深远海岛礁能源保障模式研究

敬佳佳 黄顺潇 钟林

(西南石油大学能源装备研究院，四川 成都 610500)

我国深远海岛礁是海洋运输和海洋开发的前哨，在维护祖国海洋权益上具有极其重要的战略地位。深远海岛礁建设对电力、淡水、冷能等资源的需求巨大，其能源保障特别是供电保障一直是制约深远海岛礁发展亟待解决的瓶颈问题[1]。目前深远海岛礁的能源供给采用船舶补给模式，方式单一，且受恶劣海洋环境影响较大，补给安全无法保障；补给柴油发电释放的有害气体易破坏岛礁脆弱的生态环境。

因此，亟待开展深远海岛礁能源保障模式及产业发展路线战略研究，探索LNG、氢能、风电、光电及海洋能等低碳、零碳能源多能源互补的新模式[2]，从而促进深远海岛礁海洋产业的高质量可持续发展，维护和保障深远海的国防安全，结合我国深远海岛礁分布区域、分布特点、能源需求、供给保障方式、产业装备需求情况等，制定一条适合我国深远海岛礁能源保障的有效模式。

1 国内外岛礁能源保障现状及分析

国外成熟岛礁面积大，人口多，能耗量大，主要以旅游、农业为主，这些岛礁未来大力发展旅游业，将降低传统化石燃料发电，大力开发可再生新能源[3]。马尔代夫群岛发展最成熟，其人口密度大，总能耗量大。法罗群岛面积最大，由于其主要产业为农业，其人口密度小，总能耗量大。

国内成熟岛礁主要以旅游为主，还有海洋学研究与工业，其成熟发展后，能耗量巨增，且对环境绿色环保要求较高，符合我国“双碳”目标。目前国内成熟岛礁能源消费依赖原煤，环保压力较大，且原煤运输不便，能源补给效率低[4]。国内外岛礁能供现状见表1。

表1 国内外岛礁能供现状调研总结表

深远海岛礁数量众多，远离大陆、生态环境脆弱、能源需求不均、岛礁功能单一、能供模式不成熟。

深远海岛礁要在未来发挥优势作用，实现能源保障安全，是建设远程基地、启动深远海开发的先决条件，是经济建设和国防建设的根本保证，需要更加完善的能供模式和产业链支撑。我国深远海岛礁未来将具备旅游、康养、渔业、科考、航线管理与综合补给等多种功能，能源需求量将剧增，抗风险保障能力也将提高。目前能供模式供给量扩容难度大，供应链抗风险能力不足，排放不符合“双碳”目标，难以适应岛礁未来的发展需求，需要更加完善的能供模式和产业链支撑。

通过以上调研得出，柴油发电稳定，发电量大，目前所有岛礁以柴油发电为主，但是需要考虑供应链成本和碳排放等因素。风光等新能源储量丰富，绿色清洁，符合未来环保要求，可以逐步扩大其发电占比，但是需要配套相应的储能系统。

目前各岛礁已经建成新能源发电装置运行状况不理想，仍有一些重点问题需要解决。例如风光能发电不稳定，需要规划部署电池储能系统，组成微电网，岛礁电网建设成本高，供电系统不成熟，风机、光伏设备选型对海岛环境适应性较差，加之维护困难，部分设备出现问题后处于闲置状态造成资源浪费，储能系统设备选型对海岛环境适应性较差，性能衰减较快，使用寿命短，风机运行会产生噪音对岛礁居民生活和生态环境存在一定影响，甚至影响到岛礁机场的建设[5]。

作为岛礁主要且稳定的能源供给，LNG比柴油更适合作为深远海岛礁主要能源，其发电低碳高效，沿海资源丰富，运输灵活，并且深远海是LNG进口主要运输通道，可以就近利用航线运输资源，以此将LNG辐射至整个深远海。

2 深远海岛礁能源供给模式分析

深远海岛礁目前主要依靠柴油供能，光伏和风电作为补充，其中柴油发电占比最大，为90%，如图1所示。在未来发展中，能源需求量将迅速增加，且要求环境绿色环保，旅游业占比会进一步扩增，需要制定一条适用于深远海岛礁的能源供给保障新模式。

图1 深远海岛礁能源供给占比

2.1 光伏在深远海岛礁供能的特点

深远海光伏储量丰富，深远海日照强度高，太阳总辐射量大，潜在年光伏能源量达40 000亿kW级别。2020年，海南光伏总发电量为14.29亿kWh，同比增加3.43%。根据国家发展改革委、国家能源局和省委省政府的工作部署，“十四五”期间大力推进分布式光伏发电项目建设，海南省本着“统筹规划、依法合规，因地制宜、业主自愿，政府引导、企业参与”的原则，大力推进分布式光伏发电项目建设，力争“十四五”期间投产300万kW。光伏建筑可以一体化发展，鼓励在公共设施广泛开发建设屋顶分布式光伏电站。光伏发电设备可以安装在岛礁近海，节约岛礁陆地面积。

面对岛礁高盐高温高湿度的严峻工况，光伏元器件的防腐蚀能力弱，供应商设备故障率高，深远海发电技术匮乏。海上设备安装困难，设备吊装与项目建设实施困难大。且光伏发电设备相对昂贵，相比风电发电量少，占比面积大，发电不稳定，目前深远海岛礁缺乏微电网蓄能整流设施。

2.2 风电在深远海岛礁供能的特点

深远海风能储量丰富，风速常年可达6.5 m/s。年风能资源总储量约为828万kW，风能资源技术可开发量约为128万kW。风电相对光伏发电占比面积小，发电成本低。同样发电量下，风电场面积仅有光伏场的7.5%，发电成本为30%。海南省明确将于“十四五”期间加大海上风电开发力度，根据规划，临高西北部、儋州西北部、东方西部、乐东西部和万宁东南部海域共计11个场址将作为开发重点，总开发容量约为1230万kW，总场址面积约1902平方公里。海上风机利用率高、能量利用效率高、相较光伏抗深远海恶劣环境能力强，是目前海上新能源首选。

同样面对岛礁高盐高温高湿度的严峻工况，风电元器件的防腐蚀能力和海上安装技术还需进一步加强。特别是风电在发电时会产生噪音，影响岛礁生态环境，甚至机场的建设，一般会将风电场设置在深远海，相关设备的安装与维护将会面临更严峻的挑战。

2.3 温差能在深远海岛礁供能的特点

由于温差能具有可再生、清洁、能量输出波动小等优点，因此被视为极具开发利用价值与潜力的海洋能资源。海南省集中了全国约96%的温差能能源，理论年发电量达2251亿kW。温差能发电适合与海洋资源综合利用产业相结合，温差能发电产生淡水和冷水，其中淡水可以缓解岛礁淡水需求，冷水可以为岛礁制冷，节约能源[6]。

我国在温差能设备制造方面与国外先进水平相比差距仍较大，且岛礁也缺乏相应的基础条件与设施来支持温差能发电。但温差能发电前景光明，应深入研发相关技术，解决温差能在深远海岛礁发电的难题，最终实现绿色崛起和科学发展的战略。

2.4 LNG在深远海岛礁供能的特点

海南省天然气地质储量超10万亿m3，同时深远海占据海运地利，获取LNG资源便利。2021年海南天然气公司累计为各地持续输送液化天然气109.47万t，同比增长3.67%，保障了深远海及内地沿海地区液化天然气的稳定供应。“十四五”期间，海南省将全面推进“气化海南”建设，努力提升油气勘探开发力度，LNG已被海南重视并使用，海南省使用海气和LNG的混合气发电，对海南电网供电稳定起着重要作用，同时为海南自贸港建设不断输送绿色能源。

LNG在深远海有着利用航线便利的优势，而中国是LNG第二进口国，占全球总量的17.5%，截至2020年底，中国LNG终端总接收能力达到8700万t/年，同比增长14.2%。海南省中海油公司正在发展浮式LNG船技术，深远海气田的产出气可以在船上加注、接收、液化、气化并运输，节约管道铺设费用和陆地LNG站面积，能灵活满足岛礁不同量级能源需求，适合深远海能源供给。

LNG用途广泛，除了直接用于发电厂发电以外，还可以作为化工原料、工业燃料、居民消费，大大提高了能源利用效率。LNG还可在主要岛屿建设能源加注站，可以直接从周围海上气田运输过来，覆盖周围海域和岛礁的交通、运输、民生等能源需求。

LNG发电绿色高效，综合利用率>80%，每MW/年相比柴油减排CO2达770 t，发电成本为柴油的75%，对比LNG、柴油、煤炭三种能源，在相同的发电功率下，LNG的污染气体最少，原材料消耗成本最低，运费最低，如图2所示。

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3 深远海岛礁能源供给保障新模式

深远海各岛礁在不同发展阶段应有对应的能供模式和比例，就总体而言，深远海岛礁的主要能源供给应采用LNG，其特点能供灵活、发电高效、绿色清洁环保，辅助能源供给应采用光伏、风电、温差能等新能源，其特点储量丰富、绿色减排、符合我国“双碳”目标，应急能源供给采用柴油，其特点发电技术成熟，供能稳定，对岛礁供电起安全保障作用，如图3所示。

图3 深远海岛礁各能源占比

其中LNG主要用于旅游业，为岛礁基础设施和交通工具发电，光伏和风电主要用于居民日常生活，在深远海和附近远离主要岛礁的礁盘设置风电场，在房屋屋顶和礁盘设置光伏板发电，柴油除了日常使用未能完全转型的部分，其余用于保障政府与军事部门的供电安全。

为保障上述能源供给模式顺利进行，需要对深远海岛礁建设与发展提出一些新的要求。

为保障LNG能供：建设对应的发电站和码头，匹配航线，优化并建造浮式LNG船，增加运输体量，从深远海气田运输LNG，建立LNG能源加注站，为附近岛礁供能。

为保障新能源能供：海南省应发展光伏和风电相关防腐蚀技术与供应商合作生产，建立微电网蓄能整流，研究深远海风电技术，发展温差能发电技术，建造岛礁冷水降温设施与淡水储罐。

为保障柴油能供：设置备用柴油发电机组，建立柴油储库。

4 深远海LNG设备

深远海岛礁数量众多，能源需求不均，需要对应的设备来满足各个岛礁不同的能源需求，以保障LNG在深远海岛礁正常的运输供应。

FSRU浮式液化存储及再气化装置能够满足深远海岛礁灵活的能供需求，FSRU是近年提出来的一种新型海上LNG装备，它将LNG运输船和LNG接收站结合，集LNG接收、再气化、存储、外输、转移运输等多种功能于一体，是一种名副其实的海上大型移动LNG站，其可以将LNG运送至各深远海岛礁后直接将LNG气化对接天然气管线对外进行供气，节约岛礁建设成本，简化能源供应产业链，能源供应辐射海域面积大，能灵活地为各深远海岛礁供能。

5 建设综合能源示范小岛的可行性

为推动岛礁能供模式发展，应建立可参考可扩展的综合能源发展示范小岛，以此为研究试验平台，探索深远海岛礁能源供给保障模式。

示范小岛未来的规划建设应该是高度符合深远海发展的总体规划，应选择深远海诸岛中面积较大、人口集中、开发利用强度较高的海岛，随着示范小岛未来规划发展(渔业、旅游业)对新能源(LNG)的需求急剧上升，有着非常大的潜在市场。

目前大部分岛礁供电主要依靠柴油机和光伏发电，根据未来发展规划，渔业以及未来的旅游业将是示范小岛的支柱产业，随着渔业不断发展，必将对冷库容量、制冰能力等提出更高的要求，对电能供应能力也将是巨大的考验。根据有关资料调研，开发开放后示范小岛对电力的总体需求预计至少应在5000 kW以上。示范小岛应建设有码头，或者具备建设大规模码头的条件，同时应该具备合适的地理位置以及技术条件，用来实现罐区与管道建设，如图4所示。

图4 综合能源示范小岛

巨量的能源需求供应仍将是未来的一个巨大考验，深远海周围有着极其丰富的油气资源，LNG清洁能源终将成为未来能源供给的主力军。未来需采取以LNG为主，新能源为辅，柴油为应急的新型能供模式来进一步推动综合能源示范小岛的发展。

6 结束语

结合我国深远海岛礁分布区域、分布特点、能源需求、供给保障方式、产业装备需求情况等，制定一条适合我国深远海岛礁能源保障的有效模式，并谈论了建设综合能源示范小岛的可行性。深远海岛礁新的能供模式主要采用LNG为主要能供，发电高效，低碳低成本，且深远海有着良好的LNG发电基础和资源。新能源为辅助能供，储量丰富，绿色环保，符合我国“双碳”目标。柴油为应急能供，发电稳定成熟，保障岛礁能供安全。