國外海洋能發(fā)電測試場發(fā)展情況分析及借鑒研究

馬哲，王繼業(yè)

(青島國家海洋科學(xué)研究中心 青島 266071)

國外海洋能發(fā)電測試場發(fā)展情況分析及借鑒研究

馬哲，王繼業(yè)

(青島國家海洋科學(xué)研究中心 青島 266071)

隨著海洋能技術(shù)的不斷發(fā)展，建設(shè)海洋能測試場成為突破海洋能裝置從實驗室樣機到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文章分析了國外運行較為成熟的海洋能發(fā)電測試場發(fā)展現(xiàn)狀，以及國內(nèi)測試場發(fā)展現(xiàn)狀與問題，基于我國目前沒有公益性質(zhì)的海洋能發(fā)電測試場的現(xiàn)實，著重分析了山東省建設(shè)測試場的優(yōu)勢，最后提出了建設(shè)建議。

海洋能；發(fā)電測試場；海洋能轉(zhuǎn)換裝置

1 引言

隨著石油和其他石化能源的日趨枯竭和全球?qū)τ跍厥覛怏w排放引起氣候變化問題的關(guān)注，低碳、節(jié)能和開發(fā)利用可再生能源正在成為世界能源發(fā)展的主題。海洋可再生能源儲量豐富、深遠海利用價值高，世界上主要的海洋強國都已將海洋可再生能源發(fā)展作為其海洋開發(fā)的重要環(huán)節(jié)。為了推動海洋能產(chǎn)業(yè)化進程，同時為海洋能裝置提供測試平臺，海洋能發(fā)電測試場受到越來越多的關(guān)注。

海洋能發(fā)電測試場用于測試和驗證即將應(yīng)用于商業(yè)運作的海洋能發(fā)電裝置及相關(guān)技術(shù)[1]。建設(shè)海洋能發(fā)電測試場主要基于以下原因。

(1)在海洋能利用技術(shù)商業(yè)化應(yīng)用之前，需要對設(shè)備模型及原型機進行大規(guī)模、長時間的實海況并網(wǎng)試驗，以便對海洋能發(fā)電裝置的性能進行評估，從而減少投資風(fēng)險。

(2)裝置在進行實海況測試前，需選擇海洋能資源優(yōu)、海底土木工程施工及輸電電纜鋪設(shè)方便的地點作為裝置的擬投放地，因此要對備選地海洋環(huán)境、水文地質(zhì)條件進行一定時間的對比監(jiān)測及勘察。假如每個研究機構(gòu)的每個裝置每次測試都重復(fù)進行以上工作，會造成大量人力物力的浪費，徒增海洋能裝置的開發(fā)成本與周期[1]。

(3)在企業(yè)對波浪能發(fā)電裝置進行大規(guī)模生產(chǎn)前，需要專業(yè)的第三方認證機構(gòu)對裝置的未來運營成本及收益情況進行詳細評估。

2 國外海洋能發(fā)電測試場發(fā)展現(xiàn)狀

21世紀初期，國外開始興建海洋能測試場，通過多年的摸索逐漸形成包括英國的歐洲海洋能源中心(EMEC)、加拿大的Fundy海洋能源中心(FORCE)、丹麥的Folkecenter海洋能測試場等10余家體系成熟、功能完善、服務(wù)全面的海洋能測試場。他們在管理模式、運營方式上都有著不同的經(jīng)驗。

(1)國家全力支持，強化公共服務(wù)。開發(fā)海洋能既有資源環(huán)境方面的原因，也是國家立足長遠發(fā)展、優(yōu)化經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、改善資源制約等的戰(zhàn)略性考慮。為降低技術(shù)研發(fā)和商業(yè)示范成本，海洋能發(fā)展先進的國家一直把海洋能測試場等相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)作為支持海洋可再生能源發(fā)展的一項重要舉措[2]。2004 年，在蘇格蘭政府和海洋能源行業(yè)委員會的支持下，歐洲海洋能中心(EMEC)建成[3]；加拿大Fundy海洋能源中心(FORCE)是在加拿大政府、新斯科舍省及加拿大能源公司等機構(gòu)共同資助下建成的潮汐能測試場[4]；愛爾蘭海洋能技術(shù)中心(Ireland Ocean Energy Expertise，IOEE)作為愛爾蘭海洋能開發(fā)的門戶，是由愛爾蘭政府和愛爾蘭可持續(xù)能源委員會(SEAI)組織建立[5]。

(2)完善平臺建設(shè)，實現(xiàn)產(chǎn)、學(xué)、研一體化。愛爾蘭海洋能技術(shù)中心(IOEE)充分發(fā)揮平臺作用，為研究人員和企業(yè)提供研究經(jīng)費申請、研究團隊協(xié)助、裝置試運行和檢測服務(wù)、并網(wǎng)發(fā)電協(xié)助及提供后續(xù)能源供應(yīng)鏈信息等一系列成套服務(wù)。中心所提供的服務(wù)觸及海洋能產(chǎn)業(yè)開發(fā)從實驗室研究到商業(yè)化運行的各個環(huán)節(jié)，實現(xiàn)了產(chǎn)、學(xué)、研一體化。

(3)健全檢測標(biāo)準，有據(jù)可依，幫助創(chuàng)新技術(shù)推向市場。歐洲海洋能源中心(EMEC)自2004年開始組織工作在第一線的專家團隊編寫一套適用于海洋可再生能源開發(fā)的行業(yè)指南，內(nèi)容涵蓋整個海洋可再生能源開發(fā)行業(yè)。這套指南的宗旨是使研究者可用統(tǒng)一的科學(xué)方法測試海洋能發(fā)電裝置，從而保證裝置評估的一致性和標(biāo)定精度。指南共12冊，其中6冊已經(jīng)通過了國際電工委員會(IEC)的認證[6]。中心為測試過的裝置提供經(jīng)ISO/IEC 17020認證的獨立環(huán)境技術(shù)認證(EMEC-ETV)，推進裝置的商業(yè)化進程[7]。

(4)創(chuàng)新監(jiān)測手段，豐富服務(wù)內(nèi)容。在歐洲海洋能源中心(EMEC)和愛爾蘭海洋能技術(shù)中心(IOEE)研究人員可進行小比例尺的模型樣機試驗。該項服務(wù)使得裝置在研發(fā)初期的水動力學(xué)研究和控制系統(tǒng)設(shè)計階段就能獲得真實海況下的運行經(jīng)驗，從而減少了后期并網(wǎng)發(fā)電過程中可能帶來的風(fēng)險。丹麥的Folkecenter測試場通過提供培訓(xùn)服務(wù)、定期舉辦講座及國際合作等方式，向全社會大力普及新能源應(yīng)用知識，推動新能源的廣泛應(yīng)用[8]。

(5)注重環(huán)境和社會影響，爭取周邊支持。加拿大Fundy海洋能源中心(FORCE)單獨設(shè)立了環(huán)境監(jiān)測部和社區(qū)聯(lián)絡(luò)部[9]。環(huán)境監(jiān)管部負責(zé)審核可再生能源裝置測試項目，并就項目對環(huán)境的影響進行評估。社區(qū)聯(lián)絡(luò)部負責(zé)與當(dāng)?shù)鼐用駵贤?，確保測試項目得到當(dāng)?shù)鼐用竦恼J可。

3 國內(nèi)海洋能發(fā)電測試場發(fā)展現(xiàn)狀和問題分析

截至目前，我國還沒有已投入運行的海洋能發(fā)電測試場，存在的問題包括：

(1)對裝置的測試與評價重視程度不夠。海洋能發(fā)電裝置形式多樣，獲能方式不盡相同，每一種類型的裝置在設(shè)計過程中有待解決的關(guān)鍵問題也紛繁復(fù)雜。目前行業(yè)內(nèi)部多關(guān)注于裝備本身，即側(cè)重裝置的設(shè)計、開發(fā)和制造，導(dǎo)致研究重視度有傾斜。

(2)對裝置測試與評價的機制不健全。目前我國對海洋能裝置的研發(fā)一般都還處在理論和實驗室階段，只是具有某種不完全的“物化”載體的知識形態(tài)成果，即樣品、樣機、初步設(shè)計等。成果轉(zhuǎn)化能力的薄弱和缺乏統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準及認證體系，導(dǎo)致研發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈的脫節(jié)，使得解決裝置測試與評價、生產(chǎn)放大、成果商品化等一系列問題成為瓶頸。

(3)對裝置的測試與評價的能力不足。國家大力支持開發(fā)海洋能以來，我國海洋工程、海洋環(huán)境、材料化工等領(lǐng)域的專家在海洋能應(yīng)用領(lǐng)域取得了諸多進展。但由于海洋能的測試與評價包含了從資源到電源的諸多環(huán)節(jié)，在缺乏關(guān)聯(lián)性的前提下，研究者各自為戰(zhàn)，信息與資源均未能共享。缺少國家級的研發(fā)平臺整合科技資源和科研力量，導(dǎo)致整體研發(fā)能力的不足。

以上諸多問題表明我國亟須在有條件的地區(qū)建設(shè)具有平臺效應(yīng)的海洋能測試場。

4 山東省建設(shè)海洋能發(fā)電測試場的優(yōu)勢

山東省是海洋大省，率先建設(shè)海洋能發(fā)電測試場，無論是在地理條件和政策上，還是在技術(shù)基礎(chǔ)和人才資源上都具備絕對的優(yōu)勢。

4.1 地理優(yōu)勢

4.1.1 擁有豐富的海洋能資源條件

山東省海岸線長3 000 km余，占全國的1/6。其中山東半島南岸波浪能源密度較高，最大顯著波高可達5.7 m，平均周期2.9～4.5 s[10]，波浪資源較豐富。同時，山東省擁有眾多水道，部分水道潮流的流速在2～4 m/s之間[7]，具有非?？捎^的開發(fā)價值。

4.1.2 擁有理想的建設(shè)海洋能發(fā)電測試場的自然條件

在海洋能發(fā)電測試場選址、可行性研究、設(shè)計、施工、運行的各階段，需滿足裝置投放、點布、施工等條件的要求，即需海面寬闊、測試區(qū)與陸地的距離不易過大，保證電纜的布放和物資、測試裝置及人員的運送。山東半島三面環(huán)海，海域?qū)拸V，可滿足測試裝置的點布及投放；山東省位于北緯30度以上，全年受熱帶氣旋影響較小，故極少受到惡劣海況的威脅，由此可保證海洋能裝置及測試設(shè)備的工作安全。

4.2 政策優(yōu)勢

4.2.1 建設(shè)海洋能發(fā)電測試場滿足藍色經(jīng)濟區(qū)規(guī)劃的要求

“藍色經(jīng)濟”強調(diào)海洋生態(tài)、環(huán)保、科技先導(dǎo)、可持續(xù)發(fā)展和陸海一體統(tǒng)籌發(fā)展的科學(xué)理念。山東省作為重點藍色經(jīng)濟區(qū)，開發(fā)建設(shè)海洋能發(fā)電測試場將成為我國發(fā)展海洋可再生能源的助推力，體現(xiàn)了科技在能源開發(fā)中的先導(dǎo)作用。

4.2.2 建設(shè)海洋能發(fā)電測試場符合國家“十三五”規(guī)劃的戰(zhàn)略部署

“十三五”發(fā)展規(guī)劃綱要明確提出：做大做強國家級海洋科技創(chuàng)新平臺，加快推進海洋能及海上試驗與測試場建設(shè)，積極推進潮汐、潮流等海洋能利用產(chǎn)業(yè)化進程。山東省開發(fā)建設(shè)海洋能發(fā)電測試場是落實國家“十三五”開展海洋能產(chǎn)業(yè)開發(fā)與集成創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略的重要舉措。

4.3 海洋能應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)優(yōu)勢

4.3.1 海洋可再生能源研究學(xué)科最為齊全

依托于雄厚的海洋科研實力，山東省在潮流能、波浪能、溫差能、潮汐能、海上風(fēng)能等方面均有多年研究基礎(chǔ)與積累，研究水平較高，科研成果豐富，承擔(dān)了多項海洋能領(lǐng)域內(nèi)的國家級科研課題。國家海洋局第一海洋研究所是目前國內(nèi)少數(shù)從事溫差能研究的單位之一，承擔(dān)了國家科技支撐計劃項目海洋溫差能唯一的研究項目。

4.3.2 海洋能綜合利用示范基地建設(shè)已率先開展

早在2008年，國家海洋技術(shù)中心提出大管島多能互補獨立供電系統(tǒng)，采用風(fēng)能-波浪能-太陽能多能互補發(fā)電方式，為大管島的生活、生產(chǎn)、旅游、海水淡化提供電力[2]。但該系統(tǒng)僅停留在概念設(shè)計階段。

2010年，國家海洋局海洋可再生能源專項《500 kW海洋能獨立電力系統(tǒng)示范工程》在青島市齋堂島開始建設(shè)。該項目擬建規(guī)模為500 kW，由100 kW柔性葉片的潮流能發(fā)電裝置、200 kW水平葉片潮流能發(fā)電裝置、150 kW 風(fēng)能發(fā)電裝置以及50 kW太陽能發(fā)電裝置組成。項目建成后，將在北方地區(qū)首次實現(xiàn)了多能互補智能供電，力求以此為范本，集中解決海洋能發(fā)電裝置中的多項技術(shù)瓶頸問題，為未來實現(xiàn)海島獨立供電和深海油氣就地取能提供理論依據(jù)。

4.3.3 在海洋能領(lǐng)域內(nèi)率先成功開展多項國際合作

2011年，青島市科技局、中國海洋大學(xué)與歐洲海洋能中心聯(lián)合簽署了合作諒解備忘錄。同時，各科研院所與英國、日本、韓國、澳大利亞、以色列等國家在海洋能領(lǐng)域都開展了卓有成效的實質(zhì)性合作。

4.4 人才優(yōu)勢

海洋能測試場的建設(shè)需依托于海洋環(huán)境動力學(xué)、海洋工程、流體力學(xué)、流體機械、電力與電子工程、能源工程等多個學(xué)科。山東省作為我國著名的海洋科技省，集聚了實力雄厚的海洋科研機構(gòu)和人才資源，擁有海洋科研、教學(xué)機構(gòu)55所，包括中科院海洋研究所、中國海洋大學(xué)、國家海洋局第一海洋研究所、中國水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所等一大批國內(nèi)一流的科研、教學(xué)機構(gòu)，1萬多名海洋科技人員，占全國同類人員的40%以上，在我國的海洋可再生能源研究中處于領(lǐng)先地位。

5 建設(shè)建議

依據(jù)國外測試場的成熟經(jīng)驗，本文為在山東省建設(shè)海洋能發(fā)電測試場提出以下建議。

(1)發(fā)揮國家和政府的先導(dǎo)性，集中優(yōu)勢、廣泛合作，分步分批逐項實施。海洋能發(fā)電測試場建設(shè)需要權(quán)衡和協(xié)調(diào)的事宜諸多。前期的海域區(qū)劃，資金保障離不開國家的扶持。具體實施階段的技術(shù)投入、人員調(diào)配離不開地方政府的積極配合。

(2)發(fā)揮測試場的平臺作用，豐富周邊服務(wù)，建成無障礙的技術(shù)成果轉(zhuǎn)化通道。海洋能測試場作為服務(wù)媒介，可以為科研人員找經(jīng)費，為開發(fā)者謀市場，為生產(chǎn)商供技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)、學(xué)、研一體化，推動海洋能產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

(3)開展切實有效的國際合作，針對中國海域特征研制檢測設(shè)備。與國外測試場的交流合作可以吸收、引進國外成熟、先進的管理模式和技術(shù)裝備。從而依據(jù)我國海域特征和科技體制現(xiàn)狀去蕪存菁開發(fā)測試場檢測裝備，制定測試場運行模式。

(4)規(guī)范測試標(biāo)準，建立科學(xué)有效的裝置認證體系。測試場作為第三方機構(gòu)對海洋能發(fā)電裝置進行評估，應(yīng)使用統(tǒng)一科學(xué)的方法，保證檢測結(jié)果的可靠性，也有利于裝置后續(xù)的規(guī)模化開發(fā)。

(5)提高環(huán)保意識，推動資源環(huán)境的集約開發(fā)。測試場是海洋工程基礎(chǔ)設(shè)施。它的建設(shè)和后期運行對環(huán)境和生物都將帶來一定影響。定期監(jiān)測周邊環(huán)境和底棲生物等嚴格的監(jiān)管措施，應(yīng)作為綠色資源、綠色應(yīng)用的堅強保障。

[1] 李彥，羅續(xù)業(yè)，路寬.潮流能、波浪能海上試驗與測試場建設(shè)主要問題分析[J].海洋開發(fā)與管理，2013，30(2)：36-39.

[2] 張靜，韓立民.主要沿海國家海洋戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)培育與發(fā)展情況綜述[J].浙江海洋學(xué)院學(xué)報：人文科學(xué)版，2015，32(1)：12-17.

[3] EMEC.Funders[EB/OL].[2016-08-01].http：//www.emec.org.uk/about-us/funders/.

[4] FORCE.Force [EB/OL].[2016-08-01].http：//fundyforce.ca/about/.

[5] IOEE.About[EB/OL].[2016-08-01].http：//oceanenergyireland.com/Home/About.

[6] EMEC.Standards[EB/OL].[2016-08-01].http：//www.emec.org.uk/standards/.

[7] EMEC.About us[EB/OL].[2016-08-01].http：//www.emec.org.uk/about-us/.

[8] Nordic Folkecenter.Folkecenter works[EB/OL].[2016-08-01].http：//www.folkecenter.net/gb/overview/.

[9] FORCE.Advisory committees [EB/OL].[2016-08-01].http：//fundyforce.ca/about/advisory-committees/.

[10] 王傳崑，盧葦.海洋能資源分析方法及儲量評估[M].北京：海洋出版社，2009.

Developing Situation of Foreign Ocean Energy Power Generation Test Site and the Reference

MA Zhe，WANG Jiye

(National Oceanographic Center，Qingdao 266071，China)

With the continuous development of ocean energy technology,ocean energy power generation test site construction is the key link for ocean energy convertor (OEC) industrialization applications.The situation of foreign mature current running ocean energy test site was analyzed in this paper and the domestic related problems on ocean energy test site were also discussed.Based on the reality that China has no ocean energy test site,this paper analyzed the advantage of Shandong province on constructing test site and some construction suggestions were given.

Marine energy，Power generation test site，Ocean energy convertor

2016-08-17；

2016-12-07

山東省海洋裝備產(chǎn)業(yè)聚集區(qū)建設(shè)及創(chuàng)新能力提升對策研究(2016RKF01011).

馬哲，博士，研究方向為海洋能開發(fā)與利用，電子信箱：mzzz_222@126.com

TM619;P743

A

1005-9857(2017)01-0067-04