薛碧穎， 陳斌， 鄒亮

(1.中國地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所，山東 青島 266071； 2.海洋國家實驗室海洋礦產(chǎn)資源評價與探測技術(shù)功能實驗室，山東 青島 266071)

0 引言

海洋中蘊藏著豐富的能源資源，由于海洋面積占地球表面積的71%，所以理論上海洋資源量要高于陸地資源量。依據(jù)海洋能資源的開采方法和存在形式，將其劃分為海底化石能源、海洋非常規(guī)能源和海洋可再生能源3種。海洋可再生能源一般包括潮汐能、潮流能、波浪能、溫差能和鹽差能，而廣義的海洋可再生能源還包括海洋上空的風(fēng)能，上述這些能源都屬于無碳能源，也稱為清潔能源，具有可再生性和不污染環(huán)境等優(yōu)點，是一種亟待開發(fā)的新能源。

為合理應(yīng)對氣候變化和能源消費結(jié)構(gòu)的改變，全球正在逐步邁入以可再生能源為主的可持續(xù)能源時代，海洋可再生能源已經(jīng)成為重要組成部分。據(jù)國際可再生能源署統(tǒng)計，2020年全球新增可再生能源裝機容量相比上一年增長幅度大于45%，新增可再生能源裝機容量約2.80×108kW，預(yù)計未來2 a可再生能源增量將占全球電力總增量的90%[1]。全球海洋能蘊藏量約為776×108kW[2]，由于海洋能仍處于研發(fā)初期，發(fā)電裝機容量僅有53×104kW[1]。目前，世界上已有30多個國家參與海洋能的開發(fā)，歐洲無論是自然資源、技術(shù)水平還是產(chǎn)業(yè)規(guī)模都居于領(lǐng)先地位，亞太、中東和非洲等地區(qū)的國家研發(fā)力度也在不斷加強。開發(fā)利用海洋可再生能源符合碳中和發(fā)展需求，在能源轉(zhuǎn)換中占有重要地位，對沿海和海島經(jīng)濟發(fā)展、生態(tài)環(huán)境保護和海洋國防建設(shè)具有十分重要的戰(zhàn)略意義。

1 海洋無碳能源開發(fā)利用現(xiàn)狀

1.1 潮汐能開發(fā)利用現(xiàn)狀

潮汐能的主要利用方式是潮汐發(fā)電。潮汐發(fā)電的原理就是在海灣入口或有潮汐的河口建筑堤壩、廠房和水閘，與外海隔開形成水庫，利用漲落潮時庫內(nèi)水位與外海潮位之間形成的水位差推動水輪機發(fā)電。潮汐能發(fā)電技術(shù)已經(jīng)基本成熟。潮汐能發(fā)電研究在世界上已有200多a的歷史，早在18世紀(jì)，法國就開始研究如何利用潮汐能發(fā)電，1912年世界上第一座潮汐電站于德國建成[3]。20世紀(jì)20年代，陸續(xù)提出了多座潮汐電站的設(shè)計方案，但直到1967年世界上第一座大型潮汐電站才在法國正式投入商業(yè)運行[4]。目前，全球運行、在建、設(shè)計及研究的潮汐電站達100余座[5]。全球潮汐能的理論蘊藏量為30×108kW，其中10×108kW集中在淺海海域，但潮汐能蘊藏量中只有一小部分可以利用[3]。

我國潮汐能在開發(fā)利用技術(shù)水平、發(fā)電裝置和設(shè)備等方面已具備較好的理論基礎(chǔ)和豐富的實踐經(jīng)驗。我國潮汐電站建設(shè)始于20世紀(jì)50年代中期，曾經(jīng)建設(shè)了76座潮汐電站，但由于未進行正規(guī)的勘測設(shè)計和選址規(guī)劃，海水腐蝕和生物附著等問題也沒有得到合理解決，大部分潮汐電站短暫運行后就停辦甚至廢棄。我國目前仍在運行的潮汐電站有3座，分別是浙江溫嶺江廈潮汐電站、浙江海山潮汐電站和山東白沙口潮汐電站。其中，江廈潮汐電站是裝機容量最大的電站，總裝機容量達到3 200 kW，位于全球第四[6]。在我國東南沿海，有許多能量密度較高且自然環(huán)境條件優(yōu)越的站址位于潮汐能資源較豐富區(qū)，平均潮差約4～5 m。福建的大官坂、八尺門和浙江的健跳港、黃墩港站址已進行過前期調(diào)查勘測、規(guī)劃設(shè)計和可行性研究工作，具有近期開發(fā)價值。

1.2 潮流能開發(fā)利用現(xiàn)狀

潮流能發(fā)電的基本原理類似于風(fēng)力發(fā)電，首先將海水的動能轉(zhuǎn)換為機械能，然后再將機械能轉(zhuǎn)換為電能。潮流能發(fā)電裝置與潮汐能發(fā)電機組不同，它屬于開放式的海洋能捕獲裝置，根據(jù)其葉輪旋轉(zhuǎn)軸與水流方向的空間關(guān)系可分為水平軸式和垂直軸式兩種結(jié)構(gòu)。潮流能發(fā)電技術(shù)研究起步較晚，但發(fā)展很快。潮流能發(fā)電方案最早由美國提出，1985年在墨西哥灣海域和紐約市的河中進行了潮流能發(fā)電的試驗。英國從20 世紀(jì)90年代初開始研究潮流能發(fā)電，1994年在蘇格蘭近海進行潮流發(fā)電試驗[7]。全球多個國家的研發(fā)機構(gòu)已參與到潮流能技術(shù)的研究中，目前基本處于試驗和大規(guī)模商業(yè)化運行的早期階段，許多大裝機容量的潮流能站址正在籌劃建設(shè)當(dāng)中[8]。

我國潮流能利用技術(shù)研究目前處于技術(shù)示范階段。20世紀(jì)70年代末，浙江省舟山市率先進行了潮流能發(fā)電機組試驗[9-10]。2002年，我國第一座潮流實驗電站在浙江省舟山市岱山縣龜山水道建成，總裝機容量為70 kW。2020年，浙江大學(xué)在舟山摘箬山島研發(fā)的潮流能試驗電站最大發(fā)電功率達到637 kW，使我國潮流能開發(fā)利用向低成本、規(guī)?；瘧?yīng)用邁出了重要一步。

1.3 波浪能開發(fā)利用現(xiàn)狀

波浪能的利用技術(shù)主要有2種基本原理，一種是利用物體在波浪作用下的升沉和搖擺運動將波浪能轉(zhuǎn)換為機械能，另一種是利用波浪爬高將波浪能轉(zhuǎn)換為水的勢能； 通過能量轉(zhuǎn)換裝置將波浪的能量轉(zhuǎn)換為機械能，然后通過傳動機構(gòu)、氣輪機、水輪機或油壓馬達驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電。波浪能開發(fā)利用技術(shù)起步較早。1965年，日本最早研發(fā)成功微型波力發(fā)電裝置，主要用于航標(biāo)燈的使用。20世紀(jì)80年代，以為邊遠沿海和海島(離岸距離小于20 km)供電為目標(biāo)，英國、日本、挪威等國陸續(xù)建成了20余個波浪能轉(zhuǎn)換裝置或電站[11-12]。目前，國際上已有多個大型示范站實現(xiàn)了長期示范運行，振蕩水柱式、振蕩浮子式和越浪式等波浪能發(fā)電技術(shù)已較為成熟，波浪能極有可能成為下一個具有商業(yè)化價值的能源資源[7]。

我國對波浪能利用技術(shù)還不成熟，仍處于海況示范研究階段。盡管對波浪能的研究已經(jīng)開展了30多a，但只有10 W航標(biāo)燈用微型波力發(fā)電裝置已經(jīng)形成商業(yè)化產(chǎn)品[13]。目前，波浪能轉(zhuǎn)換裝置已完成實驗室模型試驗階段，部分工程樣機也已經(jīng)完成海試，我國基本實現(xiàn)了波浪能發(fā)電技術(shù)的自主創(chuàng)新，正在突破高效轉(zhuǎn)換、實用化等多項關(guān)鍵技術(shù)。2020年6月，山東威海淺海海上綜合實驗場和廣東珠海萬山波浪能實驗場完成建設(shè)，首臺裝機功率達500 kW的鷹式波浪能發(fā)電裝置“舟山號”正式交付[14]，它是我國目前單臺裝機功率最大的波浪能發(fā)電裝置，為我國繼續(xù)開展波浪能利用技術(shù)的工程化、實用化和規(guī)?；难邪l(fā)工作積累了發(fā)電裝置并網(wǎng)運行經(jīng)驗。

1.4 溫差能開發(fā)利用現(xiàn)狀

溫差發(fā)電是指利用海水的溫差進行發(fā)電，其基本原理是借助一種工作介質(zhì)，使表層海水中的熱能向深層冷水中轉(zhuǎn)移，從而做功發(fā)電。例如，使用低沸點的二硫化碳、氨或氟利昂做介質(zhì)，在表層溫水熱力作用下氣化、沸騰，吹動透平機發(fā)電，再利用深層冷水把工作介質(zhì)凝結(jié)成液態(tài)，一直循環(huán)往復(fù)，保持發(fā)電機運行[15]。溫差能技術(shù)研發(fā)起步較晚。最先提出利用海水溫差發(fā)電設(shè)想的是法國物理學(xué)家阿松瓦爾，1926年海水溫差發(fā)電試驗成功。1930年，古巴建造了世界上第一座海水溫差發(fā)電站[16]。在溫差能領(lǐng)域，美國和日本技術(shù)最為先進，先后研建了一些示范性電站[17]。目前，世界海洋溫差能發(fā)展著重于解決供電和飲用水、發(fā)展海水養(yǎng)殖和淡化海水制氫等產(chǎn)業(yè)，同時利用海水中稀有元素的分離和提取，提高海洋溫差能發(fā)電技術(shù)所帶來的經(jīng)濟效益[18]。

我國溫差能開發(fā)利用技術(shù)在示范規(guī)模和凈輸出功率方面還存在明顯差距。2004年，天津大學(xué)成功研發(fā)了利用溫差能驅(qū)動的水下滑翔器[19]。2012年，中國海洋大學(xué)完成首個小型自主式海洋剖面觀測平臺海洋溫差能發(fā)電試驗系統(tǒng)[20]。同年，自然資源部第一海洋研究所成功研制了總裝機容量為15 kW的溫差能發(fā)電試驗裝置，建成了我國首座運行的溫差能試驗電站[21-22]。目前，我國溫差能發(fā)電裝置處于試驗驗證階段，總裝機容量與國外相比仍存在量級上的差異。

1.5 鹽差能開發(fā)利用現(xiàn)狀

鹽差能是指2種含鹽濃度不同的海水之間的化學(xué)電位差能，在自然界中主要存在于河流入海處，由于淡水和海水的鹽度存在差異，海水相對于淡水存在滲透壓以及稀釋熱、吸收熱、濃淡電位差等濃度差能，這種能量可以轉(zhuǎn)換成電能[23]。鹽差能利用技術(shù)尚處于實驗室和中試規(guī)模研究階段，離實際開發(fā)利用的距離還比較大。1939年，美國首次提出鹽差能發(fā)電的設(shè)想，日本、瑞典等國都在積極研究鹽差能開發(fā)利用技術(shù)。目前，高效、低成本滲透膜的研制等關(guān)鍵技術(shù)仍未得到較好解決。

我國鹽差能在技術(shù)上處于原理探索和實驗室研究階段。1979年前后開始鹽差能發(fā)電研究，2015年，國家海洋可再生能源專項資金首次設(shè)立鹽差能項目，中國海洋大學(xué)的“鹽差能發(fā)電技術(shù)研究與試驗”項目獲得資助[23]，通過對鹽差能相關(guān)技術(shù)的研究與試驗來解決發(fā)電技術(shù)的關(guān)鍵問題。高成本的膜材料是限制鹽差能技術(shù)發(fā)展的主要因素，目前鹽差能仍處于理論研究階段。

1.6 風(fēng)能開發(fā)利用現(xiàn)狀

風(fēng)力發(fā)電原理是利用風(fēng)力促使風(fēng)車葉片帶動風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)，通過增速作用將旋轉(zhuǎn)速度提升進而使得發(fā)動機進行發(fā)電。風(fēng)能發(fā)電起步晚，但發(fā)展迅速，技術(shù)日趨成熟, 規(guī)模急劇擴大。1991年，丹麥建成首個海上風(fēng)力發(fā)電場，到2006年末，全球運行的裝機容量超過90×104kW的海上發(fā)電場幾乎全都在歐洲[24]，歐洲的海上風(fēng)電技術(shù)水平代表了國際先進水平。與陸地風(fēng)場相比，海上風(fēng)電場具有土地資源占用少、地形地貌影響小、風(fēng)力資源豐富、單機容量更大等優(yōu)點[25]。

我國已具備建設(shè)大型海上風(fēng)電場的能力和經(jīng)驗。2007年，我國首座海上風(fēng)力發(fā)電站建成投產(chǎn)，標(biāo)志著我國海上風(fēng)力發(fā)電有了實質(zhì)性突破。2010年，上海東海大橋海上風(fēng)電場并網(wǎng)運行，成為我國第一個海上風(fēng)電示范項目，也是全球歐洲之外第一個海上風(fēng)電項目[26]。至2017年底，我國海上風(fēng)電累計裝機容量已達279×104kW，海上風(fēng)電目前已基本具備大規(guī)模開發(fā)條件。

2 我國海洋無碳能源調(diào)查狀況

我國對海洋無碳能源的開發(fā)利用十分重視，自20世紀(jì)50年代開始，先后開展了5次大規(guī)模的全國海洋無碳能源調(diào)查。

1958年，水利電力部開展第一次全國沿海潮汐能資源普查。全國500處港灣、河口壩址的潮汐能資源，年理論蘊藏量約2 751.6×108kW·h，裝機容量約1.1×108kW，可開發(fā)裝機容量約0.35×108kW，年發(fā)電量約874.3×108kW·h[27]。

1978年，水利電力部進行第二次全國沿海潮汐能資源普查。對全國沿海單壩址可開發(fā)裝機容量大于500 kW 的33個河口和156個海灣的潮汐能資源進行了調(diào)查，總理論裝機容量為0.22×108kW[28]。

1986年，水利電力部和國家海洋局組織全國沿海農(nóng)村海洋能資源區(qū)劃調(diào)查，我國近海200 kW以上壩址的潮汐能裝機容量為0.22×108kW。雖然此次調(diào)查評估的壩址數(shù)較第二次調(diào)查增加了約76%，但由于新增的港灣面積偏小，潮汐能裝機容量僅增加了約1%[29]。

上述3次調(diào)查均屬于“粗摸家底”式的普查，2004年和2010年又先后開展了全國范圍內(nèi)更深入細致的資源調(diào)查研究。2004年，國家海洋局組織實施的“我國近海海洋綜合調(diào)查與評價”專項(908專項)對我國沿海地區(qū)潮汐能、波浪能、潮流能、溫差能、鹽差能和風(fēng)能等海洋無碳能源相關(guān)要素進行了調(diào)查，結(jié)果顯示： 除臺灣外，我國海洋無碳能源總蘊藏量為15.80×108kW，理論年發(fā)電量為13.84×1012kW·h[3]。2010年，在908專項的基礎(chǔ)上，我國進一步開展了潮汐能、潮流能和波浪能優(yōu)選區(qū)的資源勘查和選址規(guī)劃的海洋能專項調(diào)查。

3 我國海洋無碳能源儲量、分布及其開發(fā)利用條件

3.1 潮汐能

潮汐能資源主要與潮差有關(guān)。我國近海受天文、徑流以及海灣形態(tài)等多種因素影響，平均潮差的分布及變化特征較為復(fù)雜，總趨勢為東海最大，黃海和渤海次之，南海最小。東海沿岸海域基本屬于中潮區(qū)(2.0 m≤平均潮差<4.0 m)或者強潮區(qū)(平均潮差≥4.0 m)，坎門以南水域，除東山為中潮區(qū)外，其余均為強潮區(qū)[30]； 黃海大部分海域?qū)儆谥谐眳^(qū)，山東半島東北及連云港東南附近海域平均潮差小于2.0 m，屬于弱潮區(qū)[30]； 渤海和南海大部分為弱潮海區(qū)(平均潮差<2.0 m)，只有遼東灣附近的水域年平均潮差超過2.0 m，屬于中潮海區(qū)，其余海域平均潮差均小于2.0 m[31]。

我國近海潮汐能資源技術(shù)可開發(fā)裝機容量大于500 kW的壩址共171個，總技術(shù)裝機容量約為2 282.91×104kW(表1)。我國近海潮汐能資源分布不均，主要集中在浙閩兩省，其技術(shù)可開發(fā)裝機容量約為2 067.34×104kW，年發(fā)電量約為568.48×108kW·h，分別占全國的90.5%和90.7%。裝機容量大于106kW的電站有錢塘江口、三門灣、三都澳、興化灣、福清灣和湄州灣，占全國總裝機容量的61%。908專項調(diào)查結(jié)果表明，大于500 kW潮汐能資源可開發(fā)理論裝機容量為2 282.91×104kW(表1)，而中國沿海農(nóng)村海洋能資源區(qū)劃調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果表明，大于200 kW潮汐能資源可開發(fā)理論裝機容量為2 173.6×104kW，理論上，200 kW以上潮汐能資源可開發(fā)理論裝機容量應(yīng)大于500 kW以上，出現(xiàn)上述相反的結(jié)論是由于中國沿海農(nóng)村海洋能資源區(qū)劃調(diào)查時間較早，且隨著自然演變和經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，潮汐能資源的開發(fā)環(huán)境發(fā)生了較大變化。

表1 我國近海潮汐能站址資源統(tǒng)計[3,32-33]

浙閩兩省潮汐能資源豐富，開發(fā)利用條件最好(圖1)。從平均潮差和海岸類型看，平均功率密度和庫容大小以浙閩沿岸開發(fā)條件最為優(yōu)越，其次是遼東半島南岸東側(cè)和山東半島南岸北側(cè)。上述海域平均潮差大，海岸類型以基巖海岸為主，海灣較多，是潮汐電站建設(shè)的理想?yún)^(qū)域。

圖1 我國近海潮汐能資源分布(數(shù)據(jù)來源于文獻[3])

3.2 潮流能

我國渤海、黃海和東海沿岸海域潮流性質(zhì)為規(guī)則半日潮流，而南海沿岸海域潮流性質(zhì)為不規(guī)則半日潮流。黃海和東海近岸海域的潮流整體上強于渤海，東海的浙江沿岸海域、杭州灣、臺灣島北側(cè)以及臺灣淺灘都是流速較強的海區(qū)，最大潮流流速超過4 m/s[34]，南海的最強潮流區(qū)主要位于瓊州海峽西側(cè)的喇叭狀灣口和海南島西側(cè)，最大潮流流速約2 m/s[35]。

我國近海主要水道的潮流能資源蘊藏量約為833.38×104kW，技術(shù)可開發(fā)裝機容量約166.67×104kW。我國潮流能資源空間分布不均，浙江省沿岸海域潮流能資源最為豐富，約為516.77×104kW，占到我國潮流能蘊藏量的50%以上，其次是山東、江蘇、福建、廣東、海南和遼寧六省，約占全國的38%，其他沿岸海域潮流能資源較少(圖2，表2)。

圖2 我國近海潮流能資源分布(數(shù)據(jù)來源于文獻[3])

表2 我國近海潮流能資源統(tǒng)計[3, 32, 36]

浙江省舟山群島海域是我國潮流能功率密度最高的海域，開發(fā)利用條件優(yōu)越。舟山海域擁有流速資源較好的眾多強潮流水道，開發(fā)利用潮流能電站選址選擇空間大，潮流能開發(fā)可減少對海上航運和海洋工程的影響，具有很好的潮流能電站建設(shè)條件。舟山9條水道的潮流能蘊藏量為114.8×104kW，其中蘊藏量最豐富的3條水道分別是西堠門水道(28.1×104kW)、螺頭水道(27.4×104kW)和龜山航門水道(23.2×104kW)。除舟山海域外，瓊州海峽東口(20.8×104kW)、老鐵山北側(cè)(21.6×104kW)和小洋口外(25.9×104kW)海域的潮流能蘊藏量也較為豐富[3]。

3.3 波浪能

波浪的波高和周期是波浪能大小的重要參數(shù)。我國近海波高的分布狀況表現(xiàn)為： 渤海和黃海沿岸海域平均波高較小，大部分海域年平均波高約0.5 m； 東海沿岸海域波高較大，福建北部的北礵站年平均波高可達1.3 m； 南海海域波高小于東海沿岸海域，年平均波高約0.8 m。波浪周期分布特征與波高類似，北部海域小于南海海域。

我國近海離岸20 km一線的波浪能蘊藏量為1 599.52×104kW，理論年發(fā)電量1 401.17×108kW·h，技術(shù)可開發(fā)裝機容量為1 470.59×104kW，年發(fā)電量為1 288.22×104kW·h(表3)。

我國波浪能資源分布極不均勻(圖3)。在空間上，南方沿岸海域的波功率密度高于北方沿岸海域，外海海域的波功率密度高于近岸海域[36]。渤海大部分海域年平均波功率密度小于1 kW/m； 黃海海域年平均波功率密度介于1～2 kW/m； 東海海域年平均波功率密度高于渤海和黃海，約為3～10 kW/m； 南海海域波浪能資源最豐富，年平均波功率密度為4～18 kW/m，特別是海南島南部海域，年平均波功率密度為6～20 kW/m。在時間上，由于我國沿海地區(qū)以季風(fēng)氣候為主，波浪能季節(jié)性特征明顯，一般情況下，秋、冬季波功率密度高于春、夏季。

圖3 我國近海波浪能資源分布(數(shù)據(jù)來源于文獻[3])

我國沿岸有很多條件相對較好的地區(qū)可供波浪能開發(fā)利用。浙閩沿岸、廣東東部和山東半島南部中段沿岸等海域具有近岸水深淺、地形坡度大、波功率密度相對較高、季節(jié)變化不明顯等優(yōu)點，有利于發(fā)電裝置的設(shè)計和安裝，可提高總體轉(zhuǎn)換效率，是我國波浪能開發(fā)利用條件最為理想的地區(qū)。

3.4 溫差能

我國近海海域的表層海水和深層海水溫差的分布特征有所差異。受太陽輻射年周期變化的影響，表層水溫的年周期非常明顯： 渤海表層水溫年較差較大，一般為23～28 ℃； 黃海為16～25 ℃； 東海為14～25 ℃； 南海表層水溫年較差最小，普遍在10 ℃以下。黃海在每年的5～10月有黃海冷水團出現(xiàn)，其上部海水溫度大于20 ℃； 東海黑潮區(qū)表層海水溫度約22～29 ℃，1 000 m以下終年水溫小于4 ℃，海水溫差可達18 ℃以上； 南海表層水溫均在25 ℃以上，500～800 m以下水溫小于5 ℃，海水溫差約為20～24 ℃[36]。一般情況下，表層海水和深層海水溫差大于18 ℃的海域適合開發(fā)溫差能資源。

我國近海海域溫差能資源儲量豐富，主要儲藏于南海，其次是東海。據(jù)王傳崑等[37]和吳文等[38]估算，我國近海海域的溫差能資源理論蘊藏量為1 518.9×1016kJ，其中，黃海海域溫差能蘊藏量為14.1×1016kJ，東海海域溫差能蘊藏量為208.8×1016kJ，南海海域溫差能蘊藏量為1 296×1016kJ。908專項調(diào)查結(jié)果表明，南海表層與深層海水溫差大于等于18 ℃，水體蘊藏的溫差能為1 160×1016kJ(表4)。

表4 我國近海溫差能資源統(tǒng)計[37-38]

溫差能空間分布差異較大。渤海和黃海海域平均水深較淺，溫差能開發(fā)利用難度較大。東海外陸架水深地形變化迅速，溫差能資源豐富，開發(fā)條件較好，是岸基式溫差能開發(fā)的優(yōu)良站址。南海溫差能資源最豐富，其資源蘊藏量分布具有明顯的季節(jié)特征： 春季蘊藏量小，主要集中在南海中部，西沙群島附近海域蘊藏量較大； 夏、秋兩季蘊藏量豐富，主要集中在南海中部和東部水深較大的海域； 冬季蘊藏量最小，整體分布較為均勻。南海北部海域距離大陸近，開發(fā)利用便利； 南海南部深水海域溫差能資源豐富，開發(fā)條件優(yōu)越，具有廣闊的開發(fā)前景，但因其距離大陸最遠，目前不具備大規(guī)模開發(fā)條件，可以優(yōu)先為島嶼開發(fā)利用； 南海中部深水海域西部分布著西沙群島，西沙群島由大陸坡臺階上的島礁組成，邊坡陡峭，有利于陸基式或陸架式溫差電站站址建設(shè)。

3.5 鹽差能

鹽差能資源蘊藏量取決于河流入海的淡水量，所以鹽差能資源的分布具有與河流入海流量分布相同的不均勻性。鹽差能資源主要分布在沿岸河口地區(qū)，入海流量越大鹽差能資源最多，我國鹽差能資源主要分布在長江口及其以南的河流入?？谘匕叮貏e是在夏季，徑流量增加顯著，例如夏季長江口附近鹽度大幅度下降，鹽度可達到0.2‰～0.3‰[39]。

我國22條主要入海河流的鹽差能資源總蘊藏量為1.13×108kW，年發(fā)電量約9 907×108kW·h，若取可開發(fā)其中的10%，則技術(shù)可開發(fā)量為0.11×108kW。我國主要河口鹽差能資源蘊藏量見表5。

表5 我國近海鹽差能資源統(tǒng)計[3,40-41]

鹽差能總蘊藏量豐富但地理分布不均。我國主要入海河流的鹽差能資源蘊藏量約為1.13×108kW，技術(shù)可開發(fā)裝機容量約為1 130.9×104kW。長江口及其以南沿岸海域鹽差能資源蘊藏量達1.07×108kW，占全國總量的94%，其中長江口資源蘊藏量最大，約為0.77×104kW，占全國總量的68%。受河流入海水量和海水鹽度影響，鹽差能季節(jié)變化和年際變化顯著，一般汛期鹽差能資源量可占到全年的60%以上，對鹽差能開發(fā)利用裝置以及裝機容量的確定造成一定困難。

3.6 風(fēng)能

同陸地風(fēng)能資源相比，我國海上風(fēng)能資源較為豐富。渤海海區(qū)年平均風(fēng)功率密度可達200～500 W/m2，年平均風(fēng)速為6～9 m/s； 黃海海區(qū)年平均風(fēng)功率密度可達250～600 W/m2，年平均風(fēng)速為7～9.5 m/s； 臺灣海峽和東海南部海區(qū)風(fēng)能最為豐富，年平均風(fēng)功率密度達500～1 500 W/m2，年平均風(fēng)速為7～11 m/s； 南海北部灣海區(qū)年平均風(fēng)功率密度達200～600 W/m2，年平均風(fēng)速為6.5～10 m/s[42]。通過風(fēng)場數(shù)值模擬和風(fēng)能資源計算，我國近海50 m等深線以淺海域10 m高度風(fēng)能資源總蘊藏量為8.83×108kW，技術(shù)可開發(fā)量為5.70×108kW(表6)。

表6 我國近海50 m等深線以淺海域10 m高度風(fēng)能資源統(tǒng)計[3, 42]

江蘇、山東和遼寧三省海洋風(fēng)能資源蘊藏量較大的原因是50 m等深線離岸相對較遠，統(tǒng)計的海域范圍大，而海南省海域由于50 m等深線離岸較近，導(dǎo)致統(tǒng)計的海域范圍小，故海洋風(fēng)能資源蘊藏量較小。但海南省近岸深水海域海洋風(fēng)能開發(fā)利用可能性較大，因為深海風(fēng)電場已經(jīng)成為目前海洋能開發(fā)的發(fā)展方向。

我國海洋風(fēng)能資源好，風(fēng)速大，風(fēng)功率密度高。我國近海50 m等深線以內(nèi)60%以上的海域面積年平均風(fēng)功率密度為150 W/m2，屬于豐富區(qū)和較豐富區(qū)。我國沿海灘涂面積大，地形平坦，近海30～50 m水深的海域廣闊，適合海洋風(fēng)能的開發(fā)利用，沿海地區(qū)人口密集、經(jīng)濟發(fā)達、電力緊張，海洋風(fēng)能發(fā)電便于入網(wǎng)。

4 我國海洋無碳能源開發(fā)利用存在的問題、開發(fā)利用前景分析及建議對策

4.1 開發(fā)利用存在的問題

海洋無碳能源的主要利用形式就是發(fā)電，除鹽差能利用技術(shù)仍處于實驗室研究階段外，其他無碳能源的發(fā)電技術(shù)均得到不同程度的研究與應(yīng)用。我國開發(fā)利用潮汐能的技術(shù)相對成熟，浙江溫嶺江廈潮汐試驗電站已實現(xiàn)并網(wǎng)發(fā)電并進入商業(yè)化運營，總裝機容量位居世界第四。潮流能和波浪技術(shù)處于示范試驗階段，已取得了一系列發(fā)電裝置專利和科研成果。溫差能利用技術(shù)也取得了較大進步，研制成功了低裝機容量的發(fā)電試驗裝置。我國風(fēng)電設(shè)備制造和自主創(chuàng)新能力不斷提升，海上風(fēng)電發(fā)展迅速，山東、江蘇海上風(fēng)電基地已初具規(guī)模?？傮w上，我國的海洋無碳能源開發(fā)已擁有部分成熟技術(shù)，但已有技術(shù)的發(fā)電裝置轉(zhuǎn)換效率低，在能量轉(zhuǎn)換和能量穩(wěn)定等方面的關(guān)鍵技術(shù)亟待突破，大多數(shù)技術(shù)商業(yè)化開發(fā)還需深入研究完善。

4.2 開發(fā)利用前景分析

“十四五”期間，為實現(xiàn)碳達峰、碳中和以及能源綠色低碳轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略目標(biāo)，清潔可再生能源是我國能源發(fā)展的主導(dǎo)方向。據(jù)統(tǒng)計，2020年我國可再生能源利用規(guī)模達到6.8億t標(biāo)準(zhǔn)煤，相當(dāng)于替代煤炭近10億t，減少二氧化碳、二氧化硫和氮氧化物排放量分別約達17.9億t、86.4萬t和79.8萬t[43]。截至2019年底，我國可再生能源發(fā)電裝機達到7.94億kW，其中水電裝機3.56億kW[44]，浙江模塊化大型海洋潮流能發(fā)電機組持續(xù)保持穩(wěn)定運行，累計并網(wǎng)發(fā)電已超過180萬度。改變能源生產(chǎn)和消費結(jié)構(gòu)，逐步降低煤炭在能源結(jié)構(gòu)中的比重是實現(xiàn)碳中和的必由之路。充分發(fā)揮海洋無碳能源的作用，既可以逐步改善以煤炭為主的能源結(jié)構(gòu)和電力供應(yīng)結(jié)構(gòu)，使我國能源經(jīng)濟和環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，也能解決沿海地區(qū)和海島的用電用能問題，使我國沿海地區(qū)生產(chǎn)生活用能條件不斷提升。

目前，海洋無碳能源的開發(fā)利用尚處于初步階段。從技術(shù)成熟度和經(jīng)濟效益上講，風(fēng)能最具有開發(fā)價值，其次是潮汐能、波浪能和潮流能，溫差能和鹽差能距實際應(yīng)用還有一段距離。基于我國海洋無碳能源利用的實際情況，近岸海域及海島地區(qū)應(yīng)大力發(fā)展海洋風(fēng)能，因地制宜發(fā)展潮汐能，積極推進波浪能、潮流能和溫差能開發(fā)實驗，研究探索多種能源的綜合利用示范。

4.3 建議對策

通過多次專項調(diào)查，利用實測站位和數(shù)值模擬，基本上掌握了近海海洋無碳能源的資源狀況。但從總體上看，實測站位偏少且調(diào)查精度不足，觀測時間偏短，除在重點海灣進行過潮汐能資源的開發(fā)規(guī)劃和設(shè)計研究外，尚未對潮流能、波浪能等其他海洋資源的重點海域、海島進行過更深入細致的資源調(diào)查研究。海洋無碳能源的資源區(qū)劃指標(biāo)較為單一，僅根據(jù)資源蘊藏量進行劃分，未考慮開發(fā)利用的環(huán)境、地質(zhì)、生態(tài)等方面的因素。另外，在海洋無碳能源建站選址和開發(fā)利用綜合評價方面，我國海洋無碳能源建站選址尚未開展大面積的開發(fā)利用，僅在浙江和福建等沿海省份開展了電站選址、勘測、設(shè)計工作，可行性研究較多。

未來可根據(jù)地方和企業(yè)需求，對重點海域附近的海洋環(huán)境條件實施精細化調(diào)查和研究，進一步查明海洋無碳能源分布及蘊藏量，系統(tǒng)分析海域海底地貌、底質(zhì)狀況、地層結(jié)構(gòu)、海流和波浪分布特征以及臺風(fēng)、海嘯等災(zāi)害影響，開展不同開發(fā)規(guī)模下海洋生態(tài)環(huán)境監(jiān)測，綜合評價海洋無碳能源開發(fā)利用適宜性，提出各海洋無碳能源電站選址優(yōu)選建議，進一步劃定海洋能資源分區(qū)，可為國家海洋可再生能源預(yù)留發(fā)展空間。