论光伏再生水系统在非洲推广的可行性分析

一、引言

在全球气候变化与人口增长的双重压力下，非洲多国正面临极端水资源紧缺的局面。博茨瓦纳作为干旱半干旱国家，年均降雨仅 250--600mm ，蒸发量却高达 1400-2000mm ，严重依赖地下水，导致地下水位持续下降。为应对这一挑战，博茨瓦纳政府提出发展再生水系统作为国家战略，并寻求绿色能源支撑解决运营成本高、运维难等问题。

Maun 镇 GreenReclamationWaterSystem 项目正是这一背景下的首个试点工程，融合了高标准污水处理（ UF+R0 膜技术）与 550kW 光伏发电系统，实现 75% 的水回收率，达到博茨瓦纳非饮用水标准，具备良好的推广示范价值。

二、水资源紧缺现状与非洲再生水需求

1. 非洲水资源总体形势

非洲大陆约有 3 亿人生活在高水压力区，其中约 40% 的人口缺乏基础供水保障。尤其是在干旱地带（如博茨瓦纳、纳米比亚、肯尼亚北部等），地下水被过度抽取，水位持续下降，且水源开采深度高、能耗大，成本居高不下。

2. 博茨瓦纳面临的挑战

据博茨瓦纳水与卫生部 2023 年报告，约 60% 人口依赖地下水供水，而补给率远低于抽取率，部分区域需钻探 200 米以下深井，电费和设备投资巨大。2023 年 Maun 镇供水缺口达 4，000m³/d ，尤其在旅游旺季和工业用水高峰期间，供需矛盾突出。

三、光伏再生水系统的技术原理

1. 工艺流程

Green Reclamation 系统采用 UF+R0 全膜法工艺，处理能力 5.000m³/d 。流程包括：

预处理系统：去除悬浮物与部分COD ；

超滤（UF）：PVDF 中空纤维膜，孔径 0.01-0.1μm ；

反渗透（RO）：去除溶解盐、有机污染物，产水达饮用水前处理标准；

加药系统：阻垢剂、还原剂、杀菌剂等；

太阳能供电系统：550kW 并网光伏，配 5 台 Solis 110kW 逆变器与1080 块 550W 光伏板。

该系统可实现：

水回收率： ⩾75%

产水 TDS ： ：⩽200mg/L （远低于饮用水标准）

细菌指标： 粪大肠杆菌为 0CFU/100mL

2. 光伏系统的配套参数

设计容量： 550kW

实际运行功率：504kW（630kVA）

并网效率： ⩾97.8%

年 CO₂ 减排：787 吨，等效种植 13，000 棵树

四、博茨瓦纳项目经济可行性分析

1. 投资与运营成本

根据技术提案与可研报告估算：

总投资成本：80–158 百万 Pula

单位处理成本： 3.06-3.65Pula/m³ （使用光伏供电）

售水价格目标： 7.88-11.72Pula/m³

净收益： 年净利润约 7.77 百万Pula

回收期： 10-15 年内（依据不同售水价格）

2. 政策与收益支撑

政府提出 30% 水价下调目标，项目通过以下方式实现补贴：光伏系统显著降低运营电费；可作为饮用水处理水源补水，降低取水与净化成本；支持工业用户（如矿业）用回用水替代自来水，降低全社会平均水价。

五、推广可行性分析

1. 技术成熟度

系统采用全球主流 UF+RO 组合膜法处理，已在中国、新加坡等地广

泛应用，具备高度成熟性与可控性。主要核心部件采用国际一线品牌如Milton Roy、Grundfos、ABB、Siemens 等，保障质量与长期运行。

2. 能源适配性强

博茨瓦纳年平均日照小时超过 8 小时，太阳辐射强度高，非常适合建设并网型光伏系统。即使在无电网地区，也可采用储能配套进行离网运行，适用于乡村污水厂、牧区灌溉等多场景。

3. 本地化与社会效益

就业带动： 施工与运维环节可培训本地工人；

绿色指标： 协助国家实现 SDG 6、SDG 7 与减碳目标；

政策契合： 与水资源部、WUC、地方议会发展战略相符。

六、推广建议与未来展望

1. 复制路径

建议通过以下模式向其他非洲国家推广：EPC+O 或PPP 模式：降低政府初期资本支出；

示范 - 辐射机制：先在 Gaborone、Francistown 等水紧城市建立样板厂；

水价机制改革：建立回用水优惠电价与水价激励政策；

技术本地化：建立膜设备简易组装与维护培训机制。

2. 未来发展趋势

结合AI 与SCADA 远程监控，实现精准运维；

加入人工湿地或生态塘，进一步降低处理成本与提升美观性；

构建城市水回用循环体系，形成绿色水经济链条。

七、结论

光伏再生水系统是一项契合非洲实际的绿色水资源管理解决方案。博茨瓦纳 Maun Green Reclamation 项目的实施验证了该技术的高效性、经济性与可持续性。在政策扶持、技术成熟、能源充足的背景下，未来在非洲特别是水资源紧张的地区大规模推广具有高度可行性与现实意义。

参考文献

[1] 博茨瓦纳水与卫生部. 《2023 年度报告》[R]. 博茨瓦纳：博茨瓦纳政府，2023 年 .

[2] 联合国环境规划署（UNEP）. 《非洲地下水可持续性》[R]. 内罗毕：联合国环境署，2022 年.

[3] 世界银行 . 《废水：从废弃物到资源》[R]. 华盛顿特区：世界银行，2020 年 .