海上综合能源系统发展研究

海上综合能源系统发展研究

（来源：中能传媒研究院 作者：马杰  刘林桐 ）

（中国海油集团能源经济研究院）

综合能源系统是实现能源绿色低碳发展的重要手段。综合能源系统通过集成电力、热能、天然气等多种能源形式，优化资源配置，提升能源供应的安全性、可靠性和灵活性。欧洲北海综合能源系统的成功实践表明，多种能源形式的协同整合可以显著提高能源利用效率并降低碳排放，为推动能源转型和实现碳中和提供了重要参考。

相比陆上，海上综合能源系统具有更大的空间优势。海洋中可再生能源储量丰富，海上环境无遮拦、远离人群，可更有效地利用风能、光伏、海洋能等可再生能源，实现多能协同、高效利用。海上空间的开阔性不仅可减轻对陆上资源的竞争，还能够通过集成制氢、储能等技术，提升能源安全，支持国家能源结构的多元化。此外，海上综合能源系统的构建也有助于维护国家海洋权益，推动海洋经济高质量发展。

一海上综合能源系统的发展需求与挑战

（一）发展背景及重要性

海上综合能源系统是实现全球能源转型和“双碳”目标的重要途径。海洋中可再生能源储量丰富，我国已探明海洋可再生能源资源的开发总量超过35亿千瓦，其中风能资源的开发总量占比超过85%，海上风电已成为推动我国能源转型的重点方向之一。二氧化碳封存前景广阔，截至2024年1月，我国已探明海洋碳地质封存潜力为2.58亿吨，且海上空间广阔、无遮拦且远离人群，安全性远高于陆地。以海上油气生产平台为基础建设海上综合能源系统具有基础设施优势，截至2023年8月，中国海油在役的固定式生产平台超过300座，相应的设备设施、海管海缆等配套设施完备，通过整合油气、风电、光伏、制氢及海洋能等多种能源形式，建设海上综合能源系统，可提升新能源消纳能力，同时实现多能协同与优势互补，从而有效提升能源供应的安全性和可持续性。海上综合能源系统可与海水养殖结合，将富余风电和光伏发电提供给养殖系统，提升能源利用率、减少养殖过程中的碳排放，同时促进海洋经济多元化发展，实现生态和经济效益双赢。

（二）海上油气平台、风电场和制氢系统面临的挑战

海上综合能源系统面临诸多挑战，包括油气平台电气化、风电间歇性以及制氢和储能的相关难题。传统油气平台依赖燃气发电，碳排放高且效率低，引入海上风电和光伏等清洁能源后，如何确保能源供应的稳定性仍是重大挑战。

风电场的波动性主要来自于风速变化，可通过与制氢和储能系统协同，将多余电力用于制氢，缓解供电波动。此外，提升海上风电的陆上并网效率、降低传输损耗也是关键。目前，浅水风电场的造价已显著下降，而深海及漂浮式风电场仍需技术突破以降低造价。

制氢及制液体燃料是海上综合能源系统的核心环节。电解水制氢效率为60%～70%，未来需通过技术进步进一步提升效率。与此同时，海水淡化、电解设备的抗腐蚀性以及氢气的储存和运输问题也需解决，以降低制氢成本并实现大规模应用。

（三）海上环境和能源储存瓶颈

海上恶劣条件（如台风、大浪和腐蚀性海水）对设备运行和维护构成严峻挑战，尤其在深海区域，设备安装和维护的成本高昂。此外，海底电缆和输氢管道等能源传输网络的建设需要高超的施工技术和大量投资。风电和光伏发电的波动性决定了储能的重要性，液化压缩空气储能、液流电池和储氢技术是潜在解决方案。制氢不仅能实现长时间储能，还能在工业领域应用，然而，针对海上环境还需开发安全可靠的氢气储存和运输技术。

二陆上综合能源系统典型案例

陆上综合能源系统的发展已取得显著成果，通过整合多种能源形式，提高了能源利用效率，减少了碳排放。其核心技术包括冷-热-电系统、电-热-气系统及多能互补技术，通过电力、热能和气体能源的协同，实现高效转换与利用。例如，冷-热-电系统利用热电联产设备提供电力与热能，满足供暖和工业需求；电-热-气系统结合电加热和燃气锅炉，广泛用于工业园区和城市综合体。多能互补系统通过整合风能、光伏和储能技术，实现了能源供需的平衡。

（一）国内外典型案例

全球范围内，陆上综合能源系统已形成诸多成功案例。德国的能源转型政策推动了分布式能源、储能和智能电网的发展，2023年可再生能源发电量占比达56%；日本在福岛核事故后大力发展氢能和区域供能系统，提升了能源安全性和灵活性。

我国在风光氢储一体化项目上也取得显著进展。内蒙古和新疆建成了集风能、光伏、储能和输电于一体的大型可再生能源基地；张家口通过风光氢储系统为2022年冬奥会提供了清洁能源供应示范；敦煌通过绿电制氢和储氢，实现了能源的高度集成和高效利用。这些项目提高了可再生能源的消纳率，为能源清洁低碳转型提供了有力支撑。表1整理了我国在多种模式的综合能源系统建设中取得的重要成果。

表1  我国综合能源系统典型项目概览

（二）电力传输、储能技术与智能管理的创新

陆上综合能源系统的发展依赖于电力传输、储能技术和智能管理的创新。智能电网优化了能源调度，储能技术（如锂电池、压缩空气储能和储氢）提升了系统灵活性，解决了可再生能源的波动性问题。例如，压缩空气储能和熔盐储热技术有效平衡了季节性波动，储氢技术则在能源紧缺时通过燃料电池或直接燃烧氢气提供电力。智能管理系统通过大数据和人工智能实现实时监控和优化调度，有效减少了能源浪费，提升了整体效率。陆上综合能源系统的智能化和集成化发展为海上综合能源系统提供了宝贵的技术和经验支持。

三陆上综合能源系统对海上综合能源系统的启示

（一）能源协同与多能互补

陆上综合能源系统的多能协同和优势互补模式为海上系统提供了借鉴。陆上系统通过电、热、气等多种能源形式协同，实现了高效的能源转换与利用。海上系统同样可通过整合风电、太阳能、海洋能和油气平台，确保能源供应稳定性。通过风光互补和海洋能的结合，海上系统可实现能源供应的灵活性和优化配置。

（二）智能化与数字化管理

陆上系统的智能化管理和调度技术对海上系统具有重要参考意义。在海上环境中，实时监测和智能调度尤为关键。通过智能传感器、数据采集和大数据分析，海上系统可对风电、油气平台等能源设施进行实时监控和预测性维护，提高系统可靠性。智能能源管理系统可根据气候和需求动态调整能源分配，实现多种能源的最优调度和高效利用。

（三）基础设施建设与利用

陆上系统在基础设施整合与再利用方面的经验同样适用于海上系统。通过共享和整合能源生产、传输和储存设施，陆上系统降低了成本。海上系统可再利用废弃油气平台，将其转为风电或海洋能转换平台，或用于制氢，从而减少新设施建设成本，实现设施利用价值的最大化，并降低对海洋环境的影响。

（四）能源储存与传输技术

陆上综合能源系统在能源储存与传输技术上的进展，为海上系统提供了支持。陆上系统的电转气和储氢技术可有效应对可再生能源的波动性。同样，海上系统可将多余的风电或太阳能用于电解水制氢，通过燃料电池转化为电力，提高能源利用效率。海上氢气的储存与传输可通过海底输氢管道或储氢船实现，突破了海上可再生能源的消纳瓶颈，提升了系统整体效率。

四海上综合能源系统发展路径与技术创新

（一）发展阶段与目标

海上综合能源系统的发展可分为三个阶段：短期（2030年之前）、中期（2030—2040年）和长期（2040年及以后），每个阶段需明确具体目标和实施路径。短期内，重点是完成初步布局和示范性建设，结合海上风电、光伏与油气平台，实现油气平台的电气化改造，减少对燃气发电的依赖，并推动制氢技术的应用，以实现多样化的能源储存。中期目标是实现规模化发展，建设集成风电、光伏、海洋能和油气平台的大型综合能源基地，形成多能互补的供应体系，同时推动智能化管理和能源调度系统的实施，通过大数据和人工智能技术提高能源利用效率和系统稳定性。长期发展则旨在实现全面商业化和全球领先，尤其是在储能技术方面取得突破，特别是氢能的储存与利用。同时，废弃油气平台将被广泛用于风电、光伏和海洋能的转换与储存，以促进可持续的海洋资源利用。通过持续的技术创新和政策支持，海上综合能源系统将在全球能源转型中扮演重要角色。

图  海上综合能源系统发展阶段时间轴

（二）技术创新的必要性

海上综合能源系统的持续发展高度依赖于技术创新，尤其是在能源转换、储能和数字化管理领域的突破。当前，系统面临的主要挑战是如何高效集成风电、光伏等可再生能源与传统油气平台。为此，需要引入先进的电力转换设备和集成技术，以提高效率并减少损耗。储能技术是系统稳定的核心保障，尤其在应对风电和光伏波动性方面，液化压缩空气储能、液流电池和氢能储存技术的改进尤为关键。这些技术不仅能实现能源长期储存和灵活调度，还能在能源供给不足时确保系统稳定性。在数字化管理和智能调度方面，需依赖传感器网络、大数据平台和人工智能的应用，实现实时监控和动态优化，提高系统响应速度和安全性，从而实现自适应控制和高效管理。通过在能源转换、储能和数字化管理领域的持续创新，海上综合能源系统将向更高效、智能化的方向发展，为绿色转型和可持续发展提供技术支撑。

表2  海上综合能源系统技术创新与发展方向概览

五海上综合能源系统实证案例

（一）国外海上综合能源系统案例分析

欧洲北海综合能源系统通过整合海上风电与油气平台，实现了多种能源的高效协同。风电提供的清洁电力减少了油气平台对化石燃料的依赖，并通过制氢技术储存多余电力，提升了系统的灵活性和稳定性。这一成功得益于政策、技术和产业链的紧密合作，既提高了区域清洁能源比例，也加速了碳中和进程。截至2023年，北海地区的风电装机容量超过25吉瓦，为区域清洁电力供应提供了支撑。

荷兰的PosHYdon项目是全球首个将风电、油气和制氢相结合的示范项目。该项目利用风电为油气平台供电，同时通过电解水制氢储存多余电力，为可再生能源与传统能源的融合提供了宝贵经验。

日本福岛的海上能源项目集成了风电、太阳能和制氢，通过多能互补提升能源效率，推动区域低碳转型。该项目不仅助力福岛灾后重建，还为区域能源结构多样化提供了支持。

表3  全球海上综合能源系统典型项目概览

（二）我国海域潜在的实证项目

我国渤海、黄海、东海和南海海域具备建设海上综合能源系统的巨大潜力。表4是基于不同区域特点设计的海上综合能源系统应用场景。

表4  我国主要海域海上综合能源系统潜在应用场景概览

（三）实证项目的实践成果与启示

案例表明，海上综合能源系统的建设需充分利用区域资源优势，将现有油气基础设施与新能源技术相结合，实现多能协同供能。北海和PosHYdon项目的成功证明，通过政策引导、技术创新和产业合作，可以在复杂海洋环境中实现多种能源的集成，推动绿色转型。

对我国而言，在渤海、黄海、东海和南海建设海上综合能源系统具有战略意义，既可提高海洋油气开发效率并减少碳排放，也可通过发展可再生能源，增强能源供应的多样性和安全性。同时，制氢和储能技术的应用将助力解决风电和光伏发电的间歇性问题，提升系统稳定性。未来，我国应继续推进相关研究与项目示范，借鉴国外经验，结合国内资源与需求特点，推动规模化和商业化应用。

六政策建议与合作模式

（一）政策支持与法规建设

海上综合能源系统的发展需完善的政策框架和法律法规。我国应制定针对海上风电、光伏和制氢的政策，包括项目审批、税收优惠和财政补贴等政策，吸引相关投资者参与。同时，应制定支持油气平台改造的政策，实现传统能源与可再生能源的协同利用。此外，应完善技术标准和安全管理规范，确保综合能源系统在海洋环境中的安全运行，并将环境保护纳入开发活动的考量范围，实现能源开发与生态保护的协调。

（二）国际合作与利益相关方的协调

海上综合能源系统的建设需要国际合作和多方协调。我国可借鉴欧洲北海跨境能源开发的经验，通过与国际能源机构合作推动技术研发、项目示范和经验分享，尤其是在风电、制氢和海洋能开发领域，提升系统效率。国内需主管部门、企业、科研机构和金融机构的通力合作，主管部门提供政策支持、科研机构推动技术创新、企业负责项目实施、金融机构提供资金保障，多方协作，提升项目建设速度和质量。

七结论

海上综合能源系统是实现能源转型与“双碳”目标的重要途径。借鉴陆上综合能源系统的成功经验，海上系统在能源协同、多能互补、智能管理和储能技术等方面取得了显著进展。技术突破、政策支持和国际合作是推动系统发展的重要因素。未来，海上综合能源系统将在全球碳中和目标中扮演重要角色，不仅提高海洋资源利用效率，还将推动我国海洋经济的高质量发展，为全球能源转型和应对气候变化贡献力量。