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孙颖,等.海洋可再生能源开发利用模式及海洋石油公司转型策略研究

时间：2022-11-05 来源： 浏览：

孙颖,等.海洋可再生能源开发利用模式及海洋石油公司转型策略研究

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作者简介

孙颖，女，政工师，硕士研究生。现在中国海油集团能源经济研究院，主要从事企业能源转型研究。E-mail： .cn 。

海洋可再生能源开发利用模式及海洋石油公司转型策略研究

孙颖，张岑

中国海油集团能源经济研究院

摘要

近年来，国家相继做出建设海洋强国的重大部署，强调既要提高海洋资源开发能力，又要保护海洋环境，着力推动海洋经济向质量效益型转变，海洋开发方式向循环利用型转变。海洋石油公司作为推动海洋能源资源开发和海洋经济发展的主要力量之一，正同时面临全球绿色低碳转型带来的机遇与挑战。在聚焦海洋可再生能源及其综合开发利用新模式和新方向的基础上，重点介绍了海上风电产业、海上能源岛和电能多元转换技术的发展趋势，并通过研究国外石油公司发展海洋可再生能源业务典型案例，为中国海洋石油公司推动能源转型及规模化开发利用海洋可再生能源提供决策参考。

关键词

海洋强国；海洋可再生能源；能源转型；石油公司

0   引言

党的十八大报告首次提出了建设海洋强国的战略目标，海洋强国的建设必须有强大的海洋资源开发利用能力。从全球范围看，绝大部分发达国家都拥有较为完备的海洋工业体系，在海洋资源开发利用方面走在世界前列。海洋能源作为海洋资源的重要组成部分是支撑海洋强国建设，推动海洋经济高质量发展的核心一环。从世界范围看，目前海洋能源勘探开发主要以石油和天然气为主，而随着应对气候变化成为全球焦点以及新能源技术的快速革新，海洋可再生能源产业正在蓬勃兴起。丹麦、英国等欧洲国家在海洋可再生能源开发方面起步早，已初步构建了以海上风电为主、潮流能和波浪能为辅的海洋可再生能源体系。此外，欧洲国家正加快创新海洋资源开发模式，深度挖掘海洋可再生能源资源潜力。
中国海洋可再生能源领域发展起步晚，但发展速度快，海上风电新增装机量已连续4年位列世界首位，截至2021年底累计装机容量已达到2 639×10 4 kW，超越英国跃居世界第一 ［1-2］ 。尽管如此，中国在海洋可再生能源方面依然面临大而不强的问题，深远海浮式风电技术、海洋能发电技术等与国外存在明显差距，海洋可再生能源开发模式还处于跟随状态。
鉴于此，本文拟结合世界能源转型情况，梳理全球海洋可再生能源发展现状及趋势，并通过研究欧洲传统石油公司绿色转型案例，重点分析海洋可再生能源开发利用模式及路径，为中国海洋石油公司绿色发展提供建议。

1    全球能源转型趋势

当前，应对气候变化、控制二氧化碳等温室气体排放已成为各国政府的工作重点。从排放源看，化石能源的大量使用是造成温室气体排放的主因。根据IEA（国际能源署）的数据，2021年，全球能源消耗产生的二氧化碳排放量已基本恢复至疫情前水平，达到315 × 10 8 t ［3］ 。为了实现减排目标，各国纷纷聚焦能源领域，着力推动能源行业绿色低碳转型。2022年俄乌冲突加剧了能源转型的复杂性，世界主要国家特别是欧盟成员国，一方面为强化能源保供，重启已关停的煤电设施，加大天然气和石油等传统能源的储备，另一方面加大对可再生能源的投资和建设力度，低碳和高碳产业齐头并进的现象成为当前能源行业的现状。整体看，能源绿色转型趋势已不可逆转。
1.1 传统能源投资和消费持续低迷，行业面临前所未有的转型压力
在推动全球能源低碳转型方面，传统能源行业首当其冲，转型迹象已在多方面有所表现。一是化石能源投资持续下滑。近5年，全球化石能源投资额从2018年的9 150×10 8 美元高位下滑13.2%，2021年达到7 940×10 8 美元；同时，化石能源投资占能源总投资比重从2017年的42.3%下降至2021年的36% ［4］ 。二是，碳排放约束力度和手段不断强化。欧盟等地区国家已颁布多项法案明确减排目标和监管举措，而中国在2015年修订的大气污染防治法也专门增加条款，要求实施大气污染物和温室气体协同控制；世界多国已建立碳排放权交易体系，聚焦能源行业，旨在利用市场机制抬高企业碳排放成本；另外，各国政府正利用碳税、能源税、碳边境调节机制等多种政策工具，对重点排放行业实施更加严苛的监管。三是，清洁能源加速扩张并挤压传统能源发展空间。首先是能源投资转向清洁能源领域。根据IEA统计，近5年全球清洁能源投资额逐年上升，预计2022年的投资水平将在2017年1.07×10 12 美元基础上提升34%至1.44×10 12 美元，其占全球能源总投资比重将从2017年的51.4%上升至60.2%（见图1） ［4］ 。其次，非化石能源消费显著提升。根据bp公司数据，2021年全球能源消费已超过疫情前水平，其增量几乎全部来自可再生能源。从全球一次能源消费结构看，2021年非化石能源比重已比5年前上升3%，达到18% ［5］ 。长远看，风电、光伏等非水可再生能源消费总量和比重将呈逐年上升趋势，化石能源发展空间将被进一步压缩。

图1 2017—2022年全球清洁能源投资情况 ［4］

（注：按照2021年不变价格计算）

1.2 新能源技术经济性显著提升，新能源作为主体能源发展趋势愈发明显
近10年来，以风电、光伏为代表的可再生能源技术革新速度明显加快，技术经济性得到大幅提升（见图2）。其中，陆上光伏发电的LCOE（平准化度电成本）降幅居首，在10年内降低了85%，达到0.057美元/（kW · h）（约合人民币0.36元/ （kW · h）），仅次于水电项目；陆上风电的发电成本在2010年时已经具备较好的经济性，而随着大型风力发电机组的投运和规模化效应的显现，其 在2020年的LCOE已达到0.039美元/（kW · h）（约 合人民币0.25元/（kW · h）），超越水电成为当前最具经济性的可再生能源发电技术。海上风电的经济性也得到了明显提升，其LCOE在2010年的水平上降低了近一半，达到0.084美元/（kW · h）（约合人民币0.53元/（kW · h））。

图2  2010—2020年全球主要可再生能源技术发电平准化度电成本趋势 ［6］
随着新能源技术成本的大幅下降，项目开发的经济性得以显著提升，新能源呈现大规模、高比例、市场化、高质量发展的新特征。在此趋势下，资本、人才、技术等要素正加速涌入该领域，增加了新能源产业的发展韧性，使得以风电、光伏为代表的可再生能源成为了唯一不受疫情影响并取得正增长的 能源产业，其消费量在2020年和2021年分别同比增长9%和15%。 根据bp预测，到2030年风电、光伏LCOE的降幅空间依然可观，有望分别下降20%～25%和40%～55% ［7］ 。 随着各国纷纷宣布碳中和时间表，提出可再生能源消费占比目标，新能源作为主体能源的发展趋势已愈发明显。
1.3 石油公司加速布局新能源产业，发展海洋可再生能源成为新方向
在绿色低碳发展趋势下，能源行业竞争格局面临重塑，石油行业正加速转型。国际石油公司纷纷调整战略，加速优化传统能源业务布局，大力培育新能源特别是可再生能源产业，积极推动公司能源转型；中国石油公司顺应油气行业发展大势，正稳步推动新能源、新产业发展。从表1可以看出，国内外石油公司均基于自身产业基础和特点，聚焦优势领域，布局新能源和“负碳”业务。其中，欧洲石油公司特别是挪威国家石油公司，依托北海优质风资源和海洋油气勘探开发经验，大举进入海洋可再生能源领域，重点发展海上风电业务，同时探索利用海底咸水层和废弃油气藏进行二氧化碳封存示范 ［8］ 。道达尔能源公司（简称“道达尔”）、壳牌有限公司（简称“壳牌”）和bp等公司也在加快扩大海上风电业务规模，并同时培育海上风电制氢产业，深度挖掘海洋可再生能源开发利用潜力。
表1 国内外石油公司新能源、新产业布局情况

2    海洋可再生能源开发利用趋势与 模式

目前，海洋可再生能源开发主要以海上风电为主，随着项目开发进入深远海区域，一些海洋能源开发新模式和新业态雏形初现。海上能源岛模式为集约化、规模化发展海洋可再生能源提供了新路径 ［9］ ， 电能多元转换技术（Power-to-X，P2X）为电力存储、运输和清洁燃料或原料的生产提供重要支撑 ［10］ ，海洋可再生能源综合开发利用的产业规模正在逐渐扩大。
2.1 海上风电正在引领海洋可再生能源开发利用
海洋可再生能源主要包含海上风电、海上光伏和海洋能等多个能源种类，各产业发展不均衡情况突出。从当前情况看，海上风电产业规模最大，其全球累计装机量已从2011年的 380×10 4 kW 增至2021年的5 400 ×10 4 kW ，约占全部风电装机比重的7% ［11］ 。相比之下，全球海洋能装机量不足 100×10 4 kW ，其中绝大部分为堰坝式潮汐能电站，而具有资源储量优势的波浪能和潮流能项目进展缓慢 ［12-13］ 。海上光伏得益于光伏组件的大幅降本，正在进入商业化示范阶段，项目普遍采用漂浮式基础，单体规模约1 000 kW，但尚未形成规模化发展态势 ［14］ 。
结合当前发展情况和未来趋势看，海上风电已成为海洋可再生能源开发利用的主力方向。从区域发展情况看，毗邻欧洲北海海域附近的国家如英国和德国在海上风电开发方面起步早，规模化发展速度稳中有升；中国海上风电产业虽然起步晚，但受国家财政补贴和“双碳”政策驱动 ［15］ ，从2016年起呈现加速增长态势，在2021年已跃居世界首位，未来或继续引领产业发展（见图3）。从降本趋势看，海上风电项目降本潜力依然乐观，根据IRENA（国际可再生能源署）预测，固定式基础海上风电 项目LCOE在未来10年还有约50%的降幅空间，或达到约0.04美元/（kW · h）（约合人民币0.25元/（kW · h）） ［16］ 。 技术经济性的提升将加速推动海上风电项目的深度开发，为海洋可再生能源开发利用提供有力支撑。

图3 2011—2021年全球主要国家海上风电累计装机量情况 ［11］
2.2 海上能源岛成为海洋可再生能源规模化开发利用新模式
随着海洋可再生能源项目特别是海上风电、海洋能向深远海域发展，电力送出、消纳和经济性等问题正在成为制约发展的主要因素。丹麦是全球首个提出用海上能源岛模式解决以上问题的国家，计划在波罗的海和北海分别启动博恩霍尔姆岛和“风岛”两个能源岛工程建设，围绕岛屿规划超过      1 000×10 4 kW 的海上风电项目 ［9］ 。从能源岛的建设模式看，其特征主要表现在：一是项目选址在远海海域，充分挖掘风能资源，大幅提升项目的平均发电小时数；二是项目规模普遍较大，能源岛周围的海上风电项目规模均在 100×10 4 kW 以上，并且扩容潜力十分可观；三是岛屿地处多个沿海国家中心，海底电缆呈辐射状分布，便于电力外输，利于电力消纳。
能源岛开发模式实质上是集约化、规模化发展海上风电、海洋能等其他海洋可再生能源的最优方案之一，它避免了升压站、换流站、海底电缆等工程设施的重复建设，通过统筹规划、集中建设、统一管理的方式，既能提高深远海域可再生能源资源的利用率、扩大项目规模，又方便建设储能设施、制氢设备等其他工程，有效提升海洋可再生能源综合开发利用。
2.3 电能多元转换技术将拓展海洋可再生能源消纳途径
电能多元转换技术是一组有关电力和化工生产技术的集合，其核心在于将可再生能源电力向化学物质转化，实现电能-热能-燃料等异质能源的互联互通 ［17-18］ 。P2X技术一方面解决了可再生能源电力的消纳和储能问题，另一方面使得可再生能源突破了电力基础设施的限制，通过转化为物质燃料，向无法完全实现电气化的领域如氢冶金等场景进行渗透，扩展了可再生能源的应用范围，促进交通、建筑和工业等领域的深度脱碳 ［10］ 。在P2X技术中，电解水制氢技术是关键枢纽。可再生能源电力通过整流和变压处理转换成为直流电后，通入电解槽，使得水分子在电极上将发生电化学反应，分解成纯度较高的氢气和氧气 ［19］ 。电解水制氢技术根据电解质的不同可分为ALK（碱性水电解）、PEM（质子交换膜电解）及SOEC（固体氧化物电解）等，有关不同电解水制氢技术的对比可参考文献［20-23］。
P2X的核心特征是实现二氧化碳和氮气的资源化利用（见图4）。火电、化工等领域排放的二氧化碳可以通过碳捕集技术进行回收，并随后参与Sabatier（萨巴蒂尔）反应生成甲烷或者连续费托合成生产液态烃类燃料等；同时，二氧化碳还可以加氢转化为甲醇、甲酸等其他高附加值化学品，实现二氧化碳的循环利用 ［24］ 。P2X中对氮气的利用则主要依靠成熟的合成氨工艺，通过哈伯-博施法实现人工固氮 ［25］ ，其中核心特征在于绿色低碳，即氢来自可再生能源电解水制氢，而非传统化石能源制氢。有关P2X技术的部分化学反应机理和对应的技术成熟度总结见表2 ［14］ 。总体上看，合成氨技术最为成熟，其制约因素在于绿氢的生产成本和稳定供应；二氧化碳加氢制甲烷的技术已在航天领域得到应用，技术已较为成熟，而其他化合物如液态烃、甲醇、甲酸等大多还处于技术研发和示范阶段，离规模化应用还有较长距离。P2X技术的发展将有助于大规模、集中式可再生能源项目特别是海洋可再生能源项目的多元消纳，避免能源产品过度单一化，降低能源弃置风险。

图4 电能多元转换技术（P2X）示意图
表2  电能多元转换技术（P2X）方向及成熟度 ［17］

3   传统石油公司发展海洋可再生能源案例分析

在能源转型趋势下，一些传统石油公司正在加速进入海洋可再生能源开发利用领域，其中Orsted（丹麦沃旭能源公司，简称沃旭能源）和挪威国家石油公司在海洋可再生能源产业规模和投资力度方面均处于世界前列，并且两者均为国有能源公司，其转型模式对中国石油企业布局海洋可再生能源业务、实现绿色低碳发展具有一定的借鉴意义。
3.1 沃旭能源案例
沃旭能源原身是Dong Energy（丹麦石油和天然气公司），在能源转型方面采取激进策略，通过剥离传统油气业务，全面转向可再生能源领域。从该公司的转型策略看，主要有以下几方面特征：一是政企联动水平高，目标高度一致。作为国有控股能源公司（截至2021年12月政府股权比重为50.1%），沃旭能源的企业发展方向与丹麦政府的目标保持高度一致。其最初发展海洋可再生能源的主因是响应政府提高国家能源安全水平要求，于1991年在丹麦温讷比建设了全球首个海上风电项目 ［26］ 。剥离油气业务、彻底转向海洋可再生能源开发的决策也是该公司配合政府积极应对气候变化目标的集中体现。二是注重一体化发展和产业链自主可控。沃旭能源深度介入海上风电产业链，利用数字化管理模式，持续优化海上风电基础设计、安装施工、物流运输和运维等环节，把项目降本作为首要目标 ［27］ 。三是注重模式创新，推动规模化发展。为改善海上风电项目经济性、扩大绿色能源应用场景，该公司通过组建企业联合体，参与海上风电大型项目竞标以及丹麦北海能源岛项目建设，并同时计划推动P2X示范工程落地，为大规模深度开发利用可再生能源找寻新模式 ［24］ 。
3.2 挪威国家石油公司案例
挪威国家石油公司在转型方面采取的是循序渐进的策略，既保留传统油气业务，又注重海洋可再生能源业务培育，与沃旭能源对比来看，呈现以下特征：一是强调技术自主创新。该公司基于自身海洋工程技术基础，自主开发出Hywind混凝土立柱式浮式基础，自2009年开展首台样机试验起，持续推动技术转化和项目落地，并于2017年在苏格兰附近海域建成世界首个漂浮式风电示范项目。二是注重传统油气业务与可再生能源业务的融合发展。该公司的绿色转型以降低油气业务的二氧化碳排放强度为目标，在发展可再生能源业务方面更加注重产业协同，强调解决自身减碳需求，其正在建设的8.8 ×10 4 kW Hywind Tampen漂浮式海上风电项目计划为其北海Snorre和Gullfaks附近的5座油气生产平台供应绿色电力，实现油气上游开发生产的绿色能源替代。三是锚定综合能源服务商定位。与沃旭能源不同，挪威国家石油公司一方面强化能源多元供给能力，在优化自身油气业务的同时，积极开拓海上风电等新能源业务，深度开发海洋能源资源。另外，该公司面向终端用能市场，与大工业企业展开合作，例如与欧洲钢铁公司蒂森克虏伯联合开发“H2morrow steel”项目，拟建造 270×10 4 kW 电解槽，为新型氢冶金工艺供应绿氢 ［28］ ；牵头“北极光”二氧化碳封存项目，与壳牌和道达尔形成联合体，为欧洲工业用户提供碳封存服务等。

4   启示与建议

通过本文的研究可以发现，海洋可再生能源已成为石油行业特别是从事海洋油气开发业务的石油公司新的发展方向。由于发展定位和产业基础不同，不同石油公司在布局海洋可再生能源业务方面也采取了不同策略，但总体可分为两类：激进转型策略和循序渐进策略。前者的典型代表是沃旭能源，该公司完全剥离石油和天然气业务，锚定打造海上风电产业链“链长”目标，通过整合上下游资源推动行业降本，并基于集约化、规模化发展思路提出了海上能源岛开发模式和P2X技术路线，旨在进一步提升海洋可再生能源项目的经济效益，促进绿色能源产品的大规模消纳和利用。后者的典型代表是挪威国家石油公司，该公司以降低油气业务的碳排放总量和碳排放强度为目标，基于公司海洋工程产业基础和技术优势，探索传统油气与海洋可再生能源协同发展模式，在深远海浮式风电项目开发和风电直供油气平台工程技术方面已处于世界领先地位。
当前，中国近海区域风电可装机容量约2×10 8 kW，深远海区域风电可开发量预测超过20×10 8 kW，资源储量充沛，十分有利于进行海洋可再生能源集中连片规模化开发 ［29］ 。在“双碳”背景下，中国工业、电力和交通等行业对绿色电力、原料或燃料的需求将与日俱增，因此，在供需两端协同发力的趋势下，海洋可再生能源综合开发利用的市场潜力十分巨大。在此趋势下，中国石油公司一方面处在汽油、柴油等传统燃料消费持续下降的大环境中，传统业务承压，另一方面又处在海洋可再生能源产业培育的关键期，面临难得发展机遇。建议参考国外石油公司发展经验，积极布局海洋可再生能源，推动规模化开发利用：
一是强化顶层设计，研究制定适应新兴产业发展的投资决策机制。建议强化对海洋可再生能源战略性新兴产业定位的认识，专题研究制定适应海洋可再生能源综合开发利用的项目投资决策机制，优化决策流程，根据行业特点设定项目内部收益率等评价指标，制定针对战略性新兴产业发展的容错机制。
二是发挥海洋工程装备和港口资源优势，探索海上能源岛建设方案。建议海洋石油公司和海洋装备制造企业组建产业联盟，积极探索海上能源岛建设可行性，与国家涉海管理部门沟通，研究在自然岛屿或人工岛屿建设海洋可再生能源开发利用有关设施的方案。
三是针对海洋可再生能源综合开发利用成立前沿技术研发队伍。针对深远海漂浮式基础、海上风电制氢、P2X等前沿技术进行重点攻关和项目合作，一方面采取内外结合模式增强关键技术研发能力和创新实力，另一方面积极开展首台（套）重大技术装备示范、科技创新试点示范提升行业影响力和话语权。
四是在国内国际两个市场借势发力，扩大对外合作水平。建议国内企业与具备海洋可再生能源开发经验的国际大型公司开展“引进来”合作，从关键技术引进、联合研发及引入外资进行项目股权投资等方面展开多维度合作。同时，利用现有国际合作基础实施“走出去”战略，在海外关键市场以股权投资、合作开发等模式介入漂浮式风电、海上风电制氢、P2X等产业，在国内国际两个市场借势发力，力争成为全球海洋可再生能源开发利用领军企业。

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排版|陈   潇
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