海洋能源 -海洋能源资源

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海洋能具有可再生性和不污染环境等优点，因此是一种亟待开发的具有战略意义的新能源。海洋能通常包括潮汐能、波浪能、温差能、海流能等由洋流和温差产生的机械能和热能，从广义上来说，也可包括海洋上空的风能、表面的太阳能和海里的生物质能等。这些能量有的已被人类利用，有的已列入开发利用计划，但人们对海洋能的开发利用程度至今仍十分低。

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根据目前的研究进展，其中的大部分能量都是以转化为电能的形式得到利用，包括潮汐发电、波浪发电、海上风电、海上光伏发电都已有工程应用。

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1、 潮汐发电：

潮汐发电是利用海洋能的一种重要方式。据初步估计，全世界潮汐能约有10亿多千瓦，每年可发电2～3万亿千瓦时。我国的海岸线长度达18000千米，至少有2800万千瓦潮汐电力资源，年发电量最低不下700亿千瓦时。

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2、 波浪发电：

海浪蕴藏的总能量是大得惊人的，据估计地球上海浪中蕴藏着的能量相当于90万亿千瓦时的电能。目前大型波浪发电机组已问世，我国也对波浪发电进行了研究和试验，并制成了供航标灯使用的发电装置。

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3、 海上风电：

我国风能资源丰富，可开发利用的风能储量约10亿千瓦，其中，陆地上风能储量约2.53亿千瓦（陆地上离地10m高度资料计算），海上可开发和利用的风能储量约7.5亿千瓦，共计10亿千瓦。海上风电是可再生能源发展的重要领域，是推动风电技术进步和产业升级的重要力量，是促进能源结构调整的重要措施。我国海上风能资源丰富，加快海上风电项目建设，对于促进沿海地区治理大气雾霾、调整能源结构和转变经济发展方式具有重要意义。

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4、海上光伏发电：

光伏发电是指利用半导体的光生伏特效应把光能转换成电能，这种技术诞生于上世纪五十年代的贝尔实验室里。用电子元器件构成的太阳电池板，控制器，逆变器三大组件和功率控制器互相配合，就可以形成光伏发电装置。光伏发电最早是陆上光伏发电，把光伏发电系统安装在日照充足的区域。随着科技的进步，海上光伏发电出现，光伏发电装置可以安装在海洋上。

但鉴于海洋环境的复杂，对设备材料的要求较为严苛，工程造价较高，且发电效率不高，从技术经济性的角度来说尚不具备大规模应用的条件。

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从技术角度出发，目前比较成熟的海洋能利用技术包括潮汐发电、海上风电、海上光伏发电等，这些技术目前面临的主要问题在于受潮汐、风力、光照等自然资源变化的制约，发电存在波动性、间歇性，对电网冲击较大，大规模应用势必给电网系统带来巨大的考验。

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未来随着技术发展，可以通过“多能互补”的形式，以潮汐、风、光发电为主，辅以波浪、温差、海流等海洋能，协同作用，实现海洋能发电的平稳供电。

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此外，也可以通过将海洋能发电结合氢储能，以电解水制氢的形式，减少电力间歇波动对电网系统稳定性的影响，缓解大规模波动性电能上网对电网系统的冲击，提高海洋能的消纳能力。

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氢能作为重要的二次清洁能源可与电能相互转换，是推动传统化石能源低碳转型、支撑可再生能源大规模发展、摆脱高碳原料依赖的重要手段，是未来国家能源体系的重要组成部分，是构建新型电力系统的重要媒介；同时氢能具有能源和原料双重属性，是多个领域深度脱碳的重要载体，更是能源、交通、化工、冶金、建筑等行业实现“碳达峰、碳中和”的关键领域和重要战场。

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氢能具有来源广泛、单位质量能量密度高、清洁低碳、利用形式多样等诸多优点，是未来重要的清洁能源形式，但由于受到安全、成本和技术等因素影响，氢能在过去主要应用于我国的军事、航天等尖端领域，在民用领域应用并不广泛。当前应对气候变化已成为世界主要国家的未来顶层战略，同时在全球能源体系清洁化、低碳化的趋势下，氢能产业已成为世界能源技术变革乃至社会低碳发展的重要方向。

随着风电、光伏发电等可再生能源进入大规模快速开发利用阶段，应对风、光电力的间歇性、波动性，实现充分消纳，氢能的广泛应用是推动能源转型、减少能源对外依存度的重要目标，也是构建清洁低碳、安全高效的新型电力系统的关键环节。氢能与电能作为两种二次能源，可以互相转化，为能源结构转型提供了极佳的技术路线。可再生能源发电制氢作为可再生能源发电侧的储能方案，可充分消纳丰富清洁的可再生能源。此外，可再生能源制取的氢气作为燃料供给掺氢燃机、燃料电池等发电设备可以提供清洁电力，从而发挥氢能在电力系统中削峰填谷的独特作用，为电网提供坚实支撑。

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以海上风电制氢为例，海上风电制氢主要包括三种技术方案：

Ø 并网在岸制氢方案

近海浅水区海上风电发电场，在陆上升压站附近配置制氢站，利用电解水制氢消纳风力波动部分电量，剩余稳定电量输送网，有效解决海洋能给电网系统带来的影响。同时制氢站可接收电网系统的控制调度，根据电网负荷需求，控制制氢消纳量，间接实现风力发电上网负荷可控的目标。

海上风电在岸制氢方式与常规陆上制氢方案相同，技术方案成熟可行，制氢设备可选择技术成熟的大型碱性电解水装置。

现阶段海上风电在岸制氢方案，由于电价较高，其市场经济性差。未来如果沿海大规模海上风电接入电网，政府和电网对海上风电有强制储能配套要求时，可考虑海上风电在岸制氢方案。

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Ø 并网离岸制氢方案

海上风电发电功率波动大，设备选型、海底电缆截面计算、海上升压站容量和基础都是按照最大发电量配套设计，设备高负荷运行状态几率低，建设成本分摊高。将制氢设备直接集成在风机塔筒内或建设海上制氢平台，直接从直流母线引出线到电解水制氢装置，海上风电波动部分用于制氢，平稳部分用于上网，实现海上风电并网型制氢方案。

风机塔筒内采用体积小，动态响应速度快的PEM制氢设备，海上制氢平台可以采用成本较低的碱性电解制氢设备。就地制氢浮式风机将电解制氢和海水淡化技术结合在一个浮式风电平台上，并通过管道将氢气输送到岸上，目前正在研发中，预计2026年商业化。

此方案可以消纳波动电量，小幅度减少海底电缆截面选型和海上升压站容量投资。现阶段海上风电电价成本较高，不具有市场经济性。

Ø 离网制氢方案

发电量全部就地制氢，氢气和纯氧输送上岸，实现离网运行。风机发出的交流电直接经AC/DC逆变器转成直流电供制氢设备，省去DC/AC逆变器，风机变压器，海上升压站，海底电缆，陆上降压设备，制氢整流设备等中间电能输变环节，提高电能利用率。

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风机塔筒内采用体积小，动态响应速度快的PEM制氢设备，海上制氢平台可以采用成本较低的碱性电解制氢设备。

海底水、氢、氧管道防腐和沉管安装技术可以参考成熟的海底油气管道建设过程，氢气也可通过液氢型式进行输送。

随着全球变暖的加剧，世界各国越来越意识到、利用可再生能源的重要性，纷纷制定了一系列的政策法规。全球海洋总面积约占地球表面积的71%，其中蕴藏着巨大的海洋能，在碳达峰、碳中和的全球背景下，通过国家对可再生能源利用的政策扶持，促进相关科技研发以及产业发展，将有效促进海洋能的大规模应用。因此，可以预见海洋能在不远的将来会得到更多、更高效、更充分的利用。

（来源：中国能建华北院）

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