海洋能源在沿海社区的应用与未来前景—能源与人工智能10 (2022) 100189

能源与人工智能10（2022）100189审查人工智能在沿海社区的海洋能源应用-周跃宽a，b，ca可持续能源与环境主题，功能中心，香港科技大学（广州），广州南沙，511400，中国广东b中国香港特别行政区清水湾香港科技大学机械与航天工程系c香港科技大学深港协同创新研究院，深圳福田，518048H I G H L I G H T S• 海洋能源供应、传输、分配和最终用户方服务。• 多能源协同作用下的海洋热能/电能转换• 泵送水力发电、压缩空气和氢气储存，可稳定供电。• 具有高效率和弹性的电源控制和能源管理。• 沿海社区海洋能源的挑战和未来前景A R T I C L EI N FO保留字：海洋能源小区住宅小区能源转换、储存和管理技术经济环境 性能A B标准海洋能在减少碳排放、实现碳中和、清洁发电等方面发挥着重要作用，但具有时空供电特性的垂直梯级海洋能系统可能会导致电网频率波动、破坏性扰动和电网冲击。混合可再生能源调度，协调的需求侧管理，以及具有不同响应时间持续时间的电网辅助服务提供的电能存储是将海洋能源与稳定和电网友好运行相结合的有效解决方案。本文综述了基于热力学、流体动力学、空气动力学和力学原理的先进海洋能转换器。分析了多种海洋能源的供电特性，指出其具有不稳定性、波动性和时空分布不均匀性。本文综述了具有协同效应的混合海洋储能系统，以克服不稳定性并提供电网辅助服务，包括抽水蓄能、海洋压缩空气储能和海洋氢基储能。综述了海洋能源系统在沿海居民社区的应用，包括能源管理和控制，多载体能源网络的合作。此外，人工智能的应用可持续发展和智能海洋能源系统。结果表明，稳定和电网友好运行的有效策略主要包括互补的混合可再生系统集成，混合热/电存储的协同作用，以及多载体能源网络的合作。此外，根据地理位置，变压器的灵活的岸上和离岸安装可以提供大规模的海洋环境。用于长距离传输的能源系统集成，具有低传输损耗、低电阻损耗，简单的系统配置。研究结果可以为智能能源系统中的海洋能源整合提供启发性概述，为太阳能和风能资源提供替代方案，并为碳中和过渡铺平道路1. 介绍海洋能源资源量大、能源形式多样（如热能、动能、机械能、重力能等），可以解决全球能源短缺危机及相关的全球变暖问题。根据热力学、流体动力学、空气动力学和机械学原理，沿垂直轴设计一系列梯级海洋能系统，利用先进的能量转换装置捕获动态海洋能资源，实现可持续能源供应。然而，能源供应https://doi.org/10.1016/j.egyai.2022.1001892022年7月29日在线发布2666-5468/© 2022作者。出版社：Elsevier Ltd这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表能源与AI期刊主页：www.sciencedirect.com/journal/energy-and-aiY. 周能源与人工智能10（2022）1001892不同的海洋能源系统在空间和时间上的特点不同。例如，与海洋风力资源相比，密度约为1.2 kg/m3，波流显示出高密度为1000 kg/m3，导致当前涡轮机的功率供应比类似额定容量的风力涡轮机高得多。将海洋能源系统纳入能源区可以促进碳中和区的过渡和清洁电力生产，而频率波动和功率尖峰的出现将导致电网的不稳定和电力中断。从能源区的角度进行需求侧管理，具有不同响应时间持续时间的混合储能，可以调节与电力供应曲线高度一致的需求曲线，并提高匹配性能。根据能源形式的不同，海洋能转换技术主要可分为海洋热能转换和海洋电能转换。海洋热系统包括直接海源热交换器和热泵。海洋电力转换系统主要包括当前的涡轮/波浪能转换器、潮流发电机、漂浮光伏板、离岸风力涡轮机和海洋热电发电机（OTEG）。各种形式的海洋能源主要可分为重力、太阳辐射和大气热量。在重力驱动下，潮汐势可用于固定式、风筝式和流激式水轮机。利用海洋热能，可以设计不同类型的涡轮机用于发电，例如利用盐度梯度的盐水涡轮机，由热梯度驱动的蒸汽涡轮机和洋流涡轮机。波浪能可以驱动波浪能转换器。此外，海洋风能可以驱动海上风力涡轮机发电。各种形式的海洋能的利用可以为梯级海洋能系统的设计提供指导。由于各种海洋能源的多样性，在预测能力和时空透明度方面可以注意到差异。与太阳能和风能的时空波动相比，周期性潮流能在较长时间范围内变化较小，能量在短时间尺度下更稳定，因此海浪能量是可以预测的[1]。为了准确预测海洋能源系统的动态性能和估计其能源潜力，研究人员开发了基于历史数据的数学模型和预测工具。 根据历史数据库，Esteban和Leary[2]预测，到2050年，海洋能提供的电力可以满足世界电力需求的7%。Penalba等人[3]全面回顾了波能转换器数学模型开发的非线性方法。结果表明，CFD模型是最常用的方法，但计算量很大。Garrido等人[4]开发了振荡水柱的数学模型。仿真结果与实验测量数据之间具有很高的精度。 Windt等人[5]全面综述了海洋波浪能的CFD模型。高性能计算技术的发展将促进CFD数值模型的发展。Barnier等人[6]指出，通过对流体驱动涡轮机功率和风力驱动洋流的建模简化和假设，可用功率可能被高估80%以上。考虑到海洋能量的不稳定性和功率峰值海洋能储能技术可以提供稳定可靠的电力供应服务，这对区域需求覆盖和电网脱碳至关重要。Chen等人[7]为未来的多元化储能技术提供了技术指南和未来前景。电池、超级电容和飞轮之间的协同作用可以有效地解决长周期和短周期功率波动，并提供稳定的电源[8]。飞轮储能[9]和超级电容储能[10]可以缓解功率波动，提高动态功率稳定性，用于将海上风电场和海流场并入当地电网。海洋 能源 管理 和 控制 有 被 研究了可再生能源渗透率、电网灵活性和技术经济绩效改善。可再生能源调度战略已得到探讨。通过对发电和需求曲线的动态调度，可以提高整体性能[11]。此外，电力调度策略[12]、基于仿真的优化[13]和最优控制[14]可以提高海洋能利用的能量效率。如今，由于通过多元线性回归，支持向量回归和反向传播的自学习能力，人工智能已应用于可再生能源，能源存储[15]，建筑物的能源需求[16]和智能能源管理[17]。Chen等人[18]将人工智能应用于能源需求和碳足迹建模。Shaqour等人[19]研究了使用深度学习技术的短期负荷预测训练时间和预测精度需要很好地平衡，特别是在聚合停留时间增加的情况下。Huseien等人[20]全面回顾了用于智能建筑的5G技术。Kausika等人。[21]应用GeoAI方法通过航拍图像确定太阳能光伏装置的大小。请注意，有一些研究关注海洋能源系统中的人工智能然而，科学差距确定如下：1) 随着具有时空供电特性的垂直级联海洋能系统的发展，对海洋能系统中具有热力学、流体动力学、空气动力学和力学原理的先进海洋能转换器的研究还很少。海洋能并网可能引起电网频率波动、破坏性扰动和电网冲击;2) 在可再生能源调度和具有不同功率响应持续时间的混合储能方面，很少对海洋能源供应中的功率波动缓解和动态稳定性增强策略进行综述;3) 应用于沿海居民社区的海洋能源系统相当少，特别是对于互补的混合可再生系统集成、混合热能和电能储存的协同作用、能源管理和控制以及多载体能源网络的合作。对全球海洋能资源和多元化海洋能系统的现状、发展、挑战和前景进行综述是十分必要的。海洋能资源在电网中的整合可以促进清洁电力和碳中和过渡，但其时空不稳定性会导致电网功率波动和不稳定。本研究的独创性和新颖性包括：1) 沿着海洋的纵轴线，以不同类型的海洋能资源（如太阳能、风能、波浪能、海流能等）为例，从热能/电能的形式和先进的海洋能转换原理等方面，对垂直梯级海洋能系统进行了全面系统的文献综述;2) 为解决海洋能集成带来的电网频率波动、破坏性扰动和电网冲击等问题，在可再生能源调度、混合储能和能源区需求侧管理等方面，对缓解电力波动和提高动态稳定性的策略进行了研究;3) 综述了海洋能源系统在沿海居民社区的应用，包括互补的混合能源供应，混合热能和电能储存的协同作用，能源管理和控制，以及多载体能源网络的合作。本文的结构如下。方法见第2节。第三介绍了全球海洋能源资源。热和Y. 周能源与人工智能10（2022）1001893第4节全面回顾了电能转换技术。然后，在第5节中，介绍了电能储存器，以在不同的功率响应时间内稳定海洋能源供应，并减轻功率波动。第6节审查了海洋能源、发电、输电、配电和最终用户服务提供方面的能源网络。第7节介绍了海洋能源系统、沿海社区和公用电网的先进能源管理战略。挑战和未来趋势见第8节。最后，在第9中给出了研究结论。2. 方法海洋能源具有巨大的可再生能源潜力，将有助于沿海地区社区向碳中和过渡。如图1所示，进行了审查，以报告当前状况、技术挑战和未来前景。如图1（a）所示，总体框架包括海洋能供应、传输、分配和终端用户。如图1（b）所示，结构化可分为四个主要部分，包括海洋能转换、混合储能、能源网络和实际应用。海洋能转换主要包括海洋热能和电能转换。海洋热能利用系统包括直接换热器和海源热泵。用于海洋电能转换的装置包括海流涡轮机、波浪能转换器、潮流发电机、漂浮光伏板、离岸风力涡轮机和海洋热电发电机。第二部分介绍了混合型海洋储能技术，包括抽水蓄能、海洋压缩空气储能和海洋氢基储能。不同的能量存储的响应时间持续时间示出和比较，提供电网辅助服务。第三部分从海洋能源、输配电、终端用户侧服务三个方面对海洋能网络进行了综述。海洋能源主要包括沿海深的温度梯度、潮流能、海浪能、太阳能和风能能源第四部分介绍了实际应用情况在海洋热力系统、海洋电力系统、能源管理和控制方面。展望了多载体能源网络和电网辅助服务与海洋能源系统集成的合作。介绍了社区海滨住宅零能耗社区综合海洋能源系统面临的挑战和未来趋势，包括极端天气条件下的系统保护（例如，飓风和台风）、深海能源系统的化学腐蚀、间歇性和不可预测的海洋能源、操作不可靠性以及3. 全球海洋能源在不同的沿海地区研究了全球海洋能源潜力。表1列出了2007年海洋能源资源。海洋能源资源有增加的趋势。2018年，Melikoglu等人[22]对全球海洋能源进行了全面概述。结果表明，不同海洋能源系统的全球年潜力为：潮汐近1000 TWh，波浪高达93，000 TWh，温度梯度/热高达87，600 TWh，盐度梯度/渗透在2000和5200 TWh之间，甚至可能高达27，700 TWh[22]。表2显示了从世界范围来看的全球海洋能源资源，包括海浪能[24，25]、海洋风能[26，27，28，29]、海洋热能[30]和电能[31]。在泰国，Kompor等人[24]通过开发近岸波浪（SWAN）模型探索了波浪发电的最佳位置。波浪功率沿中国海岸线由北向南逐渐增大海洋风能在功率密度、能源供应、风能储存和稳定研究人员主要关注海洋风能潜力[27，29]，发电[28]和能源的平准化成本[26]。在西班牙，Sühenberg-Rodríguez和Montesdeoca[28]指出，海上风能成本远低于当前的电力成本，海上风电场的总发电量远高于年电力需求。与波浪能相比，澳大利亚风能系统的LCOE要低得多[26]。此外，还研究了海洋热能[30]和电能[31]图2显示了澳大利亚海洋能源利用的路线图。各种形式的海洋能源主要可分为重力、太阳辐射和大气热量。在重力驱动下，潮汐势可应用于固定式、风筝式和流激式水轮机。利用海洋热能发电，可以设计不同类型的涡轮机用于发电，例如利用盐度梯度的盐水涡轮机，热梯度驱动的蒸汽涡轮机和洋流涡轮机。波能可用于驱动波能转换器。此外，海洋风能可以驱动海上风力涡轮机进行发电。对各种海洋能形式的利用可以为梯级海洋能系统的设计提供指导。4. 能源生产技术为了有效地利用各种形式的海洋能源发电，表3列出了各种海洋能源技术的能源潜力估计数学工具的摘要。沿海的不同深度，可以应用不同的海洋能源技术。在海面以上的海平面，离岸风力发电机可以将动能转换为动力，遵循空气动力学原理[32]。在海面上，漂浮的光伏电池板可以将太阳辐射转化为电力[33]。基于水动力学[34]和空气动力学[35]，风能可以转化为具有动能的波浪能用于发电。在海面以下区域，重力势能可驱动潮流发电机[36]。基于各种可用的海洋能源资源，Herna'ndez-Fontes等人[37]比较研究了孤立社区的海洋能源替代品。结果表明，波浪和热梯度能量收集技术适合米却肯州，并确定了海洋能源生产的潜在地点4.1. 海洋热能转换由于海洋热能丰富，应用包括为地区社区提供加热和冷却能源Hu等人[41]研究了利用海洋热能的吸收式制冷系统的制冷性能。结果表明，随着海水温度的升高或冷海水温度的降低，一次能源利用率都有所提高。Wang等人[42]回顾了无人水下航行器中海洋热能的技术挑战，包括低传热率，能量转换效率，运动和传热之间没有协同作用的能量存储密度。Yuan等人[43]通过实验测试了基于氨水的海洋热能系统的热效率。结果表明，发生器和吸收器的温差显著抑制了性能的进一步提高。Hunt等人[44]研究了氨 区 冷却至 盖 冷负荷 的 一 沿海地区。1-当海水流量为17m3/s时，可获得GWt的冷负荷在海洋能除供冷供热外，主要用于供电。4.2. 海洋电能转换除了海洋热能转换外，还研究了海洋电能转换。海洋风能转换技术主要包括海流涡轮/波浪能Y. 周能源与人工智能10（2022）1001894Fig. 1. 海洋能及其应用研究方法的整体概述：（a）总体框架;（b）结构配置。Y. 周能源与人工智能10（2022）1001895表1全球几个有代表性的国家对海洋能源资源的全面概述[23]。海洋能源形式年世代潮汐能>300 TWh海流功率>800 TWh渗透功率盐度梯度2000 TWh海洋热能热梯度10，000 TWh波浪能8000这些发电机包括太阳能转换器、潮汐流发电机、浮动光伏板、离岸风力涡轮机和海洋热电发电机（OTEG）。Weeks等人[45]提出了一种用于沿海地区的海上多用途平台，由海上风力涡轮机、波浪转换器和潮流发电机组成。研究结果可以为海上可再生能源系统提供战略性的海上选址规划。Bahaj[46]研究了海洋能发电，经济分析突出了广阔的应用前景。4.2.1. 目前的涡轮机/波浪能转换器（WEC）风能转化为具有巨大动能的水波表2全球海洋能源资源的全球概览能源形式研究地理位置方法和结果波浪能资源Kompor等人[24]泰国近岸模拟波浪（SWAN）波浪势评估Qiu等人[25]华润、政府政策，以及财政支持对于所有选定的位置，站P5是用于波浪发电的最佳站，并且站P4和P11也提供峰值波浪功率。我国海岸线波浪功率由北向南逐渐增大海洋热能海洋动力能源海洋风能Souza等人[30]巴西海洋热能转换南大西洋可提供41. 36吉瓦的电力而海洋热量则减少了60.16 GW。VanZwieten等人[31]佛罗里达海洋热能转换HYCOM对于OTEC潜力预测是准确的Hemer等人[26]澳大利亚海洋可再生能源应用与波浪能相比，风能的LCOE要低得多。能源系统此外，LCOE取决于系统的额定容量。Olaofe[27]非洲海上风能资源图海洋风电场的年和季节容量系数为在17.6%到51.2%之间。[28]第二十八话西班牙加那利群岛海上风电场的总发电量高，成本低。Zheng和Pan[29]全球等级分类图基于1988-2011年风场数据全球海洋风能资源丰富，在风功率密度、风能等级、有效风速、风能储存量和稳定性等图二. 澳大利亚海洋可再生能源发展[26]。Y. 周能源与人工智能10（2022）1001896λ∫表3各种海洋能源技术和估算能源潜力的数学工具摘要海洋能源技术研究能源机制数学计算波浪能转换器（WEC）Viet和Wang[38]风能转化为具有巨大动能的水波水动力学[22，34]和空气动力学[23，35]y=asin（2πx-2πtT潮流发生器Markus等[36]第三十六章：一个人的世界h=RE=ρg哈德Sahu et al.[39]太阳能资源太阳能发电转换[26，33]。E海上风力发电机Pan and Shao[32] 风能动能转化为电能h=0η⋅I ⋅A1海洋温差发电机（OTEG）Khanmohammadi等人[40]温差电子密度的温度梯度P=2ρπr2<$C<$V3V=a（TH-TC）与太阳能发电场（0.1-0.2 kW/m 2）和风力发电场（0.4-0.6 kW/m 2）的能量密度相比此外，从持续时间的角度来看，与太阳能和风能的20-30%的可用性相比，波浪能在90%的时间内可用。Uihlein等人[47]研究了波浪和潮流能的利用，并为设计者和研究者提供了最新的研究空白和技术障碍。考虑发电量、存储量或电网相互作用波动的生命周期评估值得研究。此外，需要研究需求增加和可再生能源系统整合对系统可靠性和稳定性的影响。Viet和Wang[38]设计了一种基于压电效应的智能海浪能量俯仰采集器，具有最小化的组件和空间。通过几何尺寸、间距和材料性能的设计，使其发电功率达到900 W。利用摩擦电和压电效应，Jurado等人[48]设计了一种用于海岸波浪能量收集的混合装置。结果表明，与单一的摩擦电和压电纳米发电机相比，混合装置的能量转换效率可提高30.22%。波能源转换器（WEC）是设计基于对流体动力学[34]和空气动力学[35]模型。图3示出了海洋波浪能转换器的典型设计。考虑到波浪能的垂直运动和水平运动，波浪能转换器（WEC）需要设计有垂直和水平两种能量提取装置。Borner和Alam[50]系统地回顾了波能转换器的建模发展，包括每个子域模型。结果表明，该模型需要重新开发，每当至少有一个实验子域是使用。此外，计算和实验技术的进步可以促进混合模拟的实用性和可接受性。Shahriar等人[51]开发了一种基于Searaser波浪能转换器的水力发电动态模型。通过将动能转换为动力，Searaser可以提供约35 m的水头，并且对于分散式小型水电站（MHPP），估计容量约为144 kW。4.2.2. 潮流发电机当一个太阳月，地球和月亮两次排成一线时，海洋的最大重力产生了大潮。泉水高达11.4米（Penzhinsk，俄罗斯）至12.4米（Cobequid，加拿大）。潮汐发电计算图三. 海洋波浪能量转换器[49].）=Y. 周能源与人工智能10（2022）1001897∫电势可以计算如下：h=R和减少碳排放的同时，还研究了漂浮PV对藻类生长的影响。Zhang等人[53]第一次证实，E=ρg hAdhh=0透明聚合物太阳能电池可以避免水中藻类的生长。Haas等人[55]研究了漂浮光伏覆盖面积对微藻生长和水电收入的影响。的进一步增加。其中ρ是海水密度（kg/m2），g是重力常数（9.81 m/s2）。根据潮汐电站的地理位置，可设计单、双联和成对四类潮汐电站，如图4所示。如图4（a）所示，单操作闸门在涨潮时开启，但在排空过程中关闭。如图4（b）所示，双运行可逆式水轮机和水闸在高潮期间起作用，但水闸在排空过程中保持关闭。在双盆联动运行中，如图所示。 4（c），将汽轮机置于系留拦河坝上。如图4（d）所示，在双堰对的情况下，上闸在填充过程中打开，下闸在排空过程中打开。4.2.3. 浮动光伏板通过将太阳辐射转化为电力，Sahu等人[39]系统地回顾了浮动PV板的应用。与陆基光伏系统相比，漂浮式光伏系统具有节省空间、遮挡阳光的障碍物少、使用方便、电池温度低、发电效率高等优点。此外，光伏电站还可以防止过度的水分蒸发，限制藻类生长，改善水质。在恶劣水环境下的柔性薄膜、可改变倾角和方位角的太阳跟踪系统、用于固定浮力光伏系统的先进锚定系统、基于遥感和GIS的技术等方面还需要进一步研究。Ates等人[52]利用遥感技术评估了一座水力发电厂的情况研 究 表 明 ， 一 座 2.03GWp 的 漂 浮 式 光 伏 电 站 ， 年 发 电 量 可 达3328.33GWh，可防止28231026.90m3的水蒸发。张等人[53]研究了半-透明聚合物太阳能电池（ST-PSC）在水中。特拉帕尼和米勒[54]研究了a-Si浮置光伏电源。结果表明，一个250兆瓦的装置可以实现相当于25%的隐含碳排放量减少。除了可再生能源供应覆盖率可以完全消除水华，但会减少经济水电。4.2.4. 海上风力涡轮机风力发电机是一种将动能转化为电能的装置，是利用海洋风力资源的一种重要手段。研究人员主要关注海上风能潜力的估计[27，57]和可靠运行[58]。如图5所示，陆上和海上风力涡轮机的演变表明，陆上和海上风能收集系统都在增加，而陆上风力涡轮机的增加幅度远高于海上风力涡轮机。Elsner[57]基于明确的模型和长期卫星数据分析了非洲海上风能潜力。结果表明，综合开发电力池是有希望利用非洲海上风能。Olaofe[27]评估了非洲沿海的海上风能资源。图五. 从2011年到2012年陆上和海上风力涡轮机的演变 2020年[56]。图四、 潮汐电站的类型：（a）单台运行，（b）双台运行，（c）双流域联动运行，（d）双流域成对运行。Y. 周能源与人工智能10（2022）1001898海上风力发电机的空间规划在沿海地区和岛屿引起了广泛的兴趣Díaz和Soares[59]采用地理信息系统对浮动海上风电场进行海洋空间优化根据地点和立法考虑，研究可以提供指引，以消除不适合的地区，并确定最合适的位置。Abdel-Basset等人[60]开发了一种混合MCDM（AHP-PROMETHEE II）方法来选择最佳海上风力发电站。所提出的方法可以提供严格的选址与沿海管理的海上风电场的总发电量远高于年电力需求，海上风能成本远低于当前的电力成本[28]。就深水的岩土工程和结构问题而言，浮式风电场，Wu等人[61]全面审查了海上风力涡轮机基础和系泊系统的锚固，如图6所示。对海上风电基础设计规范、结构-基础-土系统数值模拟、海上锚碇岩土工程、系泊系统水动力等方面的研究提出了4.2.5. 海洋温差发电机（OTEG）深海水和温暖的地表水之间的温差可以驱动ORC发电[62]。Osorio等人[62]在一个热带小岛上发起了一个海洋生态公园。Zereshkian和Mansoury[63]通过利用沿海洋深度的热梯度研究了电力供应通过2005年至2014年的历史数据，海洋热能转换产生的电力可在7月至9月期间用于南部盆地在学术界，研究人员主要集中在海洋热能发电厂的最佳地理位置[64]，用于估计功率潜力的动态模型开发[31]，经济性能分析[65，66]。Zhang等人[64]开发了一种用于海洋热能发电厂选址的新型多标准决策框架。通过对广东、广西两省的实例分析，验证了该方法的鲁棒性和有效性。VanZwieten等人[31]通过动态模型研究了佛罗里达州海司令部结果表明，8月份净发电潜力最大为152 MW，2月份最小为78 MW。在海洋热能转换的经济绩效方面，Langer等人[65]明确指出了基于生命周期分析的差距。结果表明，目前的研究主要集中在植物个体上。此外，平准化电力成本（LCOE）进行了分析，而其他经济指标，如投资回收期和内部收益率（IRR）被忽略。地表水与深井温差#21468;的高度，足以驱动发电机。OTEG可以为油井井口的海底控制电子设备提供1-10 W的功率。如图7所示，温度梯度导致电子管的高密度n型 材料和 孔 p型 材料. 三甘醇可以将来自热电厂、发动机废气和烟道气的废热转化为电力。由具有塞贝克系数α（μV/K）的热电材料在温度梯度（ΔT）下产生的热电（V）可以由下式给出V=a（TH-TC）4.3. 系统集成与协同操作就可再生能源系统的不稳定性和波动性而言，混合能源系统的协同作用对于供电系统的可靠性和灵活性非常重要[69]。Khosravi等人[69]研究了一种集成氢气的混合海洋热/光伏系统的技术经济性能。集成系统的结构示意图如图8所示，包括电源系统（即，一个OTEC，太阳能光伏阵列和燃料电池），用于电力到氢气转换的电解槽和氢气罐。结果表明，该系统的火用效率为18.35%，投资回收期约为8年。单位电力成本为0.168$/kWh。Jahangir等人[70]设计了一种混合系统，由光伏/风力涡轮机/波浪能转换器组成，用于独立电源。经济性分析表明，混合系统的能量成本在0.233 ~ 0.348 $/kWh之间。Hu等人[71]在浮动平台上设计了一个波浪和风能系统。该优化方法可为波浪能转换器的最佳数量和布置提供指导。5. 沿海地区的电能储存（EES）系统为了增强间歇性可再生能源和随机能源需求之间的匹配，储能是关键组成部分。Chen等人[7]系统地回顾了电能存储系统的进展。全面的审查可以为多元化储能提供技术指导和未来前景见图7。热电并联串联级联TEG单元的模型。图六、底部固定式海上风力涡轮机基础示 意 图 [67]。Y. 周能源与人工智能10（2022）1001899技术在未来。图8.第八条。 混合海洋热能/光伏和氢集成系统[69]。表45.1. 抽水蓄能（PHES）世界范围内几个有代表性的国家的抽水蓄能概况通过利用地点研究或容量系统由于在海底和海洋表面进行电力储存，Rainer Schramm[72]首次提出在海洋底部进行电力储存，其效率约为80%。一般的工作原理是，目前的涡轮机日本[78]第78话最后一句话冲绳30MW容量海水抽水蓄能电站最大深度为25米，储存容量为564，000立方米。每当电力不足时，就开动发电机发电。抽水蓄能电站可以补充间歇性太阳能发电，持续供电，约旦[79]植物1500至2500兆瓦从水库到死海的压力管道可以提供800 cm/s的流速。提高电网的可靠性和可靠性。此外，抽水蓄能系统显示出良好的技术经济前景大规模的可再生能源利用[73]。爱尔兰[80]480兆瓦海水抽水蓄能电站通过储存主要是过剩的风力发电，表4显示了抽水蓄能电站的全球概况能量储存。设计了一个海水抽水蓄能电站项目[74]，电站容量为800MW，最大排放量为德国施拉姆[81]300 MW发电量，持续约7燃料可以减少。水下工厂可满足20万英国人户海水流速为242m3/s，有效水头为389.4m。Kotiuga等人[75]研究了容量为1000 MW的海水抽水蓄能系统的技术可行性，以取代以燃油为基础的1000印度尼西亚[74]800兆瓦的最大排放量海水流速为242 m3/s，有效水头为389.4MW热电厂。所识别的具有不同优先级的潜在站点的数量可以帮助工程师进行系统规划。对海洋能源储存的经济性能分析也沙特阿拉伯Kotiuga等人[75]1000兆瓦M.4台涡轮机，每台250 MW本文研究了Cazzaniga等人[76]研究了海洋储能的技术经济性能。结果表明，该系统成本低，每千瓦时储能容量成本为400欧元，生命周期至少为5年。此外，由于存储的能量随着海水深度线性增加，因此该装置仅在深度大于500 m时才便宜。Loisel等人[77]将潮差能源与海底抽水蓄能相结合，以提高技术经济性能，并限制电网和高功率削减率。结果表明，在电网约束下，LCOE降低到0.17€/kWh。5.2. 海洋压缩空气储能（OCAES）海洋下的海洋压缩空气储能（OCAES）也被设计用于电能存储。OCAES系统的概念示意图如图9所示。可再生能源供应给压缩机，将空气压缩成高压，并储存在CAS中。高压空气通过膨胀机进行发电并供应到公用电网。在学术界，研究人员主要集中在系统设计[82，83，84，85]，技术性能[12，86]和最佳能量管理策略[87]。Patila和Ro[82]研究了2-MWh CAES的设计规范。结果表明，Y. 周能源与人工智能10（2022）10018910图9.第九条。 海洋压缩空气储能（OCAES）系统的 概 念 示 意 图 [89]。海洋深度可以减少存储量。此外，通过在近等温条件下设计压缩机/膨胀机操作，可以提高OCAES的往返效率。 在1000 m深处进行1 GWh的储存需要管状袋的长度在1 km（Kevlar）和15 km（尼龙）之间[83]。Pimm等人[84]通过实验测试了海上和岸基压缩空气储能电站的高压空气的成本效益存储和供应。结果表明，直径为5m的海水袋在25m海水中可循环使用3个月. Moradi等人[85]设计了一种水下压缩储能装置，以提供与风能资源的协同操作。协调运行可以降低电力市场中的承诺风险，保护现货市场的高价。Sant等人[88]评估了具有MW浮动风力涡轮机系统的集成压缩空气能量存储。结果表明，由于压缩空气能量存储（CAES）的集成，浮式立柱的质量增加，导致风力涡轮机运动减少。在技术性能方面，相比地下存储，水下压缩空气储能显示等压抑制和提高往返效率[86]。Sheng等人[12]研究了潮汐涡轮发电场和海洋CAES，以减少对传统柴油发电机的依赖通过在空气压缩过程中储存热量并在排放过程中释放储存的热量，如图所示。 10，循环效率可达60.6%左右。此外，与风能系统相比，海流涡轮机和CAES更具有经济竞争力。此外，Maisonnave等人[87]开发了一种用于存储海洋能源的最佳能源管理策略，稳定了与电网的电力5.3. 海洋氢基储存通过驱动电解槽，可再生能源可转化为氢气，氢气经压缩机压缩后可储存在氢气罐中。在能量需求短缺或电力紧急期间，可以释放存储的H2以覆盖能量需求[90]。与电化学电池中效率在90%左右的直接电能-电能存储相比，H2体系中的电能-化学-电能转换效率图10个。 海洋压缩空气储能系统示 意 图 [12]。相对较低，在45%左右。提高能源效率的策略包括电解槽的废热回收、微热光伏集成[91]和先进材料集成[92]。Tarkowski[93]研究了地下储氢的前景和障碍。结果表明，产氢量的下降是影响其推广应用的主要因素.氢基储能技术具有储能密度高、副产品清洁、对环境无污染等优点，在海洋能源系统中具有广阔的应用前景。在学术界，Nazir等人[94]全面综述了H2的储存、运输和分配，包括道路、管道和海洋传输介质。结果表明，压缩氢气及其公路运输是一种常用技术.研究人员主要集中在技术经济性能分析[69]，温差参数分析[95]，能量和火用效率[96]。如图11（a）所示，表层和深海Y. 周能源与人工智能10（2022）10018911见图11。 示意图：（a）带有PEM电解槽的OTEC制氢系统[95];（b）集成海洋热能转换（OTEC）和平板太阳能集热器制氢[98]。Y. 周能源与人工智能10（2022）10018912水从5摄 氏度到25摄氏度将提高氢的生产率，2.5 ~ 60 N m3/h。Yilmaz等人[96]进行了参数分析，能量效率和火用效率分别为43.49%和36.49%。除了单独的OTEC系统外，还研究了太阳能热与OTEC集成系统用于H2生产。图11（b）中示出了用于制氢的集成OTEC和平板太阳能收集器的示意图Ahmadi等人[97]分析了集成太阳能和OTEC系统的能量和火用性能。此外，Ahmadi et al.[98]采用进化算法NSGA-II进行多目标优化，以总费用率最小和循环（火用）效率最大为目标，对设计参数进行优化。此后，可以确定关键参数，用于优化系统设计。5.4. 不同储能方式基于上述文献综述，有必要就技术成熟度、响应时间、存储容量和效率、初始资本成本、寿命和环境影响等方面对各种电能存储进行比较。在清洁能源网络中的能源生产、储存、传输和分配方面，Li等人[99]对比研究了氢气和液态空气/氮气之间的可再生能源载体。结果表明，虽然氢的体积能量密度比制冷剂高，但由于燃料电池成本高、氢的杂质多、使用时间短等原因，氢的竞争力不如液态空气/氮气。表5示出了不同能量存储系统之间的比较。泵式水电和电化学电池表5不同储能系统的比较和未来展望。储能优势劣势未来前景存储显示出最高的效率，但成本相对较高，投资回收期较长。海洋压缩空气储能可以避免对有利地理条件的依赖，但实际应用受到化石燃料燃烧、碳排放和安全问题的制约。此外，海洋氢基储存显示出高能量密度和清洁的副产品水，而主要缺点包括约45%的低效率和安全问题。6. 海洋能源、发电、输电、配电和最终用户服务图12显示了一个能源网络，由海洋能源、发电、输电、配电和终端用户服务组成。能源供应来源包括离岸风力涡轮机、浮动光伏板、波浪转换器、电流涡轮机和备用发电厂。为了实现电力远距离输送到终端用户侧，设计了一条由Transformer Ⅰ升压、输电装置和变压器Ⅱ降压组成的远距离输电线路。然后，应用配电线路将电力分配给最终用户。电网的功能是动态平衡可再生能源供应和能源需求之间的差异。此外，混合能源存储被设计为平衡建筑集成的可再生能源供应（例如来自BIPV或微型风力涡轮机）和能源需求。本节对海洋能源、发电、输电、配电和最终用户方服务进行了系统审查。6.1. 海洋能源和发电与太阳能和风能的时空波动相比，周期性潮流能量在较长时间范围内的变化较小。考虑到资源的可变性对电网的影响，研究了提高电网稳定性和可靠性的几种策略，如风能资源预测、间歇性发电抽水蓄能海洋压缩空气储能电化学电池存储器海洋氢基储存高能效（70%80%），稳定的电源避免对有利地理条件的依赖效率高达90%高能量密度和清洁副产品大型水库的可用场地稀缺;投资回收期长（约10年）;成本高，树木和植被被清除;由于相关的燃气轮机，应用有限;化石燃料燃烧和排放;安全问题低能量密度;高维护成本;循环老化;由于电池中的xic材料而造成的效率低，约45%;安全问题产品成本低，市场具有热能储存的先进绝热CAES;具有加湿的压缩空气储存大规模社区应用的电池提高能源效率的策略，如电解槽的废热回收，微热光伏集成[75]和先进材料集成[76];高压氢气储存和随机负载，以及混合储能（例如抽水蓄能、电池储能）。Qiu等人[25]全面综述了中国海岸线的海浪能量。此外，风浪协同系统是很有前途的，但需要进行更多的研究，以实现混合系统的成熟。此外，还探索了先进的模拟技术。Draycott等人[101]研究了模拟海上可再生能源动态海洋环境的先进海洋方法。利用海洋表面和深海温差进行海洋温差发电是一种热门的技术。OTEC的工作原理可以简要总结如下。如图13所示，具有低沸点温度的低工作流体，例如氨、氟里昂或丙烯，被来自表面的温暖海水蒸发。蒸发的蒸汽驱动发电涡轮机发电。来自深海的冷水可以冷凝冷凝器中的工作流体。(Note：1、2、3和4指朗肯循环。热交换器入口出口用数字5、6（蒸发器）、7和8（冷凝器）表示。6.2. 输配电低损耗、高效率的电能传输和向终端用户的分配要求电网网络优化。在实现大规模海上风能系统之前，需要对现有电网进行升级，并要求对区域输电线路网络（如海底电缆）进行大量投资[102]。东爪哇的海水抽水蓄能发电系统[74]可以通过新建的80 km输电线路将发电量输送到在输电线路设计方面，Y. 周能源与人工智能10（2022）10018913图12个。 海洋能源、发电、输电、配电和终端用户服务的区 块链[100]。Y. 周能源与人工智能10（2022）10018914图13岁OTEC电厂的热力学和发电设备[30]。可以如图14所示应用这些策略。根据转换器的地理位置，建议采用设计策略I和II中的陆上和海上安装，如图14（a）和（b）所示。根据Transformer的地理位置，设计策略II和III中提出了Transformer的陆上和海上安装，如图14（b）和（c）所示。由于Transformer中的电压升高，设计策略III显示出比设计策略II更低的电阻损耗，因此设计策略III更适合于长距离电力传输。此外，如设计策略IV所示，在离岸侧和岸上侧都包括转换器对于用于长距离传输的大规模系统可以变得有用。表6总结了提出的电力传输设计。设计策略I和II显示出几个组件和低复杂性，但具有高传输损耗。设计策略III显示出低电阻损耗和简单的组件，但带有Transformer的复杂组件在海上。此外，设计策略IV显示出极低的传输损耗，但可以注意到海上安装复杂，有许多转换器。 就安装间隔而言，设计策略I和II适用于靠近电网的小型系统，而设计策略III适用于靠近电网的中型至大型系统。设计策略IV适用于具有长距离传输的