一、研究背景及意義
2020年9月22日，習近平總書記在第75屆聯合國大會一般性辯論上發表重要講話時表示：中國將提高國家自主貢獻力度，採取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭於2030年達到峰值，爭取於2060年前實現碳中和。2022年1月24日，習近平總書記在十九屆中共中央政治局第三十六次集體學習時強調：“要把促進新能源和清潔能源發展放在更加突出的位置”，並提出“要加快發展有規模有效益的風能、太陽能、生物質能、地熱能、海洋能、氫能等新能源”。
《“十四五”可再生能源發展規劃》中明確提出：“穩妥推進海洋能示範化开發”，“探索开發海島可再生能源，結合“生態島礁”工程，選擇有電力需求、可再生能源資源豐富的海島，开展海島可再生能源多能互補示範，探索海洋能在海島多能互補電力系統的推廣應用。”
《海南省海洋經濟發展十四五規劃》“培育壯大海洋新興產業”板塊中，在海洋可再生能源產業中提到“加強海洋能綜合利用。支持溫差能綜合利用技術探索和創新，論證海南省溫差能建設基地，开展適用於南海海域的溫差能發電裝置研發，制定陣列化排布方案，引入生產制造企業。推動海洋能技術攻關，將“海洋能+制氫”“海洋能+海水淡化”“海洋能+養殖”等“海洋能+”利用的產業發展新技術、新業態爲突破口，形成技術領域的比較性優勢。”。另外在“海水淡化與綜合利用業”中提出“加快培育發展深層海水利用業。加快推進深藍海洋深層水綜合體－海洋高新產業基地項目。重點利用深層水高純度特性制造生產高附加值飲用水、功能性飲料產品、高品質化妝水等多種深海產品；利用海洋深層水探索深海魚類、蝦類、貝類、蟹類生長試驗，开展深海水產種苗的培育；發展深層海水醫療康養服務。”
海洋能是真正的綠色能源，具有开發潛力大、可持續利用、清潔低碳等優勢，加快海洋綠能的开發利用，是我國能源轉型的必然選擇，也是實現2030年前碳達峰、2060年前碳中和战略目標的關鍵路徑。海洋溫差能佔我國海洋能總儲量的90%以上，其中大部分分布在我國南海，海洋溫差能在綠電开發的同時還可以提供淡水、空調冷源，對於我國南海資源开發、守疆固土、海洋經濟發展意義重大。我國南海溫差能資源豐富，同時我國海上絲綢之路鄰國衆多，由於歷史原因，部分海上國土存在主權爭端。隨着我國海上事業和當前國際形勢的發展，領土主權和海洋爭端有日益加劇之勢，強化海洋國土主權宣示，提高海洋權益維護能力刻不容緩。
二、海洋溫差能發電技術創新
發展現狀及趨勢
海洋能有廣義和狹義範疇，從空間上可以分爲上中下三個層面，海洋上空的風能和太陽能，海洋中所蕴藏的溫差能、潮流能、潮汐能、波浪能，海洋底下的煤炭、石油、天然氣等化石能源。狹義的海洋能是指海洋中所蕴藏的可再生自然能源，主要包括溫差能、潮流能、潮汐能、波浪能等，我們稱之爲海洋綠能。廣義的海洋能包括海洋上空的風能和太陽能，海洋底下的煤炭、石油、天然氣等化石能源，由於海上風能和海上光伏與陸地的風能和光伏，海底开發化石能源與陸地开發化石能源，除基礎設施和經濟成本不同外，基本技術無差別。
本文所謂海洋綠能特指海洋溫差能發電技術創新及產業生態。海洋溫差能在提供綠電的同時，還可以制取淡水、提供空調冷源、开展養殖、深海功能水加工、建設海洋溫差能主題公園與溫泉度假村項目等等，實現海洋溫差能源的綜合利用。在常規能源日益耗減的嚴峻形勢下，世界各國投入大量人力和資金，積極進行探索和研究。目前在印度洋、加勒比海地區、南太平洋、夏威夷海域都較好地應用了溫差能發電技術，取得了較大進展。我國在南海的島嶼、海上石油平台上，通過海洋溫差能發電，完全能夠解決能源供應問題，增強海洋开發能力。
（一）我國海洋溫差能發電
技術發展現狀
海洋溫差能是指以表面、深層海水的溫度差的形式所儲存的海洋熱能，其能量的主要來源是蕴藏在海洋中的太陽輻射能。由於太陽輻射，海水溫度隨水深的增加而降低，由此產生了溫度差異，這一溫差中包含着巨大的能量。赤道地區的熱海水由於重力作用下沉，流向兩極地區，由此產生大尺度的海洋環流，從而也常年保持着海水不同層面的溫度差，形成海洋溫差能。海洋溫差能儲量巨大，按照現有技術水平，可以轉化爲電力的海洋溫差能大約爲10000TWh/a。同時海洋溫差能還具有隨時間變化相對穩定的特性，因此，海洋溫差能可提供大規模的、穩定的綠色電力。
2006年我國自然資源部第一海洋研究所提出了貧氨溶液二次熱回收的國海循環和基於壓力能回收理論的新型熱力循環，中國海洋大學將引射引入海洋溫差能轉換循環，提出了海洋溫差能冷電聯供的新循環，提升了熱能轉化效率，理論和效率皆優於日本的上原循環，國內在海洋溫差能熱力循環原理和動力系統方面達到國際先進水平。此外，國內西安建築科技大學、廣州能源所、天津大學、上海交通大學、南方海洋科學與工程實驗室、蘇州科技大學等也开展過海洋溫差能熱力循環原理的初步研究。
在海洋溫差能發電裝置方面，自然資源部海洋一所自2006年先後研制了15kW和10kW兩種不同循環方式的海洋溫差能發電原理樣機[3]，2012年中國海洋大學成功試制了溫差能引射吸收原理樣機，並於2019年完成了海洋溫差能引射制冷－動力聯供循環試驗系統及遠程測控裝置；南方海洋科學與工程實驗室（湛江）於2023年完成50kW溫差能發電系統的實驗室驗證，中國地質調查局廣州海洋地質調查局研發的20kW海洋溫差能發電系統於2023年10月在南海完成實海況海試試驗。
我國在海洋溫差能开發技術產業化方面已經取得了重要的突破，20kW海洋漂浮式溫差能發電裝置已經在南海成功完成了海試，這是我國首次在實際海況條件下實現海洋溫差能發電原理性驗證和工程化運行，標志着我國海洋溫差能开發利用從陸地試驗向海上工程化應用邁出了關鍵一步。
（二）國外發展現狀
在1881年法國人Mr.J.d’ Arsonval提出了海洋溫差發電的概念。1926年法國科學家Mr.G. Claude在分別裝有28℃的溫水和冰塊的兩個燒瓶之間實現溫差能轉換成電能，從而說明利用海洋溫差發電是完全可以實現的。試驗成功後，G. Claude在1926年6月在古巴坦薩斯海灣沿海建造了一座开式循環發電裝置，額定22KW的輸出功率.但是由於抽取冷水的水泵消耗的功率過大.導致電站發出的全部電力滿足不了冷水泵的需要。由於當時技術條件的限制，提取大量的深海水需要消耗很大的泵功加之海水溫差較小系統效率低，導致了海洋溫差發電研究停滯了幾十年。直到20世紀70年代第一次石油危機之後，以美國、日本爲代表的發達國家爲了尋找替代能源，才真正把海洋溫差發電的研究列入基礎研究範圍，海洋溫差發電研究工作开始取得了實質性進展。通過資料及文獻的調研，2013年以後，溫差能的开發技術發展向着商業化目標又邁進了一步，且向着大功率、綜合利用方向發展，目前已經开展兆瓦級海上示範電站的工作。韓國兆瓦級溫差能發電系統已經運行發電，並計劃出口兆瓦級溫差發電裝置到處於“一帶一路”的基裏巴斯等國家，美、日皆有百千瓦級溫差能發電站長期運行，現已开始兆瓦級溫差能電站方案設計。綜合利用方面，韓國、日本、美國等國家深層冷海水產業已經達到規模化生產，完成了深海水制取淡水的商業化應用。
2009年，美國政府撥出1.48億美元專款支持洛克希德馬丁公司开發OTEC關鍵組件和完善實驗電廠方案設計，並成功建造了位於美國維吉利亞州馬拉薩斯的2～4MW測試裝置，在可變狀態下進行模擬試驗，輸出功率40kW。2011年，由洛克希德馬丁公司主持建造的位於夏威夷州柯納的40kW OTEC實驗電廠在4月份投入運營。2014年美國Makai海洋工程公司在夏威夷正式安裝了100kW溫差能發電機組，並於1年後成功並入美國國家電網，這是美國第一個與電網並網的閉式循環OTEC裝置，也是美國在運營的最大海洋溫差能電廠，該項目可滿足夏威夷120個家庭每年的電力需求。據悉，該示範工程規劃總功率達到10MW，將源源不斷地提供更多綠色、環保的電能。該工程正式並網發電具有裏程碑式的意義，因爲這不僅標志着海洋溫差能發電切實可行，更爲以後大型化綜合化开發海洋溫差能資源打下了堅實基礎。馬凱公司規劃在未來與洛克希德馬丁公司合作，爲夏威夷、關島等遠洋島嶼建立100MW大型海洋溫差能電廠，以緩解當地的能源緊張狀況。還可以提供每分鐘100 m³的冷海水，深層海水通過管徑爲1.4m的冷海水管道從水深914米處獲得，約佔總投資的10％。是全球可以提供深海水流量最大的實驗室。
該整套發電系統形成高40米的塔狀，爲今後在該島建造10MW大型海水溫差發電站做准備。該系統共有兩台換熱器，每台換熱器的熱負荷爲2 MW。換熱器費用約佔總投資的30％。由於換熱系統是模塊化組件，因此可以進行適當的小規模測試。氨工質循環系統配有兩台工質循環泵和儲液罐，該裝置還可以通過海水流速、溫度差、氨流量測試蒸發器和冷凝器的性能。
截至21世紀初，日本測試了多個OTEC電站。1981年日本電力公司（TEPCO）在瑙魯共和國建造了一座全岸基的閉式循環電站並投入運行，電站輸出功率是120kW，淨出力爲30kW，試驗運行了一年，同時還繼續研究設計1MW和10MW的電站。1982年，九州電力公司在日本鹿兒島縣德之島建立50kW岸基OTEC電站，成功發電。2003年，日本佐賀大學研制了30kW的小比例OTEC綜合利用實驗裝置，利用氨/水混合物作爲工作流體，目前仍在持續發電。日本於2013年在衝繩久米島建成的50kW電站，是結合發電、深海水利用的綜合性溫差能電站，該電站目前正在順利運行。該溫差能電站採用閉式朗肯循環，最大發電功率爲50kW，表層海水溫度爲27℃，冷水源抽取612m深處海水，溫度爲8.8℃，循環系統採用的是閉式系統，工質爲四氟乙烷（R134a）。
目前，該示範工程主要用於科研試驗，其研究重點主要集中在溫差能發電和深層海水的綜合利用。“久米島模型”將大規模溫差能發電設備和海水利用集成在一個系統中，提高了溫差能示範電站的整體經濟性。例如，用溫差能發電設備使用過後的冷水來調節表層暖水水溫，用於牡蠣的養殖，從而大幅度提高了深層冷水的使用效率。
韓國自2007年开始海洋溫差能研究，至2015年一直處於基礎研究階段，主要研究多種熱力循環方式；2016年進入第二階段的研究，研制了透平並开發了高效海水泵，研制了20千瓦海洋溫差能模型樣機，2013年，韓國在Goseong-gun成功運行20kW的OTEC閉式電站“SUPRC”。2014年12月，韓國船舶與海洋工程研究院（KRISO）又在Goseong-gun建成了200kW的溫差能裝置（H-OTEC），並對其進行了性能評估。2016年韓國海洋科學與技術學院（KIOST）與海洋和漁業部（MOF）在太平洋赤道海域基裏巴斯共和國附近开展了1MW OTEC示範電站建設，2019年1MW海洋溫差能發電設備安裝成功，並於韓國東海進行試運行，發電功率370kW。受疫情影響，該裝置還未在吉裏巴斯島安裝。
三、海洋綠能綜合开發利用
前景廣闊
當前，我國海洋能源設施建設已進入战略機遇期。一是海上絲綢之路對海洋能源設施建設提出了迫切需求；二是國內外研究爲海洋能源設施建設工作提供了重要借鑑；三是我國海洋溫差能應用建設尚處於酝釀階段，亟需產業示範基地填補空白，帶動海洋綜合开發利用實現跨越式發展。我國南海海洋資源开發利用、海上絲綢之路經濟帶建設和“海洋強國”战略的开展，使得該技術具有巨大的市場前景。
（一）我國南海區域溫差能开發條件良好
在海南周邊海域，海洋溫差能在能源开發方面具有巨大的應用優勢。一是海南周邊海域的海洋溫差較大。海南島是我國南海最大的島嶼，地處熱帶地區，全年氣溫較高，海水表層溫度也相對較高，而周邊海域較深的地方深海水溫則相對較低，這爲海洋溫差能的开發提供了良好的條件。二是海南省具有海洋溫差能發電和綜合利用的良好應用條件。海南省與南海其他島嶼相比擁有高度發達的制造業和物流運輸業，爲海洋溫差能相關設備的制造和溫差能系統的开發提供了便利條件。此外，海南周邊海域航行水文條件良好，有利於海洋溫差能設備的安裝和維護。三是海南省政府對新能源產業的支持力度大。近年來，海南省政府大力支持新能源產業的發展，出台了一系列優惠政策和措施，爲海洋溫差能等新能源項目提供了良好的投資環境。海南還與國內外多家知名企業和科研機構合作，可共同推動海洋溫差能技術的研發和應用。四是海洋溫差能具有較高的經濟價值和環保價值。與傳統的化石能源相比，海洋溫差能是一種清潔、可再生的能源，其开發利用有助於減少溫室氣體排放，保護生態環境。因此，海洋溫差能的开發利用可以帶動相關產業的發展，創造更多就業機會，促進地區經濟可持續發展。
在我國南海區域，除了海南周邊海域以外，其他海域和南海諸島嶼也具備开發海洋溫差能的潛力。首先，南海海域的水文條件適宜海洋溫差能的开發。南海地處熱帶和亞熱帶地區，海洋表層水溫較高，而深海水溫較低。這種溫度差異爲海洋溫差能的產生提供了有利條件。其次，南海地區擁有廣闊的海域面積和衆多島嶼。除了海南周邊海域以外，南海還有許多其他海域和島嶼，如西沙群島、南沙群島、中沙群島等。這些海域和島嶼的开發潛力巨大，爲海洋溫差能利用提供了機會。此外，南海擁有豐富的礦產資源，如石油、天然氣等，這些資源在开發時需要建設海上平台。而海洋溫差能與這些資源开發相結合，如在石油天然氣海上平台上應用海洋溫差能，實現資源綜合利用和互補發展。最後，海洋溫差能的开發對於南海地區的海洋安全和環境保護具有重要意義。海洋溫差能在我國南海的开發利用，可爲南海深遠海島礁駐島官兵提供電力、淡水和空調等基本保障，對於我國維護海洋安全具有重要意義。开發利用海洋溫差能，有助於減少目前化石能源的消耗，提升我國在國際海洋溫差能產業中的地位，對於保護海洋生態環境等具有重要战略意義。
（二）東南亞國家
東南亞國家是中國开展“一帶一路”合作的重要區域。東南亞地區擁有豐富的自然資源、海洋資源，人口紅利顯著，近年來區域一體化進程不斷推進，基礎設施持續改善，產業結構穩步升級，是世界經濟發展最具活力和潛力的區域之一。但目前東南亞仍存在3000多萬無電人口，人均用電量不足世界平均水平的一半，隨着未來生活水平提高和人口持續增長，按照目前高度依賴化石能源的發展模式將帶來能源安全保障困難、環境污染嚴重和氣候危機加劇等多方面嚴峻挑战。
東南亞國家中有許多島國，如菲律賓、馬來西亞等，這些國家的海洋溫差能等海洋清潔能源資源豐富，技術可开發規模非常大。中國與東南亞國家在海上新能源合作方面有着廣闊的前景。中國之前宣布不在海外新建煤電項目，這爲中國與東盟國家开展海上新能源合作开闢了新的方向。許多東盟國家的海上能源豐富，應積極利用海洋溫差能等新型海洋能源，構築起海洋綠能體系。這不僅是實現區域能源結構優化以實現碳達峰、碳中和的有效支撐，也是未來南海、21世紀海上絲綢之路沿线的重要能源來源。
在我國海洋溫差能示範電站完成的基礎上，以《聯合國2030年可持續發展議程》《巴黎氣候協定》《東盟能源合作行動計劃2016—2025》爲指導框架，對東南亞國家進行海洋溫差能技術產能輸出，以豐富的清潔能源資源、礦產資源、人力資源爲基礎，將區域能源優勢轉化爲經濟優勢，從根本上解決區域經濟發展所需的能源供給問題，實現經濟社會環境的協調發展。
（三）赤道島國
目前，全球許多赤道周邊的島國仍然面臨着能源緊張和電力短缺的問題。這些島國主要集中在非洲、南美洲和太平洋地區，如瑙魯、馬達加斯加、斐濟、薩摩亞等。由於地理位置偏遠，基礎設施建設滯後，這些島國的能源供應主要依賴於進口石油和天然氣，這不僅成本高昂，而且容易受到國際市場價格波動的影響。這些島國位於海洋溫差能豐富的海域，具有極好的海洋溫差能开發的資源優勢。基於此，我國可以考慮選取合適的島國進行“溫差能利用”示範項目建設。通過技術合作、人才培養、設施建設等方式，幫助這些國家提升自身的技術研發能力和技術水平，解決當地的能源電力短缺問題。
對外進行技術產能輸出，不僅有助於推動當地的經濟發展，也有利於我國的產業輸出和文化輸出。同時，這也符合我國積極推動“一帶一路”建設，構建人類命運共同體的战略方向。
海洋溫差能發電及其綜合利用技術，具有強大的產業帶動和相關產業拉動作用，不僅能夠生產綠色電力有利於碳中和，而且能夠產生強大的經濟拉動作用。在我國南海將形成新質生產力，在雙循環經濟發展中將發揮較大作用。
四、政策支持及保障措施
（一）加大科技研發投入
積極落實《海南自由貿易港建設總體方案》相關政策，嚴格執行對技術投入型企業優惠政策，支持產業技術進步和成果轉化。整合現有各項政策扶持渠道和方式，在資源要素、技術改造、關鍵技術攻關、創新載體建設、公共服務平台建設、企業梯隊培育、質量品牌培育等方面給予重點支持。支持建立溫差能與深海水資源綜合利用示範基地。積極布局深層海水开發水資源綜合利用產業鏈，面向全國發揮示範和輻射作用（尤其是南海及其他島礁），形成溫差能發電及深層海水綜合利用工程建設能力，服務21世紀海上絲綢之路倡議。
（二）搭建科技創新平台
海南省引進國內外大院大所共建創新載體。發揮海南自由貿易港政策優勢，在人員、經費、政策等方面給予優先保障，引進集聚國內外知名高等院校、科研院所來海南設立科研機構。實施高等院校科研機構創新能力提升工程。
海南省支持海南熱帶海洋學院等高等院校和科研院所提升科研實力，加大科技研發投入，集聚科技創新人才，培育建設國家重點實驗室、國家大學科技園、國際聯合實驗室和省重點實驗室、技術創新中心、院士創新平台等創新創業平台，形成長期穩定支持开展科學研究機制，打造成爲海南重點領域科技創新策源地。
（三）引進培養海洋綠能
復合型人才
海洋溫差能及綜合利用是涉及海洋熱能、海水淡化、空調供冷、海洋生物、海洋工程、化工材料、生物醫藥等多學科融合的一項技術。目前，海洋溫差能應用主要集中在發電相關領域，相關研究人員主要爲工程熱物理、海洋能源以及海洋工程等相關領域人員，從事相關研究的人員涉獵面窄且人數較少，不利於海洋能藍色碳中和事業的發展。因此，建議從海南省及國內外引進相關領域的專家，積極引進和培養人才，改善人才成長環境，形成尊重知識，尊重人才的氛圍；开展技術培訓，提高研發、設計、施工、管理等相關技術人員的業務水平，培養一批高素質的海洋溫差能應用技術研究和管理人才，對海洋溫差能發電尤其是綜合利用領域進行深入研究，發掘其中的高效益點並盡快產業化，實現該示範基地的引領作用。
標題：碳中和風口下的新藍海
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