
作者简介: 饶伟,中海油能源发展股份有限公司清洁能源分公司,高级经济师,硕士,研究方向为海上风电、碳捕捉碳封存技术、海上新能源开发等
0 1、 我国海洋能源体系开发现状及存在问题
1.1 开发现状
中国大陆海岸线长达18000km,海岛总面积约占全国陆地面积的0.8%。在海洋能源储量上,我国海洋能源储量丰富,当前已探明海洋石油资源储量为246亿t,占全国石油资源总量的23%,海洋天然气资源储量为16万亿m3,占全国天然气资源总量的30%。 此外,在南海区域,还富集大量天然气水合物,随着勘探技术的发展与开发,我国海洋油气产量有望再创新高,海洋经济的发展也呈现良好的增长态势。
我国海上风能资源丰富,在50m水深近海范围内,风电技术可开发资源量4.3亿kW, 水深超过50m的深海风电技术可开发资源量超过20亿kW, 相当于近海风资源的4~5倍。据统计,全球80%的海上风能资源潜力位于50m以上水深海域。 过去10年间海上风电行业进人了高速发展期,从标杆电价阶段到竞价阶段,再到国家补贴退出,目前海上风电也正式进入平价时代,近海风电项目度电成本(LCOE)已下降到0.33元/度。截至2023年年底,海上风电累计并网装机3728万kW,同比增长20.5%,累计装机量连续3年位居全球首位。与此同时,我国的海上风电在运行机组最大单机容量已达到16MW;7~11MW的风电机组逐步成熟,16~18MW样机陆续诞生。目前中国已经超越英国成为全球海上风电累计装机规模最大的国家,长远来看,海上风电的渗透率将会持续提高。
海洋光伏作为一种新的能源利用方式和资源开发模式,也在快速的发展中。与陆上光伏对比,海洋光伏具有独特优势,首先,海洋光伏减少占用陆地资源,充分利用滩涂、海岛等,缓解了土地资源紧张的状况;其次,海上光伏与海上风电、海洋牧场等具有良好的融合性,易与其他产业相结合; 最后,由于海洋的独特环境条件,有助于提高光伏板的发电效率。我国大陆海岸线漫长,预计近海光伏装机规模超100GW,可利用海域超300万km2,海洋光伏的发展潜力巨大。 近年来,我国海洋光伏也在不断突破,2022年11月,烟台南侧海域500kW的水面深远海漂浮式光伏电站实现并网,成为首个深远海风光同场漂浮式光伏实证项目;2024年5月,中核田湾200万kW滩涂光伏示范项目正式开工,该项目建成后将成为中国装机容量和用海面积最大的海上光伏电站;2024年7月,中国首个大规模近海桩基固定式海上光伏项目烟台招远400MW海上光伏项目正式并网发电。随着海上光伏技术的进步和规模化生产,海上光伏将成为未来海洋能源发展中的重要一环。
除海上风电与海洋光伏作为海洋能源发展的重要目标外,利用海洋可再生能源制氢也成为海洋能源发展的热点,海洋氢能的概念正在全球快速推广。为了突破可再生能源发电的自身“瓶颈”,利用可再生能源制氢路线,发挥氢能作为可再生能源规模化高效利用的重要载体作用及其大规模、长周期储能优势,实现了电能向氢燃料的异质能源转化。这种方式使可再生能源克服了电力基础设施的限制,从而获得参与区域乃至全球能源贸易的能力,氢能也可能成为继液化天然气(LNG)之后新的跨境能源商品。由于风能和太阳能等典型的可再生能源是间歇性的,因此它们的电力输出无法调节。氢可以作为一种能源存储解决方案,氢能作为一种能源载体,成为未来国家能源体系的重要组成部分。
碳捕集利用与封存(CCUS)技术是中国实现碳中和净零排放目标的必选题,是实现净零碳排放的兜底手段。而其中,海洋CCUS是海洋碳汇的重要发展方向,我国海域封存潜力巨大,根据自然资源部中国地质调查局2023年发布的初步预测结果,海域封存潜力达2.58万亿t。此外,CCUS技术与海洋油气行业、海上风电和海洋氢能等专业知识技术关联性强、契合度高,非常有利于新能源减排产业协同发展。目前我国在海洋CCUS产业规模快速发展,2023年6月,我国首个海上碳封存示范工程项目恩平15-1已经正式投用;2024年8月,我国华南地区首个海上二氧化碳回收利用项目珠海高栏终端二氧化碳回收项目正式启动,通过利用海上CCUS的建设,将有效降低沿海区域及海上作业产生的二氧化碳排放。
1.2 存在问题
我国海洋能源发展潜力巨大,储能丰富,但目前仍面临着多方面的问题。
(1)在技术层面,目前仍有部分关键技术缺乏创新能力,在部分领域中处于落后状态,如深水油气开发的核心设施、水下生产设施、动力定位系统等仍依赖进口,海洋能源绿色开采工艺技术储备不足,缺乏“原创性”“颠覆性”技术,如何实现正向的产业激励,支持相关海洋能源企业进行技术性创新,推动产业化发展是未来开发海洋能源的重要一环。
(2)海上项目建设中存在立体交叉使用的情况,如何规范海域立体开发活动用海管理,对海域立体分层设权工作中涉及的国土空间规划、海域使用论证、用海审批、海域环境保护、不动产登记、海域使用金征收等方面予以相应指导和规范,是当前海洋能源发展中亟须解决的问题
(3)在海洋能源综合开发中,仍然需要政策上的支持。目前我国出台了多个政策性文件支持海洋能源开发,但针对海洋综合能源开发的长远性规划尚未明确,尤其是各省在海洋能源发展过程中,缺乏整体的统筹和协同。而在国家政策领域上仍以阶段性为主,对于长远性海洋综合能源开发的相关规范与建议仍然较少。
0 2、 海洋能源综合开发路径分析
2.1 加大开发海洋油气,保障油气产量稳定
我国海洋油气资源总量丰富,近海石油资源主要集中在渤海湾盆地海域、珠江口、北部湾、南海区域,石油地质资源量累计超过210亿t,占近海的93%;近海天然气地质资源主要分布于渤海湾、东海、琼东南、珠江口、莺歌湾五大盆地区域,天然气地质资源量累计超过17万亿m3,占近海的97%。经过40余年的开发,我国海洋油气实现了从浅水到深水的跨越式发展,具备了强大的海洋工程能力,有着成功自主建造10万吨级1500m深水半潜式生产储油平台、30万吨级海上浮式生产储油轮(FPSO)300米级中深水导管架等海上大型设备的技术和经验,目前我国海洋油气开发也逐步向深远海进军。而随着海洋勘探与开发技术的不断提升,海洋石油也成为我国重要的油气产量来源。2023年,国内原油产量达2.08亿,其中海洋原油产量突破6200万t,同比增产超340万t,连续4年占全国原油产量增量的60%以上;海洋天然气产量约238亿m3,约占全国天然气产量增量的15%。中长期内,随着持续加大油气勘探开发力度,海洋油气资源特别是深水油气资源将成为重要资源接替区,未来,海洋石油和天然气开发将成为保障我国能源安全的重要支撑,在海洋综合能源的开发过程中做强油气主业,是维持我国能源供应体系的稳定性和弹性的重要一环。
2.2 促进海洋油气与海上风电融合发展,融合可再生能源与油气能源
当前我国海上石油和天然气钻井平台的电力消耗常规是由位于平台上的燃气轮机提供,这些设备的运行成本高、效率低、排放大,而随着我国海洋油气勘探开发的推进,未来海洋油气生产中的电力需求将越来越大。面对增储上产和降碳减排的矛盾,利用海上风电供应海洋油气平台生产融合发展是有效的解决手段。我国海上油气矿权与山东半岛、长三角、闽南、粤东和北部湾五大海上风电基地位置高度重合,海上风电与海洋油气开发具有天然地理优势,具备融合发展的条件。 海上风力发电场可以直接与油气平台相连,并与油气平台上燃气轮机并行运行。利用海上风电为油气平台供电将大大节省燃料和减少排放,减少漫长和昂贵的电缆连接到海岸,降低油气开发成本,实现绿色石油开采目标。
海上风电与海洋油气产业有较大的发展空间,在技术层面,早期海上风电开发借鉴了海上油气开采在建设、结构等方面的经验,这就使施工、安装和运维设备基本一致,具备了长远发展的条件,海上风电可与油气平台运维设备联合开展海上风电建设与运维。在融合开发上,海上风电具备与海洋油气开采融合开发的基础,利用海上风电对石油平台直接供电,可以有效降低石油开采成本,风力发申就地消纳,实现应用场景互补提升经济性。 目前在国内大量海洋油气田区城与规划海上风电场区城重合的情况下,通过海上风电与油气平台的融合开发可以增强海洋能源及海洋空间利用率,提高不同能源开发的协同性及多样性,逐步实现多元、低碳高效的海洋综合能源利用模式。
我国已在海上油气平台与海上风电融合发展做出了成功尝试,中国“海油观澜号”于2023年5月正式通过动态海缆投运接入海上油气田开发中,实现分散式风电为油气平台供应电力的突破,每年可减少二氧化碳排放2.2万。 在未来,逐步实现海洋油气开发的绿电替代,打造低碳绿色的海洋综合能源开发。
2.3 探索海上新能源制氢,积极拓展海洋氢能产业
氢能是未来国家能源体系的重要组成部分,作为一种清洁高效的二次能源,氢能在实现“碳达峰“碳中和”目标中起到关键作用,同时氢能的开发和利用也是推动我国能源结构转型,保障国家能源安全的重要手段。相比于其他传统能源,氢能的优势在于其能量密度大,热值高,可以实现零排放、零污染、无次生污染,并且易于储存,氢能可以发挥能量储能的作用,也可以充当能量的载体,具有能源载体和工业原料双重属性。
目前,氢气制取根据不同制取方式划分为灰氢、蓝氢和绿氢。灰利用煤、天然气等制取,成本最低;蓝氢利用灰氢+碳捕捉(CCS)来制取气,两者均有不同程度的碳排放;而绿氢则是利用可再生能源制取氢气,其中通过电解海水制氢将是绿氢制取的有效途径之一。电解海水制氢一方面,可以通过海上风电与海上光伏等可再生能源,就近实现海洋新能源消纳难题,实现电能向氢能的异质能源转换,克服电力传输系统的高安装成本和传输损失等缺点;另一方面,可以探索海上平台制氢一储运模式,形成适应海上环境的低成本、高紧凑、高可靠的直接海水制氢技术。而通过海上风电、海洋光伏等可再生能源制取的氢气可以直接用于海上石油平台,作为海上石油平台上生产、生活的燃料,实现新能源十氢气十海洋油气平台的能源网络;海上风电制取的氢气可以存储于海上加氢站或直接加注给船舶,也可以通过海底管道或者船运将氢气运输至陆地,并入陆上氢能网络,将可再生能源制氢与炼化工业用氢场景有机结合,逐步实现化工能源用氢绿色替代。通过海洋新能源与氢能的融合,可以为我国未来海洋能源带来巨大的发展空间,促进实现碳达峰、碳中和目标。
2.4 大力发展深远海海上风电,加速开发深远海资源
在全球范围内深远海风力资源更加丰富,随着近海可开发资源的逐渐枯竭,海上风电从近海逐步走向深远海。在技术层面,10余年的海上油气平台发展已成功证明了浮式结构的长期生存能力;在资源层面,深远海区域面积大,风资源丰富,可开发潜力大。另外,漂浮式风电平台利用锚泊系统与海床相连,对水深和土壤条件的限制较低,降低了施工难度与建设成本;深远海区城广阔,漂浮式风机可以建设成大规模的风电场,具有更好的经济性:同时漂浮式风机安装形式、位置更加灵活,可有效减少噪音、电磁波等危害;漂浮式风电可以利用海上油气行业的现有基础设施和供应链能力,有效地降低成本;最重要的是,漂浮式海上风电场提供了进一步扩大所用风电机组单机功率和尺寸的可能性,有助于降低每千瓦·时发电的最终成本。
未来深远海是我国海洋油气的重点领域,同时也是海上风电发展方向,我国50m水深近海范围内,风电技术可开发资源量4.3亿kW,水深超过50m的深海风电技术可开发资源量超过20亿kW,相当于近海风资源的4~5倍。据统计,全球80%的海上风能资源潜力位于50m以上水深海域。深远海风电开发限制因素少,海上风电势必走向深远海。深远海是国内海上风电未来发展方向和主战场。目前,国内发展漂浮式风电的水深在50~100m,而中国海洋油气平台的作业水深基本在100~200m,从油气融合角度考虑,深水漂浮式风电的将来主战场将超过100m。从技术、经济和全球海上风电探索路径考虑,漂浮式是开发深远海风电的最好选择。技术上,漂浮式风电不受地质条件影响,能捕获更多的风资源,且拆除方便。经济上随着水深的增加,漂浮式风电成本明显低于传统固定式风电成本。同时,建设大规模深远海海上风电基地,有利于加快沿海省(自治区、直辖市)能源转型进程,调整沿海区域能源结构,加速实现沿海经济结构转型升级,带动海洋经济产业发展。
2.5 推广海洋光伏,打造清洁能源互补体系
油气开发与光伏结合最早出现于陆上油气开采中,如中石油塔里木油田把绿色发展融入油气勘探开发全过程。同样,在海洋油气资源开发中,也可以利用海洋光伏作为海上油气平台的电力来源之一。而海洋光伏在自身属性上也具有多方面的优势:①海洋光伏与传统陆上光伏相比,省去了关于光伏占地等问题,漂浮式光伏可建立于海上油气平台附近,以海上油气平台为中心,建立完整的安装、运行、维护的体系;②海洋光伏具有良好的兼容性,海洋光伏与海上风电、储能系统等可以形成完整的清洁能源供应体系,尤其海上光伏与海上风电可以形成良好的能源互补,保障海洋清洁能源可以在运行期间持续、稳定地供应相应能源,通过合理的布置海上风电、海上光伏等能源接入位置和容量,还可实现电网降损和支撑末端电压水平的效果;③海洋光伏的规模化建设,可以减少海上油气开发过程中化石能源的消耗与碳排放,减轻向周围大气环境排放氮氧化合物和硫氧化物等所造成的空气污染,同时降低由透平发电机组工作带来的噪声污染,改善环境质量。
2.6 探索海上CCUS项目建设,推动碳捕集行业发展
与建设海上风电、海上光伏等方式不同,CCUS综合利用在绿色、低碳发展中是更为直接的方式,可以成为整体海洋能源开发中的最后一环,通过将捕集到的二氧化碳直接注人地下,从而降低环境中的二氧化碳含量。目前,我国碳排放仍处于较高阶段,以部分数据为例,2023年我国二氧化碳排放总量126亿t,超过全球碳排放的1/3,其中电力和工业成为两大主要排放源。从产业分布上看,大部分电力、工业等行业均分布在沿海区域,通过海上CCUS综合利用的方式可有效地减少碳排放。
CCUS是大规模减碳的有效措施,是未来实现碳中和的必要手段。而发展海上CCUS对我国实现碳中和具有重要意义。首先,我国工业主要分布于沿海地区,沿海区域碳排放量已占到全国总排放量的一半以上,是我国碳排放的主要集中地,但该区域产业和人口密集,二氧化碳封存具有重大安全风险,而海上CCUS远离人群,安全性具有保障,且中国近海咸水层封存潜力大,容量超过2万亿,具备良好的源汇匹配条件。其次,CCUS产业链条长且与油气产业相关度高,在技术上油气开发与CCUS之间具有紧密联系,在海洋工程产业上我国已具备一定的基础,对于开发海洋CCUS而言具有一定的技术优势。最后,海洋CCUS与其他海洋资源具有良好的协同性,在未来的能源开发中可以与海上油气、海上风电等形成整体闭环产业链,开发新型海洋能源利用形式。
2.7 打造“综合能源+”开发体系
增强综合能源与海洋资源的开发利用,力争实现海上风电“正生态价值”贡献。开展海上新能源与其他海洋能源形式融合发展新模式的探索,复合利用海洋自然资源和海域空间资源,形成优势互补,优化空间配置、提高资源利用效率,促进集约节约用海,并推动海洋清洁能源领域的技术融合创新。同时,在海洋资源开发上,打造“海上油气+海上风光”综合能源利用体系,实现海上风电+海上光伏+海洋氢能+氢能应用+海管输氢,形成新能源发电+就近供电+CCS/CCUS组合等,逐步实现能源共生、共来、共用。发展海上新能源与海洋牧场、海上油气、海水淡化、氢能及绿氢合成氨醇等多种能源综合开发利用,加快提升海域利用效率,逐步实现“绿电”“绿氢”的能源替换,并形成一体化绿色海洋能源解决方案。聚焦重点区域,秉持“方案先行”的理念,强化对重点区域提供“综合能源+”规划解决方案,积极推广海洋绿色能源生态圈。
03、 建议与总结
(1)协调简化海上风电与海上油气融合发展审批环节,积极推动海洋能源综合开发利用。建议国家发展和改革委员会及自然资源部加大统筹协调力度,统一审批油气作业与海上风电重合的区块统筹海洋功能区划,减少审批环节,优化审批流程,鼓励推进油气与海洋新能源共建共用,实现海洋能源标准化。
(2)出台海洋能源综合利用配套政策,在海域使用申请、项目审批方面提供支持。加快解决各领域对于海域使用的矛盾,形成完整的海洋规划机制。同时国家发展和改革委员会及国家能源局针对海洋综合能源项目建设提供优惠政策,对海上油气就近使用新能源电力明确政策支持。
(3)加强产业内外协同,加深电力公司、油气公司、炼化公司等合作沟通,加深各行业在新能源领域开发、应用的合作,实现资源共享,优势互补。同时,充分融合各产业链各企业数字化应用技术,推进产业大数据平台建设。
海上油气业务与新能源业务协同的能源立体开发,本质就是构建海上多元素综合能源系统,整合不同形式的能源资源,实现能源的高效利用。海洋能源立体开发可以加速各行业能源开发,结合产业特性形成模块化选择与个性化构建。探索海上风能、海上光伏、海洋能等海上新能源与 CCUS、储能等关键技术相融合的协调互补开发模式,实现安全、经济、清洁、高效的多层次立体海洋能源开发体系。而海洋资源综合发展的巨大空间,也将积极推动海洋设备产业链协同发展,与发展建设海洋经济强国、海洋经济强省的战略高度契合。充分挖掘海上油气田电力组网、岸电接入、二氧化碳外售利用、CCUS、燃煤替代等减碳措施发展潜力,能够有效提高我国的能源供应安全系数,并且能够大量地减少二氧化碳的排放,推进绿色低碳化的建设,尤其对作为我国能源消费主要区域的沿海省(自治区、直辖市)更是如此,充分开发海洋能源将更好地保障我国经济社会持续发展、优化能源结构、提高能源自给率。本文信息来源:《海洋开发与管理》2025年第1期