中國儲能網訊：推進我國海洋港口新能源技術應用是落實“雙碳”戰(zhàn)略目標、實現海洋港口可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。近年來，海洋港口的新能源技術應用研究進展較快，涉及風能、太陽能、氫能、潮汐能、生物質能等新型能源技術，為優(yōu)化港口能源配置、加速港口綠色轉型提供了支撐。
中國工程院嚴新平院士研究團隊在中國工程院院刊《中國工程科學》2024年第4期發(fā)表《我國海洋港口新能源技術應用發(fā)展探析》一文。文章總結了我國海洋港口用能的現狀及趨勢，從經濟性、需求度、成熟度3個維度出發(fā)，剖析了涉及海上風電、光伏發(fā)電、氫能、潮汐能、生物質能的海洋港口新能源技術應用的基本屬性；進一步從技術性、經濟性、技術政策性3個方面討論了我國海洋港口中各類新能源技術應用的制約因素。研究發(fā)現，我國新能源技術發(fā)展水平與應用需求不匹配、集中性技術發(fā)展平臺缺乏、盈利模式不健全、現有標準與政策不完善等因素，共同制約了各類新能源技術在海洋港口中的應用。為此建議，建立關鍵核心技術協同攻關體系、合力突破技術難題以降低應用成本，發(fā)布港口多能融合網絡指導意見、建立多能互補綜合能源供給體系，優(yōu)化港口新能源技術應用激勵機制、提升港口應用新能源積極性，健全港口可再生能源應用的標準和規(guī)范、構建新型儲能配套機制。
一、前言
海洋港口是國家經濟發(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應用研究進展較快，涉及風能、太陽能、氫能、潮汐能、生物質能等新型能源技術，為優(yōu)化港口能源配置、加速港口綠色轉型提供了支撐。例如，在綜合評估港口低碳運營現狀的基礎上，界定了港口綜合能源系統的基本概念，剖析了系統結構、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的關鍵特征之一；探討了能源交易、碳捕集與封存、儲能系統優(yōu)化、多能源互補協同等關鍵技術，為港口可持續(xù)發(fā)展提供了直接參考。當然，新能源技術的推廣應用也面臨技術成熟度、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供電轉向以電網供電為主、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以多能源融合的綜合能源系統為主的發(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狀和發(fā)展趨勢出發(fā)，分析港口主要新能源技術應用的多維屬性，涵蓋初始投資、運維成本等經濟性屬性，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，技術應用功能效果、轉化效果、應用限制等成熟度屬性；進一步剖析海洋港口新能源技術應用的經濟性、技術性、技術政策性等制約因素，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型。
二、我國海洋港口用能現狀和趨勢
（一）我國海洋港口用能現狀
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，傳統的能量來源是以柴油為主的化石能源；在過去的數十年間，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，港口新能源技術逐步出現并得到廣泛應用。
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. 新能源技術應用情況
隨著海洋港口設施的現代化和電氣化發(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為清潔能源發(fā)電，太陽能、風能、潮汐能、生物質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，配置分布式并網系統并在樓頂等露天處安裝光伏電站，可實現自主供電和余電并網。例如，青島港的分布式光伏發(fā)電項目的裝機總容量為1968.9 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結構并減少了碳排放。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%。生物質能主要通過轉化港口周邊及運營過程中的化工廢物、生活垃圾等生物質源，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，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，港口將實時監(jiān)控和優(yōu)化氫能、風能、太陽能、潮汐能、生物質能等的接入與應用，實現多種能源之間的互補和協同，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。為了實現全電化，妥善處理化石能源與可再生能源的協同發(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，是支撐海洋港口作業(yè)全電化的重要方式。多能源融合系統主要包括源側、網側、荷側、儲側：源側指風電、光伏發(fā)電等清潔能源，氫能，大電網等的融合；網側指針對交／直流混聯配電網、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同控制；荷側指基于綠氫制取、氫動力車輛（如叉車、空箱堆高機、集裝箱卡車）、船舶岸電等可調負荷保障系統的高效安全運行；儲側指采用多種儲能裝置作為中間件（存儲富余能源）并對港口、船舶等微網進行有序地充放電，以協調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”、車輛充電等清潔能源基礎設施建設，驅動港口用能綠色化轉變。
三、我國海洋港口新能源技術應用多維屬性分析
海洋港口新能源技術應用的實施與推廣，主要涉及經濟性、需求度、技術成熟度3個維度的影響因素：低碳需求確立綠色技術的發(fā)展方向，技術成熟度依賴經濟市場的檢驗，經濟市場又對進一步的需求產生回應。經濟性是港口企業(yè)在新能源技術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)對新能源技術的接受度。需求度也是現階段新能源技術應用的重點考慮因素，如果政策法規(guī)的引導力度越大、港口對能源轉換的需求越強烈、港口作業(yè)人員及船員對新能源技術的適應性越好，那么新能源技術的港口適用性就越高。新能源技術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、轉化效果、應用限制；功能效果直接影響技術的實際價值，轉化效果決定技術的市場化和推廣可行性，應用限制是評估技術潛在風險的重要因素。
（一）經濟性分析
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（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、內制氫兩類，成本差異體現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，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，則使用氫燃料的經濟性與傳統化石能源接近。
光伏發(fā)電技術經歷了大規(guī)模使用的驗證，技術進步和市場競爭也驅動光伏電池、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，體現出快速下降的趨勢。盡管海上風電技術發(fā)展迅速、產業(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 ? 產品化加工”的完整生物質能產業(yè)鏈，對大型生物質發(fā)電廠的支撐不足；現有的生物質發(fā)電廠大多依賴30 MW振動爐排鍋爐配套的小型機組，生物質消耗量約為1×106 t/a。然而，生物質能發(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)展經濟體系的指導意見》（2021年）提出，加快構建綠色低碳循環(huán)經濟體系，解決我國資源生態(tài)問題?！秶揖C合立體交通網規(guī)劃綱要》（2021年）要求，交通能源動力系統向清潔化、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)電技術以及岸電技術的港口應用，加強港口區(qū)域的生態(tài)環(huán)境保護和污染治理工作。構建生態(tài)優(yōu)先的現代化港口逐漸成為發(fā)展主流。
新能源技術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，我國港口電網現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)展方面表現不佳，亟需應用新能源技術來優(yōu)化港口的用能結構。新能源技術與自動化技術、智能化管理相結合，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以物流車輛合理調度和路徑優(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，在技術培訓、實際操作經驗積累、政策支持等措施的保障下逐步提高對港口新能源技術的適應程度，為新能源技術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
我國海上風電技術起步稍晚，近年來發(fā)展迅速，目前新增裝機數量居世界首位，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)?；?、集群化方向發(fā)展，我國企業(yè)研發(fā)的18 MW海上直驅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)轉變，我國企業(yè)研發(fā)了漂浮式基礎結構，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字化海上風電運維系統有助于降低運維成本并提升運維安全性。儲能技術在海上風電領域展現出調峰、調頻、電網穩(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業(yè)化技術體系，兆瓦級光伏與建筑結合的系統設計集成技術為代表。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、與港內環(huán)境和建筑相協調，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?。儲能技術也在快速發(fā)展，包括鋰離子電池在內的主流儲能技術，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國和消費國，2022年的氫氣產量約為3.533×107 t，超過世界總產量的1/3。然而，我國主要生產灰氫（由煤炭、天然氣等化石燃料制備，過程中會產生大量的溫室氣體），2022年的煤制氫產量為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)儲氫技術路線為主，自主開發(fā)的剛帶錯繞式技術處于國際領先水平。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、關鍵部件國產化率偏低等挑戰(zhàn)；中低壓非金屬管道輸氫技術尚處于探索初期，有待攻關突破。
氫燃料電池直接將氫氣、氧氣的化學能轉換為電能，無需經過熱能、機械能的中間轉換，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)?；瘧媚芰?。
在海洋港口氫能源技術應用方面，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軌道吊系統，實現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，實現了高效潮汐發(fā)電機組的永磁技術、高精度控制系統的集成應用，研發(fā)了270°電動變槳技術、300 kW潮流能發(fā)電機組。然而，潮汐能發(fā)電站投入較大，目前國內總裝機容量仍然較小且發(fā)展相對緩慢。
5. 生物質能發(fā)電
生物質能發(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)電機組系統的綜合發(fā)電效率超過30%。2022年，我國生物質能發(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發(fā)電、熱電聯產等，相較傳統的單一發(fā)電方式具有更高的應用價值，如采用熱電聯產方式時系統的綜合效率超過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發(fā)電示范項目，規(guī)劃生物質發(fā)電容量為34 MW，預計年發(fā)電量為1.7×108 kW·h，可高效利用生物質燃料9.55×104 t，將減少1.4×105 t碳排放和19 t煙塵。
6. 小結
應用新能源技術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，為構建現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多維特征分析結果
四、我國海洋港口新能源技術應用的制約因素
（一）技術性制約因素
1. 海上風電技術應用的制約因素
海上風電技術發(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；但是現有不少技術因素阻礙了海上風電在港口的應用，棄風限電現象頻繁發(fā)生。① 關鍵部件國產化率低，高度依賴進口，尤其是高端軸承、葉片原材料的自有產能不足，成為制約規(guī)?；l(fā)展的重要因素。② 深遠海風電技術不成熟，項目開發(fā)面臨技術交叉、復雜度高的挑戰(zhàn)，特別是高精度動力全耦合仿真技術存在不足，蘊含了潛在的技術風險與不確定性。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)劃難度以及與電網的聯系密切程度。
2. 光伏發(fā)電技術應用的制約因素
在海洋港口應用場景下，光伏發(fā)電并網過程可能直接影響整個電力供應的穩(wěn)定性和可靠性，相應的技術性制約因素分為3個方面。① 并網電壓波動大。溫度、光照、季節(jié)等外部環(huán)境因素都會對光伏發(fā)電的并網運行產生影響。為了確保電網的安全穩(wěn)定運行，需要在電力系統中進行電壓波動的分析及記錄，再結合現場情況采取適當的電壓波動控制措施與補償策略。② 發(fā)電調節(jié)成本高。光伏發(fā)電具有隨機性和波動性，為了確保電網的安全穩(wěn)定運行，需要配備適當的調峰電源和調頻機組作為補充，以平抑光伏發(fā)電的波動、確保電網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 電網調度操作繁瑣。當前的電力系統沒有采用自動調度技術，光伏發(fā)電系統因難以主動控制而沒有參與電網頻率與電壓的調節(jié)過程。大規(guī)模、大容量的分布式光伏電源接入配電網后，加大了電網調度的難度。
3. 氫能技術應用的制約因素
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，在國內主要為熱能或其他形式能源轉化得來，相應的熱電轉化效率僅有30%~40%；對應地，其他能源轉化成為氫能的總效率只有25%~34%，必然需要更加先進的技術以克服轉化率偏低的不足。② 氫燃料電池制造水平不高。氫燃料電池構造特殊、原材料成本較高、技術研發(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)電技術應用的制約因素
潮汐能由潮水漲落產生的勢能和動能轉化而成，我國常用的潮汐能發(fā)電技術（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. 生物質能發(fā)電技術應用的制約因素
生物質能發(fā)電技術利用儲存在生物質中的化學能（替代傳統的化石燃料）進行發(fā)電。我國生物質能資源量極大，但受限于技術應用不成熟，總利用率不足10%。① 供應鏈復雜。生物質能發(fā)電供應鏈涉及生物質燃料的生產、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、經紀人、農戶等，多條供應鏈交叉并形成網狀結構；這種結構的供應鏈上任一環(huán)節(jié)出現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)電技術面臨突破瓶頸。我國生物質能發(fā)電技術研究起步較晚，技術成熟度需要進一步提高。以主流的生物質能發(fā)電技術中的直接燃燒發(fā)電技術為例，一些農作物秸稈中含有較多的氯、鉀、鈉，這些物質因熔點低而在高溫下容易結焦，直接影響其他物質受熱和鍋爐換熱，致使環(huán)境效益不及預期。
（二）經濟性制約因素
1. 海洋港口新能源產業(yè)鏈配套方面的制約因素
新能源整個產業(yè)鏈都以應用或相關服務為對象、價值增值為目標、各利益相關機構為載體、風險共擔和利潤共享為導向，具有明顯的協同效應和動態(tài)增值特征。在海洋港口領域，新能源產業(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的應用成熟度。
海上風電產業(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。從產業(yè)鏈的角度看，制約海上風電產業(yè)發(fā)展的主要因素有：上游的關鍵零部件制造技術存在短板，主軸承、超長碳纖葉片、變流器等產品的國產化率偏低，批量制造能力不強；中游的海纜、整機制造產能過剩，而先進技術應用不足、產品質量存在隱患，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)電系統建設等環(huán)節(jié)構成；產業(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品供應不穩(wěn)定因素的影響。從產業(yè)鏈的角度看，制約光伏發(fā)電產業(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；光伏組件回收產業(yè)發(fā)展滯后，產業(yè)鏈條的終端和再循環(huán)領域未能閉環(huán)運行。
氫能產業(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)展的問題表現在制氫設備成本偏高、全程清潔能源參與的制氫技術不成熟。制約氫能源中游發(fā)展的問題表現在：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，對氫能技術的推廣應用仍持保守態(tài)度。
潮汐能產業(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。從產業(yè)鏈的角度看，制約潮汐能發(fā)電技術應用的主要因素有：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)中電網接入調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)化人才和技術保障不足。
生物質能發(fā)電的產業(yè)鏈主要包括上游的農作物秸稈、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)，中游的生物質能發(fā)電企業(yè)，下游的電力行業(yè)。從產業(yè)鏈的角度看，制約海洋港口生物質能發(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生物質電廠仍可能虧損；中游的發(fā)電技術整體水平不高，具有自主知識產權的核心關鍵技術缺乏；下游的電能消納能力弱，在電網接入時存在審批難、價格低的問題。
2. 新能源技術發(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，在實際生產中遇到的技術難題得不到及時有效的解決，反映出我國新能源開發(fā)利用核心技術的成熟度仍待提升。新能源產業(yè)研究機構分散在高校和科研院所，缺乏專注于海洋港口新能源技術的集中性技術發(fā)展平臺，在一定程度上制約了整個產業(yè)的技術創(chuàng)新和進步。
產業(yè)進入門檻不高，整體質量管控不力。部分新能源產業(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家且數量繼續(xù)增加，導致產業(yè)過度競爭甚至惡性競爭，不利于產業(yè)質量管控；光伏產業(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應用的效率和穩(wěn)定性。
能源系統用能單一，綠色轉型動力不足。液化天然氣在海洋港口中的應用比例越來越高，經濟效益良好、環(huán)境保護效益突出，但無法實現“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)的能量轉化，但在應用上存在經濟性劣勢，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。電網企業(yè)通過發(fā)電計劃來調度各發(fā)電廠，實施用電計劃來調控電力負荷，實際上隔開了發(fā)電企業(yè)與電力用戶的直接聯系。當前的資源配置為“集中式”，即產業(yè)壟斷性強、企業(yè)權限集中、資源高度匯聚、大電網統一供電。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，而忽略了電網的消納能力、單一電源與區(qū)域內其他電源的負荷協調性等因素。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）技術政策性制約因素
為了引導我國新能源技術創(chuàng)新與應用、提升海洋港口的綠色生產效率，近年來管理部門發(fā)布了關聯的政策文件與行業(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。
整個氫能產業(yè)鏈缺少統一的標準與政策。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一。氫能源儲能調度運行的政策環(huán)境也亟待完善。
五、我國海洋港口新能源技術應用的推進措施
（一）建立關鍵核心技術協同攻關體系，加快突破技術難題并降低應用成本
針對海洋港口新能源技術應用中的關鍵技術問題，建議國家相關管理部門聯合部署重點技術攻關項目，強化基礎性技術研發(fā)，聚焦節(jié)能降碳、多能源融合、“源網荷儲”一體化等瓶頸環(huán)節(jié)，形成產業(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。加強新技術、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、跨領域攻關協作機制，建設綠色港口創(chuàng)新聯盟。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研發(fā)和產業(yè)化應用。
（二）優(yōu)化港口新能源技術應用的激勵機制，以經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)布統一的激勵指導政策，不僅限制了海洋港口的綠色轉型速度，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作、聯合開展研究，在政策全周期（制定、實施、評估）中加強各層級協同，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的經濟激勵，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濟性，這是因為各類新能源技術成本差異明顯，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合研究并發(fā)布“關于港口多能融合網絡的指導意見”，涵蓋以岸電技術、電力驅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等細分方向；促進港口與多能源網絡的深度融合，加快構建以電力為主、其他清潔能源為輔的多能融合港口現代能源體系。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、系統與大能源網的功率交換模式、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中的效率和成本計算標準以及適應綜合能源系統的評價方法，制定港口多能互補項目實施技術導則、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調節(jié)能力的重要手段，港口企業(yè)評估后認為，新能源側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。
