波浪能的长期资源评估及脱碳潜力

《Renewable Energy》：Long-term resource assessment and decarbonization potential of wave energy

海洋能转换技术在中国大陆专属经济区的研究：基于62年SWAN模型模拟的波能资源分布、极端波能趋势及电力生产与碳减排潜力评估，揭示50米水深轮廓下年发电量约160.9 TWh，可满足全国电力需求1.70%，减少CO2排放9.36×10^7吨。

　　海洋波浪能作为一种可再生能源，正逐渐成为全球能源转型和碳中和目标的重要组成部分。随着气候变化问题日益严峻，各国正积极寻求减少碳排放的有效途径，而波浪能因其清洁、可再生以及相对稳定的特性，被认为是实现这一目标的有力工具之一。本文以中国大陆的专属经济区（EEZ）为研究案例，探讨波浪能资源在促进脱碳方面的潜力，为相关行业利益相关者提供科学依据和决策支持。

波浪能资源的开发与利用不仅关乎能源供应的多元化，还对沿海地区的生态保护具有重要意义。波浪能转换器（WEC）技术的发展，使得波浪能的捕获效率不断提高，同时也在一定程度上提升了沿海防护的能力。然而，尽管波浪能的前景广阔，其商业化进程仍面临诸多挑战，其中最主要的包括设备的耐久性、成本效益以及对极端波浪条件的适应能力。目前，全球波浪能发电装置的总装机容量已超过10兆瓦，但仍处于发展的初期阶段，亟需更深入的研究和技术创新。

中国作为全球最大的二氧化碳排放国之一，已明确表示将发展海洋可再生能源，包括波浪能，作为实现碳中和目标的重要手段。中国沿海地区拥有丰富的波浪能资源，其地理环境和海洋条件为波浪能的开发提供了良好的基础。研究表明，中国沿海的波浪能资源具有较高的能量密度和稳定性，特别是在南海和东海区域。这些地区的波浪能资源不仅能满足一定的电力需求，还有望在未来的能源结构中发挥重要作用。

本文的研究重点在于评估波浪能资源在不同深度等深线上的发电潜力和碳减排效果。通过使用SWAN模型进行62年的波浪模拟，研究人员能够分析波浪能的时空分布及其极端波浪条件的长期趋势。结果显示，中国东海北部地区的极端波浪能呈现出上升趋势，这表明该区域在未来的波浪能开发中具有较大的潜力。此外，研究还基于不同的WEC布局，对全国范围内的电力生产和碳减排潜力进行了估算。在50米深度等深线上的年发电量约为160.9 ± 7.6太瓦时（TWh），可满足全国电力需求的约1.70 ± 0.08%。这一发电量预计每年可减少约9.36 ± 0.44 × 10^7吨的二氧化碳排放，为实现碳中和目标提供了有力的数据支持。

波浪能资源的评估和利用，对于推动全球低碳能源转型具有重要的现实意义。在国际能源署（IEA）发布的《海洋能源与净零》报告中，预测到2050年全球将部署超过180吉瓦（GW）的波浪能发电装置和120吉瓦的潮汐流能发电装置。这一发展规模预计能够减少超过5亿吨的二氧化碳排放，为全球应对气候变化提供了新的解决方案。与此同时，中国在波浪能技术领域的进步，也为全球波浪能产业的发展贡献了重要力量。

尽管波浪能资源的开发前景广阔，但目前的研究仍存在一些关键的局限性。首先，大多数现有的研究主要关注波浪能的平均功率变化趋势，而对极端波浪条件的变化趋势分析相对不足。极端波浪条件对于波浪能设施的安全性和稳定性至关重要，因此，深入研究这些条件的变化趋势，有助于更好地评估波浪能项目的可行性和风险。其次，在评估WEC性能时，研究往往忽略了设备规模的影响，导致对适合不同地区的WEC类型选择不够准确。不同规模的WEC在不同的波浪条件下可能表现出不同的效率和经济性，因此，需要综合考虑设备的性能和经济性，以实现最优的波浪能利用方案。最后，针对特定WEC布局下的全国范围内的电力生产和碳减排潜力的研究仍较为有限，这限制了政策制定者和行业利益相关者对波浪能资源的全面理解和有效利用。

为了弥补这些研究空白，本文通过对中国大陆专属经济区的波浪能资源进行全面调查，提出了两个主要研究目标：一是分析波浪能资源的特性，包括其能量潜力、时间变化以及极端波浪条件的长期趋势；二是估算波浪能资源的电力生产和相应的碳减排潜力。本文的研究具有三个创新点：首先，对中国大陆专属经济区的波浪能资源进行了系统性的调查，包括其空间分布、时间变化和极端波浪条件的长期趋势，基于62年的波浪模拟数据，提供了详尽的分析结果；其次，对不同深度等深线上的年度和月度电力生产分布进行了分析，并估算了全国范围内的电力生产情况；最后，基于不同的WEC类型，对波浪能资源的碳减排潜力进行了评估，首次考虑了WEC规模对评估结果的影响。

通过本文的研究，可以更全面地了解中国沿海地区波浪能资源的分布和变化趋势，为波浪能项目的规划和实施提供科学依据。此外，研究结果还为政策制定者提供了重要的参考信息，有助于推动波浪能技术的进一步发展和应用。随着技术的不断进步和成本的逐步降低，波浪能有望在未来成为全球能源结构中不可或缺的一部分，为实现碳中和目标和可持续发展做出更大贡献。