海上綜合能源系統發展研究

（來源：中能傳媒研究院 作者：馬杰 劉林桐 ）

（中國海油集團能源經濟研究院）

綜合能源系統是實現能源綠色低碳發展的重要手段。綜合能源系統通過集成電力、熱能、天然氣等多種能源形式，優化資源配置，提升能源供應的安全性、可靠性和靈活性。歐洲北海綜合能源系統的成功實踐表明，多種能源形式的協同整合可以顯著提高能源利用效率并降低碳排放，為推動能源轉型和實現碳中和提供了重要參考。

相比陸上，海上綜合能源系統具有更大的空間優勢。海洋中可再生能源儲量豐富，海上環境無遮攔、遠離人群，可更有效地利用風能、光伏、海洋能等可再生能源，實現多能協同、高效利用。海上空間的開闊性不僅可減輕對陸上資源的競爭，還能夠通過集成制氫、儲能等技術，提升能源安全，支持國家能源結構的多元化。此外，海上綜合能源系統的構建也有助于維護國家海洋權益，推動海洋經濟高質量發展。

一海上綜合能源系統的發展需求與挑戰

（一）發展背景及重要性

海上綜合能源系統是實現全球能源轉型和“雙碳”目標的重要途徑。海洋中可再生能源儲量豐富，我國已探明海洋可再生能源資源的開發總量超過35億千瓦，其中風能資源的開發總量占比超過85%，海上風電已成為推動我國能源轉型的重點方向之一。二氧化碳封存前景廣闊，截至2024年1月，我國已探明海洋碳地質封存潛力為2.58億噸，且海上空間廣闊、無遮攔且遠離人群，安全性遠高于陸地。以海上油氣生產平臺為基礎建設海上綜合能源系統具有基礎設施優勢，截至2023年8月，中國海油在役的固定式生產平臺超過300座，相應的設備設施、海管海纜等配套設施完備，通過整合油氣、風電、光伏、制氫及海洋能等多種能源形式，建設海上綜合能源系統，可提升新能源消納能力，同時實現多能協同與優勢互補，從而有效提升能源供應的安全性和可持續性。海上綜合能源系統可與海水養殖結合，將富余風電和光伏發電提供給養殖系統，提升能源利用率、減少養殖過程中的碳排放，同時促進海洋經濟多元化發展，實現生態和經濟效益雙贏。

（二）海上油氣平臺、風電場和制氫系統面臨的挑戰

海上綜合能源系統面臨諸多挑戰，包括油氣平臺電氣化、風電間歇性以及制氫和儲能的相關難題。傳統油氣平臺依賴燃氣發電，碳排放高且效率低，引入海上風電和光伏等清潔能源后，如何確保能源供應的穩定性仍是重大挑戰。

風電場的波動性主要來自于風速變化，可通過與制氫和儲能系統協同，將多余電力用于制氫，緩解供電波動。此外，提升海上風電的陸上并網效率、降低傳輸損耗也是關鍵。目前，淺水風電場的造價已顯著下降，而深海及漂浮式風電場仍需技術突破以降低造價。

制氫及制液體燃料是海上綜合能源系統的核心環節。電解水制氫效率為60%～70%，未來需通過技術進步進一步提升效率。與此同時，海水淡化、電解設備的抗腐蝕性以及氫氣的儲存和運輸問題也需解決，以降低制氫成本并實現大規模應用。

（三）海上環境和能源儲存瓶頸

海上惡劣條件（如臺風、大浪和腐蝕性海水）對設備運行和維護構成嚴峻挑戰，尤其在深海區域，設備安裝和維護的成本高昂。此外，海底電纜和輸氫管道等能源傳輸網絡的建設需要高超的施工技術和大量投資。風電和光伏發電的波動性決定了儲能的重要性，液化壓縮空氣儲能、液流電池和儲氫技術是潛在解決方案。制氫不僅能實現長時間儲能，還能在工業領域應用，然而，針對海上環境還需開發安全可靠的氫氣儲存和運輸技術。

二陸上綜合能源系統典型案例

陸上綜合能源系統的發展已取得顯著成果，通過整合多種能源形式，提高了能源利用效率，減少了碳排放。其核心技術包括冷-熱-電系統、電-熱-氣系統及多能互補技術，通過電力、熱能和氣體能源的協同，實現高效轉換與利用。例如，冷-熱-電系統利用熱電聯產設備提供電力與熱能，滿足供暖和工業需求；電-熱-氣系統結合電加熱和燃氣鍋爐，廣泛用于工業園區和城市綜合體。多能互補系統通過整合風能、光伏和儲能技術，實現了能源供需的平衡。

（一）國內外典型案例

全球范圍內，陸上綜合能源系統已形成諸多成功案例。德國的能源轉型政策推動了分布式能源、儲能和智能電網的發展，2023年可再生能源發電量占比達56%；日本在福島核事故后大力發展氫能和區域供能系統，提升了能源安全性和靈活性。

我國在風光氫儲一體化項目上也取得顯著進展。內蒙古和新疆建成了集風能、光伏、儲能和輸電于一體的大型可再生能源基地；張家口通過風光氫儲系統為2022年冬奧會提供了清潔能源供應示范；敦煌通過綠電制氫和儲氫，實現了能源的高度集成和高效利用。這些項目提高了可再生能源的消納率，為能源清潔低碳轉型提供了有力支撐。表1整理了我國在多種模式的綜合能源系統建設中取得的重要成果。

表1 我國綜合能源系統典型項目概覽

（二）電力傳輸、儲能技術與智能管理的創新

陸上綜合能源系統的發展依賴于電力傳輸、儲能技術和智能管理的創新。智能電網優化了能源調度，儲能技術（如鋰電池、壓縮空氣儲能和儲氫）提升了系統靈活性，解決了可再生能源的波動性問題。例如，壓縮空氣儲能和熔鹽儲熱技術有效平衡了季節性波動，儲氫技術則在能源緊缺時通過燃料電池或直接燃燒氫氣提供電力。智能管理系統通過大數據和人工智能實現實時監控和優化調度，有效減少了能源浪費，提升了整體效率。陸上綜合能源系統的智能化和集成化發展為海上綜合能源系統提供了寶貴的技術和經驗支持。

三陸上綜合能源系統對海上綜合能源系統的啟示

（一）能源協同與多能互補

陸上綜合能源系統的多能協同和優勢互補模式為海上系統提供了借鑒。陸上系統通過電、熱、氣等多種能源形式協同，實現了高效的能源轉換與利用。海上系統同樣可通過整合風電、太陽能、海洋能和油氣平臺，確保能源供應穩定性。通過風光互補和海洋能的結合，海上系統可實現能源供應的靈活性和優化配置。

（二）智能化與數字化管理

陸上系統的智能化管理和調度技術對海上系統具有重要參考意義。在海上環境中，實時監測和智能調度尤為關鍵。通過智能傳感器、數據采集和大數據分析，海上系統可對風電、油氣平臺等能源設施進行實時監控和預測性維護，提高系統可靠性。智能能源管理系統可根據氣候和需求動態調整能源分配，實現多種能源的最優調度和高效利用。

（三）基礎設施建設與利用

陸上系統在基礎設施整合與再利用方面的經驗同樣適用于海上系統。通過共享和整合能源生產、傳輸和儲存設施，陸上系統降低了成本。海上系統可再利用廢棄油氣平臺，將其轉為風電或海洋能轉換平臺，或用于制氫，從而減少新設施建設成本，實現設施利用價值的最大化，并降低對海洋環境的影響。

（四）能源儲存與傳輸技術

陸上綜合能源系統在能源儲存與傳輸技術上的進展，為海上系統提供了支持。陸上系統的電轉氣和儲氫技術可有效應對可再生能源的波動性。同樣，海上系統可將多余的風電或太陽能用于電解水制氫，通過燃料電池轉化為電力，提高能源利用效率。海上氫氣的儲存與傳輸可通過海底輸氫管道或儲氫船實現，突破了海上可再生能源的消納瓶頸，提升了系統整體效率。

四海上綜合能源系統發展路徑與技術創新

（一）發展階段與目標

海上綜合能源系統的發展可分為三個階段：短期（2030年之前）、中期（2030—2040年）和長期（2040年及以后），每個階段需明確具體目標和實施路徑。短期內，重點是完成初步布局和示范性建設，結合海上風電、光伏與油氣平臺，實現油氣平臺的電氣化改造，減少對燃氣發電的依賴，并推動制氫技術的應用，以實現多樣化的能源儲存。中期目標是實現規模化發展，建設集成風電、光伏、海洋能和油氣平臺的大型綜合能源基地，形成多能互補的供應體系，同時推動智能化管理和能源調度系統的實施，通過大數據和人工智能技術提高能源利用效率和系統穩定性。長期發展則旨在實現全面商業化和全球領先，尤其是在儲能技術方面取得突破，特別是氫能的儲存與利用。同時，廢棄油氣平臺將被廣泛用于風電、光伏和海洋能的轉換與儲存，以促進可持續的海洋資源利用。通過持續的技術創新和政策支持，海上綜合能源系統將在全球能源轉型中扮演重要角色。

圖 海上綜合能源系統發展階段時間軸

（二）技術創新的必要性

海上綜合能源系統的持續發展高度依賴于技術創新，尤其是在能源轉換、儲能和數字化管理領域的突破。當前，系統面臨的主要挑戰是如何高效集成風電、光伏等可再生能源與傳統油氣平臺。為此，需要引入先進的電力轉換設備和集成技術，以提高效率并減少損耗。儲能技術是系統穩定的核心保障，尤其在應對風電和光伏波動性方面，液化壓縮空氣儲能、液流電池和氫能儲存技術的改進尤為關鍵。這些技術不僅能實現能源長期儲存和靈活調度，還能在能源供給不足時確保系統穩定性。在數字化管理和智能調度方面，需依賴傳感器網絡、大數據平臺和人工智能的應用，實現實時監控和動態優化，提高系統響應速度和安全性，從而實現自適應控制和高效管理。通過在能源轉換、儲能和數字化管理領域的持續創新，海上綜合能源系統將向更高效、智能化的方向發展，為綠色轉型和可持續發展提供技術支撐。

表2 海上綜合能源系統技術創新與發展方向概覽

五海上綜合能源系統實證案例

（一）國外海上綜合能源系統案例分析

歐洲北海綜合能源系統通過整合海上風電與油氣平臺，實現了多種能源的高效協同。風電提供的清潔電力減少了油氣平臺對化石燃料的依賴，并通過制氫技術儲存多余電力，提升了系統的靈活性和穩定性。這一成功得益于政策、技術和產業鏈的緊密合作，既提高了區域清潔能源比例，也加速了碳中和進程。截至2023年，北海地區的風電裝機容量超過25吉瓦，為區域清潔電力供應提供了支撐。

荷蘭的PosHYdon項目是全球首個將風電、油氣和制氫相結合的示范項目。該項目利用風電為油氣平臺供電，同時通過電解水制氫儲存多余電力，為可再生能源與傳統能源的融合提供了寶貴經驗。

日本福島的海上能源項目集成了風電、太陽能和制氫，通過多能互補提升能源效率，推動區域低碳轉型。該項目不僅助力福島災后重建，還為區域能源結構多樣化提供了支持。

表3 全球海上綜合能源系統典型項目概覽

（二）我國海域潛在的實證項目

我國渤海、黃海、東海和南海海域具備建設海上綜合能源系統的巨大潛力。表4是基于不同區域特點設計的海上綜合能源系統應用場景。

表4 我國主要海域海上綜合能源系統潛在應用場景概覽

（三）實證項目的實踐成果與啟示

案例表明，海上綜合能源系統的建設需充分利用區域資源優勢，將現有油氣基礎設施與新能源技術相結合，實現多能協同供能。北海和PosHYdon項目的成功證明，通過政策引導、技術創新和產業合作，可以在復雜海洋環境中實現多種能源的集成，推動綠色轉型。

對我國而言，在渤海、黃海、東海和南海建設海上綜合能源系統具有戰略意義，既可提高海洋油氣開發效率并減少碳排放，也可通過發展可再生能源，增強能源供應的多樣性和安全性。同時，制氫和儲能技術的應用將助力解決風電和光伏發電的間歇性問題，提升系統穩定性。未來，我國應繼續推進相關研究與項目示范，借鑒國外經驗，結合國內資源與需求特點，推動規?；蜕虡I化應用。

六政策建議與合作模式

（一）政策支持與法規建設

海上綜合能源系統的發展需完善的政策框架和法律法規。我國應制定針對海上風電、光伏和制氫的政策，包括項目審批、稅收優惠和財政補貼等政策，吸引相關投資者參與。同時，應制定支持油氣平臺改造的政策，實現傳統能源與可再生能源的協同利用。此外，應完善技術標準和安全管理規范，確保綜合能源系統在海洋環境中的安全運行，并將環境保護納入開發活動的考量范圍，實現能源開發與生態保護的協調。

（二）國際合作與利益相關方的協調

海上綜合能源系統的建設需要國際合作和多方協調。我國可借鑒歐洲北?？缇衬茉撮_發的經驗，通過與國際能源機構合作推動技術研發、項目示范和經驗分享，尤其是在風電、制氫和海洋能開發領域，提升系統效率。國內需主管部門、企業、科研機構和金融機構的通力合作，主管部門提供政策支持、科研機構推動技術創新、企業負責項目實施、金融機構提供資金保障，多方協作，提升項目建設速度和質量。

七結論

海上綜合能源系統是實現能源轉型與“雙碳”目標的重要途徑。借鑒陸上綜合能源系統的成功經驗，海上系統在能源協同、多能互補、智能管理和儲能技術等方面取得了顯著進展。技術突破、政策支持和國際合作是推動系統發展的重要因素。未來，海上綜合能源系統將在全球碳中和目標中扮演重要角色，不僅提高海洋資源利用效率，還將推動我國海洋經濟的高質量發展，為全球能源轉型和應對氣候變化貢獻力量。