海上风电和太阳能在推动全球低碳转型中的作用

随着碳排放和气候变化影响加剧，众多国家承诺实现碳中和，推动能源 sector向低碳转型，风能和太阳能光伏成为清洁能源转型的核心驱动力。2022年，全球风能和太阳能发电量约3421.81太瓦时，占电力需求的12%；预计到2050年，在净零排放情景下，两者将满足近70%的全球电力需求。然而，陆上风光发展面临土地短缺和监管限制等障碍，海上风能和太阳能光伏因能避免土地冲突、减少视觉影响等优势，成为重要替代方案——海上风能具有更强更稳定的风力资源，太阳能光伏则因水体冷却效应提升发电效率。不过，全球范围内对海上资源（尤其是太阳能光伏）的评估仍显不足，且对两者整合助力沿海国家脱碳的关注有限。

为此，研究基于经济可行性、技术约束和环境因素，识别了适宜海上风能和太阳能光伏开发的区域，并量化了其发电潜力和二氧化碳减排贡献。研究聚焦各国专属经济区内的资源，利用ERA5气象数据（包括100米高度风速和太阳辐照度）分析资源分布。结果显示，海上风能资源在中纬度（40°-50°）如南美的南部、澳大利亚东南部等地更丰富，年发电量可达2000千瓦时/平方米以上；太阳能光伏则在南北回归线之间（热带地区）如北非、中东、东南亚等地潜力最大，年发电量约400千瓦时/平方米。

在适宜区域界定上，需满足专属经济区内、水深<300米、距人口中心<200公里、排除保护区、无超过50%冰盖、风能年平均风速≥5米/秒、太阳能年辐射≥1000千瓦时/平方米等条件，太阳能还需排除有效波高>1米的区域。据此，全球仅2.96%海域适宜海上风能开发，1.29%适宜太阳能光伏，主要集中在美国、加拿大、澳大利亚等国。

若仅利用1%的适宜区域，海上风能和太阳能光伏每年可分别发电约6049和14173太瓦时，占2050年全球预计电力需求的9%和22%，合计覆盖近30%，年减排二氧化碳超90亿吨。国家层面，美国、加拿大海上风能年减排潜力超千万吨，印尼、澳大利亚太阳能光伏减排潜力显著（印尼可达13.5亿吨，相当于其2022年排放量的6倍）。

两者还具有时空互补性：空间上，中高纬度国家更适合风能，热带地区更适合太阳能；时间上，白天光照强时风力弱，夜间风力强而光照弱，季节上北半球冬季风能强、夏季太阳能强（南半球相反），这种互补性有助于提升电力系统稳定性。

经济可行性方面，海上风能成本近十年显著下降，2023年全球平均平准化度电成本（LCOE）降至0.075美元/千瓦时；太阳能光伏尚处起步阶段，试点项目LCOE约0.382美元/千瓦时，但混合开发（如与风能共享基础设施）有望降低成本，预计2030年荷兰海上太阳能LCOE可降至0.054美元/千瓦时。

然而，海上风光发展仍面临挑战：技术上，深水区（>50-60米）需依赖浮动技术，需应对恶劣海洋环境；数据上，深海气象数据不足；环境上，可能影响海洋生态；电网方面，需解决波动性、储能及远距离输电问题。研究也存在局限，如ERA5数据空间分辨率对小海域国家可能不足，约束阈值调整或显著影响结果等。