中國海洋能研究現狀及未來發展建議

DOI： 10.19911/j.1003-0417.tyn20240603.01 文章編號：1003-0417（2024）07-79-10

摘 要：隨著全球人口的增長、能源結構的轉型和對可持續能源需求的增加，中國面臨著優化其能源體系的緊迫任務。作為清潔、可再生的能源形式，海洋能成為國內外能源研究的焦點，其在中國具有巨大的開發潛力。在分析中國海洋能分布特征和發展現狀的基礎上，總結了中國海洋能開發的趨勢，對未來的海洋能產業提出了構建面向“雙碳”戰略的海洋能頂層發展規劃、建立健全海洋能技術的政策等建議，助力中國海洋能技術穩步發展。

關鍵詞：海洋能；海洋能技術；波浪能；潮汐能；潮流能；發展建議

中圖分類號：P741 文獻標志碼：A

0" 引言

海洋能作為依附于海水水體并具有可再生特性的自然資源，主要包括波浪能、潮流能、潮汐能、溫差能及鹽差能等多種形式[1]。根據國家海洋局組織實施的“近海海洋綜合調查與評價專項”取得的調查結果，中國近海海洋能資源的潛力和分布情況已基本明確。中國擁有長達1.8萬km的大陸海岸線和1.4萬km的島嶼海岸線[2]，其近海區域蘊藏的理論海洋能總量高達15.8億kW[3]，這不僅凸顯了中國海洋能資源的廣泛分布，也顯示著巨大的開發潛力。本文旨在深入分析中國海洋能中波浪能、潮流能、潮汐能及溫差能的分布特征，評估其當前的開發利用現狀，并探討中國海洋能發展的前景與面臨的挑戰；在此基礎上提出建議，以期推動中國海洋能的高效開發與可持續利用。

1" 中國海洋能分布特征

中國海洋能的總體特征是資源豐富但分布極不均勻，波浪能在空間分布上表現出明顯的差異，南方地區沿岸海域的波功率密度高于北方地區沿岸海域[4]；潮流能在浙江省沿岸海域最為豐富，占到全國潮流能總量的50%以上，其次是山東省、江蘇省、福建省、臺灣省、廣東省、海南省和遼寧省，共占全國潮流能總量的38%左右[5]；潮汐能主要與潮差有關，中國近海受天文、徑流及海灣形態等多種因素的影響，平均潮差的分布及變化特征較為復雜，總體分布規律為東海最大、黃海和渤海次之、南海最小[6]。

按照國際上傳統的統計方法計算，中國近海區域蘊含的海洋能總量約為15.8億kW，技術可開發量可達6.5億kW。中國4種海洋能的分布特征圖如圖1[7]所示。圖片來源于908專項“中國近海海洋可再生能源調查與研究”項目調查資料，由國家海洋技術中心和國家海洋信息中心共同負責整編。

由圖1可得：中國沿海潮汐能理論裝機容量可達1.9億kW；近岸波浪能理論平均功率為1600萬kW；潮流能理論平均功率為1400萬kW；溫差能資源可供開發的裝機容量約為3.7億kW。

2" 中國海洋能發展現狀

2.1" 潮汐能

1958年，中國開始研究潮汐能[8]，并于20世紀60年代開始建設潮汐電站，先后共建設了100多座潮汐電站[9]，在規劃設計、裝備制造、施工運營等各方面均積累了豐富的經驗。目前，中國在運行的唯一1座潮汐電站為浙江省臺州市溫嶺縣的江廈潮汐電站[10]，其現總裝機容量為4.2 MW，裝機規模居世界第4位，是中國裝機容量最大的潮汐電站。該電站自1985年投入運行以來工作至今，采用單庫雙向型設計運行方式，配備6臺雙向燈泡貫流式水輪發電機組[11]，出于多能同場共享海域的思路，該電站目前與水上光伏發電系統進行聯合運行。

目前，在國家政策及資金的支持下，中國已完成了對多個百萬千瓦級潮汐電站的可行性研究，測算得到的平均出廠電價與其他國家潮汐電站發電成本相當[12]，證明中國潮汐電站已進入商業化運行階段[13]。中國在潮汐能領域已經取得了顯著的技術進步，成功掌握了攔壩式潮汐能發電機組、高效發電機組的設計與制造，以及電站的高效運行管理等技術[14]，且此類發電機組在發電效率、復雜工況適應性等方面均已達到世界先進水平。

2.2" 潮流能

中國擁有較為豐富的潮流能資源，并且近年來在潮流能發電技術方面取得了顯著的發展[15]。哈爾濱工程大學、浙江大學、中國海洋大學等高校的研究團隊進行了大量的研究工作，開展了不同形式潮流能發電機組樣機（超過30 臺）的海試，部分具有代表性的發電機組照片如圖2所示。隨著技術水平的提高，中國潮流能技術的商業化開發迅速推進，截至2021年，中國潮流能總裝機容量已達3.82 MW，居全球第2，僅次于英國[16]。

岱山縣海洋新能源有限公司、浙江海洋大學、哈爾濱工程大學等單位聯合研發的海能III垂直軸式潮流能發電機組于2017年投入運行，年發電量超過65萬kWh。浙江大學研發的650 kW定槳型水平軸潮流能發電機組（葉輪直徑為16 m，額定流速為2.5 m/s）于2017年投入運行，年發電量超過36萬kWh[17]。此外，浙江大學還建成了裝機容量為60、120及650 kW的系列化水平軸潮流能試驗電站。國電聯合動力技術有限公司與浙江大學聯合研發的300 kW電氣變槳距水平軸潮流能發電機組（葉輪直徑為16.5 m，額定流速為2 m/s）于2018年實現跨年度并網發電[18]，該發電機組啟動流速為0.5 m/s，整機能量轉換效率為40%，年發電量超過42萬kWh。杭州江河水電科技股份有限公司與東北師范大學聯合完成了裝機容量為300 kW水平軸潮流能發電機組的海試，成功并網發電；該發電機組配備直徑為17.5 m無源自變漿透平，額定工作流速為2 m/s。

浙江舟山聯合動能新能源開發有限公司（LHD）繼2018年累計研制了5臺垂直軸、1臺300 kW水平軸機型后，于2022年3月建成了中國首臺兆瓦級潮流能發電機組——“奮進號”，其葉輪直徑為15.2 m，額定流速為3.4 m/s[19]，截至2024年1月28日，累計上網電量突破300萬kWh[20]。2023年，中國海洋大學牽頭研發的輪輞轉子潮流能發電機組樣機在青島齋堂島海洋能試驗測試場成功海試[21]，實現了低流速啟動和高能量轉換效率。

2.3" 波浪能

中國波浪能發電裝置的整機能量轉換效率已達15%～20%，系統能量轉換效率已超80%，這表明中國波浪能發電技術已與國際先進水平并駕齊驅[22]。在“國家863計劃”、國家海洋局“海洋能專項”、科技部“國家重點研發計劃”和研發單位自主科研項目的推動下，中國已經系統性地開展了近海海域波浪能資源的調查，并評估了主要熱點地區的開發潛力。

國內研發機構眾多高校，比如：中科院廣州能源研究所、中國海洋大學、大連理工大學、清華大學、浙江大學、哈爾濱工程大學、山東大學等，積極開展波浪能相關基礎研究，在多尺度波浪、風-浪耦合等方面提出了多種新模型，并在水工模型試驗、波浪能高效轉換機理探索等領域取得了顯著成果。目前，國內已完成實海況測試和樣機投放的波浪能發電裝置超50臺，具有代表性的波浪能發電裝置照片如圖3所示。

中國科學院廣州能源所開發了“鴨式”、“鷹式”及“哪吒”系列波浪能發電裝置[23-25]，裝機容量在10 kW～1 MW之間不等，其中多臺發電裝置已實現并網發電，代表性發電裝置“南鯤號”波浪能發電裝置的單日發電量最多可滿足3500戶家庭的用電需求[26]。中國海洋大學牽頭研發的Rolling波浪能發電裝置，能在小波高下多自由度吸收波浪能，對中國的波浪條件有天然的適應能力[27-28]。中國海洋大學和大連理工大學均開發了漂浮式振蕩水柱波浪能發電裝置，并均成功試航1年以上[29-30]。哈爾濱工程大學先后研發了10 kW點吸式波浪能船（與國家海洋技術中心聯合研發）、35 kW“海蘑菇”雙浮體波浪能發電裝置（與山東大學聯合研發）和3 kW“海豚號”截止式波浪能發電裝置，后者可適應深遠海，實際海試運行時間已近2年[31]。清華大學的波龍氣動式波浪能發電裝置則展示了氣動式技術與船體的有效結合。

此外，中國海洋測試場的建設也在加速進行，已建立了廣東萬山波浪能海上測試場、山東威海淺海海上測試場及山東青島齋堂島海上測試場[32-33]，并建設了多個百千瓦級測試能力泊位，極大地促進了波浪能發電裝置的測試與示范。

2.4" 溫差能

在科技部“十一五科技支撐項目”和國家海洋局“海洋能專項”的支持下，自然資源部第一海洋研究所成功完成了兩個海洋溫差能發電試驗裝置的建設和運行[34]，其最大功率達到15 kW，研發的系統循環效率為5.17%，高于日本上原循環技術4.97%的循環效率，標志著中國在該領域達到國際領先水平[35]。目前，第一海洋研究所已完成兆瓦級溫差能電站的前期調研與驗證工作，正在進行系統動能和壓力能回收的試驗研究，以期進一步提高系統發電效率。

東南大學在科技部“十三五”科技支撐項目的支持下，進行了30 kW南海海洋溫差能發電平臺樣機的南海海試試驗。南方海洋科學與工程實驗室（湛江）在工信部資金的資助下，完成了50 kW海洋溫差能發電測試系統的建設[36]。此外，中國地質調查局廣州海洋地質調查局在南海成功實施了20 kW海洋溫差能發電系統的實海況海試，并在此過程中抽取了數噸深層冷海水[37]。

3" 中國海洋能發展存在的難題

從宏觀能源體系的角度來看，海洋能資源的理論發電潛力巨大，但目前的開發程度和實際產出相對較低，與水電和風電相比，尚未實現大規模商業化應用[38]。全球范圍統計，海洋能發電在可再生能源發電中的占比不足1%，處于“有能無電”的尷尬局面。盡管各種海洋能發電技術積累研發時間已超過30年，但在追求高能量轉換效率與追求低成本開發之間找到平衡點，仍是一個挑戰，資源、技術、工程、經濟之間的鏈條尚未形成有效協調[39]。盡管如此，海洋能仍是最具開發潛力的綠色能源，是中國沿海地區實現“雙碳”目標的重要手段，其需要突破的關鍵問題包括資源識別、場景確定、技術示范、成本降低[40-41]。

3.1" 波浪能

中國在波浪能研究領域與歐美等國家相比，在產品和應用場景方面具有一定優勢，但在基礎研究與關鍵技術領域仍存在一定差距[42]，主要體現在：國外機構擁有成熟的設計及優化軟件[43]；國內波浪能發電裝置在材料、傳感器技術、控制系統等方面與國際先進水平相比尚顯不足[44]。

3.2" 潮流能

中國潮流能發電裝置存在海試運行時間短、發電效率不高、易損壞等問題[45]，實際海況下運行的可靠性、穩定性等相關技術亟待解決，與歐美發達國家相比，仍有一定差距[46]。

3.3" 潮汐能

中國在潮汐能發電領域的發展已達到國際前沿水平，尤其在商業化推進、核心技術及潮汐電站運維經驗方面展現出明顯優勢[47]。盡管如此，潮汐電站仍面臨著海水腐蝕和泥沙淤積等技術難題，這些問題在一定程度上阻礙了潮汐能的進一步利用[48]。因此，中國在潮汐能發電領域仍需要進一步增加研發投入，著力解決上述關鍵性問題，提高潮汐能利用效率。

3.4" 溫差能

在海洋溫差能研究方面，中國雖然在發電系統循環效率上處于領先地位，但與美國、日本、韓國等國家相比，在技術成熟度和開發利用方面仍有較大差距，主要體現在：中國的溫差能發電裝置的裝機容量僅限于10 kW級別，且所建設的試驗裝置多在實驗室或船上進行測試[36]；在深海水資源的綜合利用和開發方面，與產業化目標仍存在較大差距[49]。溫差能利用時的前期資金投入較大，這也是其發展速度相較于其他能源形式較為緩慢的原因之一。

4" 中國海洋能發展趨勢

中國海洋能的發展主要呈現出兩種開發應用模式：一是陣列化同場開發，即將多種海洋能利用集中在同一海域，形成規模性的海上電場，并通過“海電陸輸”的方式并入電網；二是分布式開發，即將電源布置在用戶附近，以海島為應用場景，實現就近取能，減少長距離輸電的需求。

4.1" 陣列化同場開發

中國沿海地區風能資源較為豐富，但分布不均勻。目前，海上風電搶裝熱潮已過，逐步進入理性階段，隨著碳達峰目標日期的臨近，海上風能繼續在新能源結構中扮演重要角色。然而，與風能伴生的波浪能及與其互補的太陽能并未得到同步開發，導致中國海上清潔能源利用呈資源多樣化而利用單一化的狀況。

陣列化同場開發是以集約用海、多能聯供、設施共享、智能運維為宗旨，充分利用風-浪聯合、風-光互補、光-浪互償等先進理念。在前期積累的理論研究與技術研發基礎上，提出以風電場為基礎，在同一海域聯合開發波浪能、太陽能等資源的總體設計。依托海上風電場，將風力機與波浪能裝置相結合，構建新型耦合發電系統，深度開發海上風能資源。特別是對于未來的漂浮式海上風電機組，其所耦合的波浪能發電裝置可吸收沖擊于漂浮式基礎的波浪能，提高能量捕獲效率，減少浮體搖擺，節約材料使用量，降低機組造價。此外，陣列化同場開發還可以在機組間的海域布設漂浮式光伏發電系統，與風電機組共享換能、升壓、輸電等設備。

陣列化同場開發的關鍵技術包括：高效獲能、大容量儲能、電能管理、智慧運維。

4.2" 分布式開發

分布式開發的戰略意義首先在于提高能源供給的靈活性，降低電網供電壓力。可再生能源并網存在輸入側與輸出側的雙重不確定性，發電高峰與用電高峰錯行，容易產生棄電，分布式開發不僅將發電與儲能裝置布置在靠近用戶的地方，并通過控制策略響應電網需求，可以有效平抑電網峰谷差。

中國擁有眾多島嶼，當島內居民或工廠依賴陸地電源時，由于電廠與用戶的距離較遠，輸送線路過長，導致能源損耗較高，且增加了投資成本，這在一定程度上制約了離岸經濟的發展。因此，分布式開發的應用場景集中在海島。海島周邊通常擁有種類豐富的清潔能源，包括海上風能、太陽能、波浪能、潮流能、潮汐能、溫差能等，其隨時間與地點的變化具有較大的隨機性與不均勻性，往往需要互補利用，以提高供電保證率，結合儲能與電源控制技術，可解決電網和需求側之間的時間隨機性矛盾。分布式開發的優勢是，既能從海上匯集多種清潔能源，提高供電量與平衡性，充分發揮“就近取能、網儲結合”的優勢；又能應用于在海島生活、海上生產、沿海科研等場景中，科學配置各種能源的裝機容量，深度挖掘分布式供電、靈活經濟的潛力。關鍵技術包括：陣列化高效獲能、海島儲能、微網管理、便捷維護。因此，建議選擇可容納千人居民的海島，以陸電托底，示范海洋能分布式開發關鍵技術。

5" 中國海洋能發展建議

針對中國海洋能發展中存在的問題，建議從以下幾個方面著手推動發展：

1）加快構建面向“雙碳”戰略的海洋能發展頂層規劃。基于中國海洋能資源總量與分布特征，瞄準國際海洋能發展的新賽道，聚焦高質量發展的新產業、新模式、新動能。明確國家牽頭部門，圍繞海洋能技術開發與產業化發展的戰略需求，制定近、中、遠期階段性專項規劃，統籌推進海洋能創新鏈、人才鏈，政策鏈、資金鏈和產業鏈的一體化發展。

2）深度推進海洋能技術創新，突破關鍵核心壁壘。充分考慮不同種類海洋能的技術發展階段，針對不同技術成熟度的能源類型，分階段開展技術創新。對處于產業化前端的潮流能與波浪能，堅持以高校與企業聯合體為主的合作模式、以“海能海用”為近期技術導向、產學研用深度融合，力爭在共性關鍵技術上產生重大突破，推動形成海洋能技術創新鏈。在“十五五”期間，重點突破高效獲能、高效儲能、智慧電源、智慧運維等關鍵技術；新建10 MW級陣列化同場開發項目和1 MW級分布式開發項目各5個；建設5個左右的國家級創新研究基地；在2040年前建成5家具有國際領先水平的海洋能開發與商業化運行企業，形成圍繞產業培育的創新資源配置鏈條。

3）建立健全海洋能技術的政策法規，解決發展中的“堵點”問題。海洋能技術的發展需要開展海上測試，目前在用海用地、環境觀測等方面仍存在較大障礙，需要政策法規的支持。建議多部門協調，出臺海洋能技術的用海、用島政策，簡化示范應用申報審批流程，完善海洋能減排量核算方法體系，消除政策與法律法規“堵點”，降低因政策法規缺失導致的多重風險。

4）完善海洋能項目投融資機制，確保資金需求得到滿足。海洋能產業鏈條長、資金需求大且融資期限較長，需要持久穩定投資。圍繞不同技術成熟度的海洋能開發項目，政府投資應發揮引導作用，激發市場投資活力，引導社會資本與能源企業投資重點產業鏈和創新鏈項目，促成產業鏈利益相關者的商業合作，實現資金鏈與產業鏈供需精準對接。

5）加快建設海洋能裝置計量檢測平臺，鼓勵能源企業的積極參與。針對海洋能技術的產業鏈開發需求，構建關鍵技術的計量檢測平臺，促進產業化過程中關鍵材料、設備與技術的科學評測與健康發展。協調利用國家實驗室等頂層資源，由具備室內與海上綜合測試能力（人員、設備、技術與資質）的科研機構承擔建設第3方平臺。鼓勵國有能源企業投入，在相關的考核評價中，對海洋能產業的各類投入可按照傳統可再生能源的1.5倍或2.0倍績效計量。

6）加強海洋能領域的專門人才培養和引進，促進國際交流與合作。圍繞海洋能技術創新開發的核心需求，加強高校與企業間的人才培養合作，精準引進和全方位培養專業人才，實現人才鏈與產業鏈、創新鏈的有效對接。積極開展國內外技術合作交流，學習和借鑒國外成功技術實踐和管理經驗，提升技術的國際競爭力，實現海洋能技術“走出去”和“引進來”。

6" 結論

隨著全球對能源安全和可持續發展的重視，中國正面臨著化石能源枯竭和人口增長帶來的能源結構轉型壓力。在此背景下，海洋能憑借其巨大的儲量和可再生性，成為優化能源結構、實現“雙碳”目標的重要選擇。本文通過綜合分析中國海洋能發展的現狀、挑戰與未來趨勢，提出了一系列針對性的發展建議：

1）雖然中國對各種海洋能的研發技術已積累超過30年的經驗，但當前海洋能技術發展仍面臨識別資源、確定場景、技術示范和降低成本等關鍵問題，需要政策支持、技術創新和市場機制的協同推進。

2）加快構建海洋能頂層發展規劃、深度推進技術創新、完善投融資機制、建設計量檢測平臺和加強人才培養。旨在促進海洋能技術向成熟化、規模化發展，提高其在國家能源結構中的比例。

3）結合國家“雙碳”戰略的深入推進，中國海洋能產業將迎來快速發展的新機遇。海洋能的高效開發和利用不僅將為國家能源安全提供支撐，也將為全球可再生能源的發展做出貢獻。

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RESEARCH PROGRESS OF OCEAN ENERGY IN CHINA AND ITS DEVELOPMENT PROPOSALS

Li Wei1，Shi Hongda2，Liu Zhen2，Han Zhi2，Cao Feifei2，Yu Tongshun2，Wang Yuqiao2，

Lun Zhixin2，Liu Hongwei1，Sun Ke3

（1. Ocean Academy，Zhejiang University，Zhoushan 316021，China；

2. College of Engineering，Ocean University of China，Qingdao 266100，China；

3. College of Shipbuilding Engineering，Harbin Engineering University，Harbin 150001，China）

Abstract：With the growth of the global population，the transformation of the energy structure，and the increasing demand for sustainable energy，China is facing the urgent task of optimizing its energy system. As a clean and renewable form of energy，ocean energy，has become a focus of energy research both domestically and internationally，and it has tremendous development potential in China. Based on the analysis of the distribution characteristics and development status of China's ocean energy，this paper summarizes the trend of China's ocean energy development，and propses recommendations for the future ocean energy industry，including the construction of a top-level development suggestions such as ocean energy oriented towards the emission peak and carbon neutrality strategy and establishes sound policies for ocean energy technology，to support the steady development of China's ocean energy technology.

Keywords：ocean energy；ocean energy technology；wave energy；tidal energy；tidal current energy；development proposals

收稿日期：2024-06-03

基金項目：國家重點研發計劃項目（2023YFB4204000）

通信作者：史宏達（1967—），男，博士、教授，主要從事海洋能利用、智慧港口建設方面的研究。hd_shi@ouc.edu.cn