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一、前言
海洋港口是國家經(jīng)濟發(fā)展的重要樞紐，而伴生的環(huán)境問題一直是制約海洋港口發(fā)展的關鍵因素。隨著海洋港口業(yè)務的迅速增長，我國有近四成港口城市的細顆粒物（PM2.5）年平均濃度、臭氧年平均濃度超標，這與海洋港口的污染排放密切相關。《綠色交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃》（2021年）提出，推進綠色港口和綠色航道建設，推廣應用新能源，構(gòu)建低碳交通運輸體系?！都涌旖ㄔO交通強國五年行動計劃（2023—2027年）》提出，加強港口污染防治和生態(tài)環(huán)境保護，推動港口用能低碳化、多元化發(fā)展。加快新能源技術(shù)在海洋港口的應用，是落實“雙碳”戰(zhàn)略目標的關鍵環(huán)節(jié)，也是緩解港口環(huán)境污染、實現(xiàn)港口可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。
近年來，海洋港口的新能源技術(shù)應用研究進展較快，涉及風能、太陽能、氫能、潮汐能、生物質(zhì)能等新型能源技術(shù)，為優(yōu)化港口能源配置、加速港口綠色轉(zhuǎn)型提供了支撐。例如，在綜合評估港口低碳運營現(xiàn)狀的基礎上，界定了港口綜合能源系統(tǒng)的基本概念，剖析了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、發(fā)展動力和面臨的挑戰(zhàn)，進而明確“能流 ? 物流耦合”是未來港口綜合能源系統(tǒng)的關鍵特征之一；探討了能源交易、碳捕集與封存、儲能系統(tǒng)優(yōu)化、多能源互補協(xié)同等關鍵技術(shù)，為港口可持續(xù)發(fā)展提供了直接參考。當然，新能源技術(shù)的推廣應用也面臨技術(shù)成熟度、投資成本、政策標準支持等方面的問題，在妥善解決后將進一步提升應用空間。與此同時，港口新能源技術(shù)應用實踐正在伴隨企業(yè)、政府、社會需求面的擴大而穩(wěn)步展開。在具體案例方面，印度金奈港評估了港口利用光伏發(fā)電供能的可行性并實施了試點工程，新加坡裕廊港在倉庫屋頂安裝光伏電池，年發(fā)電量超過1.2×107 kW·h；我國天津港部署了3臺5 MW風力發(fā)電機、0.4 MW光伏電站，青島港推進“風光儲氫”一體化發(fā)展并著力構(gòu)建全場景“氫能港口”。
我國海洋新能源具有資源豐富且潛力大、政策支持明確、產(chǎn)業(yè)化進程快速等特點。隨著風電、光伏發(fā)電、氫能源等的逐步接入，海洋港口正在由原先的依賴化石能源與電網(wǎng)供電轉(zhuǎn)向以電網(wǎng)供電為主、可再生能源發(fā)電為輔的低碳化發(fā)展模式。展望未來，我國海洋港口用能將呈現(xiàn)以多能源融合的綜合能源系統(tǒng)為主的發(fā)展趨勢，但面臨著多能流融合及不確定性場景下系統(tǒng)運行特性的挑戰(zhàn)；需深化相關研究才能保障海洋港口的可持續(xù)發(fā)展。針對于此，本文從我國海洋港口用能現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢出發(fā)，分析港口主要新能源技術(shù)應用的多維屬性，涵蓋初始投資、運維成本等經(jīng)濟性屬性，政策法規(guī)推行力度、港口需求迫切程度、港口作業(yè)人員及船員適應度等需求度屬性，技術(shù)應用功能效果、轉(zhuǎn)化效果、應用限制等成熟度屬性；進一步剖析海洋港口新能源技術(shù)應用的經(jīng)濟性、技術(shù)性、技術(shù)政策性等制約因素，提出促進推廣應用的發(fā)展舉措，助力海洋港口綠色低碳轉(zhuǎn)型。
二、我國海洋港口用能現(xiàn)狀和趨勢
（一）我國海洋港口用能現(xiàn)狀
海洋港口能源消耗集中在港口機械、停泊船舶兩大類設施上，傳統(tǒng)的能量來源是以柴油為主的化石能源；在過去的數(shù)十年間，大量的燃油使用造成了港區(qū)及其附近區(qū)域的空氣污染。受海洋港口綠色可持續(xù)發(fā)展目標的牽引，港口新能源技術(shù)逐步出現(xiàn)并得到廣泛應用。
1. 整體能源應用情況
目前，我國海洋港口用能仍然以電能、柴油、汽油等二次能源為主，在典型港口的能源消耗中柴油等化石能源消費占比約為66%。例如，貨物吞吐量居世界首位的寧波舟山港，2020年的能源消耗情況為：電能為6.8×108 kW·h、汽油和柴油為8.6×104 t、燃料油為9.8×104 t、天然氣為1.8×104 t；作為我國北方最大的綜合性對外貿(mào)易港的天津港，2021年的柴油、電力消耗分別占港口能源總消耗量的42.9%、43.8%?？梢?，電能、柴油、汽油在港口能源消費中的占比居高不下。
2. 新能源技術(shù)應用情況
隨著海洋港口設施的現(xiàn)代化和電氣化發(fā)展，電能作為清潔、高效的能源形式得到了更多的應用。例如，港口岸電、電動岸橋、自動導引車、電動集裝箱搬運車等設備的使用，提高了港口能源效率并減少了港口碳排放；港口電能來源也逐步由火電轉(zhuǎn)為清潔能源發(fā)電，太陽能、風能、潮汐能、生物質(zhì)能等成為港口清潔能源發(fā)電的主要類型。
在太陽能方面，港口通常具有良好的光照條件，配置分布式并網(wǎng)系統(tǒng)并在樓頂?shù)嚷短焯幇惭b光伏電站，可實現(xiàn)自主供電和余電并網(wǎng)。例如，青島港的分布式光伏發(fā)電項目的裝機總?cè)萘繛?968.9 kW，發(fā)電量為2.02×106 kW·h/a，可減少碳排放1900 tCO2/a。風電的引入同樣改善了港口電網(wǎng)結(jié)構(gòu)并減少了碳排放。2023年，寧波舟山港啟動梅山低碳碼頭示范工程“風光儲”一體化項目建設，包含5臺風力發(fā)電機（單臺功率為6.25 GW）。潮汐能是相對穩(wěn)定的可再生能源，應用管狀機組的潮汐電站效率接近87%。生物質(zhì)能主要通過轉(zhuǎn)化港口周邊及運營過程中的化工廢物、生活垃圾等生物質(zhì)源，為港口提供電力和熱力。此外，氫能源也在逐步接入港口能源系統(tǒng)，相比化石燃料無多余碳排放且具有較高的熱值（1 kg氫的燃燒相當于3 kg汽油或4.5 kg焦炭的燃燒）。山東港建設了全國首個港口低碳清潔能源供給體系，加氫能力超過1000 kg/d。
（二）我國海洋港口用能趨勢
1. 新能源接入與應用多樣化
在未來的海洋港口發(fā)展規(guī)劃中，化石能源比例將逐步降低并最終被完全替代，新能源在促進節(jié)能減排、實現(xiàn)碳中和的過程中發(fā)揮關鍵作用。通過智能化能源管理系統(tǒng)，港口將實時監(jiān)控和優(yōu)化氫能、風能、太陽能、潮汐能、生物質(zhì)能等的接入與應用，實現(xiàn)多種能源之間的互補和協(xié)同，以提高能源利用效率、降低碳排放，為港口可持續(xù)發(fā)展提供堅實支撐。
2. 港口作業(yè)全電化
全電化是海洋港口能源轉(zhuǎn)型的發(fā)展目標、降本增效的必然選擇。電能的更高比例應用，將支持實現(xiàn)能源消費的零污染物排放，所具有的穩(wěn)定性和可控性也將顯著提升港口作業(yè)的效率和安全性。為了實現(xiàn)全電化，妥善處理化石能源與可再生能源的協(xié)同發(fā)展關系是關鍵。未來，港口需追求能源類型的多元化與互補性，通過集成優(yōu)化策略確保各種能源資源的高效融合與利用。
3. 多能源融合
建設以可再生能源充分利用、能源自洽為目標的海洋港口多能源融合系統(tǒng)，是支撐海洋港口作業(yè)全電化的重要方式。多能源融合系統(tǒng)主要包括源側(cè)、網(wǎng)側(cè)、荷側(cè)、儲側(cè)：源側(cè)指風電、光伏發(fā)電等清潔能源，氫能，大電網(wǎng)等的融合；網(wǎng)側(cè)指針對交／直流混聯(lián)配電網(wǎng)、電化學儲能、氫能“注儲供”等開展高滲透率清潔能源消納和多能源協(xié)同控制；荷側(cè)指基于綠氫制取、氫動力車輛（如叉車、空箱堆高機、集裝箱卡車）、船舶岸電等可調(diào)負荷保障系統(tǒng)的高效安全運行；儲側(cè)指采用多種儲能裝置作為中間件（存儲富余能源）并對港口、船舶等微網(wǎng)進行有序地充放電，以協(xié)調(diào)控制多能源并提升能源利用率。開發(fā)“風光水火儲氫”一體化能源網(wǎng)絡，將充分利用水路交通基礎設施以及風電、光伏發(fā)電等豐富的新能源資源，完善船舶岸電、“風／光+儲能+微電網(wǎng)”、車輛充電等清潔能源基礎設施建設，驅(qū)動港口用能綠色化轉(zhuǎn)變。
三、我國海洋港口新能源技術(shù)應用多維屬性分析
海洋港口新能源技術(shù)應用的實施與推廣，主要涉及經(jīng)濟性、需求度、技術(shù)成熟度3個維度的影響因素：低碳需求確立綠色技術(shù)的發(fā)展方向，技術(shù)成熟度依賴經(jīng)濟市場的檢驗，經(jīng)濟市場又對進一步的需求產(chǎn)生回應。經(jīng)濟性是港口企業(yè)在新能源技術(shù)應用上的首要考慮因素，具體反映在初始投資成本和運維成本；過高的成本投入會降低港口企業(yè)對新能源技術(shù)的接受度。需求度也是現(xiàn)階段新能源技術(shù)應用的重點考慮因素，如果政策法規(guī)的引導力度越大、港口對能源轉(zhuǎn)換的需求越強烈、港口作業(yè)人員及船員對新能源技術(shù)的適應性越好，那么新能源技術(shù)的港口適用性就越高。新能源技術(shù)成熟度則直接影響新能源在港口的應用效果，衡量指標有功能效果、轉(zhuǎn)化效果、應用限制；功能效果直接影響技術(shù)的實際價值，轉(zhuǎn)化效果決定技術(shù)的市場化和推廣可行性，應用限制是評估技術(shù)潛在風險的重要因素。
（一）經(jīng)濟性分析
在海洋港口，與氫能源相關的主要基礎設施是加氫站，相關建設成本主要包括壓縮機（占比為30%）、儲氫瓶及加氫系統(tǒng)（占比為28%）、土地建設（占比為19%）、其他（占比為23%）。加氫站分為外供氫、內(nèi)制氫兩類，成本差異體現(xiàn)在氫氣運輸及制氫裝置成本上。外供氫加氫站細分為外供高壓氫氣加氫站、外供液氫加氫站。外供液氫加氫站在運輸前將氫氣溫度降低到-253 ℃，因而需要添加額外的儲氫瓶和冷卻系統(tǒng)，所需場地面積更大、建設成本更高。以青島港為例，氫氣的出廠價為27~28元/kg，加上運費后港口加氫站的到站價為42~43元/kg；加氫站的運營維護成本平均為25元/kg。若氫氣的到站價能降低到40元/kg，則使用氫燃料的經(jīng)濟性與傳統(tǒng)化石能源接近。
光伏發(fā)電技術(shù)經(jīng)歷了大規(guī)模使用的驗證，技術(shù)進步和市場競爭也驅(qū)動光伏電池、組件成本的不斷降低，使光伏發(fā)電接近平價能源。以青島港前灣集裝箱碼頭為例，在辦公樓屋頂建造了10 kW的分布式光伏電站，安裝與前期準備總費用約為20萬元；發(fā)電周期為25年，每年發(fā)電量約為4.3×104 kW·h，每年節(jié)約電費1.75萬元~2.62萬元，回收成本周期為8~11年。
潮汐能電站的初始造價大約是水電站、火電站的2.5倍，1座設計裝機容量為3000 kW、年發(fā)電量為5.4×106 kW·h的港口潮汐能電站，總投資約為1530萬元（初期機電設備投資占55%、土地投資占45%）。電站的設計使用年限為50年，年均折舊費用為21萬元~26萬元，年均運維費用為8萬元~10萬元，則每年可節(jié)省電費約200萬元，回收成本周期為8~10年。
海上風電項目中設備購置費用約占總成本的70%。近年來，海上風電的度電成本由2010年的0.189美元/kW·h下降至2022年的0.077美元/kW·h，體現(xiàn)出快速下降的趨勢。盡管海上風電技術(shù)發(fā)展迅速、產(chǎn)業(yè)鏈更為完善、發(fā)電效率和抗風險能力都在提升，但零部件需要定期更換才能抵御臺風、海水腐蝕等環(huán)境因素，相應的運維成本問題仍待解決，導致海上風電項目的投資風險依然較高。
生物質(zhì)能發(fā)電項目的成本主要包括設備成本、運維成本兩部分；運維成本中的燃料成本占總成本的50%以上，折舊費約占總成本的16%。我國尚未建立涵蓋“種植 ? 收獲 ? 儲存 ? 運輸 ? 產(chǎn)品化加工”的完整生物質(zhì)能產(chǎn)業(yè)鏈，對大型生物質(zhì)發(fā)電廠的支撐不足；現(xiàn)有的生物質(zhì)發(fā)電廠大多依賴30 MW振動爐排鍋爐配套的小型機組，生物質(zhì)消耗量約為1×106 t/a。然而，生物質(zhì)能發(fā)電過程能耗較高（折算標準煤耗超過630 g/kW·h），加之燃燒效率低下、易且受季節(jié)性和區(qū)域性因素影響、生物質(zhì)資源的收集和儲運面臨困難，綜合發(fā)電成本居高不下。黑龍江、山東等省份的典型項目平均單位投資為9217元/kW，在得到較高的電價補貼后依然僅能處于盈虧邊緣。
（二）需求度分析
生態(tài)文明建設上升為國家重大任務?！秶鴦赵宏P于加快建立健全綠色低碳循環(huán)發(fā)展經(jīng)濟體系的指導意見》（2021年）提出，加快構(gòu)建綠色低碳循環(huán)經(jīng)濟體系，解決我國資源生態(tài)問題?！秶揖C合立體交通網(wǎng)規(guī)劃綱要》（2021年）要求，交通能源動力系統(tǒng)向清潔化、低碳化、高效化發(fā)展。鑒于海洋港口自身能耗較高，在我國海運體量龐大、承擔95%的對外貿(mào)易運輸量的背景下，綠色港口建設得到國家層面的高度重視?！端\“十四五”發(fā)展規(guī)劃》（2021年）、《綠色交通“十四五”發(fā)展規(guī)劃》（2021年）、《交通運輸部關于新時代加強沿海和內(nèi)河港口航道規(guī)劃建設的意見》（2024年）等政策文件，都支持開展風電、光伏發(fā)電等分布式發(fā)電技術(shù)以及岸電技術(shù)的港口應用，加強港口區(qū)域的生態(tài)環(huán)境保護和污染治理工作。構(gòu)建生態(tài)優(yōu)先的現(xiàn)代化港口逐漸成為發(fā)展主流。
新能源技術(shù)在滿足海洋港口對綠色、高效能源需求的基礎上，支持港口提升運營效率、降低運營成本、建立環(huán)境保護形象，有利于港口增強綜合競爭力。在環(huán)境保護方面，我國港口電網(wǎng)現(xiàn)階段主要以火電作為電力來源，在響應環(huán)境保護、促進可持續(xù)發(fā)展方面表現(xiàn)不佳，亟需應用新能源技術(shù)來優(yōu)化港口的用能結(jié)構(gòu)。新能源技術(shù)與自動化技術(shù)、智能化管理相結(jié)合，將為港口運營效率變革創(chuàng)造條件：電動化的港口搬運設備、集裝箱運輸車可以提高作業(yè)的效率和安全性，智能化的物流信息系統(tǒng)以物流車輛合理調(diào)度和路徑優(yōu)化的方式降低能耗。在品牌效應方面，減少溫室氣體、環(huán)境污染物的排放有助于改善港口的環(huán)境保護形象，吸引環(huán)境保護意識較強的貨主和船公司選擇該港口作為物流節(jié)點。
我國海洋港口的作業(yè)人員、船員等，在技術(shù)培訓、實際操作經(jīng)驗積累、政策支持等措施的保障下逐步提高對港口新能源技術(shù)的適應程度，為新能源技術(shù)的港口和船舶拓展應用創(chuàng)造了良好條件。
（三）成熟度分析
1. 海上風電
我國海上風電技術(shù)起步稍晚，近年來發(fā)展迅速，目前新增裝機數(shù)量居世界首位，2023年的總裝機容量為38 GW，占世界海上風電累計裝機容量的50%。海上風電場朝著大型化、規(guī)?；⒓夯较虬l(fā)展，我國企業(yè)研發(fā)的18 MW海上直驅(qū)風電機組有多項指標世界領先。海上風電機組的基礎型式逐步從國外引進向自主研發(fā)轉(zhuǎn)變，我國企業(yè)研發(fā)了漂浮式基礎結(jié)構(gòu)，完成“三峽引領號”“海裝扶搖號”“海油觀瀾號”等漂浮式海上風電示范項目。海上風電場所處環(huán)境特殊，海上風電運維面臨故障率高、可達性差、成本高等嚴峻挑戰(zhàn)，正處于試驗階段的數(shù)字化海上風電運維系統(tǒng)有助于降低運維成本并提升運維安全性。儲能技術(shù)在海上風電領域展現(xiàn)出調(diào)峰、調(diào)頻、電網(wǎng)穩(wěn)定、清潔替代等效益，但面向復雜的海洋環(huán)境，需強化技術(shù)研發(fā)與成本控制以優(yōu)化儲能工程應用。
2. 光伏發(fā)電
我國光伏發(fā)電技術(shù)發(fā)展速度較快，以硅材料、硅片、電池、組件為核心的晶體硅太陽能電池產(chǎn)業(yè)化技術(shù)體系，兆瓦級光伏與建筑結(jié)合的系統(tǒng)設計集成技術(shù)為代表。2023年，我國光伏新增裝機容量為216.88 GW，繼續(xù)居于世界首位。分布式光伏發(fā)電是光伏發(fā)展的重要方向，能夠有效利用港口空間、與港內(nèi)環(huán)境和建筑相協(xié)調(diào)，但此類項目具有“小、零、散”的特點且發(fā)電波動性明顯。我國正在探索新的海上光伏發(fā)展模式，在土地／水面占用、光照條件需求、發(fā)電效率提升等方面具有顯著優(yōu)勢，發(fā)展?jié)摿ν怀?。儲能技術(shù)也在快速發(fā)展，包括鋰離子電池在內(nèi)的主流儲能技術(shù)，其能量密度、循環(huán)壽命、綜合成本等都在不斷優(yōu)化。
3. 氫氣制備、儲運及氫燃料電池
我國是世界上最大的氫氣生產(chǎn)國和消費國，2022年的氫氣產(chǎn)量約為3.533×107 t，超過世界總產(chǎn)量的1/3。然而，我國主要生產(chǎn)灰氫（由煤炭、天然氣等化石燃料制備，過程中會產(chǎn)生大量的溫室氣體），2022年的煤制氫產(chǎn)量為1.985×107 t（占比56%）。最具有發(fā)展?jié)摿Φ木G氫（由可再生能源電解水制備）還處于起步階段，風電制氫、光伏發(fā)電制氫是未來綠氫制備的主要方式。在氫能儲備方面，我國以高壓氣態(tài)與深冷液態(tài)儲氫技術(shù)路線為主，自主開發(fā)的剛帶錯繞式技術(shù)處于國際領先水平。在氫能運輸方面，長管拖車、管道輸送、氨化運輸是主要模式，其中管道輸氫因規(guī)模大、距離遠、安全經(jīng)濟的優(yōu)勢被視為工程首選，但面臨管材耐氫性不足、關鍵部件國產(chǎn)化率偏低等挑戰(zhàn)；中低壓非金屬管道輸氫技術(shù)尚處于探索初期，有待攻關突破。
氫燃料電池直接將氫氣、氧氣的化學能轉(zhuǎn)換為電能，無需經(jīng)過熱能、機械能的中間轉(zhuǎn)換，發(fā)電效率超過50%。我國氫燃料電池與國際領先水平相比存在一定差距，但發(fā)展勢頭迅猛，已具備規(guī)模化應用能力。
在海洋港口氫能源技術(shù)應用方面，我國進入世界先進行列。山東港實施了“氫進萬家”示范工程，構(gòu)建了基于氫能的智慧生態(tài)碼頭，應用了氫電耦合直流微網(wǎng)軌道吊系統(tǒng)，實現(xiàn)氫能與電能的互補利用，平均能耗降低28%以上。
4. 潮汐能發(fā)電
基于潮汐的規(guī)律性運動和高能量密度的特點，潮汐能發(fā)電技術(shù)具有較高的發(fā)電效率，也因周期性、可預測性而能設計出更加穩(wěn)定可靠的供電能力；用能場景受限于潮汐資源的特定分布，應用場景相對單一。公開資料顯示，我國潮汐能資源蘊藏量為1.1×108 kW，可開發(fā)總裝機容量為2.179×107 kW。在潮汐能觀測／預測、水輪發(fā)電機組設計及運行等方面，實現(xiàn)了高效潮汐發(fā)電機組的永磁技術(shù)、高精度控制系統(tǒng)的集成應用，研發(fā)了270°電動變槳技術(shù)、300 kW潮流能發(fā)電機組。然而，潮汐能發(fā)電站投入較大，目前國內(nèi)總裝機容量仍然較小且發(fā)展相對緩慢。
5. 生物質(zhì)能發(fā)電
生物質(zhì)能發(fā)電在我國清潔能源中的占比偏小，但發(fā)展態(tài)勢穩(wěn)健，如純凝發(fā)電機組系統(tǒng)的綜合發(fā)電效率超過30%。2022年，我國生物質(zhì)能發(fā)電裝機容量為4.132×107 kW，發(fā)電量為1.824×1011 kW·h。燃煤機組耦合生物質(zhì)發(fā)電、熱電聯(lián)產(chǎn)等，相較傳統(tǒng)的單一發(fā)電方式具有更高的應用價值，如采用熱電聯(lián)產(chǎn)方式時系統(tǒng)的綜合效率超過80%。位于山東省日照市、由中國華能集團有限公司運營的大型燃煤機組耦合生物質(zhì)發(fā)電示范項目，規(guī)劃生物質(zhì)發(fā)電容量為34 MW，預計年發(fā)電量為1.7×108 kW·h，可高效利用生物質(zhì)燃料9.55×104 t，將減少1.4×105 t碳排放和19 t煙塵。
6. 小結(jié)
應用新能源技術(shù)不僅可以有效應對海洋港口能耗大、污染重的問題，而且能夠從提升運營效率、降低運營成本、改善環(huán)境保護形象等方面增強海洋港口的綜合競爭力，為構(gòu)建現(xiàn)代化綠色港口提供了關鍵支撐（見表1）。
表1 海洋港口不同新能源技術(shù)多維特征分析結(jié)果
四、我國海洋港口新能源技術(shù)應用的制約因素
（一）技術(shù)性制約因素
1. 海上風電技術(shù)應用的制約因素
海上風電技術(shù)發(fā)展較為成熟，未來海上風電容量也有較大空間，市場前景廣闊；但是現(xiàn)有不少技術(shù)因素阻礙了海上風電在港口的應用，棄風限電現(xiàn)象頻繁發(fā)生。① 關鍵部件國產(chǎn)化率低，高度依賴進口，尤其是高端軸承、葉片原材料的自有產(chǎn)能不足，成為制約規(guī)模化發(fā)展的重要因素。② 深遠海風電技術(shù)不成熟，項目開發(fā)面臨技術(shù)交叉、復雜度高的挑戰(zhàn)，特別是高精度動力全耦合仿真技術(shù)存在不足，蘊含了潛在的技術(shù)風險與不確定性。③ 風電消納仍是問題，這是因為海上風能因震蕩性、間歇性、風剪切、偏航誤差等因素易致電力系統(tǒng)不穩(wěn)定，深遠海風電的輸電距離、開發(fā)規(guī)模、接入電壓等級等均進一步提升，加大了海上風電規(guī)劃難度以及與電網(wǎng)的聯(lián)系密切程度。
2. 光伏發(fā)電技術(shù)應用的制約因素
在海洋港口應用場景下，光伏發(fā)電并網(wǎng)過程可能直接影響整個電力供應的穩(wěn)定性和可靠性，相應的技術(shù)性制約因素分為3個方面。① 并網(wǎng)電壓波動大。溫度、光照、季節(jié)等外部環(huán)境因素都會對光伏發(fā)電的并網(wǎng)運行產(chǎn)生影響。為了確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，需要在電力系統(tǒng)中進行電壓波動的分析及記錄，再結(jié)合現(xiàn)場情況采取適當?shù)碾妷翰▌涌刂拼胧┡c補償策略。② 發(fā)電調(diào)節(jié)成本高。光伏發(fā)電具有隨機性和波動性，為了確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行，需要配備適當?shù)恼{(diào)峰電源和調(diào)頻機組作為補充，以平抑光伏發(fā)電的波動、確保電網(wǎng)的供需平衡和頻率穩(wěn)定。這些配套措施在一定程度上抬高了電力應用成本。③ 電網(wǎng)調(diào)度操作繁瑣。當前的電力系統(tǒng)沒有采用自動調(diào)度技術(shù)，光伏發(fā)電系統(tǒng)因難以主動控制而沒有參與電網(wǎng)頻率與電壓的調(diào)節(jié)過程。大規(guī)模、大容量的分布式光伏電源接入配電網(wǎng)后，加大了電網(wǎng)調(diào)度的難度。
3. 氫能技術(shù)應用的制約因素
氫能源被視為顯著促進碳中和進程的可再生能源類型，如氫燃料電池具有能量轉(zhuǎn)化率高、綠色環(huán)保等優(yōu)點，氫氣可通過清潔能源電解水制備。然而，目前的氫能應用技術(shù)水平達不到全程高效和清潔。① 清潔能源電解水制氫尚處于起步發(fā)展階段。電解制氫所需的電能，在國內(nèi)主要為熱能或其他形式能源轉(zhuǎn)化得來，相應的熱電轉(zhuǎn)化效率僅有30%~40%；對應地，其他能源轉(zhuǎn)化成為氫能的總效率只有25%~34%，必然需要更加先進的技術(shù)以克服轉(zhuǎn)化率偏低的不足。② 氫燃料電池制造水平不高。氫燃料電池構(gòu)造特殊、原材料成本較高、技術(shù)研發(fā)周期長，氫燃料電池應用過程的安全性也需提升，這些都是氫燃料電池規(guī)模化發(fā)展亟待解決的難題。
4. 潮汐能發(fā)電技術(shù)應用的制約因素
潮汐能由潮水漲落產(chǎn)生的勢能和動能轉(zhuǎn)化而成，我國常用的潮汐能發(fā)電技術(shù)（如筑壩式發(fā)電、潮汐能流發(fā)電）的成熟度均有待提高。① 發(fā)電機輸出不穩(wěn)定。潮汐發(fā)電具有顯著的間歇性和波動性，在實際運行過程中發(fā)電機組利用率偏低，也伴隨著明顯的輸出功率波動。② 選址條件苛刻。筑壩式發(fā)電站應用較多，但選址要求嚴格，如浙江省、江蘇省、環(huán)渤海區(qū)域的潮汐能源資源相對豐富，但能夠滿足潮汐電站建設條件的理想站址不多，客觀上限制了沿海地區(qū)潮汐能發(fā)電站的建設規(guī)模。
5. 生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)應用的制約因素
生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)利用儲存在生物質(zhì)中的化學能（替代傳統(tǒng)的化石燃料）進行發(fā)電。我國生物質(zhì)能資源量極大，但受限于技術(shù)應用不成熟，總利用率不足10%。① 供應鏈復雜。生物質(zhì)能發(fā)電供應鏈涉及生物質(zhì)燃料的生產(chǎn)、收集、儲存、運輸、消耗等過程，參與的企業(yè)和組織有電廠、第三方物流、經(jīng)紀人、農(nóng)戶等，多條供應鏈交叉并形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；這種結(jié)構(gòu)的供應鏈上任一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都可能影響整個供應鏈的流暢性，帶來整體資源利用效率低下、成本增加等問題。② 發(fā)電技術(shù)面臨突破瓶頸。我國生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)研究起步較晚，技術(shù)成熟度需要進一步提高。以主流的生物質(zhì)能發(fā)電技術(shù)中的直接燃燒發(fā)電技術(shù)為例，一些農(nóng)作物秸稈中含有較多的氯、鉀、鈉，這些物質(zhì)因熔點低而在高溫下容易結(jié)焦，直接影響其他物質(zhì)受熱和鍋爐換熱，致使環(huán)境效益不及預期。
（二）經(jīng)濟性制約因素
1. 海洋港口新能源產(chǎn)業(yè)鏈配套方面的制約因素
新能源整個產(chǎn)業(yè)鏈都以應用或相關服務為對象、價值增值為目標、各利益相關機構(gòu)為載體、風險共擔和利潤共享為導向，具有明顯的協(xié)同效應和動態(tài)增值特征。在海洋港口領域，新能源產(chǎn)業(yè)鏈配套建設的完善程度直接關系到港口運營的綠色化轉(zhuǎn)型與可持續(xù)發(fā)展，而單一環(huán)節(jié)的問題都將制約新能源技術(shù)的應用成熟度。
海上風電產(chǎn)業(yè)鏈的參與主體包括上游的風力發(fā)電機零部件制造商，中游的風力發(fā)電機整機制造商、海纜和塔架等重要設施制造商，下游的安裝商和開發(fā)運維商。從產(chǎn)業(yè)鏈的角度看，制約海上風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素有：上游的關鍵零部件制造技術(shù)存在短板，主軸承、超長碳纖葉片、變流器等產(chǎn)品的國產(chǎn)化率偏低，批量制造能力不強；中游的海纜、整機制造產(chǎn)能過剩，而先進技術(shù)應用不足、產(chǎn)品質(zhì)量存在隱患，影響海上風電在港口應用的穩(wěn)定性；下游的海上風電運維市場培育時間較短，智能化運維能力不強。
光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)鏈由上游的硅礦開采與晶體硅原材料供應、中游的單晶硅與多晶硅電池組件制造、下游的光伏發(fā)電系統(tǒng)建設等環(huán)節(jié)構(gòu)成；產(chǎn)業(yè)鏈條較長、涉及多個行業(yè)和部門，其穩(wěn)定性受到基礎原料和產(chǎn)品供應不穩(wěn)定因素的影響。從產(chǎn)業(yè)鏈的角度看，制約光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素有：原材料和關鍵零部件（如多晶硅、絕緣柵雙極晶體管模塊）等進口占比較高、供需失衡明顯；上中游減碳壓力與下游光伏組件需求之間存在矛盾；光伏組件回收產(chǎn)業(yè)發(fā)展滯后，產(chǎn)業(yè)鏈條的終端和再循環(huán)領域未能閉環(huán)運行。
氫能產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)較多分布在燃料電池零部件及應用方面，上游主要是氫氣的制備，中游包括氫氣儲運及加注，下游指氫氣應用。制約氫能源上游發(fā)展的問題表現(xiàn)在制氫設備成本偏高、全程清潔能源參與的制氫技術(shù)不成熟。制約氫能源中游發(fā)展的問題表現(xiàn)在：氫能的危險化學品屬性是制約港口區(qū)域加氫站建設、儲氫、運氫的關鍵因素；港口區(qū)域相關配套設施有所不足，而港口作為多部門（如安全、交通、海關、邊檢、消防、環(huán)保）參與的重點監(jiān)管對象，需要配備完善的安全設施才能確保氫能技術(shù)在港口的安全和穩(wěn)定應用；在氫能運輸方面，專門為港口流動機械供氫的企業(yè)極少、運輸方式較為單一，導致氫能運輸成本較高；氫能車輛的較高價格也是制約氫能港口應用的重要因素。氫能設備在環(huán)境保護、社會效益方面具有突出優(yōu)勢，但經(jīng)濟性依然不佳，導致港口企業(yè)作為氫能車輛的終端用戶，對氫能技術(shù)的推廣應用仍持保守態(tài)度。
潮汐能產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游的原材料供應、中游的發(fā)電設備制造和電站建設、下游的輸配電和終端應用。從產(chǎn)業(yè)鏈的角度看，制約潮汐能發(fā)電技術(shù)應用的主要因素有：上游環(huán)節(jié)需要特種鋼材、合金材料、高強度復合材料等，這些材料的質(zhì)量一致性不佳，也易受世界市場的波動影響而致成本上升或供應不足；中游環(huán)節(jié)存在電站選址難度大、建設周期長、投資回報率低的問題；下游環(huán)節(jié)中電網(wǎng)接入調(diào)度適配性和靈活性不強，發(fā)電設備運營維護成本較高，專業(yè)化人才和技術(shù)保障不足。
生物質(zhì)能發(fā)電的產(chǎn)業(yè)鏈主要包括上游的農(nóng)作物秸稈、城市固體有機垃圾等原料處理行業(yè)以及裝置設備行業(yè)，中游的生物質(zhì)能發(fā)電企業(yè)，下游的電力行業(yè)。從產(chǎn)業(yè)鏈的角度看，制約海洋港口生物質(zhì)能發(fā)電應用的主要因素有：上游的原料資源分布不均、存在季節(jié)性波動，收集和運輸成本偏高，加上大部分發(fā)電設備來自進口，即使在國家補貼后多數(shù)生物質(zhì)電廠仍可能虧損；中游的發(fā)電技術(shù)整體水平不高，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心關鍵技術(shù)缺乏；下游的電能消納能力弱，在電網(wǎng)接入時存在審批難、價格低的問題。
2. 新能源技術(shù)發(fā)展商業(yè)模式方面的制約因素
市場模式、盈利能力是維持新能源可持續(xù)發(fā)展的關鍵因素。新能源技術(shù)的初期投資和運維成本較高，需建立可持續(xù)的盈利模式以吸引投資并促進中長期運營。在海洋港口應用方面，市場的整體導向良好，但存在因商業(yè)模式缺陷而引發(fā)的一些問題。
集中性技術(shù)發(fā)展平臺缺乏，研究難以形成合力。一些專業(yè)設備依賴進口，在實際生產(chǎn)中遇到的技術(shù)難題得不到及時有效的解決，反映出我國新能源開發(fā)利用核心技術(shù)的成熟度仍待提升。新能源產(chǎn)業(yè)研究機構(gòu)分散在高校和科研院所，缺乏專注于海洋港口新能源技術(shù)的集中性技術(shù)發(fā)展平臺，在一定程度上制約了整個產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新和進步。
產(chǎn)業(yè)進入門檻不高，整體質(zhì)量管控不力。部分新能源產(chǎn)業(yè)的準入門檻偏低，眾多企業(yè)受政策引導而跨業(yè)涌入。例如，我國風力發(fā)電機整機制造商已接近200家且數(shù)量繼續(xù)增加，導致產(chǎn)業(yè)過度競爭甚至惡性競爭，不利于產(chǎn)業(yè)質(zhì)量管控；光伏產(chǎn)業(yè)的設備閑置率也在走高。這些問題直接削弱了海洋港口新能源技術(shù)應用的效率和穩(wěn)定性。
能源系統(tǒng)用能單一，綠色轉(zhuǎn)型動力不足。液化天然氣在海洋港口中的應用比例越來越高，經(jīng)濟效益良好、環(huán)境保護效益突出，但無法實現(xiàn)“零碳排放”，僅是近中期的過渡性能源形式。風電、光伏發(fā)電等既具有波動性，也難以長期儲存。氫能制取雖有一定規(guī)模，也可支持跨地區(qū)、跨季節(jié)的能量轉(zhuǎn)化，但在應用上存在經(jīng)濟性劣勢，導致港口企業(yè)推廣應用的積極性不高。
資源分布高度集中，實際需求未獲響應。電網(wǎng)企業(yè)通過發(fā)電計劃來調(diào)度各發(fā)電廠，實施用電計劃來調(diào)控電力負荷，實際上隔開了發(fā)電企業(yè)與電力用戶的直接聯(lián)系。當前的資源配置為“集中式”，即產(chǎn)業(yè)壟斷性強、企業(yè)權(quán)限集中、資源高度匯聚、大電網(wǎng)統(tǒng)一供電。在電源規(guī)劃方面采用的是“自下而上、分級審批”的流程，主要以投資主體資格、建設可行性為評審標準，而忽略了電網(wǎng)的消納能力、單一電源與區(qū)域內(nèi)其他電源的負荷協(xié)調(diào)性等因素。這種規(guī)劃方式在一定程度上導致電源建設的功利性、對利用效率及環(huán)境污染的不充分關注，不利于港口新能源發(fā)電的接入與消納。因此，可再生能源面臨著高安裝能力與低利用能力的沖突。
（三）技術(shù)政策性制約因素
為了引導我國新能源技術(shù)創(chuàng)新與應用、提升海洋港口的綠色生產(chǎn)效率，近年來管理部門發(fā)布了關聯(lián)的政策文件與行業(yè)規(guī)范，起到了積極的引導和規(guī)范作用。然而，以氫能源為代表的部分新能源，因缺乏專門的標準和規(guī)范而不利于海洋港口中的推廣應用。
海洋港口氫燃料安全使用標準尚未健全。如將氫氣定性為化工原料，則制備氫氣的過程就屬于化工項目，因而氫氣制取兼具危險化工項目、能源項目的屬性。關于加氫站建設項目，暫時沒有統(tǒng)一的審批標準，導致港口新能源布局實踐困難。港口作業(yè)機械的綠色化標準覆蓋范圍不全面，部分使用清潔能源的作業(yè)機械種類劃分不明確；氫能源車等設備在港口使用還處于起步階段，有關操作人員檢查流程、車輛維護、氫氣加注等都沒有明確的執(zhí)行標準。需要盡快明確監(jiān)管部門，制定和發(fā)布氫燃料推廣、操作、建設等標準。
整個氫能產(chǎn)業(yè)鏈缺少統(tǒng)一的標準與政策。盡管《加氫站通用要求》（GB/T 43674—2024）已正式發(fā)布以規(guī)范加氫站的建設和服務，但具體實施效果有待驗證。氫能源車的使用未有明確的標準，各地對氫能源燃料使用的補助政策沒有統(tǒng)一。氫能源儲能調(diào)度運行的政策環(huán)境也亟待完善。
五、我國海洋港口新能源技術(shù)應用的推進措施
（一）建立關鍵核心技術(shù)協(xié)同攻關體系，加快突破技術(shù)難題并降低應用成本
針對海洋港口新能源技術(shù)應用中的關鍵技術(shù)問題，建議國家相關管理部門聯(lián)合部署重點技術(shù)攻關項目，強化基礎性技術(shù)研發(fā)，聚焦節(jié)能降碳、多能源融合、“源網(wǎng)荷儲”一體化等瓶頸環(huán)節(jié)，形成產(chǎn)業(yè)鏈上各環(huán)節(jié)項目基準收益等投資論證所需的科學依據(jù)。加強新技術(shù)、新能源、新裝備的創(chuàng)新應用，健全以國家級重點實驗室和工程研究中心、國家能源創(chuàng)新平臺以及地方、企業(yè)、高校等創(chuàng)新平臺為骨干，具有梯次銜接特征的技術(shù)創(chuàng)新平臺體系，完善創(chuàng)新力量運行機制和跨學科、跨領域攻關協(xié)作機制，建設綠色港口創(chuàng)新聯(lián)盟。通過資源共享、優(yōu)勢互補，共同推進海洋港口的新能源技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化應用。
（二）優(yōu)化港口新能源技術(shù)應用的激勵機制，以經(jīng)濟支持手段提升港口應用意愿
國家層面對新能源使用沒有發(fā)布統(tǒng)一的激勵指導政策，不僅限制了海洋港口的綠色轉(zhuǎn)型速度，也使港口在爭取地方財政支持時面臨不確定性。建議國家相關管理部門加強跨部門協(xié)作、聯(lián)合開展研究，在政策全周期（制定、實施、評估）中加強各層級協(xié)同，加快發(fā)布海洋港口新能源推廣應用方面的激勵性指導政策。重點關注氫能源，針對港口推廣應用氫能源相關的燃料采購成本、車輛購置成本、車輛改造成本、車輛維護成本、技術(shù)培訓成本等，以財政補貼、稅收減免、低息貸款等形式進行適當?shù)慕?jīng)濟激勵，增強港口企業(yè)應用意愿并積極擴大應用規(guī)模。
（三）出臺港口多能融合網(wǎng)絡指導意見，突破當前市場領域瓶頸
海洋港口的多能融合需考慮經(jīng)濟性，這是因為各類新能源技術(shù)成本差異明顯，在成本優(yōu)化后才能全面開展商用。建議在《關于促進新時代新能源高質(zhì)量發(fā)展的實施方案》《水運“十四五”發(fā)展規(guī)劃》《“十四五”工業(yè)綠色發(fā)展規(guī)劃》等政策文件的基礎上，國家相關管理部門聯(lián)合研究并發(fā)布“關于港口多能融合網(wǎng)絡的指導意見”，涵蓋以岸電技術(shù)、電力驅(qū)動港口機械為代表的海洋交通電氣化，以氫能為代表的零碳燃料技術(shù)等細分方向；促進港口與多能源網(wǎng)絡的深度融合，加快構(gòu)建以電力為主、其他清潔能源為輔的多能融合港口現(xiàn)代能源體系。此外，推動交通、電力部門制定多能互補發(fā)展的配套政策，保障海洋港口區(qū)域“風光水火儲”多能互補項目的順利實施：明確能源互補原則、系統(tǒng)與大能源網(wǎng)的功率交換模式、可再生能源占比等要素，確定不同的能源利用形式在多能互補微網(wǎng)中的效率和成本計算標準以及適應綜合能源系統(tǒng)的評價方法，制定港口多能互補項目實施技術(shù)導則、消防設計驗收與狀態(tài)監(jiān)測評價等強制性要求、安全評估標準。
（四）研究制定港口可再生能源及清潔燃料加注站審批等規(guī)制，完善政策框架體系
海洋港口需要建立配套體系、技術(shù)標準、安全規(guī)范，才能促進新能源的廣泛采用。建議加快制定相關審批標準、設備綠色化標準、作業(yè)規(guī)程（或指南），精準支撐海洋港口的新能源、清潔能源應用。儲能是提升海洋港口綜合能源系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力的重要手段，港口企業(yè)評估后認為，新能源側(cè)消納強配儲能雖然存在成本上升的情況，但新能源利用率的提高也將驅(qū)動形成一定的利潤空間。建議按照市場化儲能、非市場化儲能合理劃分港口儲能資源：前者由港口作為市場主體投資，新能源發(fā)電的盈余電能通過市場化渠道回收成本；后者由電網(wǎng)公司投資，通過輸配電價回收成本。對于市場化儲能，制定科學公平的市場準入和價格機制，提高港口企業(yè)應用新能源的積極性；以市場化方式獲取收益，也將促使港口企業(yè)擴大儲能規(guī)模、優(yōu)化儲能布局。
注：本文內(nèi)容呈現(xiàn)略有調(diào)整，若需可查看原文。
