海上光伏如何成為下一個藍海？新型海上能源的研究與突破方向

相關資料顯示，我國大陸海岸線長1.8萬km，近海總面積470多萬km²，其中可利用海域超300萬km²，理論上可發展近7億kW(700GW)海上光伏。近年來，浙江等地也陸續出臺了相關政策支持海上光伏發展。但是，目前海上光伏只有少量建設，大部分還在未來的計劃中。海上光伏能否成為下一個藍海?海上光伏發展存在哪些技術難題?近日，《南方能源建設》編輯部就上述問題采訪了中國海洋工程咨詢協會海上風電分會會長蔡紹寬先生。下面為蔡會長關于海上光伏的相關論述，歡迎品讀!

除水能、風能、陸上光伏外，最值得研究的能源是海上光伏

當今世界，可再生零碳能源必將成為全社會能源供應主角。可再生零碳能源包括水能、風能、光能、溫差能、地熱能等。其中：水能，已開發100多年，即將開發殆盡，由于受資源規模限制，待開發量已極為有限;溫差能，從當前科技水平展望，難以實現規模化、市場化開發;地熱能，受應用場景限制而直接熱利用規模狹小，發電利用也難以規模化、市場化;風能(陸風、海風)，陸上風能正在市場化(平價化)、規模化開發，海上近淺海風電已進入市場化開發和規模化開發可期階段，必將大力發展;光能(陸光、海光)，陸上光伏正在市場化、規模化開發，海上光伏開發前景規模巨大但僅僅處于嘗試性科研開發階段而尚待探索。

綜上，未來可以規模化、市場化開發的可再生零碳能源有水能、陸上風能、近淺海風能、光能。除了已經下結論可規模化市場化開發的水能、風能、陸上光伏以外，最值得研究的目標能源是海上光伏。

近岸海洋能源區域分布

從中國能源發展前景來看，非熱點但有前景的能源有三個方面：漂浮式基礎海上風電、離岸能源島、漂浮式(含灘涂，下同)光伏。當前近岸海洋能源研究與開發探索的盲區為漂浮式光伏。

我們將近岸海洋能源分布區域劃分為五個區帶：灘涂、潮間帶、5m以下水深潮下帶(通常作為施工船舶難以進場施工的水深海域)、5~70m(海上風電固定樁基礎與漂浮式基礎的經濟開發臨界水深)水深帶、70m(可能更深)以上水深帶。收縮關注點，以可規模化、市場化前景為約束條件：灘涂、潮間帶、5m以下水深潮下帶(通常作為施工船舶難以進場施工的水深海域)、5~70m(海上風電固定樁基礎與漂浮式基礎的經濟開發臨界水深)水深帶。

與海上風電裝機規模及發電量的比較

以5~70m水深帶漂浮式光伏對裝機規模和發電量進行比較。當該海域海上風電進入6MW單機以上時代，以一般風電機組布置行距1000m、列距800m為代表性陣列開展分析研究。四個風電塔形成的矩形海面面積為0.8km²，考慮各類通道需求和安全距離需求，按僅僅只布置50%面積光伏電池板計算，以100W/m²技術指標設計，則光伏裝機應為40MW;假定每基風電塔周邊行列矩陣光伏指標各向同性，則風電參與比較的技術經濟參數應以1/4計入，若仍以6MW單機容量計，則風電參與比較容量為6×4/4=6MW;光伏裝機容量與風電裝機容量比為40MW/6MW=6.68倍;以風電利用小時為光伏利用小時4倍假定，則光伏發電量與風電發電量倍比關系為6.68/4=1.67倍。雖然單機容量和風機布置矩陣幾何距離是多樣性的，但是從定性角度來講，光伏的裝機規模和發電量規模都是大于海上風電的，前景規模可觀。

海上漂浮式光伏開發的技術難題及其研究方向

我們再將視野放大，粗略分析灘涂、潮間帶、5m以下水深潮下帶三個近岸海域條帶的光伏開發前景。海上漂浮式光伏開發的技術難點有系泊、抗浪、抗風和抗拍擊。通過近兩年的研究，解決四大難題的方向可以初步確定：

1)系泊。5m以上水深，開展風電基礎為輔、樁鏈錨拉為主聯合受力的可行性研究;5m以下潮下帶，開展樁鏈錨拉為主與浮體底部為輔聯合受力的可行性研究;潮間帶，開展以浮體底部為主、樁鏈錨拉為輔聯合受力的可行性研究;灘涂，以對具體的灘涂地理地質特性適應性最后的支撐結構開展可行性研究。

2)抗浪。加大科技創新力度，采用全新漂浮結構，以“隨波逐流、以柔克剛”為技術創新理念，從“材料、結構、受力原理、錨拉系統、減力消能方式、動態電纜、運維新理念等”多角度開展可行性研究。浮體結構、柔性連接、柔性系纜、柔性光伏組件、動態電纜等可能是關注重點。

3)抗風。以最大限度降低風荷載為主攻方向，浮體結構形式、結構材料的研究顯得尤為重要。

4)抗拍擊。以柔性光伏組件為技術突破口，從根本上改變光伏組件的“結構力學原理、破壞損壞機理、破壞容忍度邊界、破壞幾率確定、破壞運維處理等”方面開展可行性研究。

關于海上漂浮式光伏推進的階段性認識

當前，海上漂浮式光伏已有相關實證項目投產運營。實踐證明海上漂浮式光伏在技術上是可以實現的，但其面對的主要難題，不是能否實現，而是能否規模化、市場化(平價上網)以及適應海域。從當前的科技研發水平來看，我們認為漂浮式光伏發展階段正處于已經可以開展試驗示范的“科研+工程”階段。從全產業鏈的發展角度來看，可以說，誰敢于率先實踐與突破，誰就會占領漂浮式光伏的發展制高點和行業引領者地位。

新型海上能源的研究與突破方向

新型海上能源的研究與突破方向有固定樁基礎海上風電走向更深海域，漂浮式基礎海上風電研究與實踐，灘涂直至固定樁基礎海深的漂浮式光伏研究與實踐，基于自然島的近岸(離岸120km以內)能源島研究與實踐，海上能源開發與海洋牧場相結合的嘗試，與已形成的海洋能源工程相配套的旅游產業開發等。海洋資源的綜合開發利用，可以達到互相分攤一部分投資成本、資源更充分利用的目標，使從技術可行到實現技術經濟均可行的歷程盡量縮短，為社會經濟的發展作出更大的貢獻。

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