深遠海島礁能源保障模式研究

敬佳佳 黃順瀟 鐘林

(西南石油大學能源裝備研究院，四川 成都 610500)

我國深遠海島礁是海洋運輸和海洋開發的前哨，在維護祖國海洋權益上具有極其重要的戰略地位。深遠海島礁建設對電力、淡水、冷能等資源的需求巨大，其能源保障特別是供電保障一直是制約深遠海島礁發展亟待解決的瓶頸問題[1]。目前深遠海島礁的能源供給采用船舶補給模式，方式單一，且受惡劣海洋環境影響較大，補給安全無法保障；補給柴油發電釋放的有害氣體易破壞島礁脆弱的生態環境。

因此，亟待開展深遠海島礁能源保障模式及產業發展路線戰略研究，探索LNG、氫能、風電、光電及海洋能等低碳、零碳能源多能源互補的新模式[2]，從而促進深遠海島礁海洋產業的高質量可持續發展，維護和保障深遠海的國防安全，結合我國深遠海島礁分布區域、分布特點、能源需求、供給保障方式、產業裝備需求情況等，制定一條適合我國深遠海島礁能源保障的有效模式。

1 國內外島礁能源保障現狀及分析

國外成熟島礁面積大，人口多，能耗量大，主要以旅游、農業為主，這些島礁未來大力發展旅游業，將降低傳統化石燃料發電，大力開發可再生新能源[3]。馬爾代夫群島發展最成熟，其人口密度大，總能耗量大。法羅群島面積最大，由于其主要產業為農業，其人口密度小，總能耗量大。

國內成熟島礁主要以旅游為主，還有海洋學研究與工業，其成熟發展后，能耗量巨增，且對環境綠色環保要求較高，符合我國“雙碳”目標。目前國內成熟島礁能源消費依賴原煤，環保壓力較大，且原煤運輸不便，能源補給效率低[4]。國內外島礁能供現狀見表1。

表1 國內外島礁能供現狀調研總結表

深遠海島礁數量眾多，遠離大陸、生態環境脆弱、能源需求不均、島礁功能單一、能供模式不成熟。

深遠海島礁要在未來發揮優勢作用，實現能源保障安全，是建設遠程基地、啟動深遠海開發的先決條件，是經濟建設和國防建設的根本保證，需要更加完善的能供模式和產業鏈支撐。我國深遠海島礁未來將具備旅游、康養、漁業、科考、航線管理與綜合補給等多種功能，能源需求量將劇增，抗風險保障能力也將提高。目前能供模式供給量擴容難度大，供應鏈抗風險能力不足，排放不符合“雙碳”目標，難以適應島礁未來的發展需求，需要更加完善的能供模式和產業鏈支撐。

通過以上調研得出，柴油發電穩定，發電量大，目前所有島礁以柴油發電為主，但是需要考慮供應鏈成本和碳排放等因素。風光等新能源儲量豐富，綠色清潔，符合未來環保要求，可以逐步擴大其發電占比，但是需要配套相應的儲能系統。

目前各島礁已經建成新能源發電裝置運行狀況不理想，仍有一些重點問題需要解決。例如風光能發電不穩定，需要規劃部署電池儲能系統，組成微電網，島礁電網建設成本高，供電系統不成熟，風機、光伏設備選型對海島環境適應性較差，加之維護困難，部分設備出現問題后處于閑置狀態造成資源浪費，儲能系統設備選型對海島環境適應性較差，性能衰減較快，使用壽命短，風機運行會產生噪音對島礁居民生活和生態環境存在一定影響，甚至影響到島礁機場的建設[5]。

作為島礁主要且穩定的能源供給，LNG比柴油更適合作為深遠海島礁主要能源，其發電低碳高效，沿海資源豐富，運輸靈活，并且深遠海是LNG進口主要運輸通道，可以就近利用航線運輸資源，以此將LNG輻射至整個深遠海。

2 深遠海島礁能源供給模式分析

深遠海島礁目前主要依靠柴油供能，光伏和風電作為補充，其中柴油發電占比最大，為90%，如圖1所示。在未來發展中，能源需求量將迅速增加，且要求環境綠色環保，旅游業占比會進一步擴增，需要制定一條適用于深遠海島礁的能源供給保障新模式。

圖1 深遠海島礁能源供給占比

2.1 光伏在深遠海島礁供能的特點

深遠海光伏儲量豐富，深遠海日照強度高，太陽總輻射量大，潛在年光伏能源量達40 000億kW級別。2020年，海南光伏總發電量為14.29億kWh，同比增加3.43%。根據國家發展改革委、國家能源局和省委省政府的工作部署，“十四五”期間大力推進分布式光伏發電項目建設，海南省本著“統籌規劃、依法合規，因地制宜、業主自愿，政府引導、企業參與”的原則，大力推進分布式光伏發電項目建設，力爭“十四五”期間投產300萬kW。光伏建筑可以一體化發展，鼓勵在公共設施廣泛開發建設屋頂分布式光伏電站。光伏發電設備可以安裝在島礁近海，節約島礁陸地面積。

面對島礁高鹽高溫高濕度的嚴峻工況，光伏元器件的防腐蝕能力弱，供應商設備故障率高，深遠海發電技術匱乏。海上設備安裝困難，設備吊裝與項目建設實施困難大。且光伏發電設備相對昂貴，相比風電發電量少，占比面積大，發電不穩定，目前深遠海島礁缺乏微電網蓄能整流設施。

2.2 風電在深遠海島礁供能的特點

深遠海風能儲量豐富，風速常年可達6.5 m/s。年風能資源總儲量約為828萬kW，風能資源技術可開發量約為128萬kW。風電相對光伏發電占比面積小，發電成本低。同樣發電量下，風電場面積僅有光伏場的7.5%，發電成本為30%。海南省明確將于“十四五”期間加大海上風電開發力度，根據規劃，臨高西北部、儋州西北部、東方西部、樂東西部和萬寧東南部海域共計11個場址將作為開發重點，總開發容量約為1230萬kW，總場址面積約1902平方公里。海上風機利用率高、能量利用效率高、相較光伏抗深遠海惡劣環境能力強，是目前海上新能源首選。

同樣面對島礁高鹽高溫高濕度的嚴峻工況，風電元器件的防腐蝕能力和海上安裝技術還需進一步加強。特別是風電在發電時會產生噪音，影響島礁生態環境，甚至機場的建設，一般會將風電場設置在深遠海，相關設備的安裝與維護將會面臨更嚴峻的挑戰。

2.3 溫差能在深遠海島礁供能的特點

由于溫差能具有可再生、清潔、能量輸出波動小等優點，因此被視為極具開發利用價值與潛力的海洋能資源。海南省集中了全國約96%的溫差能能源，理論年發電量達2251億kW。溫差能發電適合與海洋資源綜合利用產業相結合，溫差能發電產生淡水和冷水，其中淡水可以緩解島礁淡水需求，冷水可以為島礁制冷，節約能源[6]。

我國在溫差能設備制造方面與國外先進水平相比差距仍較大，且島礁也缺乏相應的基礎條件與設施來支持溫差能發電。但溫差能發電前景光明，應深入研發相關技術，解決溫差能在深遠海島礁發電的難題，最終實現綠色崛起和科學發展的戰略。

2.4 LNG在深遠海島礁供能的特點

海南省天然氣地質儲量超10萬億m3，同時深遠海占據海運地利，獲取LNG資源便利。2021年海南天然氣公司累計為各地持續輸送液化天然氣109.47萬t，同比增長3.67%，保障了深遠海及內地沿海地區液化天然氣的穩定供應?！笆奈濉逼陂g，海南省將全面推進“氣化海南”建設，努力提升油氣勘探開發力度，LNG已被海南重視并使用，海南省使用海氣和LNG的混合氣發電，對海南電網供電穩定起著重要作用，同時為海南自貿港建設不斷輸送綠色能源。

LNG在深遠海有著利用航線便利的優勢，而中國是LNG第二進口國，占全球總量的17.5%，截至2020年底，中國LNG終端總接收能力達到8700萬t/年，同比增長14.2%。海南省中海油公司正在發展浮式LNG船技術，深遠海氣田的產出氣可以在船上加注、接收、液化、氣化并運輸，節約管道鋪設費用和陸地LNG站面積，能靈活滿足島礁不同量級能源需求，適合深遠海能源供給。

LNG用途廣泛，除了直接用于發電廠發電以外，還可以作為化工原料、工業燃料、居民消費，大大提高了能源利用效率。LNG還可在主要島嶼建設能源加注站，可以直接從周圍海上氣田運輸過來，覆蓋周圍海域和島礁的交通、運輸、民生等能源需求。

LNG發電綠色高效，綜合利用率>80%，每MW/年相比柴油減排CO2達770 t，發電成本為柴油的75%，對比LNG、柴油、煤炭三種能源，在相同的發電功率下，LNG的污染氣體最少，原材料消耗成本最低，運費最低，如圖2所示。

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3 深遠海島礁能源供給保障新模式

深遠海各島礁在不同發展階段應有對應的能供模式和比例，就總體而言，深遠海島礁的主要能源供給應采用LNG，其特點能供靈活、發電高效、綠色清潔環保，輔助能源供給應采用光伏、風電、溫差能等新能源，其特點儲量豐富、綠色減排、符合我國“雙碳”目標，應急能源供給采用柴油，其特點發電技術成熟，供能穩定，對島礁供電起安全保障作用，如圖3所示。

圖3 深遠海島礁各能源占比

其中LNG主要用于旅游業，為島礁基礎設施和交通工具發電，光伏和風電主要用于居民日常生活，在深遠海和附近遠離主要島礁的礁盤設置風電場，在房屋屋頂和礁盤設置光伏板發電，柴油除了日常使用未能完全轉型的部分，其余用于保障政府與軍事部門的供電安全。

為保障上述能源供給模式順利進行，需要對深遠海島礁建設與發展提出一些新的要求。

為保障LNG能供：建設對應的發電站和碼頭，匹配航線，優化并建造浮式LNG船，增加運輸體量，從深遠海氣田運輸LNG，建立LNG能源加注站，為附近島礁供能。

為保障新能源能供：海南省應發展光伏和風電相關防腐蝕技術與供應商合作生產，建立微電網蓄能整流，研究深遠海風電技術，發展溫差能發電技術，建造島礁冷水降溫設施與淡水儲罐。

為保障柴油能供：設置備用柴油發電機組，建立柴油儲庫。

4 深遠海LNG設備

深遠海島礁數量眾多，能源需求不均，需要對應的設備來滿足各個島礁不同的能源需求，以保障LNG在深遠海島礁正常的運輸供應。

FSRU浮式液化存儲及再氣化裝置能夠滿足深遠海島礁靈活的能供需求，FSRU是近年提出來的一種新型海上LNG裝備，它將LNG運輸船和LNG接收站結合，集LNG接收、再氣化、存儲、外輸、轉移運輸等多種功能于一體，是一種名副其實的海上大型移動LNG站，其可以將LNG運送至各深遠海島礁后直接將LNG氣化對接天然氣管線對外進行供氣，節約島礁建設成本，簡化能源供應產業鏈，能源供應輻射海域面積大，能靈活地為各深遠海島礁供能。

5 建設綜合能源示范小島的可行性

為推動島礁能供模式發展，應建立可參考可擴展的綜合能源發展示范小島，以此為研究試驗平臺，探索深遠海島礁能源供給保障模式。

示范小島未來的規劃建設應該是高度符合深遠海發展的總體規劃，應選擇深遠海諸島中面積較大、人口集中、開發利用強度較高的海島，隨著示范小島未來規劃發展(漁業、旅游業)對新能源(LNG)的需求急劇上升，有著非常大的潛在市場。

目前大部分島礁供電主要依靠柴油機和光伏發電，根據未來發展規劃，漁業以及未來的旅游業將是示范小島的支柱產業，隨著漁業不斷發展，必將對冷庫容量、制冰能力等提出更高的要求，對電能供應能力也將是巨大的考驗。根據有關資料調研，開發開放后示范小島對電力的總體需求預計至少應在5000 kW以上。示范小島應建設有碼頭，或者具備建設大規模碼頭的條件，同時應該具備合適的地理位置以及技術條件，用來實現罐區與管道建設，如圖4所示。

圖4 綜合能源示范小島

巨量的能源需求供應仍將是未來的一個巨大考驗，深遠海周圍有著極其豐富的油氣資源，LNG清潔能源終將成為未來能源供給的主力軍。未來需采取以LNG為主，新能源為輔，柴油為應急的新型能供模式來進一步推動綜合能源示范小島的發展。

6 結束語

結合我國深遠海島礁分布區域、分布特點、能源需求、供給保障方式、產業裝備需求情況等，制定一條適合我國深遠海島礁能源保障的有效模式，并談論了建設綜合能源示范小島的可行性。深遠海島礁新的能供模式主要采用LNG為主要能供，發電高效，低碳低成本，且深遠海有著良好的LNG發電基礎和資源。新能源為輔助能供，儲量豐富，綠色環保，符合我國“雙碳”目標。柴油為應急能供，發電穩定成熟，保障島礁能供安全。