Suolanpoiston kustannukset

1. Johdanto

Suolanpoisto nousi 1960-luvulla yhdeksi tärkeimmistä keinoista käsitellä suolapitoista vettä, jotta se saataisiin hyväksyttäviin veden laatustandardeihin käytettäväksi eri puolilla maailmaa ja teollisuudenaloilla (Ghaffour, et al., 2012). Ilmastonmuutoksen, väestönkasvun ja teollistumisen lisääntymisen vaikutukset ovat vaikuttaneet merkittävästi veden niukkuuteen, ja niillä on ollut huomattava vaikutus veden kysyntään. Monet Afrikan, Lähi-idän ja Aasian maat kärsivät vakavasta makean veden stressistä, ja veden niukkuuden ennustetaan lisääntyvän pitkälle vuoteen 2025 asti. On myös tärkeää huomata, että lähes 40 prosenttia maailman väestöstä asuu 100 kilometrin etäisyydellä merestä tai valtamerestä (Ghaffour, et al., 2012), minkä vuoksi meriveden suolanpoisto on olennainen osa maailmanlaajuista ratkaisua vedenpuutteeseen.

Tässä asiakirjassa esitetään yleiskatsaus suolanpoiston kustannuksiin ja niihin liittyvien pääomakustannusten (CAPEX) sekä käyttö- ja ylläpitokustannusten (OPEX) pääkomponentteihin. Esimerkkejä suolanpoistolaitosten kustannuksista on esitetty, jotta voidaan havainnollistaa odotettavissa olevien kustannusten vaihteluväliä ja auttaa suolanpoistohankkeiden konseptisuunnittelussa ja kehittämisessä.

2 . Suolanpoistomarkkinoiden osuus ja suuntaukset

Yleisimmät suolanpoistomenetelmät voidaan jakaa kahteen teknologiatyyppiin:

1. Suolanpoisto termisellä suolanpoistolla (lämpöenergian käyttäminen lämpöenergian erottamiseen tisleestä korkean suolapitoisuuden omaavasta vedestä), jota edustavat pääasiassa monivaikutteinen tislaus (Multiple Effect Distillation, MED) ja monivaiheinen leijupuhdistus (Multi-Stage Flash Distillation, MSF). Mekaanista höyrynpuristusta (MVC, Mechanical Vapor Compression) käytetään ensisijaisesti korkean TDS-arvon (> 45 000 mg/l) ja/tai teollisuusjäteveden suolanpoistoon uudelleenkäyttöä varten, ei välttämättä juomakäyttöön.
2. Käänteisosmoosikalvoerotus (RO), jossa käytetään kalvosulkua ja pumppausenergiaa suolojen erottamiseen korkean suolapitoisuuden omaavasta vedestä (tyypillisesti < 45 000 mg/l).

Suolanpoistotekniikoilla voidaan suolanpoistotekniikoilla käsitellä monista eri lähteistä peräisin olevaa vettä, mukaan lukien muun muassa murtovettä sisältävä pohjavesi, pintavesi, merivesi sekä kotitalous- ja teollisuusjätevesi. Suolanpoistotekniikoiden kehittyessä ja parantuessa suolanpoistolaitosten rakentamiskustannukset ovat laskeneet. Tämä kustannusten lasku on ollut yksi tärkeimmistä tekijöistä, jotka ovat vaikuttaneet suolanpoiston hyväksyntään, kasvuun ja menestykseen. Veden suolanpoistoon käytettävän monivaiheisen nopean tislauksen (Multi-Stage Flash Distillation, MSF) kustannukset ovat 1960-luvulta lähtien laskeneet noin kymmenkertaisiksi. 1960-luvulla yksikkökustannukset olivat noin 10,00 Yhdysvaltain dollaria kuutiometriä kohti, mutta vuonna 2010 ne olivat alle 1,00 Yhdysvaltain dollaria kuutiometriä kohti (3,79 dollaria tuhatta gallonaa kohti). Tällä hetkellä, vuonna 2017, mekaanisesti erotetun merivedyn kustannukset ovat joissakin paikoissa laskeneet jopa 20 prosenttia vuodesta 2010 teknologian kehityksen ja alhaisempien energianhintojen ansiosta. Vastaavasti teknologiset parannukset kalvojen suunnittelussa ja järjestelmäintegraatiossa ovat alentaneet murtoveden suolanpoistokustannuksia yli puolella kahden viime vuosikymmenen aikana (Ghaffour, et al., 2012). Esimerkiksi Texas Water Development Board arvioi vuonna 2012, että murtoveden suolanpoiston kokonaistuotantokustannukset olivat 0,29-0,66 dollaria kuutiometriä kohti (1,09-2,49 dollaria tuhatta gallonaa kohti) (Arroyo, et al., 2012). Water Reuse Associationin vuonna 2012 tekemästä tutkimuksesta kävi kuitenkin ilmi, että suurten meriveden käänteisosmoosihankkeiden (SWRO) kustannussuuntaukset näyttävät tasaantuneen vuodesta 2005 lähtien, mutta ne ovat vaihdelleet laajasti välillä 0,79-2,38 dollaria kuutiometriä kohden (3,00-9,00 dollaria tuhatta gallonaa kohden) kapasiteetista sen jälkeen (WRA, 2012). Tämä suuri vaihtelu johtuu monista kustannustekijöistä ja muuttujista, joita käsitellään jaksossa 3.

Jäljempänä olevissa kaavioissa (kuvat 1-5) esitetään suolanpoistokapasiteetin kokonaismäärä ja kasvu tyypeittäin, sijainnin ja loppukäyttäjäsovellusten mukaan.

2.1 Kokonaiskapasiteetti

Kokonais suolanpoistokapasiteetti ylitti 64 miljoonaa kuutiometriä päivässä vuonna 2010 ja oli lähes 98 miljoonaa kuutiometriä päivässä vuonna 2015. Kuvasta 1 käy ilmi, miten kapasiteetti on kasvanut nopeasti 2000-luvulla (Lähde: GWI Desal Data & IDA).

Kuva 1 – Maailmanlaajuinen suolanpoistokapasiteetti yhteensä (m3/d)

2.2 Kasvu ja asennettu kapasiteetti alueittain

Suurin tuotantokapasiteetti sijainniltaan on Lähi-idässä, koska siellä ei ole makean veden lähteitä ja energiavarat ovat runsaat, kuten kuvista 2 ja 3 voidaan havaita. Suurin suolanpoistokapasiteetin käyttäjä on Saudi-Arabian kuningaskunta, jonka jälkeen tulevat Yhdysvallat, Arabiemiirikunnat, Australia, Kiina, Kuwait ja Israel.

Kuvio 2 – Suolanpoistokapasiteetti maittain

Kuvassa 3 on esitetty 15 suurinta suolanpoistomarkkinaa yhdeksän vuoden ajanjaksolla 2007-2016. Yhdysvallat on osoittanut suurinta asennetun kapasiteetin kasvua vuodesta 2012 lähtien.

Kuvio 3 – Suolanpoiston markkinaosuus 2007 – 2016

2.3 Asennettu kapasiteetti tekniikan mukaan

Kuviossa 4 on esitetty asennettu kapasiteetti tekniikan mukaan. Vallitseva nykyisin käytetty suolanpoistotekniikka on käänteisosmoosi (RO). RO:n käyttö on ollut kompromissi alhaisen OPEX:n (sähkömekaanisen energian käyttö verrattuna tyypillisesti kalliimpaan lämpöenergiaan) ja korkean CAPEX:n (kalvojen kalleuden ja suhteellisen lyhyen käyttöiän vuoksi, joten vaihtokustannukset ovat korkeat) välillä. Vuosien mittaan membraanien hinnat ovat laskeneet dramaattisesti ja membraanien käyttöikä on pidentynyt, koska syöttöveden esikäsittely on parantunut ja RO-järjestelmien käyttö on ymmärretty paremmin.

Kuvio 4 – Maailmanlaajuinen kokonaiskapasiteetti suolanpoistotyypeittäin

2.4. Asennettu kapasiteetti sovelluksittain ja käyttökohteittain

Kuviossa 5 on esitetty suolanpoistomarkkinat loppukäyttäjäsovellusten mukaan. Kunnallinen suolanpoistokäyttö muodostaa suurimman osan asennetusta kokonaiskapasiteetista, jonka jälkeen tulevat teollisuus-, energia-, kastelu- ja matkailukäyttö.

Kuvio 5 – Maailmanlaajuinen suolanpoistokapasiteetti markkinasovellusten mukaan

Edellä mainituilla tekijöillä (jakso 2), kuten kapasiteetilla, sijainnilla, tyypillä ja sovelluksella, on merkittävä vaikutus kustannuksiin. Suolanpoistokustannuksiin vaikuttavat suoraan myös muut tärkeät paikkakohtaiset tekijät, joita käsitellään seuraavassa jaksossa.

3. Suurimmat vaikutukset suolanpoistokustannuksiin

Tekijöitä, joilla on suora ja merkittävä vaikutus suolanpoistokustannuksiin, ovat muun muassa suolanpoistotekniikka, raakaveden ja tuoteveden laatu, vedenotto- ja -lähtötyyppi, voimalan tai -hankkeen sijaintipaikan sijainti, käytettävän energian talteenottotyyppi, sähkön hinta, jälkikäsittelyn tarpeet, varastointi, jakelu, paikallisen infrastruktuurin aiheuttamat kustannukset ja ympäristönsuojelua koskevat säännökset.

3.1 Suolanpoistotekniikka

Lähes 95 prosenttia nykyisin asennetusta suolanpoistokapasiteetista on joko termistä (35 prosenttia) tai kalvopohjaista (60 prosenttia) tekniikkaa (Ghaffour, et al., 2012). Kumpikin järjestelmätyyppi vaihtelee huomattavasti muun muassa tilantarpeen, rakennusmateriaalien, laitteiden, esikäsittelyvaatimusten, teho- ja höyryvaatimusten ja muiden erojen osalta. Teknologian valinta määrittää myös esi- ja jälkikäsittelyssä käytettävien kemikaalien tyypin, mikä vaikuttaa käyttökustannuksiin.

3.2 Sijainti

Sijaintipaikalla, johon suolanpoistolaitos rakennetaan, voi olla suuri vaikutus hankkeen kokonaiskustannuksiin. Esimerkiksi SWRO (Sea Water Reverse Osmosis, meriveden käänteisosmoosi) – suolanpoistolaitos olisi sijoitettava mahdollisimman lähelle meriveden ottolähdettä, jotta vältettäisiin korkeammat kustannukset ottoputkistoista ja monimutkaisista ottorakenteista. Hankkeen optimaalinen sijoittaminen vähentää myös konsentroidun suolaveden purkuputkea takaisin mereen. Kiinteistöjen hankintakustannukset ovat kuitenkin merkittävä tekijä, joka voi vaatia suurempaa veden siirtoa sellaisissa paikoissa, joissa maan hinnoissa voi olla suuruusluokkaa olevia eroja suhteellisen lyhyillä etäisyyksillä. Rakentamisen kannalta on suositeltavaa ottaa huolellisesti huomioon esimerkiksi paikalliset maaperäolosuhteet (saattavat vaatia uutta maantäyttöä tai rakenteellisia betonipaaluja) ja luotettavan voimanlähteen läheisyys sähkönsiirtokustannusten pienentämiseksi.

3.3 Raakaveden laatu

Sijoituspaikkakohtaisella raakaveden laadulla voi olla suuri vaikutus itse suolanpoistovaihetta edeltävien esikäsittelyvaiheiden määrään ja tyyppiin sekä suolanpoistolaitoksen kokonaismitoitukseen. Lähdeveden liuenneiden kiintoaineiden kokonaismäärä (TDS) vaikuttaa suoraan käyttökustannuksiin, koska korkeampia käyttöpaineita (RO) ja lämpötiloja (terminen) on tyypillisesti nostettava raakaveden suolapitoisuuden kasvaessa. Korkeampi raakaveden suolapitoisuus voi myös vähentää sekä RO- että lämpöjärjestelmissä mahdollista tuoteveden talteenottoa raakaveden gallonaa kohti. SWRO-järjestelmässä meriveden virtaukset ja niistä johtuva luonnollinen sekoittuminen suuremmasta merivesimuodostumasta (eli valtamerestä) voivat olla vähäisiä esimerkiksi pienillä lahdilla, lahdilla tai kanavilla. Näillä alueilla voi olla korkeampi paikallinen suolapitoisuus, korkeampi suspendoituneen kiintoaineen kokonaismäärä, suuremmat lämpötilavaihtelut sekä suurempi orgaaninen kuormitus ja biologinen aktiivisuus kuin avomeren vedessä. Kaikki nämä tekijät lisäävät suunnittelun ja rakentamisen monimutkaisuutta ja voivat siten lisätä merkittävästi sekä CAPEX- että OPEX-kustannuksia.

Lisäksi syöttöveden lämpötilalla on suuri vaikutus RO-järjestelmän käyttöpainekustannuksiin, sillä syöttöpaine nousee 10-15 prosenttia syöttöveden lämpötilan laskiessa 10 ⁰F:llä alle 70 ⁰F:n (WRA, 2012).

RO-järjestelmän osalta vaadittu tuoteveden laatu sanelee tarvittavien membraaniläpivientien lukumäärän, mikä vaikuttaa kustannuksiin.

3.4 Vedenotto- ja poistoputki

Suolanpoistolaitokseen valitun vedenotto- ja poistoputken tyyppi on yksi tärkeimmistä teknisistä näkökohdista laitoksen kustannustehokkaan suunnittelun ja optimaalisen toiminnan kannalta. On arvioitava tärkeitä tekijöitä, kuten sopivin vedenottotyyppi (upotettu vs. avoin vedenottamo), vedenottamon etäisyys laitoksesta, vedenottamon seulojen tyyppi, vedenottorakenteen tyyppi, vedenottoputken tyyppi (maahan upotettu vs. maanpäällinen) ja ympäristönäkökohdat merieläinten törmäämisen ja mukana kulkeutumisen osalta. Jokaisella näistä seikoista on merkittävä kustannusvaikutus. Vedenottojärjestelmän kustannukset voivat vaihdella avoimen vedenottamon alhaisesta 0,13 miljoonasta dollarista tuhatta kuutiometriä kohti päivässä (0,5 miljoonaa dollaria MGD:tä kohti) ja monimutkaisten tunneli- ja offshore-vedenottamoiden 0,79 miljoonasta dollarista tuhatta kuutiometriä kohti päivässä (3,00 miljoonaa dollaria MGD:tä kohti) (WRA, 2012).

Jotta voidaan havainnollistaa vedenotto- ja purkurakenteiden kustannusten potentiaalista merkitystä, SWRO-laitosten päästöt, jotka sijaitsevat lähellä meriluontotyyppejä, jotka ovat erittäin herkkiä kohonneelle suolapitoisuudelle, edellyttävät pitkälle kehitettyjä konsentraattipäästöjen diffuusorijärjestelmiä, joiden kustannukset voivat ylittää 30 prosenttia suolanpoistohankkeen kokonaiskustannuksista. Sitä vastoin suolanpoistolaitoksissa, joiden vedentuotantokustannukset ovat alhaisimmat, konsentraattipäästöt sijaitsevat joko rannikkoalueilla, joilla luonnollinen sekoittuminen on hyvin voimakasta, tai ne on yhdistetty voimalaitosten purkurakenteisiin, mikä mahdollistaa hyvän alkusekoittumisen ja paremman päästöluoman hajottamisen. Näiden laitosten vedenotto- ja purkulaitosten kustannukset ovat yleensä alle 10 prosenttia suolanpoistolaitoksen kokonaiskustannuksista (WRA, 2012).

3.5 Esikäsittely

Edikäsittelykustannuksiin vaikuttaa esikäsittelyjärjestelmän tyyppi ja monimutkaisuus. Tarvittavan esikäsittelyn tyyppi riippuu hankepaikan raakaveden laadusta. Joissakin meriveden tai murtoveden raakavesilähteissä on paljon orgaanisia aineita ja biologista aktiivisuutta, ja ne vaativat tehokkaampia esikäsittelytekniikoita, kuten DAF (Dissolved Air Flotation) ja UF (Ultrafiltration). Toiset raakavesilähteet, joissa käytetään upotettuja vedenottamoita tai kaivopohjaisia vedenottamoita, saattavat vaatia vähemmän esikäsittelyä, kuten yksivaiheista mediasuodatusta tai MF-suodatusta (mikrosuodatus).

Water Reuse Associationin artikkelin ”Seawater Desalination Costs” (Meriveden suolanpoistokustannukset) mukaan esikäsittelykustannukset vaihtelevat tyypillisesti 0,13 miljoonasta dollarista 0,40 miljoonaan dollariin tuhatta kuutiometriä kohti päivässä (0,5 miljoonasta dollarista 1,5 miljoonaan dollariin MGD:tä kohti). Tämän vaihteluvälin alapäässä tavanomaiset yksivaiheiset mediasuodatusjärjestelmät ovat riittäviä. Esikäsittelykustannukset kasvavat, kun esikäsittelyvaiheita lisätään, kuten kaksivaiheiset mediasuodattimet tai mediasuodatus, jota seuraa MF- tai UF-järjestelmä.

Edikäsittelykustannukset ovat tyypillisesti suuremmat, jos vesilähteenä on jätevesi. Tämä voi johtua monista tekijöistä, kuten tarpeesta poistaa korkeat kalsium- ja magnesiumpitoisuudet (kovuus), klooraus- ja kloorinpoistovaiheiden lisäämisestä mikrobien tuhoamiseksi tai tarpeesta käyttää UF:ää korkean molekyylipainon orgaanisten yhdisteiden poistamiseksi.

3.6 Energian talteenotto

RO-järjestelmissä käytetään korkeapainepumppuja raa’an syöttöveden osmoottisen paineen voittamiseksi. Esimerkiksi jotkin SWRO-laitokset voivat vaatia jopa 70 baarin (1000 psig) syöttöpaineita. Tässä prosessissa syntyvä RO-konsentraattisuolavesi sisältää paine-energiaa, joka voidaan ottaa talteen RO-järjestelmän kokonaisenergiantarpeen vähentämiseksi. Energian talteenottotekniikat vähentävät energian kokonaispanosta ja pienentävät siten käyttökustannuksia.

3.7 Sähkövoima

Paikallisilla energian hinnoilla, siirtoetäisyydellä, liittymismaksuilla ja mahdollisesti tariffeilla suolanpoistolaitoksen ehdotetussa sijoituspaikassa on tärkeä rooli määriteltäessä liitettävän sähkön toimitushintaa. Hyvin suurissa lämpöenergialla toimivissa suolanpoistolaitoksissa voi olla lupaavaa harkita laitoksen sijoittamista yhdessä voimalaitoksen kanssa tällaisen yhdistelmän luontaisten etujen vuoksi.

3.8 Jälkikäsittely

Lopputuoteveden laatu määrittää tarvittavan jälkikäsittelyn tyypin. Jälkikäsittelyvaiheet lisäävät lisäkustannuksia. Toisen RO-kierron tarve erittäin alhaisen TDS-pitoisuuden saavuttamiseksi tai tiettyjen ionien, kuten boorin tai kloridin, pitoisuuksien vähentämiseksi hyväksyttävälle tasolle voi olla kallis vaihtoehto. Kaksivaiheinen RO-järjestelmä on yleensä 15-30 prosenttia kalliimpi kuin yksivaiheinen RO-järjestelmä (WRA, 2012).

Tuoteveden stabilointi edellyttää tyypillisesti myös pH:n säätöä ja bikarbonaatti-alkaliteetin lisäämistä, mikä voidaan tehdä käyttämällä hiilidioksidin, kalkin ja/tai natriumhydroksidin yhdistelmää, mikä taas lisää kustannuksia.

Rannikolla lähellä vettä käyttäviä yhteisöjä sijaitsevien suolanpoistolaitosten maa-alueet ovat yleensä kalliita. Kustannuksia, jotka aiheutuvat laitoksen sijoittamisesta lähemmäs käyttöpaikkaa ja sopivaa voimanlähdettä, olisi punnittava suhteessa kustannuksiin, jotka liittyvät ylimääräisiin tulo- ja poistoputkien käyttöoikeuksiin, putkistokustannuksiin, materiaalikuljetuksiin, lupiin, työvoimaan ja huoltoon, jotka liittyvät laitoksen siirtämiseen kauemmas rannikolta tai jakelupalvelualueelta (WRA, 2012).

Jälkikäsittelykustannukset ovat yleensä suuremmat, jos vesilähde on jätevesi. Tämä voi johtua monista tekijöistä, kuten jälkikäsittelyn jälkeisestä hapetuksesta virusten inaktivoimiseksi ja korkeammista kustannuksista, joita aiheutuu jätevesisuolan tai kiintoaineen hävittämisestä.

3.9 Paikalliset infrastruktuurikustannukset

Infrastruktuurikustannuksia ovat esimerkiksi maanrakennustyöt, betoni, teräs, rakenteet, viemäröinti ja rakennusmateriaalit. Laitoksen sijainnista riippuen kunkin näistä eristä aiheutuvat kustannukset voivat vaihdella merkittävästi. Syrjäisillä laitospaikoilla, jotka sijaitsevat kaukana teollisuuskaupungeista, on yleensä korkeammat rakennuskustannukset kuin laitoksilla, jotka rakennetaan lähelle betonia tuottavia laitoksia ja teollisuusalueita, joilla on runsaasti rakennusmateriaaleja.

3.10 Ympäristömääräykset

Kullakin maantieteellisellä alueella on omat ympäristösääntönsä ja -määräyksensä, ja ne voivat vaihdella osavaltioittain myös yhden maan sisällä. Esimerkiksi Kaliforniassa hankkeiden lupakustannukset ovat lähes nelinkertaiset Floridan tyypillisiin lupakustannuksiin verrattuna (WRA, 2012). Kaliforniassa juomaveden tuotantoa koskevat määräykset ja/tai ohjeet ovat tiukempia kuin Teksasissa tai Floridassa, mikä lisää suolanpoistohankkeen sääntelykustannuksia. Pidemmät ympäristövaikutusten arviointijaksot voivat myös pidentää hankkeen aikataulua, mikä yleensä johtaa myös korkeampiin hankekustannuksiin. Itse asiassa Kalifornian kaltaisessa osavaltiossa, jossa on erittäin tiukat määräykset, hankkeen kehittämiseen ja lupien myöntämiseen tarvittavien vuosien määrä voi olla huomattavasti pidempi kuin laitoksen rakentamiseen ja käynnistämiseen tarvittava aika. (WRA, 2012)

4.0 Kustannuskomponentit – CAPEX

CAPEX jaetaan kahteen pääluokkaan, välittömiin ja välillisiin kustannuksiin. Välittömiin kustannuksiin kuuluvat laitteet, rakennukset ja muut rakenteet, putkistot ja alueiden kehittäminen, ja ne ovat tyypillisesti 50-85 prosenttia CAPEX:n kokonaiskustannuksista. Jäljelle jääviin välillisiin kustannuksiin kuuluvat rahoituskorot ja -maksut, tekniset, oikeudelliset ja hallinnolliset kustannukset sekä satunnaiset kustannukset (Ghaffour, et al., 2012). Useimpien suolanpoistolaitosten tyypilliset CAPEX-kustannukset ja -komponentit voidaan jakaa yhdeksään osaan seuraavasti: vedenotto ja raakaveden siirto, esikäsittely, suolanpoistokäsittely, jälkikäsittely, tuoteveden pumppaus ja varastointi, sähkö- ja instrumentointijärjestelmä, laitosrakennukset, työmaat ja rakennustyöt sekä laitoksen tasapaino, suolaveden purku ja kiintoaineen käsittely sekä erilaiset suunnittelu- ja kehityskustannukset. Myös muut kustannukset, kuten rahoitusmaksut ja muut kaupalliset kustannukset, on otettava huomioon. Kuvassa 6 esitetään esimerkki SWRO-laitoksen CAPEX-kustannusten jakautumisesta.

Kuva 6 – Tyypillinen SWRO-suolanpoistolaitoksen CAPEX-erittely (Lähde: Advisian)

CAPEX-erittely riippuu merkittävässä määrin mittakaavasta, sillä suuremmat suolanpoistolaitokset maksavat vähemmän miljoonaa gallonaa asennettua kapasiteettia kohti. Alla olevan kuvan 7 perusteella keskikokoisen 10 MGD:n SWRO-laitoksen rakentaminen maksaisi noin 80 miljoonaa dollaria ja suuren laitoksen, kuten San Diegon lähellä sijaitsevan Carlsbadin 35 MGD:n SWRO-laitoksen, odotetaan maksavan 250 miljoonaa dollaria. Huomautus: Ympäristö-, lupa- ja rakennuskysymysten vuoksi kyseinen laitos maksoi lopulta paljon enemmän.

Kuvio 7 – SWRO-laitosten yksikkökohtaiset rakennuskustannukset suhteessa kapasiteettiin

5.0 Kustannuskomponentit – OPEX

Toimintakustannukset (OPEX) jakautuvat yleensä kahteen laajaan luokkaan: kiinteisiin kustannuksiin (kuten työvoima-, hallinto-, laite- ja kalvojen uusimiskustannukset sekä kiinteistömaksut ja -verot jne.) ja muuttuviin kustannuksiin (kuten sähkö, kemikaalit ja muut tarvikkeet. (Arroyo, et al., 2012). Useimpien suolanpoistolaitosten tyypilliset OPEX-kustannukset ja -komponentit voidaan jakaa edelleen yhdeksään osaan, jotka koostuvat seuraavista: sähkönkulutus, kulutushyödykkeet, kiinteät jätteet, kemikaalit, työvoima, kunnossapito, laitetakuu, laitoksen tasapaino & yleishyödylliset palvelut ja muut kiinteät kustannukset (hallinto, varaosat, varajärjestelyt jne.), kuten kuvassa 8 esitetään.

Kuva 8 – Tyypillinen SWRO-suolanpoistolaitoksen OPEX-erittely (Lähde: Advisian)

6.0 Veden suolanpoiston kokonaiskustannukset

Elinkaarikustannukset, joita kutsutaan myös yksikkötuotantokustannuksiksi tai vuotuisiksi kustannuksiksi, ovat kustannukset, jotka aiheutuvat tuhannen gallonan tai kuutiometrin veden tuottamisesta suolanpoistolla, ja niissä otetaan huomioon kaikki CAPEX-kustannukset (mukaan lukien velanhoito) ja OPEX-kustannukset, ja niitä voidaan mukauttaa laitoksen ennakoidulla tai todellisella käyttökertoimella. Kaikkien asiaan liittyvien muuttujien vuoksi nämä vuotuiset kustannukset voivat olla hyvin monimutkaisia, eivätkä hankkeiden väliset yksikkötuotantokustannuserot ole välttämättä suoraan vertailukelpoisia. Parhaimmillaan tulevien kustannusten ennustaminen aikaisempien laitoskustannustietojen perusteella johtaa yleensä vain suuntaa-antaviin arvioihin.

Kuvasta 9 käy ilmi, että erityyppisten päättyneiden RO-hankkeiden vuotuiset kustannukset ovat vaihdelleet suuresti. Keskimääräiset kustannukset, joita kuvassa esitettyihin tietoihin parhaiten sopiva viiva edustaa, ovat noin 0,70 dollaria/m3 (2,65 dollaria tuhannelta gallonalta) hyvin suurissa laitoksissa (325 000 m3 /vrk) ja nousevat 1,25 dollariin/m3 (4,75 dollaria tuhannelta gallonalta) pienissä laitoksissa (10 000 m3 /vrk).

Kustannukset voivat kuitenkin olla jopa 3,20 dollaria/m3 hyvin pienen kapasiteetin laitoksissa (alle 4 000 m3 /vrk tai 1 MGD), joilla on kalliita paikkakohtaisia vedenotto-, purku- ja kuljetusominaisuuksia. Otto-, purku- ja siirtovaikutusten poistaminen pienentää ja supistaa vuotuisia kustannuksia 0,53 $/m3 – 1,58 $/m3 (2,00 – 6,00 $/tuhatta gallonaa kohti) SWRO-laitosten osalta ja 0,11 – 1,10 $/m3 (0,40 – 4,00 $/tuhatta gallonaa kohti) murtoveden RO-laitosten osalta (WRA, 2012).

Kuvio 9 – RO-laitoksen yksikkötuotantokustannus vs. hankkeen kapasiteetti

Teollisuusjäteveden suolanpoiston kustannukset uudelleenkäyttöä varten voivat olla paljon suuremmat. Esimerkiksi WorleyParsons/Advisian teki tutkimuksen, jossa kehitettiin CAPEX- ja OPEX-kustannukset Arabianlahden alueella sijaitsevalle 35 000 m3 /vrk:n suolanpoistolaitokselle, jota syötetään öljykentällä tuotetulla vedellä ja joka tuottaa kattiloiden syöttövettä. Kyseisessä tutkimuksessa tuotettujen CAPEX- ja OPEX-kustannusten perusteella yksikkötuotantokustannukset olivat noin neljä kertaa suuremmat kuin kuvassa 9 esitetyt arviot.

Alla olevassa kuvassa 10 esitetään tyypillinen elinkaarikustannusten vertailu MSF:n, MED:n ja SWRO:n välillä yhden kuutiometrin (264 gallonaa) veden tuottamiseksi päivässä. Kuten nähdään, MSF- ja MED-tekniikat, jotka ovat termisiä suolanpoistotekniikoita, vaativat sähköenergian lisäksi höyryä (lämpöenergiaa), mikä on tärkein syy siihen, että niiden veden elinkaaren aikaiset kokonaiskustannukset ovat korkeammat kuin SWRO:n.

Kuvio 10 – Veden yksikkötuotantokustannukset suolanpoistoteknologioissa

7.0 Esimerkkejä suolanpoistolaitoksen kustannuksista

Kuten tässä asiakirjassa on todettu, suolanpoistolaitoksen kehittämis-, rakentamis- ja käyttökustannukset riippuvat laitoksen sijainnista, raakaveden tyypistä ja laadusta, vedenotto- ja purkupaikkatyypistä, käytetystä suolanpoistoteknologiasta ja energian talteenottojärjestelmistä, sähköenergiakustannuksista, vaadittavasta jälkikäsittelystä ja varastoinnista, jakelusta aiheutuvista kustannuksista ja ympäristömääräyksistä. Nämä erot voivat tehdä yhdelle maailman alueelle rakennettavasta suuresta laitoksesta kalliimman kuin toiselle maailman alueelle rakennettavasta pienemmästä laitoksesta, ja ne voivat johtaa merkittäviin eroihin OPEX-kustannuksissa. Tätä havainnollistavat taulukossa 1 esitetyt hankkeet, jotka koskevat kolmea SWRO-laitosta, jotka sijaitsevat eri puolilla maailmaa, kuten Yhdysvalloissa, Lähi-idässä ja Australiassa.

.

alue	Yhdysvallat	Arabianlahti.	Australia
Projektin nimi	Carlsbadin suolanpoistohanke	Fujairah F1 Extension SWRO	Gold Coastin suolanpoistolaitos
Laitoksen sijainti	Carlsbad, CA, USA	Fujairah, UAE	Tugin, Australia
Tehtaan rakentamisaika	2014	. 2013	2009
laitoksen kapasiteetti m3/d (MGD)	189,000 (50)	136,000 (30)	133,000 (35.1)
Kasvien talteenotto	45-50%	45-50%	45%
Raakaveden suolapitoisuus (ppm)	36,000	45,000	38,000
Tuoteveden laatu (ppm)	200	500. (WHO-standardi)	200
Vedenottotyyppi	Avoimeen ottoon, rinnakkain sijoittaminen	Avoimeen imuun	Avoimeen imuun, rumpuseulat, imu/poistotunneli
Edikäsittelytyyppi	Kaksoismateriaalisuodatus	Liuotettu kaasuflotaatio + suodatus	Kaksoismediasuodatus
Suolanpoistotekniikka .	2 Pass SWRO	2 Pass SWRO	2 Pass SWRO
Energia. talteenottotyyppi	ERI	ERI	DWEER ERD
Post-käsittely	CO2 ja kalkin lisääminen, klooraus, fluoraus	CO2- ja kalkkilisäys, klooraus	CO2- ja kalkkilisäys, klooraus, fluoraus
Varastointi ja jakelu	3.4 MG + 10 mailin siirtoputki ja pumppaus	NA	8 MG + 16 mailin putki + pumppaus
Suolan purku	Suoraan mereen voimalaitoksella	Suoraan mereen	300 metriä mereen, hajottimet
Ympäristömääräykset	Erittäin tiukat	Moderate	Kireä
Kohtainen energia (kwh/ m3)	N/A	3.7 – 4.0	3.40
TIC-kustannus (US$)	692 000 000 (529 MM + 163 MM conv. putki) + $213 MM rahoituskustannukset ($904 MM yhteensä)	$200,000,000	$943,000,000 (745 MM laitos + 198 MM tunnelit)
Projisoitu käyttöikä, vuotta	20	20	20
Yksinkertainen vuotuinen CAPEX, US$/vuosi	N/A	N/A	47.150.000
OPEX (US$/vuosi)	53.100$,000	26 900 000*2	32 000 000
Tuotantoyksikön tuotantokustannus, US$/m3-päivä	1$.86 *1	< $0.60	$1.63

*1 Yksikkökustannus yhteensä omistajalle, joka sisälsi maksut, putkiston rahoituspalkkiot, sekalaiset rakennustekniset parannukset, sekalaiset O/M-kustannukset, hallintokustannukset. *2 Arvioitu

1. Noreddine Ghaffour, Thomas M. Missimer, Gary L. Amy. ”Tekninen katsaus ja arviointi veden suolanpoiston taloudellisista näkökohdista”: Current and future challenges for better water supply sustainability.” Water Desalination and Reuse Center KAUST, lokakuu 2012.
2. Jorge Arroyo, Saqib Shirazi. ”Cost of Brackish Groundwater Desalination in Texas,” Syyskuu 2012.
3. Water Reuse Association. ”Seawater Desalination Costs,” January 2012.
4. Pankratz, Tom. Water Desalination Report, 2010.
5. Crisp, Gary. ”Desalination in Australia” -esitys, toukokuu 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” esitys, syyskuu 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. ”Suolanpoiston taloudellisuus eri käyttötarkoituksiin”. Water Technology Center, Barcelona, Espanja.
9. Robert Huehmer, Juan Gomez, Jason Curl, Ken Moore. ”Suolanpoistojärjestelmien kustannusmallinnus”. Desalination Global Technology Leader, CH2M HILL, Yhdysvallat.
10. Gleick H. Peter, Heather Coooley. ”Maailman vesi 2008-2009: The Biennial Report on Freshwater Resources,” Pacific Institute.
11. Global Water Intelligence. Volume 12, Issue 12, December 2011.