碳中和风口下的新蓝海

一、研究背景及意义

2020年9月22日，习近平总书记在第75届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话时表示：中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力争于2030年达到峰值，争取于2060年前实现碳中和。2022年1月24日，习近平总书记在十九届中共中央政治局第三十六次集体学习时强调：“要把促进新能源和清洁能源发展放在更加突出的位置”，并提出“要加快发展有规模有效益的风能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能、氢能等新能源”。

（来源：能源新媒文/胡一鸣 梁云凤作者供职于北京理工大学、中国国际经济交流中心）

《“十四五”可再生能源发展规划》中明确提出：“稳妥推进海洋能示范化开发”，“探索开发海岛可再生能源，结合“生态岛礁”工程，选择有电力需求、可再生能源资源丰富的海岛，开展海岛可再生能源多能互补示范，探索海洋能在海岛多能互补电力系统的推广应用。”

《海南省海洋经济发展十四五规划》“培育壮大海洋新兴产业”板块中，在海洋可再生能源产业中提到“加强海洋能综合利用。支持温差能综合利用技术探索和创新，论证海南省温差能建设基地，开展适用于南海海域的温差能发电装置研发，制定阵列化排布方案，引入生产制造企业。推动海洋能技术攻关，将“海洋能+制氢”“海洋能+海水淡化”“海洋能+养殖”等“海洋能+”利用的产业发展新技术、新业态为突破口，形成技术领域的比较性优势。”。另外在“海水淡化与综合利用业”中提出“加快培育发展深层海水利用业。加快推进深蓝海洋深层水综合体－海洋高新产业基地项目。重点利用深层水高纯度特性制造生产高附加值饮用水、功能性饮料产品、高品质化妆水等多种深海产品；利用海洋深层水探索深海鱼类、虾类、贝类、蟹类生长试验，开展深海水产种苗的培育；发展深层海水医疗康养服务。”

海洋能是真正的绿色能源，具有开发潜力大、可持续利用、清洁低碳等优势，加快海洋绿能的开发利用，是我国能源转型的必然选择，也是实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和战略目标的关键路径。海洋温差能占我国海洋能总储量的90%以上，其中大部分分布在我国南海，海洋温差能在绿电开发的同时还可以提供淡水、空调冷源，对于我国南海资源开发、守疆固土、海洋经济发展意义重大。我国南海温差能资源丰富，同时我国海上丝绸之路邻国众多，由于历史原因，部分海上国土存在主权争端。随着我国海上事业和当前国际形势的发展，领土主权和海洋争端有日益加剧之势，强化海洋国土主权宣示，提高海洋权益维护能力刻不容缓。

二、海洋温差能发电技术创新

发展现状及趋势

海洋能有广义和狭义范畴，从空间上可以分为上中下三个层面，海洋上空的风能和太阳能，海洋中所蕴藏的温差能、潮流能、潮汐能、波浪能，海洋底下的煤炭、石油、天然气等化石能源。狭义的海洋能是指海洋中所蕴藏的可再生自然能源，主要包括温差能、潮流能、潮汐能、波浪能等，我们称之为海洋绿能。广义的海洋能包括海洋上空的风能和太阳能，海洋底下的煤炭、石油、天然气等化石能源，由于海上风能和海上光伏与陆地的风能和光伏，海底开发化石能源与陆地开发化石能源，除基础设施和经济成本不同外，基本技术无差别。

本文所谓海洋绿能特指海洋温差能发电技术创新及产业生态。海洋温差能在提供绿电的同时，还可以制取淡水、提供空调冷源、开展养殖、深海功能水加工、建设海洋温差能主题公园与温泉度假村项目等等，实现海洋温差能源的综合利用。在常规能源日益耗减的严峻形势下，世界各国投入大量人力和资金，积极进行探索和研究。目前在印度洋、加勒比海地区、南太平洋、夏威夷海域都较好地应用了温差能发电技术，取得了较大进展。我国在南海的岛屿、海上石油平台上，通过海洋温差能发电，完全能够解决能源供应问题，增强海洋开发能力。

（一）我国海洋温差能发电

技术发展现状

海洋温差能是指以表面、深层海水的温度差的形式所储存的海洋热能，其能量的主要来源是蕴藏在海洋中的太阳辐射能。由于太阳辐射，海水温度随水深的增加而降低，由此产生了温度差异，这一温差中包含着巨大的能量。赤道地区的热海水由于重力作用下沉，流向两极地区，由此产生大尺度的海洋环流，从而也常年保持着海水不同层面的温度差，形成海洋温差能。海洋温差能储量巨大，按照现有技术水平，可以转化为电力的海洋温差能大约为10000TWh/a。同时海洋温差能还具有随时间变化相对稳定的特性，因此，海洋温差能可提供大规模的、稳定的绿色电力。

2006年我国自然资源部第一海洋研究所提出了贫氨溶液二次热回收的国海循环和基于压力能回收理论的新型热力循环，中国海洋大学将引射引入海洋温差能转换循环，提出了海洋温差能冷电联供的新循环，提升了热能转化效率，理论和效率皆优于日本的上原循环，国内在海洋温差能热力循环原理和动力系统方面达到国际先进水平。此外，国内西安建筑科技大学、广州能源所、天津大学、上海交通大学、南方海洋科学与工程实验室、苏州科技大学等也开展过海洋温差能热力循环原理的初步研究。

在海洋温差能发电装置方面，自然资源部海洋一所自2006年先后研制了15kW和10kW两种不同循环方式的海洋温差能发电原理样机[3]，2012年中国海洋大学成功试制了温差能引射吸收原理样机，并于2019年完成了海洋温差能引射制冷－动力联供循环试验系统及远程测控装置；南方海洋科学与工程实验室（湛江）于2023年完成50kW温差能发电系统的实验室验证，中国地质调查局广州海洋地质调查局研发的20kW海洋温差能发电系统于2023年10月在南海完成实海况海试试验。

我国在海洋温差能开发技术产业化方面已经取得了重要的突破，20kW海洋漂浮式温差能发电装置已经在南海成功完成了海试，这是我国首次在实际海况条件下实现海洋温差能发电原理性验证和工程化运行，标志着我国海洋温差能开发利用从陆地试验向海上工程化应用迈出了关键一步。

（二）国外发展现状

在1881年法国人Mr.J.d’ Arsonval提出了海洋温差发电的概念。1926年法国科学家Mr.G. Claude在分别装有28℃的温水和冰块的两个烧瓶之间实现温差能转换成电能，从而说明利用海洋温差发电是完全可以实现的。试验成功后，G. Claude在1926年6月在古巴坦萨斯海湾沿海建造了一座开式循环发电装置，额定22KW的输出功率.但是由于抽取冷水的水泵消耗的功率过大.导致电站发出的全部电力满足不了冷水泵的需要。由于当时技术条件的限制，提取大量的深海水需要消耗很大的泵功加之海水温差较小系统效率低，导致了海洋温差发电研究停滞了几十年。直到20世纪70年代第一次石油危机之后，以美国、日本为代表的发达国家为了寻找替代能源，才真正把海洋温差发电的研究列入基础研究范围，海洋温差发电研究工作开始取得了实质性进展。通过资料及文献的调研，2013年以后，温差能的开发技术发展向着商业化目标又迈进了一步，且向着大功率、综合利用方向发展，目前已经开展兆瓦级海上示范电站的工作。韩国兆瓦级温差能发电系统已经运行发电，并计划出口兆瓦级温差发电装置到处于“一带一路”的基里巴斯等国家，美、日皆有百千瓦级温差能发电站长期运行，现已开始兆瓦级温差能电站方案设计。综合利用方面，韩国、日本、美国等国家深层冷海水产业已经达到规模化生产，完成了深海水制取淡水的商业化应用。

2009年，美国政府拨出1.48亿美元专款支持洛克希德马丁公司开发OTEC关键组件和完善实验电厂方案设计，并成功建造了位于美国维吉利亚州马拉萨斯的2～4MW测试装置，在可变状态下进行模拟试验，输出功率40kW。2011年，由洛克希德马丁公司主持建造的位于夏威夷州柯纳的40kW OTEC实验电厂在4月份投入运营。2014年美国Makai海洋工程公司在夏威夷正式安装了100kW温差能发电机组，并于1年后成功并入美国国家电网，这是美国第一个与电网并网的闭式循环OTEC装置，也是美国在运营的最大海洋温差能电厂，该项目可满足夏威夷120个家庭每年的电力需求。据悉，该示范工程规划总功率达到10MW，将源源不断地提供更多绿色、环保的电能。该工程正式并网发电具有里程碑式的意义，因为这不仅标志着海洋温差能发电切实可行，更为以后大型化综合化开发海洋温差能资源打下了坚实基础。马凯公司规划在未来与洛克希德马丁公司合作，为夏威夷、关岛等远洋岛屿建立100MW大型海洋温差能电厂，以缓解当地的能源紧张状况。还可以提供每分钟100 m³的冷海水，深层海水通过管径为1.4m的冷海水管道从水深914米处获得，约占总投资的10％。是全球可以提供深海水流量最大的实验室。

该整套发电系统形成高40米的塔状，为今后在该岛建造10MW大型海水温差发电站做准备。该系统共有两台换热器，每台换热器的热负荷为2 MW。换热器费用约占总投资的30％。由于换热系统是模块化组件，因此可以进行适当的小规模测试。氨工质循环系统配有两台工质循环泵和储液罐，该装置还可以通过海水流速、温度差、氨流量测试蒸发器和冷凝器的性能。

截至21世纪初，日本测试了多个OTEC电站。1981年日本电力公司（TEPCO）在瑙鲁共和国建造了一座全岸基的闭式循环电站并投入运行，电站输出功率是120kW，净出力为30kW，试验运行了一年，同时还继续研究设计1MW和10MW的电站。1982年，九州电力公司在日本鹿儿岛县德之岛建立50kW岸基OTEC电站，成功发电。2003年，日本佐贺大学研制了30kW的小比例OTEC综合利用实验装置，利用氨/水混合物作为工作流体，目前仍在持续发电。日本于2013年在冲绳久米岛建成的50kW电站，是结合发电、深海水利用的综合性温差能电站，该电站目前正在顺利运行。该温差能电站采用闭式朗肯循环，最大发电功率为50kW，表层海水温度为27℃，冷水源抽取612m深处海水，温度为8.8℃，循环系统采用的是闭式系统，工质为四氟乙烷（R134a）。

目前，该示范工程主要用于科研试验，其研究重点主要集中在温差能发电和深层海水的综合利用。“久米岛模型”将大规模温差能发电设备和海水利用集成在一个系统中，提高了温差能示范电站的整体经济性。例如，用温差能发电设备使用过后的冷水来调节表层暖水水温，用于牡蛎的养殖，从而大幅度提高了深层冷水的使用效率。

韩国自2007年开始海洋温差能研究，至2015年一直处于基础研究阶段，主要研究多种热力循环方式；2016年进入第二阶段的研究，研制了透平并开发了高效海水泵，研制了20千瓦海洋温差能模型样机，2013年，韩国在Goseong-gun成功运行20kW的OTEC闭式电站“SUPRC”。2014年12月，韩国船舶与海洋工程研究院（KRISO）又在Goseong-gun建成了200kW的温差能装置（H-OTEC），并对其进行了性能评估。2016年韩国海洋科学与技术学院（KIOST）与海洋和渔业部（MOF）在太平洋赤道海域基里巴斯共和国附近开展了1MW OTEC示范电站建设，2019年1MW海洋温差能发电设备安装成功，并于韩国东海进行试运行，发电功率370kW。受疫情影响，该装置还未在吉里巴斯岛安装。

三、海洋绿能综合开发利用

前景广阔

当前，我国海洋能源设施建设已进入战略机遇期。一是海上丝绸之路对海洋能源设施建设提出了迫切需求；二是国内外研究为海洋能源设施建设工作提供了重要借鉴；三是我国海洋温差能应用建设尚处于酝酿阶段，亟需产业示范基地填补空白，带动海洋综合开发利用实现跨越式发展。我国南海海洋资源开发利用、海上丝绸之路经济带建设和“海洋强国”战略的开展，使得该技术具有巨大的市场前景。

（一）我国南海区域温差能开发条件良好

在海南周边海域，海洋温差能在能源开发方面具有巨大的应用优势。一是海南周边海域的海洋温差较大。海南岛是我国南海最大的岛屿，地处热带地区，全年气温较高，海水表层温度也相对较高，而周边海域较深的地方深海水温则相对较低，这为海洋温差能的开发提供了良好的条件。二是海南省具有海洋温差能发电和综合利用的良好应用条件。海南省与南海其他岛屿相比拥有高度发达的制造业和物流运输业，为海洋温差能相关设备的制造和温差能系统的开发提供了便利条件。此外，海南周边海域航行水文条件良好，有利于海洋温差能设备的安装和维护。三是海南省政府对新能源产业的支持力度大。近年来，海南省政府大力支持新能源产业的发展，出台了一系列优惠政策和措施，为海洋温差能等新能源项目提供了良好的投资环境。海南还与国内外多家知名企业和科研机构合作，可共同推动海洋温差能技术的研发和应用。四是海洋温差能具有较高的经济价值和环保价值。与传统的化石能源相比，海洋温差能是一种清洁、可再生的能源，其开发利用有助于减少温室气体排放，保护生态环境。因此，海洋温差能的开发利用可以带动相关产业的发展，创造更多就业机会，促进地区经济可持续发展。

在我国南海区域，除了海南周边海域以外，其他海域和南海诸岛屿也具备开发海洋温差能的潜力。首先，南海海域的水文条件适宜海洋温差能的开发。南海地处热带和亚热带地区，海洋表层水温较高，而深海水温较低。这种温度差异为海洋温差能的产生提供了有利条件。其次，南海地区拥有广阔的海域面积和众多岛屿。除了海南周边海域以外，南海还有许多其他海域和岛屿，如西沙群岛、南沙群岛、中沙群岛等。这些海域和岛屿的开发潜力巨大，为海洋温差能利用提供了机会。此外，南海拥有丰富的矿产资源，如石油、天然气等，这些资源在开发时需要建设海上平台。而海洋温差能与这些资源开发相结合，如在石油天然气海上平台上应用海洋温差能，实现资源综合利用和互补发展。最后，海洋温差能的开发对于南海地区的海洋安全和环境保护具有重要意义。海洋温差能在我国南海的开发利用，可为南海深远海岛礁驻岛官兵提供电力、淡水和空调等基本保障，对于我国维护海洋安全具有重要意义。开发利用海洋温差能，有助于减少目前化石能源的消耗，提升我国在国际海洋温差能产业中的地位，对于保护海洋生态环境等具有重要战略意义。

（二）东南亚国家

东南亚国家是中国开展“一带一路”合作的重要区域。东南亚地区拥有丰富的自然资源、海洋资源，人口红利显著，近年来区域一体化进程不断推进，基础设施持续改善，产业结构稳步升级，是世界经济发展最具活力和潜力的区域之一。但目前东南亚仍存在3000多万无电人口，人均用电量不足世界平均水平的一半，随着未来生活水平提高和人口持续增长，按照目前高度依赖化石能源的发展模式将带来能源安全保障困难、环境污染严重和气候危机加剧等多方面严峻挑战。

东南亚国家中有许多岛国，如菲律宾、马来西亚等，这些国家的海洋温差能等海洋清洁能源资源丰富，技术可开发规模非常大。中国与东南亚国家在海上新能源合作方面有着广阔的前景。中国之前宣布不在海外新建煤电项目，这为中国与东盟国家开展海上新能源合作开辟了新的方向。许多东盟国家的海上能源丰富，应积极利用海洋温差能等新型海洋能源，构筑起海洋绿能体系。这不仅是实现区域能源结构优化以实现碳达峰、碳中和的有效支撑，也是未来南海、21世纪海上丝绸之路沿线的重要能源来源。

在我国海洋温差能示范电站完成的基础上，以《联合国2030年可持续发展议程》《巴黎气候协定》《东盟能源合作行动计划2016—2025》为指导框架，对东南亚国家进行海洋温差能技术产能输出，以丰富的清洁能源资源、矿产资源、人力资源为基础，将区域能源优势转化为经济优势，从根本上解决区域经济发展所需的能源供给问题，实现经济社会环境的协调发展。

（三）赤道岛国

目前，全球许多赤道周边的岛国仍然面临着能源紧张和电力短缺的问题。这些岛国主要集中在非洲、南美洲和太平洋地区，如瑙鲁、马达加斯加、斐济、萨摩亚等。由于地理位置偏远，基础设施建设滞后，这些岛国的能源供应主要依赖于进口石油和天然气，这不仅成本高昂，而且容易受到国际市场价格波动的影响。这些岛国位于海洋温差能丰富的海域，具有极好的海洋温差能开发的资源优势。基于此，我国可以考虑选取合适的岛国进行“温差能利用”示范项目建设。通过技术合作、人才培养、设施建设等方式，帮助这些国家提升自身的技术研发能力和技术水平，解决当地的能源电力短缺问题。

对外进行技术产能输出，不仅有助于推动当地的经济发展，也有利于我国的产业输出和文化输出。同时，这也符合我国积极推动“一带一路”建设，构建人类命运共同体的战略方向。

海洋温差能发电及其综合利用技术，具有强大的产业带动和相关产业拉动作用，不仅能够生产绿色电力有利于碳中和，而且能够产生强大的经济拉动作用。在我国南海将形成新质生产力，在双循环经济发展中将发挥较大作用。

四、政策支持及保障措施

（一）加大科技研发投入

积极落实《海南自由贸易港建设总体方案》相关政策，严格执行对技术投入型企业优惠政策，支持产业技术进步和成果转化。整合现有各项政策扶持渠道和方式，在资源要素、技术改造、关键技术攻关、创新载体建设、公共服务平台建设、企业梯队培育、质量品牌培育等方面给予重点支持。支持建立温差能与深海水资源综合利用示范基地。积极布局深层海水开发水资源综合利用产业链，面向全国发挥示范和辐射作用（尤其是南海及其他岛礁），形成温差能发电及深层海水综合利用工程建设能力，服务21世纪海上丝绸之路倡议。

（二）搭建科技创新平台

海南省引进国内外大院大所共建创新载体。发挥海南自由贸易港政策优势，在人员、经费、政策等方面给予优先保障，引进集聚国内外知名高等院校、科研院所来海南设立科研机构。实施高等院校科研机构创新能力提升工程。

海南省支持海南热带海洋学院等高等院校和科研院所提升科研实力，加大科技研发投入，集聚科技创新人才，培育建设国家重点实验室、国家大学科技园、国际联合实验室和省重点实验室、技术创新中心、院士创新平台等创新创业平台，形成长期稳定支持开展科学研究机制，打造成为海南重点领域科技创新策源地。

（三）引进培养海洋绿能

复合型人才

海洋温差能及综合利用是涉及海洋热能、海水淡化、空调供冷、海洋生物、海洋工程、化工材料、生物医药等多学科融合的一项技术。目前，海洋温差能应用主要集中在发电相关领域，相关研究人员主要为工程热物理、海洋能源以及海洋工程等相关领域人员，从事相关研究的人员涉猎面窄且人数较少，不利于海洋能蓝色碳中和事业的发展。因此，建议从海南省及国内外引进相关领域的专家，积极引进和培养人才，改善人才成长环境，形成尊重知识，尊重人才的氛围；开展技术培训，提高研发、设计、施工、管理等相关技术人员的业务水平，培养一批高素质的海洋温差能应用技术研究和管理人才，对海洋温差能发电尤其是综合利用领域进行深入研究，发掘其中的高效益点并尽快产业化，实现该示范基地的引领作用。