【摘要】海洋是人類賴以生存的資源寶庫，是地球上最大的活躍碳庫，開發(fā)海洋、利用海洋、保護海洋、經略海洋是事關人類生存和發(fā)展的重大議題，也是建設海洋強國的根本要求。在能源綠色低碳轉型的大趨勢和“雙碳”目標引領下，海洋油氣成為重要的能源增長極，海洋可再生資源是實現(xiàn)“雙碳”目標最重要的接續(xù)之一，海洋碳封存具有巨大的潛力。近年來，聚焦海洋高質量發(fā)展，我國海洋科技創(chuàng)新能力穩(wěn)步提升，海洋油氣開發(fā)力度持續(xù)增強，海上風電等海洋可再生資源開發(fā)增長迅猛，大洋海底礦藏從資源探測向試驗性開發(fā)轉變，傳統(tǒng)海洋產業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，初步形成“陸海產業(yè)融合、科技創(chuàng)新引領、綠色轉型提升、產業(yè)集聚發(fā)展”的現(xiàn)代海洋產業(yè)發(fā)展新模式，海洋產業(yè)結構不斷優(yōu)化，海洋經濟總體上保持增長態(tài)勢。加快建設海洋強國，保障能源安全，實現(xiàn)“雙碳”目標，需要統(tǒng)籌海洋能源開發(fā)、海洋經濟發(fā)展和海洋生態(tài)保護，推動海洋資源合理開發(fā)、海洋能源綠色低碳轉型，著力建設現(xiàn)代海洋產業(yè)體系，強化創(chuàng)新驅動、加快構建海洋能源資源綠色開發(fā)技術體系。
【關鍵詞】海洋油氣 海上風電 海底礦藏 海洋碳匯 海洋經濟 海洋工程 綠色低碳 能源轉型
【中圖分類號】P74 【文獻標識碼】A
【DOI】10.16619/j.cnki.rmltxsqy.2022.17.002
【作者簡介】周守為，中國工程院院士，第九屆中國科學技術協(xié)會副主席，油氣藏地質及開發(fā)工程國家重點實驗室主任。研究方向為海洋油氣開發(fā)工程。主要著作有《海上油田高效開發(fā)新模式探索與實踐》《中國海洋石油高新技術與實踐》等。李清平，教授級高工，中海油研究總院水合物和海洋資源戰(zhàn)略研究中心總師，天然氣水合物國家重點實驗室常務副主任。研究方向為流動安全保障技術、水下生產系統(tǒng)、天然氣水合物開發(fā)。主要著作有《深水流動安全保障技術》（編著）等。
引言
海洋是人類資源的寶庫和科技創(chuàng)新的前沿，是人類未來發(fā)展的新疆域，是我國與世界合作共贏的新空間。21世紀，海洋在國際政治、經濟、軍事、科技競爭中的戰(zhàn)略地位不斷提升，美國、歐盟、英國、日本、俄羅斯等國相繼推出海洋新戰(zhàn)略和新技術，加快其對海洋能源資源的開發(fā)利用步伐。早在20世紀80年代初，圍繞海洋油氣等能源開發(fā)利用，歐美即啟動了“海王星”“海神號”等深海大洋的大科學計劃，不斷擴展海洋能源開發(fā)力度和海洋空間利用范圍。
在全球能源綠色低碳轉型的大趨勢和“雙碳”目標引領下，海洋能源資源綠色開發(fā)科技創(chuàng)新正在成為國際海洋競爭的核心環(huán)節(jié)。海洋油氣開發(fā)技術創(chuàng)新對于保障全球能源供給戰(zhàn)略意義重大；海洋風能等可再生能源開發(fā)技術創(chuàng)新對實現(xiàn)“雙碳”目標、能源轉型現(xiàn)實意義重大；大洋海底礦產資源開發(fā)科技創(chuàng)新對清潔能源儲能等技術發(fā)展具有重大戰(zhàn)略價值；實現(xiàn)海洋能源資源的合理有效開發(fā)利用、推動能源綠色低碳轉型，已經成為世界各大國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要組成，做大做強海洋經濟機遇與挑戰(zhàn)并存。
黨的十八大報告首次提出“建設海洋強國”，“要提高海洋資源開發(fā)能力，發(fā)展海洋經濟，保護海洋生態(tài)環(huán)境，堅決維護國家海洋權益”[1]。黨的十九大作出“堅持陸海統(tǒng)籌，加快建設海洋強國”[2]的戰(zhàn)略部署。當前，我國正處于進入全球海洋科技競爭格局第二梯隊的發(fā)展階段，實現(xiàn)了1500米超深水大氣田的自主開發(fā)，海上風能新增裝機容量位列全球第一，大洋礦藏資源調查取得實質進展，首個海上二氧化碳封存項目正式啟動，初步形成“陸海產業(yè)融合、科技創(chuàng)新引領、綠色轉型提升、產業(yè)集聚發(fā)展”的現(xiàn)代海洋產業(yè)發(fā)展新模式。然而，盡管我國已成為全球海洋科技創(chuàng)新能力格局中的新興力量，但我國海洋科技能力仍面臨滿足重大內生需求和有效應對國際形勢變化外部壓力的雙重嚴峻挑戰(zhàn)。
本文圍繞能源安全和能源轉型，基于對海洋油氣、海洋風電等可再生資源、大洋礦藏以及海洋碳封存等開發(fā)利用現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)的分析，提出應充分發(fā)揮海洋在保障能源安全和能源綠色低碳轉型中的作用，加快構建海洋能源資源綠色開發(fā)技術和裝備體系，形成海洋強國戰(zhàn)略科技力量。
海洋能源資源勘探開發(fā)利用與能源轉型
進入21世紀，海洋油氣開發(fā)創(chuàng)新技術日新月異，成為油氣增儲上產主力；海上風能等海洋可再生資源的開發(fā)利用、海洋碳封存等創(chuàng)新技術不斷涌現(xiàn)，促使海洋能源綠色低碳轉型穩(wěn)步推進，海洋能源的開發(fā)利用正在全球能源轉型中發(fā)揮著越來越重要的作用。主要特點如下：
一是海洋油氣成為全球重要的能源基地和科技創(chuàng)新前沿。全球大型油氣發(fā)現(xiàn)和產量增量主要來自海洋，海洋油氣資源勘探開發(fā)水深記錄達到2943米，深水成為油氣增儲上產的主力，全球97%的天然氣水合物賦存在海洋深水區(qū)，海洋天然氣水合物試采實現(xiàn)零的突破，海洋油氣特別是海洋天然氣開發(fā)成為能源綠色低碳轉型的重要組成。
二是以海上風電為主的海洋可再生能源展示了強勁的發(fā)展動力，成為全球風電發(fā)展的重要方向、能源綠色轉型的核心要素。從2010年到2020年，全球海上風電年均增長速度近30%，[3]深遠海漂浮式風電技術快速發(fā)展，海上風能等海洋可再生能源在促進跨行業(yè)合作和能源低碳轉型中發(fā)揮著越來越獨特的作用。
三是深海采礦技術的研發(fā)投入和產出進入了快速增長期，有望為清潔能源開發(fā)所需的多金屬提供有效供給。大洋海底多金屬結核礦藏進入試驗性開發(fā)階段。海底結核礦銅、鎳、鈷等是清潔能源儲能單元重要元素的潛在來源，這些領域呈現(xiàn)明顯的產業(yè)帶動研究的發(fā)展結構。
四是海洋在“雙碳”目標實現(xiàn)路徑中扮演著越來越重要的角色，數字化、智能化、碳中和等引領未來海洋能源勘探開發(fā)技術的發(fā)展方向。
世界海洋科技的發(fā)展和競爭，正發(fā)生著“從水面到水下、從淺海到深海、從近海到大洋、從自動化到智能化”的快速變化，“以深制淺”“以深帶淺”成為國際海洋技術發(fā)展重要而鮮明的特征，綠色低碳成為海洋資源開發(fā)和科技發(fā)展的根本遵循。
海洋油氣成為全球能源重要基地和科技創(chuàng)新前沿。世界海洋石油工業(yè)始于20世紀40年代，20世紀80年代以來，海洋石油勘探開發(fā)技術加速發(fā)展，海洋油氣勘探開發(fā)步伐不斷加快，2016年海洋油氣產量占全球油氣總產量四分之一以上。
全球海洋油氣開發(fā)現(xiàn)狀：
一是海洋石油特別是深水油氣成為全球油氣儲量、產量的主要增長點。21世紀全球油氣重大發(fā)現(xiàn)主要集中在海洋，特別是大西洋兩岸的深水海域。目前全球已發(fā)現(xiàn)深水油氣田1178個，大型油氣田中有56個位于深水區(qū)、12個位于超深水區(qū)。如圖1所示，近10年來，全球約65%～77%的新增油氣儲量來自海洋，全球年新增可采儲量40%以上來自深海，其中2012年高達近70%。海洋石油成為全球石油儲產量最重要的接續(xù)之一。
二是深海資源戰(zhàn)略潛力巨大，各國大力提升勘探開發(fā)高技術能力。隨著歐美等國海洋大科學計劃的實施，深水勘探開發(fā)技術和裝備不斷創(chuàng)新，形成了被動大陸邊緣深水區(qū)油氣成藏理論和勘探技術、建立了3000米超深水勘探、鉆完井、工程作業(yè)重大裝備體系及開發(fā)工程技術體系，研發(fā)了深水半潛式生產平臺、單立柱浮筒式平臺、張力腿平臺等深水浮式生產設施；新型浮式裝置，如浮式液化天然氣生產儲卸裝置、浮式鉆井生產儲卸油裝置等不斷涌現(xiàn)；創(chuàng)新了水下增壓、水下分離等生產裝備。目前全球深水鉆探水深記錄為3400米，已投產海上油氣田水深記錄達2943米，浮式設施最大作業(yè)水深達2896米。
三是深水天然氣水合物海上試采實現(xiàn)零的突破，有望成為天然氣綠色能源的接續(xù)。據美國能源部估測，海洋天然氣水合物資源量占全球的97%。20世紀70年代以來，沿海30多個國家地區(qū)相繼開展了天然氣水合物資源勘探開發(fā)科學計劃，2013年日本在全球首次實施了海洋天然氣水合物試采，2017年日本再次進行了兩次試采，目前美國、日本制定了于2030年前后進行規(guī)模性生產的時間表。
四是傳統(tǒng)能源綠色低碳轉型、智能化和數字化成為海洋油氣工業(yè)發(fā)展的方向。數字孿生技術從北海油氣田擴展到全球各大海域，完整性管理技術將成為保障海上油氣田運維的重要手段，智能制造、低碳零碳海洋油氣生產將成為下一個目標[4]。
我國海洋油氣開發(fā)現(xiàn)狀：
我國海洋石油工業(yè)起步于20世紀50年代，經歷了引進消化、集成創(chuàng)新、自主研發(fā)、自立自強等四個發(fā)展階段（見圖2）。2013年至今，我國石油天然氣新增產量的72%來自海洋；2020年全年，我國海洋石油實現(xiàn)國內油氣總產量6530萬噸油當量，創(chuàng)歷史新高。[5]2019年、2020年和2021年，海洋原油在國內原油增產量中占比分別為56%、83%和79%（見圖3）。“國內原油增產關鍵在海上，海上原油增產關鍵在海油”已成為石油行業(yè)共識。同時，我國海上原油資源前景廣闊，南海深水遠景資源量約240～300億萬噸油當量，天然氣水合物遠景資源量約744億噸油當量，因此海上油氣生產已成為并將在很長一段時間內成為我國油氣增產的主要來源和重要能源增長極，肩負著保障國家能源安全的重要使命。
目前我國海上油氣開發(fā)主要成就如下：一是建立了深水重大裝備作業(yè)船隊。建立了以深水12纜地震采集船、深水半潛式鉆井平臺、深水起重鋪管船等為代表的3000米深水工程作業(yè)船隊，最大鉆探水深2480米。2014年，首次自主鉆探發(fā)現(xiàn)首個自營深水氣田（水深1520米）——陵水17-2氣田，后陸續(xù)發(fā)現(xiàn)陵水18-1、陵水25-1等大型深水油氣田。
二是建成我國國內最大原油生產基地，初步建立深水油氣田勘探開發(fā)技術體系。2021年，我國最大海上油田——中國海油渤海油田原油產量達到3013.2萬噸，成為我國第一大原油生產基地。同年，我國自營勘探開發(fā)的首個1500米超深水大氣田“深海一號”在海南島東南陵水海域正式投產，標志著中國海洋石油勘探開發(fā)能力全面進入“超深水時代”。該油田初步建立了1500米深水油氣田勘探開發(fā)技術體系（見圖4），包括自主建立的深水勘探技術體系、深水鉆完井及工程試驗技術以及設計、建造和關鍵裝備國產化，還有全球首次提出、采用并建造的十萬噸級半潛式生產儲卸油平臺——“深海一號”和水下生產回接系統(tǒng)，實現(xiàn)了多項技術創(chuàng)新。
三是我國在海域天然氣水合物勘探試采領域取得了顯著成效。2019年，我國依托自主技術和裝備成功獲取1720米超深水全層段代表性水合物樣品，2017、2020年成功實施3次海洋天然氣水合物試采，提出了深部油氣、天然氣水合物等多氣源綜合勘探、聯(lián)合開發(fā)技術策略，代表全球深海多氣源多資源協(xié)同開發(fā)的方向[6]。
海洋油氣的發(fā)展趨勢：
未來10～20年，全球能源需求將繼續(xù)呈持續(xù)增長趨勢，石油與天然氣仍將是未來全球一次能源消費的主體，油氣勘探開發(fā)技術重點向復雜環(huán)境、提質增效、智能清潔等方向發(fā)展。
海洋油氣勘探開發(fā)技術發(fā)展整體趨勢是，從構造油氣藏向巖性地層油氣藏、從中淺層向深層－超深層、從淺水區(qū)向遠海深水－超深水區(qū)轉變；從常規(guī)油氣向非常規(guī)油氣（天然氣水合物、致密油氣等）擴展，海洋天然氣將在能源轉型中扮演重要角色；深遠海油氣田勘探開發(fā)工程技術及裝備研發(fā)、數字化、智能化和零碳油氣田開發(fā)技術與裝備、多資源多能源協(xié)同開發(fā)將成為未來主要發(fā)展方向。
海上風電成為全球風電發(fā)展的重要方向，可再生能源是能源轉型重要組成。在“雙碳”目標背景下，全球能源消費結構中化石能源占比將從2020年的80%降低到2050年的20%左右（見圖5），太陽能、風能等可再生能源在全球能源需求結構中占比不斷提升（見圖6）；2021年，我國能源結構中化石能源占比為84%，預計2030年降到75%，2050年降到40%以下，2060年降至20%以下（見圖7），同時太陽能、風能等比例將顯著提升（見圖8）。
全球海上風電發(fā)展現(xiàn)狀：
海上風能具有開發(fā)潛力大、可持續(xù)利用、綠色清潔等優(yōu)勢，正在成為世界風電發(fā)展的重要方向，其發(fā)展態(tài)勢主要呈現(xiàn)以下特點：
一是海上風電呈現(xiàn)高速發(fā)展態(tài)勢。從2010年到2020年，全球海上風電年均增長速度近30%，到2020年年底，全球已投運的海上風電累計裝機容量達到35.2GW，占全球風電總裝機容量的5%，其中2020年海上風電新增裝機容量為6.07GW，占新增風電裝機容量的7%。截至2020年底，歐洲仍是全球最大的海上風電市場，占全球海上風電裝機總量的70%；亞洲累計裝機容量已超過10GW，成為全球第二大海上風電市場；英國是全球海上風電累計裝機容量最大的國家，而中國海上風電累計裝機容量已超德國，位居世界第二。
二是深遠海浮式風電成為未來發(fā)展方向。海上風電的建設選址向著水深更深、離岸更遠的海域發(fā)展，漂浮式風機日漸增多。2009年，世界上第一臺MW級浮動式海上風力發(fā)電機組由挪威Equinor公司并網，兆瓦級浮式風電技術在歐洲和亞洲通過測試。然而，截至2020年，全球共安裝浮式海上風電僅73.33MW，僅占風電裝機總量的0.1%。當前，英國、葡萄牙、日本、挪威和法國是前五大浮式風力發(fā)電總裝機市場。隨著2020年歐洲和亞洲各國陸續(xù)宣布浮式海上風電發(fā)展目標，大型石油公司紛紛將浮式風電作為其實現(xiàn)能源轉型和凈零目標戰(zhàn)略的重要組成。預計2025年歐洲浮式海上風電裝機容量將占全世界的68.2%，位列第一，其次是亞洲（占比為21.4%）和北美（占比為10.4%）；預測未來十年，浮式海上風電累計裝機容量將增加到16.5GW，占風電裝機總量的6.1%，韓國、日本、挪威、法國和英國將成為前五大浮式風電市場。
三是以海上風電為主的海洋可再生資源將在能源低碳轉型中扮演重要角色?！稓W洲2010—2050年海洋能路線圖》提出歐盟海洋能開發(fā)目標，即到2050年其海上風電接近188GW（預計占歐盟電力總消費的15%）。海洋風能、潮汐能、波浪能等可再生能源在西歐、北歐各國的發(fā)展，已經在一定程度上改變了當地能源結構。預計到2025年，全球海上風電的年新增裝機量將超過20GW，其在全球新增裝機容量中的份額將提高到20%；到2030年，全球海上風電累計裝機容量將達到270GW；據國際可再生能源機構（International Renewable Energy Agency, IRENA）預測，未來海上風電有望保持高速發(fā)展態(tài)勢，2050年世界海上風電裝機容量可達1000GW。
我國海上風電發(fā)展現(xiàn)狀：
我國擁有超過1.8×104km的大陸海岸線，可利用海域面積超過3×106km2，海上風能開發(fā)利用對于促進我國沿海及海島經濟社會發(fā)展、保障深遠海開發(fā)等具有重要的現(xiàn)實意義。近年來，我國海上風電發(fā)展迅速，裝機容量不斷提升，2021年，我國海上風電新增裝機容量達到世界第一。我國發(fā)展海上風電優(yōu)勢巨大，主要包括以下幾方面：
一是我國近海風能資源豐富，深遠海潛力巨大。根據中國氣象局對我國風能資源的詳查和評價結果，我國近海5～25米、水深區(qū)50米高層風能資源儲備約為2億千瓦，5～50米水深區(qū)70米高層風能資源儲備約為5億千瓦，各沿海區(qū)域風能資源較豐富。我國海上風能資源分布情況總體是，東南沿海及其島嶼屬于最大風能資源區(qū)，遼東半島沿海屬于大風能資源區(qū)，南海海域遼闊，其深遠海年平均風速可達9米／秒以上，具有開發(fā)深遠海風電的巨大潛力。
二是近年來我國以海上風電為代表的可再生能源產業(yè)發(fā)展迅速。近年來，我國海上風電保持了快速發(fā)展勢頭，根據國家能源局統(tǒng)計數據，2021年，我國海上風電并網容量達到10.42GW，裝機容量躍居世界第二位。全球風能理事會（Global Wind Energy Council, GWEC）相關統(tǒng)計表明：我國海上風電年平均利用小時數約為2500h，比陸上風電高出約500h。2021年6月，我國裝機規(guī)模最大的江蘇如東海上風電項目建成投運，總裝機容量為700MW，實現(xiàn)了國內第一個批量化、規(guī)模化應用5MW級國產機組海上風電場的自主建設，實現(xiàn)了一級部件100%國產、所有元器件級零件國產化率超過95%。
三是我國大型風機葉片設計和制造已經躋身世界先進水平。我國海上風能1.5～5.5MW級風電機組產品技術已經成熟，并大批量生產應用，風電場設備技術可利用率達到98%；5.5～7MW級風電機組產品技術基本成熟，并批量生產應用，風電場設備技術可利用率達到95%。
海上風電發(fā)展與研究方向：
隨著技術進步，海上風能平準化度電成本（Levelized Cost of Energy, LCOE）將大幅下降并因此成為最具競爭力的清潔能源之一，海上風能在促進跨行業(yè)合作和實現(xiàn)“雙碳”目標方面將發(fā)揮越來越獨特的作用，成為傳統(tǒng)石油天然氣行業(yè)綠色低碳轉型最重要的接續(xù)資源之一。為了適應深遠海風電發(fā)展，當前全球海上風電研究的熱點一是兆瓦及以上大功率深遠海漂浮式風機研制及配套技術裝備；二是深遠海大容量裝機規(guī)模漂浮式風電場建設、海上發(fā)輸電裝備、并網技術裝備；三是風電制氫、風光電協(xié)同技術和裝備。為了適應深遠海風電發(fā)展，全世界海上風電發(fā)輸電裝置技術主要向著大功率風機、大容量裝機規(guī)模漂浮式風電場建設和并網方向發(fā)展，其配套海上發(fā)輸電裝備技術將成為未來深遠海風電發(fā)展研究熱點。
深海礦產資源勘探開發(fā)有望為清潔能源開發(fā)提供核心元素。根據國際能源署（International Energy Agency, IEA）2021年報告，預估2020年到2040年在規(guī)定政策場景下，全球電動汽車和電池儲存的礦物需求將分別增長近9倍和18倍，清潔能源技術發(fā)展所依賴的銅、鎳、鈷和稀土等元素供給亟需滿足，深海大洋礦物資源成為全球關注焦點之一。
全球海底礦藏資源現(xiàn)狀：
一是深海大洋蘊藏的礦產資源種類多、儲量大，具有巨大的開發(fā)利用前景。以備受關注的多金屬結核、多金屬硫化物與富鈷結殼為例（見圖9），相對于陸地儲量，僅東太平洋CC區(qū)的鈷儲量就為陸地儲量的3.4～6倍，鎳儲量為陸地儲量的1.8～3倍，銅儲量為0.2～0.3倍。開展深海礦產資源勘探與開發(fā)是應對礦物資源危機的有效途徑。
二是深海大洋礦產資源開發(fā)競爭激烈，其本質是技術實力的較量。截至2019年底，國際海底管理局（International Seabed Authority, ISA）共批準21個國家的31個勘探合同申請，多金屬結核最為富集和潛在經濟價值最高的中北太平洋優(yōu)質礦區(qū)已基本分配完畢，20世紀70年代，以由美、日、加、德等國財團組成的海洋管理公司（Ocean Management Incorporated, OMI）為代表的國際海洋采礦財團已完成5500m水深的多金屬結核采礦技術驗證，發(fā)達國家擁有深海采礦技術輸出以及采礦技術標準規(guī)則制定能力，目前占據了深海礦產資源開發(fā)制高點。
我國海底礦藏資源現(xiàn)狀：
我國銅、鎳、鈷的全球儲量占有率分別僅為3%、3%、1%。[7]作為全球第二大經濟體，我國銅、鎳、鈷消費量均超出全球的40%，對外依存度均超70%，因此不管從全球資源視角還是從我國自身經濟的持續(xù)發(fā)展需要出發(fā)，深海大洋礦產資源開發(fā)利用戰(zhàn)略意義重大。我國于20世紀80年代啟動深海資源調查工作，在全球三大洋深海資源勘查的戰(zhàn)略布局已形成，在國際海底區(qū)域擁有3種資源5塊礦區(qū)，是世界上擁有勘探礦區(qū)種類最齊全、數量最多的國家，基本完成了常規(guī)技術裝備體系化建設，是少數具備超大水深探測能力的國家之一，在深海礦產資源“勘探、開采、環(huán)保”的部分技術領域達到“并跑”水平，為未來深海礦產資源商業(yè)開發(fā)奠定了堅實基礎。
海底礦藏資源研究熱點：
目前國際在深海采礦領域的研究熱點主要集中在船舶平臺、采礦系統(tǒng)及環(huán)境保護三個方面。船舶平臺方面熱點包括專業(yè)采礦船、導航系統(tǒng)、動力供給等技術；采礦系統(tǒng)方面包括集礦車、提升系統(tǒng)、傳輸管道、控制系統(tǒng)、動力支持等；環(huán)境保護方面包括生物多樣性、海底環(huán)境基線、遙感監(jiān)測等。
海洋碳封存潛力巨大。海洋作為全球氣候系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)，是地球上最大的碳庫，全球海洋蓄積的碳總量達到39×1012t，占全球碳總量的93%。海洋碳庫的存儲能力是大氣的53倍，是陸地生態(tài)系統(tǒng)的20倍，全球海洋每年從大氣吸收CO2約20億噸，同時海洋還具有巨大的綠色資源開發(fā)空間以及海域空間利用價值，能夠為實現(xiàn)“雙碳”目標作出更大貢獻[8]。
目前海洋碳匯主要表現(xiàn)為兩種形式：海洋生態(tài)系統(tǒng)的自我固碳循環(huán)和海洋能源低碳開發(fā)利用及固碳行為，其中地質封存具有廣闊的應用前景。從1996年起，挪威開始依托海上油氣田進行海洋CO2咸水層封存、CO2提高采收率以及廢棄地質構造CO2動態(tài)封存。全球海上CO2封存區(qū)域分布如圖10所示，主要包括挪威、日本及中國。歐美等國已將海洋CO2封存作為實現(xiàn)“雙碳”目標的主要路徑（見圖11）。
我國海洋面積廣大，海上盆地地質條件優(yōu)于陸上，具有很好的儲層物性和均質性，封存條件較好，海上豐富的油氣資源為二氧化碳地質利用技術的實現(xiàn)提供條件。初步評估，我國現(xiàn)有海上油田通過實施CO2驅油技術可實現(xiàn)高達3.4億噸的CO2埋存量，預計到2030年可增至5.6億噸。相關路徑一是注入咸水層或利用廢棄地質構造，進行海洋CO2的動態(tài)封存；二是將CO2注入海底天然氣水合物賦存區(qū)域，實現(xiàn)天然氣水合物的安全高效開采和CO2長期穩(wěn)定的地質封存。2021年，我國在南海恩平15-1項目實現(xiàn)了國內首個海上油氣田CO2的動態(tài)封存，年封存量30萬噸。
CO2有效封存是實現(xiàn)“雙碳”目標的根本保障。其中CO2地質封存和置換開發(fā)天然氣水合物一體化技術能同時服務于“碳達峰、碳中和”和“能源安全”兩大戰(zhàn)略，這項技術不僅將對全球未來能源戰(zhàn)略布局產生影響，同時也能緩解因大力發(fā)展經濟帶來的環(huán)境壓力。
除此之外，海洋生物資源高效、可持續(xù)開發(fā)利用，特別是具有獨特功能的深海生物基因資源開發(fā)、針對重大疾病的海洋創(chuàng)新藥物研發(fā)已成為發(fā)達國家競爭的熱點領域之一。推動海洋能源綠色開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護和諧發(fā)展，培育海洋領域高新科技增長極，助力海洋經濟與產業(yè)結構優(yōu)化轉型，是推動經濟高質量發(fā)展，建設海洋強國的重要組成部分。
我國海洋能源轉型和海洋經濟發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)
海洋能源的開發(fā)利用帶動了海洋經濟的發(fā)展、產業(yè)鏈的構建，催生了新興產業(yè)。海洋油氣特別是天然氣（含天然氣水合物等）、海洋可再生資源和礦產資源的綠色開發(fā)正在成為保障海洋能源可持續(xù)利用的關鍵，是實現(xiàn)“雙碳”目標、實現(xiàn)能源綠色低碳轉型的海洋方案。
歐美等發(fā)達國家在深海油氣勘探開發(fā)、海上風電等可再生能源開發(fā)利用、深海大洋礦藏開發(fā)、海洋碳封存等領域均走在世界前列，已形成了相對完備的海洋能源資源勘探開發(fā)工程技術裝備體系以及配套產業(yè)鏈，正在穩(wěn)步推進綠色能源轉型和配套產業(yè)升級。我國在海洋能源開發(fā)利用創(chuàng)新技術和裝備等領域雖取得了跨越性發(fā)展，但對海洋的認知水平、開發(fā)技術和經略能力尚無法滿足能源轉型的現(xiàn)實需求，距世界先進水平還有較大差距，主要有如下表現(xiàn)：
我國海洋工程技術裝備處于全球第二梯隊，核心技術裝備與國際先進水平差距8～15年。全球海洋油氣開發(fā)工程和裝備市場已形成三層級梯隊式競爭格局（如表1所示）。2011年以來，我國建立了3000米深水作業(yè)船隊，在深水油氣開發(fā)技術和裝備國產化方面與國外先進水平差距逐漸縮小，但目前我國仍屬于第二梯隊。處于第一梯隊的歐美已形成了設計、建造、安裝和服務等全產業(yè)鏈技術和裝備體系，支撐著其對北海、墨西哥灣、巴西、西非等深遠海油氣資源的開發(fā)利用，并且其部分高端產品，如水下生產設施、動力定位系統(tǒng)等已對我國形成技術壁壘。我國僅兩座深水半潛式生產平臺，3座海上浮式生產儲油船（FPSO），其他各類深水平臺（TLP、SPAR、FLNG）均處于研究階段，在運行的102套水下采油樹均來自歐美，而FLNG技術裝備的缺乏將直接制約深遠海油氣田的獨立開發(fā)。
我國海上風電裝機容量增速迅猛，前景廣闊，但歐美在海上風電技術和裝備研發(fā)制造方面仍走在世界前列。歐美整機制造商已經完成4～7MW級風電機組的產業(yè)化，8～10MW級的風電機組樣機已掛機；歐美整機設計公司均進入12～15MW級整機設計階段，西門子Gamesa、維斯塔斯和通用電氣等公司均在開發(fā)12～15MW的新一代風機。[9]近年來，我國風電技術持續(xù)創(chuàng)新，但隨著風電機組尺寸的不斷增加，海上風電行業(yè)不僅受到現(xiàn)有供應鏈和基礎設施的限制，所需關鍵元器件如核心軸承、控制系統(tǒng)等仍需要進口，同時受到材料的碳足跡及可循環(huán)利用性、地緣政治因素等的制約。
在深海礦產資源開發(fā)技術方面，以歐美和日本為主的國家處于第一梯隊，以印度、韓國為代表的國家處于深海采礦第二梯隊，均已開展深海采礦的技術體系開發(fā)和環(huán)境影響評價研究。我國在開采技術裝備等方面自主可控性不足，裝備核心部件對外依存度高，總體處于“跟跑”階段，采礦裝備系統(tǒng)性研發(fā)和驗證尚未完成。
在海洋碳封存領域，歐美已實現(xiàn)了碳達峰，是海洋CO2封存利用的先行者。歐洲早在1996年即啟動了第一個海上碳封存先導試驗工程，目前海上CO2驅油提高采收率、海洋咸水層地質封存等已經進入推廣應用階段；CO2廢棄地質構造封存等也進行了先導試驗。我國陸地CO2地質封存10噸級先導試驗已經成功實施，百萬噸封存試驗即將進行，海上第一個CO2年封存30萬噸CO2項目已經實施，但在總的CO2海洋地質封存基礎研究、核心裝備和安全監(jiān)測等領域與國外先進水平仍有較大差距。
我國具備了先進的海洋及深水大型裝備的集成制造能力，但核心設備、元器件、材料和高端制造能力亟待提升。當前，我國海工裝備、船舶制造等行業(yè)多處在產業(yè)鏈加工制造環(huán)節(jié)，在深海平臺如深水半潛式生產平臺、海外圓筒形浮式生產儲油船、深水養(yǎng)殖裝備等大型深水裝備領域具備先進的集成制造、集成總裝能力，是造船大國，但尚未具備自主開展深水高端船舶和深水平臺的船型的自主設計能力，本地產業(yè)鏈配套率不到30%。
基礎研究薄弱，核心設備如深水油氣開發(fā)的核心設施水下生產設施、動力定位系統(tǒng)、電子裝備及新材料等仍依賴進口，具有自主知識產權的核心產品開發(fā)不足；海洋能源綠色開采工藝技術儲備不足，缺乏“原創(chuàng)性”“顛覆性”技術。
數字化、智能化技術自主研發(fā)與應用不足，海洋能源資源開發(fā)和現(xiàn)代通信與信息技術、網絡技術、大數據、物聯(lián)網和人工智能等技術聯(lián)系有待加強，與國際先進水平仍有較大差距，核心工業(yè)設計軟件、高端裝備制造產業(yè)鏈有待提升。
我國海洋經濟發(fā)展模式較為粗放，產業(yè)結構層次較低，海洋新興產業(yè)亟待發(fā)展。海洋經濟在我國國民經濟和區(qū)域經濟發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。2001年以來，我國海洋經濟總體貢獻率一直保持在9%左右；海洋經濟在沿海區(qū)域經濟中的地位更加突出，近20年來貢獻率總體保持在15%以上（2020年受疫情影響，降為14.9%）；海洋生產總值從2001年的9518億元，增長到2020年的90385億元，增長約9.5倍。[10]
從海洋產業(yè)來看，我國主要海洋產業(yè)對國民經濟發(fā)展貢獻率保持在2.9%～4%，對沿海區(qū)域經濟發(fā)展貢獻率保持在55.7%，形成了北部、南部、東部海洋經濟圈，已成為我國國民經濟和沿海地區(qū)經濟的支柱產業(yè)。當前我國海洋支柱產業(yè)相關產品產量及服務規(guī)模處于世界前列，但相比美國、加拿大、澳大利亞等發(fā)達國家，我國海洋產業(yè)經濟效益仍有提升空間（見圖12），發(fā)展模式較為粗放，產業(yè)結構層次較低（見圖13），產業(yè)資源亟待整合。
一直以來，海洋資源綠色開發(fā)高技術研發(fā)催生了諸多海洋戰(zhàn)略型新興產業(yè)，成為海洋經濟新的增長點，上海成為我國唯一一個海洋經濟規(guī)模突破萬億元的城市，其深水平臺、海上風電等新興海洋產業(yè)比較突出。但總體而言，我國在以海洋新資源為主要開發(fā)對象、以海洋資源可持續(xù)開發(fā)利用新模式、新技術廣泛應用為主要特征的戰(zhàn)略性海洋新興產業(yè)的創(chuàng)新技術水平上，距離發(fā)達國家仍存在較大差距。
海洋經濟安全問題不容忽視。當前，受新冠肺炎疫情、地緣沖突、大國博弈等因素影響，國際政治經濟形勢錯綜復雜，貿易保護主義、國際金融市場和商品市場出現(xiàn)波動，地區(qū)熱點問題此起彼伏，傳統(tǒng)安全與非傳統(tǒng)安全威脅疊加交織。作為外向度較高的海洋經濟領域，我國海洋產業(yè)發(fā)展受國際環(huán)境制約明顯，發(fā)展面臨諸多不確定性。
我國海洋產業(yè)的國際供應鏈不暢問題日益突出，并存在產業(yè)鏈關鍵環(huán)節(jié)斷裂、梗阻的風險。例如，我國海洋油氣開發(fā)新增產能大多位于南海，受南海周邊安全局勢影響較大；我國大宗物資運輸高度依賴馬六甲海峽等幾個關鍵海上通道；海洋油氣開發(fā)、海洋監(jiān)測探測、海洋船舶等若干產業(yè)的關鍵技術裝備受制于人的風險尚未消除。
海洋經濟發(fā)展的資源環(huán)境制約日趨顯著。我國海洋開發(fā)活動主要集中在海岸線周邊區(qū)域。隨著海洋經濟規(guī)模的持續(xù)擴張，近岸海域資源衰退、環(huán)境污染、產業(yè)沖突加劇，而深遠海油氣資源開發(fā)、海上風電、海洋礦業(yè)等資源開發(fā)型產業(yè)亦面臨類似問題。如何在開發(fā)中保護、在保護中開發(fā)是海洋經濟健康可持續(xù)發(fā)展的核心。
當前，百年變局和世紀疫情交織疊加，能源安全和生態(tài)安全協(xié)同推進，我國必須高度重視海洋經濟發(fā)展的安全問題，把確保產業(yè)安全放在海洋經濟發(fā)展的首要位置。
關于海洋能源綠色轉型的思考
我國能源總體資源量和年生產量均位居世界前列，是能源生產大國和能源消費大國。鑒于我國“富煤、貧油、少氣”的資源稟賦，現(xiàn)階段能源結構和產業(yè)結構仍需優(yōu)化，存在的主要難題如下：一是能源結構以煤為主，煤炭占我國已探明化石能源資源總量的94%左右。二是能源安全保障形勢嚴峻。我國油氣對外依存度逐年攀升，2021年油氣對外依存度分別為72%、44.9%，同時我國油氣戰(zhàn)略儲備不足，與國際能源署設定的90天儲備安全線有較大距離。三是可再生能源成為我國電力增量的主體，在能源結構中的占比逐年提升，但實現(xiàn)化石能源的有序替代還需要時間。四是海洋（特別是深海）正在成為全球能源綠色轉型重要的戰(zhàn)略領域，但在此領域我國核心技術和裝備對外依存度高。因此，立足我國國情能情，要強化海洋能源綠色開發(fā)頂層設計，推動海洋能源為穩(wěn)油增氣、可再生資源多能協(xié)同開發(fā)及實現(xiàn)“雙碳”目標作出更大貢獻，這是保障國家能源安全和建設能源強國的現(xiàn)實選擇和戰(zhàn)略重點之一。
海洋能源綠色轉型的戰(zhàn)略目標應該是，在保障能源安全的前提下，強化科技創(chuàng)新，圍繞“補充基礎短板—增加技術優(yōu)勢—強化應用能力—實現(xiàn)自主可控”這一主線，體系化地掌握關鍵核心技術，形成自主可控的海洋能源綠色開發(fā)創(chuàng)新技術體系和裝備實質能力，構建未來發(fā)展優(yōu)勢；海洋油氣成為我國油氣產量的主要增量，海洋天然氣占比穩(wěn)步提升；海上風電等海洋可再生資源裝機容量顯著提高；深海大洋礦藏開發(fā)利用有所突破；海洋能源實現(xiàn)綠色低碳轉型，有力保障國家能源安全，科學實現(xiàn)碳達峰、碳中和。
科技創(chuàng)新、自立自強是海洋能源綠色轉型的核心支撐，針對面臨的諸多挑戰(zhàn)和不確定性，建議重點部署4項科技創(chuàng)新工程，并加大“科技興海”戰(zhàn)略實施力度，推動海洋產業(yè)綠色轉型升級，帶動海洋經濟高質量發(fā)展。
一是實施深水油氣勘探開發(fā)重大科技創(chuàng)新工程，提高國民經濟發(fā)展的資源保障能力。圍繞國家油氣保障能力和海洋權益維護需求，踐行“以深帶淺”戰(zhàn)略思想，加強基礎性、原創(chuàng)性、顛覆性技術研究；掌握深遠海油氣勘探開發(fā)核心技術、海洋大數據和人工智能等高新技術研發(fā)；建立自主可控的3000米水深級深遠海油氣勘探開發(fā)技術體系、作業(yè)能力和安全運維體系；發(fā)展并建成一批深遠海天然氣勘探開發(fā)裝備和裝備配套，支撐促進深海裝備產業(yè)發(fā)展，穩(wěn)定海上自產油氣供給；保障能源安全和綠色低碳轉型。未來，逐步提高南海天然氣規(guī)?；_發(fā)生產能力與清潔能源在國家能源結構中的占比；到2035年，新增發(fā)現(xiàn)天然氣達到1950億方，深水油氣年穩(wěn)產500萬噸，具有3000米水深油氣田自主開發(fā)能力，同時進一步提升我國海洋安全保障能力。
二是實施海洋風電等多類可再生資源協(xié)同開發(fā)和海洋碳匯創(chuàng)新工程，統(tǒng)籌推進綠色能源轉型。圍繞國家能源綠色轉型規(guī)劃和“雙碳”目標，加大海上風電特別是深遠海風電開發(fā)利用關鍵技術和核心裝備研發(fā)，使海洋風電等可再生資源有序接續(xù)傳統(tǒng)油氣資源，海上風電、光伏發(fā)電成為綠色能源重要組成，風電和光伏成為主要電力來源；加大在海洋碳封存、利用及大規(guī)模碳減排、封存的關鍵核心領域攻關力度，2035前實現(xiàn)深遠海風電平價上網，實現(xiàn)國內海上二氧化碳封存工程示范并逐步推廣；2050年實現(xiàn)生產側新能源轉型，使風電、光伏發(fā)電成為能源在生產結構轉變上的主力，使海洋可再生資源和藍色碳匯在可再生資源有序接替與實現(xiàn)“雙碳”目標中發(fā)揮更為重要作用。
三是實施深海大洋多金屬結核的開發(fā)利用創(chuàng)新工程，為能源綠色轉型提供核心要素。聚焦海洋戰(zhàn)略資源開發(fā)的國家需求，以賦存于深海海底的多金屬結核、熱液硫化物及富鈷結殼等海底資源認知和開發(fā)為目標，加大深海礦產資源勘探、開發(fā)等方面的研究，為能源綠色轉型提供核心元素，同時推進深海裝備技術不斷創(chuàng)新，挖掘深海資源市場需求，逐步實現(xiàn)產業(yè)化和商業(yè)化開采。
四是建成完善的立體海洋監(jiān)測、環(huán)境保護和應急救援體系。建成海洋監(jiān)測體系和監(jiān)測救援體系，實現(xiàn)海洋大數據的高效利用，為海洋能源綠色勘探開發(fā)提供“智慧大腦”，為海洋資源利用和管控、海洋生態(tài)監(jiān)測、海洋二氧化碳、甲烷等溫室氣體以及新型污染物的源匯路徑和時空變化掌控提供技術支持，為陸海統(tǒng)籌的海洋環(huán)境保護路徑和現(xiàn)代海洋治理體系提供技術支持。
五是加大“科技興海”戰(zhàn)略實施力度，加強海洋產業(yè)高新技術的研究與應用，著力推動海洋經濟向海洋科技創(chuàng)新引領型轉變。進一步提高海洋油氣、再生能源、金屬礦產等在我國資源供給中的比例。發(fā)揮深水、綠色、智能技術在海洋傳統(tǒng)產業(yè)轉型和新興產業(yè)培育方面的重要作用，大幅提升戰(zhàn)略性新興產業(yè)在海洋經濟中的比重，完善新技術新裝備研發(fā)、轉移、孵化、產品化、產業(yè)化一條龍服務體系，推進創(chuàng)新鏈、產業(yè)鏈和價值鏈高度融合發(fā)展，加快提升國際市場競爭力和占有率。實現(xiàn)海洋科技創(chuàng)新、海洋經濟、海洋產業(yè)的協(xié)同發(fā)展。2050年前后，實現(xiàn)科技驅動的高端海洋經濟占比進一步提高，海洋經濟占全國GDP的比重提升至10%左右，海洋產業(yè)結構進一步優(yōu)化，創(chuàng)新驅動海洋經濟高質量發(fā)展模式基本形成，基本建成能源強國和海洋強國。
保障能源安全，優(yōu)化能源結構，科學實現(xiàn)碳達峰、碳中和，是一場廣泛而深刻的經濟社會系統(tǒng)性變革，我們應該在保障能源安全的大前提下，強化能源轉型的目標和實施策略，通過實施重大科技工程，推動一批面向未來的低碳能源技術轉化應用，培養(yǎng)戰(zhàn)略型新興產業(yè)，穩(wěn)步推進海洋工程創(chuàng)新科技在海洋能源結構優(yōu)化轉型中的引領作用，為構建清潔、高效、安全、低碳的現(xiàn)代能源體系貢獻海洋力量。
注釋
[1]中共中央文獻研究室：《十八大以來重要文獻選編（上）》，北京：中央文獻出版社，2014年，第31頁。
[2]《決勝全面建成小康社會 奪取新時代中國特色社會主義偉大勝利——在中國共產黨第十九次全國代表大會上的報告》，北京：人民出版社，2017年，第32頁。
[3]張占奎、石文輝、屈姬賢等：《大規(guī)模海上風電并網送出策略研究》，《中國工程科學》，2021年第4期。
[4]李中：《中國海油油氣井工程數字化和智能化新進展與展望》，《石油鉆探技術》，2022年第2期。
[5]《中國海洋石油集團有限公司2020年可持續(xù)發(fā)展報告》，2021年4月。
[6]王震、鮑春莉：《中國海洋能源發(fā)展報告》，北京：石油工業(yè)出版社，2021年。
[7]《2022年中國有色金屬資源化利用專題調研與深度分析報告》，2022年2月22日，https://www.chinacace.org/news/fieldsview?id=13315。
[8]C. L. Sabine; R. A. Feely; N. Gruber et al., "The Oceanic Sink for Anthropogenic CO2," Science, 2004, 305, pp. 367–371.
[9]許國東、葉杭冶、解鴻斌：《風電機組技術現(xiàn)狀及發(fā)展方向》，《中國工程科學》，2018年第3期。
[10]自然資源部：《2021年中國海洋經濟統(tǒng)計公報》，2022年6月7日，http://www.gov.cn/xinwen/2022-06/07/5694511/files/2d4b62a1ea944c6490c0ae53ea6e54a6.pdf。
Building a Self-reliant Technological System for Green Development
of Offshore Energy & Resource
Zhou Shouwei Li Qingping
Abstract: The ocean is a treasure house of resources for human survival and the largest active carbon pool on earth. Developing, utilizing, protecting and strategizing the ocean is a major issue for human survival and development, and a fundamental requirement for building a strong maritime country. Under the general trend of green and low-carbon energy transformation and the "dual targets of carbon peaking and carbon neutrality", offshore oil and gas has become an important energy growth pole, and marine renewable resources is one of the most important successors to traditional fossil fuel in achieving the "dual carbon" targets. Marine carbon sequestration has great potential as well. In recent years, focusing on high-quality marine development, China's marine science and technology innovation capability has been steadily improved, offshore oil and gas development continuously enhanced, and offshore wind power and other marine renewable resources development has been growing rapidly. China has moved from resource exploration of oceanic seabed deposits to experimental development. In addition, with steady development of traditional marine industries, a new model of modern marine industrial development has been formed with the initial "integration of land and marine industries, led by scientific and technological innovation, and driven by green transformation and upgrading and industrial clustering development". Marine industry structure continues to optimize, and marine economy in general has maintained the growth momentum. To facilitate the building of a strong ocean country, ensure energy security and achieve the "dual carbon" targets, it is necessary to coordinate marine energy development, marine economic development and marine ecological conservation, promote the rational development of marine resources, the green and low-carbon transformation of marine energy, focus on building a modern marine industry system, and strengthen the innovation-driven technology system for the green development of marine energy resources.
Keywords: offshore oil and gas, offshore wind power, seabed mineral resources, marine carbon sink, marine economy, offshore engineering, green and low-carbon, energy transition
