den USA, dem Nahen Osten und Australien, veranschaulicht.

Region	USA	Arabischer Golf	Australien
Projektname	Carlsbad Desalination Project	Fujairah F1 Extension SWRO	Gold Coast Desalination Plant
Plant location	Carlsbad, CA, USA	Fujairah, UAE	Tugin, Australien
Baudatum der Anlage	2014	2013	2009
Anlagenkapazität m3/d (MGD)	189,000 (50)	136,000 (30)	133,000 (35.1)
Pflanzenverwertung	45-50%	45-.50%	45%
Rohwassersalzgehalt (ppm)	36,000	45,000	38,000
Produktwasserqualität (ppm)	200	500 (WHO-Standard)	200
Entnahmetyp	Offene Entnahme, Co-Location	Offener Einlass	Offener Einlass, Trommelsiebe, Ansaug-/Ablauftunnel
Vorbehandlungstyp	Zweistofffiltration	Gasflotation + Filtration	Zweikammerfiltration
Entsalzungstechnik	2 Pass SWRO	2 Pass SWRO	2 Pass SWRO
Energie Rückgewinnungstyp	ERI	ERI	DWEER ERD
Nach-Behandlung	CO2 und Kalkzusatz, Chlorierung, Fluoridierung	CO2 und Kalkzugabe, Chlorierung	CO2 und Kalkzugabe, Chlorierung, Fluoridierung
Speicherung und Verteilung	3.4 MG + 10 Meilen Transportleitung und Pumpen	NA	8 MG + 16 Meilen Pipeline + Pumpen
Soleeinleitung	Direkt ins Meer mit Kraftwerk	Direkt ins Meer	300 Meter ins Meer, Durchlässe
Umweltvorschriften	Sehr streng	Mäßig	Stringent
Spezifische Energie (kwh/ m3)	N/A	3.7 – 4,0	3,40
TIC Kosten (US$)	$692.000.000 (529 MM + 163 MM konv. Pipeline) + 213 MM Finanzierungskosten (904 MM insgesamt)	$200.000.000	$943.000.000 (745 MM Anlage + 198 MM Tunnel)
Projektierte Lebensdauer, Jahre	20	20	20
Einfache annualisierte CAPEX, US$/Jahr	N/A	N/A	$47.150.000
OPEX (US$/Jahr)	$53.100,000	$26.900.000*2	$32.000.000
Produktionskosten pro Einheit, US$/m3-Tag	$1.86 *1	< $0.60	$1.63

*1 Gesamtkosten pro Einheit für den Eigentümer, die Zahlungen, Finanzierungsgebühren für die Pipeline, verschiedene bauliche Verbesserungen, verschiedene O/M-Kosten und Verwaltungskosten umfassen. *2 Geschätzt

1. Noreddine Ghaffour, Thomas M. Missimer, Gary L. Amy. „Technische Überprüfung und Bewertung der Wirtschaftlichkeit der Wasserentsalzung: Aktuelle und zukünftige Herausforderungen für eine bessere Nachhaltigkeit der Wasserversorgung“. Water Desalination and Reuse Center KAUST, Oktober 2012.
2. Jorge Arroyo, Saqib Shirazi. „Cost of Brackish Groundwater Desalination in Texas“, September 2012.
3. Water Reuse Association. „Seawater Desalination Costs“, Januar 2012.
4. Pankratz, Tom. Water Desalination Report, 2010.
5. Crisp, Gary. „Entsalzung in Australien“ Präsentation, Mai 2010.
6. San Diego County Water Authority. „Overview of Key Terms for a Water Purchase Agreement between the San Diego County Water Authority and Poseidon Resources“ presentation, September 2012.
7. GWI Desal Data & IDA (Int. Desal. Association) for Figure 1, Figure 3, Figure 5, Figure 10.
8. Xavier Bernat, Oriol Gibert, Roger Guiu & Joana Tobella, Carlos Campos. „The economics of desalination for various uses“. Water Technology Center, Barcelona, Spanien.
9. Robert Huehmer, Juan Gomez, Jason Curl, Ken Moore. „Cost Modeling of Desalination Systems“. Desalination Global Technology Leader, CH2M HILL, USA.
10. Gleick H. Peter, Heather Coooley. „The World’s Water 2008-2009: The Biennial Report on Freshwater Resources“, Pacific Institute.
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