馬哲，王繼業(yè)

(青島國(guó)家海洋科學(xué)研究中心 青島 266071)

國(guó)外海洋能發(fā)電測(cè)試場(chǎng)發(fā)展情況分析及借鑒研究

馬哲，王繼業(yè)

(青島國(guó)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(cè)試場(chǎng)成為突破海洋能裝置從實(shí)驗(yàn)室樣機(jī)到產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。文章分析了國(guó)外運(yùn)行較為成熟的海洋能發(fā)電測(cè)試場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀，以及國(guó)內(nèi)測(cè)試場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀與問(wèn)題，基于我國(guó)目前沒(méi)有公益性質(zhì)的海洋能發(fā)電測(cè)試場(chǎng)的現(xiàn)實(shí)，著重分析了山東省建設(shè)測(cè)試場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)，最后提出了建設(shè)建議。

海洋能；發(fā)電測(cè)試場(chǎng)；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(wèn)題的關(guān)注，低碳、節(jié)能和開(kāi)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(chǔ)量豐富、深遠(yuǎn)海利用價(jià)值高，世界上主要的海洋強(qiáng)國(guó)都已將海洋可再生能源發(fā)展作為其海洋開(kāi)發(fā)的重要環(huán)節(jié)。為了推動(dòng)海洋能產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，同時(shí)為海洋能裝置提供測(cè)試平臺(tái)，海洋能發(fā)電測(cè)試場(chǎng)受到越來(lái)越多的關(guān)注。

海洋能發(fā)電測(cè)試場(chǎng)用于測(cè)試和驗(yàn)證即將應(yīng)用于商業(yè)運(yùn)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(cè)試場(chǎng)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(duì)設(shè)備模型及原型機(jī)進(jìn)行大規(guī)模、長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)海況并網(wǎng)試驗(yàn)，以便對(duì)海洋能發(fā)電裝置的性能進(jìn)行評(píng)估，從而減少投資風(fēng)險(xiǎn)。

(2)裝置在進(jìn)行實(shí)海況測(cè)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(diǎn)作為裝置的擬投放地，因此要對(duì)備選地海洋環(huán)境、水文地質(zhì)條件進(jìn)行一定時(shí)間的對(duì)比監(jiān)測(cè)及勘察。假如每個(gè)研究機(jī)構(gòu)的每個(gè)裝置每次測(cè)試都重復(fù)進(jìn)行以上工作，會(huì)造成大量人力物力的浪費(fèi)，徒增海洋能裝置的開(kāi)發(fā)成本與周期[1]。

(3)在企業(yè)對(duì)波浪能發(fā)電裝置進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)前，需要專(zhuān)業(yè)的第三方認(rèn)證機(jī)構(gòu)對(duì)裝置的未來(lái)運(yùn)營(yíng)成本及收益情況進(jìn)行詳細(xì)評(píng)估。

2 國(guó)外海洋能發(fā)電測(cè)試場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

21世紀(jì)初期，國(guó)外開(kāi)始興建海洋能測(cè)試場(chǎng)，通過(guò)多年的摸索逐漸形成包括英國(guó)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(cè)試場(chǎng)等10余家體系成熟、功能完善、服務(wù)全面的海洋能測(cè)試場(chǎng)。他們?cè)诠芾砟Ｊ?、運(yùn)營(yíng)方式上都有著不同的經(jīng)驗(yàn)。

(1)國(guó)家全力支持，強(qiáng)化公共服務(wù)。開(kāi)發(fā)海洋能既有資源環(huán)境方面的原因，也是國(guó)家立足長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展、優(yōu)化經(jīng)濟(jì)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(jìn)的國(guó)家一直把海洋能測(cè)試場(chǎng)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(xiàng)重要舉措[2]。2004 年，在蘇格蘭政府和海洋能源行業(yè)委員會(huì)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(jī)構(gòu)共同資助下建成的潮汐能測(cè)試場(chǎng)[4]；愛(ài)爾蘭海洋能技術(shù)中心(Ireland Ocean Energy Expertise，IOEE)作為愛(ài)爾蘭海洋能開(kāi)發(fā)的門(mén)戶，是由愛(ài)爾蘭政府和愛(ài)爾蘭可持續(xù)能源委員會(huì)(SEAI)組織建立[5]。

(2)完善平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)、學(xué)、研一體化。愛(ài)爾蘭海洋能技術(shù)中心(IOEE)充分發(fā)揮平臺(tái)作用，為研究人員和企業(yè)提供研究經(jīng)費(fèi)申請(qǐng)、研究團(tuán)隊(duì)協(xié)助、裝置試運(yùn)行和檢測(cè)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(kāi)發(fā)從實(shí)驗(yàn)室研究到商業(yè)化運(yùn)行的各個(gè)環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)、學(xué)、研一體化。

(3)健全檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，有據(jù)可依，幫助創(chuàng)新技術(shù)推向市場(chǎng)。歐洲海洋能源中心(EMEC)自2004年開(kāi)始組織工作在第一線的專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)編寫(xiě)一套適用于海洋可再生能源開(kāi)發(fā)的行業(yè)指南，內(nèi)容涵蓋整個(gè)海洋可再生能源開(kāi)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(cè)試海洋能發(fā)電裝置，從而保證裝置評(píng)估的一致性和標(biāo)定精度。指南共12冊(cè)，其中6冊(cè)已經(jīng)通過(guò)了國(guó)際電工委員會(huì)(IEC)的認(rèn)證[6]。中心為測(cè)試過(guò)的裝置提供經(jīng)ISO/IEC 17020認(rèn)證的獨(dú)立環(huán)境技術(shù)認(rèn)證(EMEC-ETV)，推進(jìn)裝置的商業(yè)化進(jìn)程[7]。

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

(5)注重環(huán)境和社會(huì)影響，爭(zhēng)取周邊支持。加拿大Fundy海洋能源中心(FORCE)單獨(dú)設(shè)立了環(huán)境監(jiān)測(cè)部和社區(qū)聯(lián)絡(luò)部[9]。環(huán)境監(jiān)管部負(fù)責(zé)審核可再生能源裝置測(cè)試項(xiàng)目，并就項(xiàng)目對(duì)環(huán)境的影響進(jìn)行評(píng)估。社區(qū)聯(lián)絡(luò)部負(fù)責(zé)與當(dāng)?shù)鼐用駵贤?，確保測(cè)試項(xiàng)目得到當(dāng)?shù)鼐用竦恼J(rèn)可。

3 國(guó)內(nèi)海洋能發(fā)電測(cè)試場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀和問(wèn)題分析

截至目前，我國(guó)還沒(méi)有已投入運(yùn)行的海洋能發(fā)電測(cè)試場(chǎng)，存在的問(wèn)題包括：

(1)對(duì)裝置的測(cè)試與評(píng)價(jià)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(lèi)型的裝置在設(shè)計(jì)過(guò)程中有待解決的關(guān)鍵問(wèn)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(jì)、開(kāi)發(fā)和制造，導(dǎo)致研究重視度有傾斜。

(2)對(duì)裝置測(cè)試與評(píng)價(jià)的機(jī)制不健全。目前我國(guó)對(duì)海洋能裝置的研發(fā)一般都還處在理論和實(shí)驗(yàn)室階段，只是具有某種不完全的“物化”載體的知識(shí)形態(tài)成果，即樣品、樣機(jī)、初步設(shè)計(jì)等。成果轉(zhuǎn)化能力的薄弱和缺乏統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及認(rèn)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(cè)試與評(píng)價(jià)、生產(chǎn)放大、成果商品化等一系列問(wèn)題成為瓶頸。

(3)對(duì)裝置的測(cè)試與評(píng)價(jià)的能力不足。國(guó)家大力支持開(kāi)發(fā)海洋能以來(lái)，我國(guó)海洋工程、海洋環(huán)境、材料化工等領(lǐng)域的專(zhuān)家在海洋能應(yīng)用領(lǐng)域取得了諸多進(jìn)展。但由于海洋能的測(cè)試與評(píng)價(jià)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(guó)家級(jí)的研發(fā)平臺(tái)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(wèn)題表明我國(guó)亟須在有條件的地區(qū)建設(shè)具有平臺(tái)效應(yīng)的海洋能測(cè)試場(chǎng)。

4 山東省建設(shè)海洋能發(fā)電測(cè)試場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)

山東省是海洋大省，率先建設(shè)海洋能發(fā)電測(cè)試場(chǎng)，無(wú)論是在地理?xiàng)l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(duì)的優(yōu)勢(shì)。

4.1 地理優(yōu)勢(shì)

4.1.1 擁有豐富的海洋能資源條件

山東省海岸線長(zhǎng)3 000 km余，占全國(guó)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(dá)5.7 m，平均周期2.9～4.5 s[10]，波浪資源較豐富。同時(shí)，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(kāi)發(fā)價(jià)值。

4.1.2 擁有理想的建設(shè)海洋能發(fā)電測(cè)試場(chǎng)的自然條件

在海洋能發(fā)電測(cè)試場(chǎng)選址、可行性研究、設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行的各階段，需滿足裝置投放、點(diǎn)布、施工等條件的要求，即需海面寬闊、測(cè)試區(qū)與陸地的距離不易過(guò)大，保證電纜的布放和物資、測(cè)試裝置及人員的運(yùn)送。山東半島三面環(huán)海，海域?qū)拸V，可滿足測(cè)試裝置的點(diǎn)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(cè)試設(shè)備的工作安全。

4.2 政策優(yōu)勢(shì)

4.2.1 建設(shè)海洋能發(fā)電測(cè)試場(chǎng)滿足藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)規(guī)劃的要求

“藍(lán)色經(jīng)濟(jì)”強(qiáng)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(diǎn)藍(lán)色經(jīng)濟(jì)區(qū)，開(kāi)發(fā)建設(shè)海洋能發(fā)電測(cè)試場(chǎng)將成為我國(guó)發(fā)展海洋可再生能源的助推力，體現(xiàn)了科技在能源開(kāi)發(fā)中的先導(dǎo)作用。

4.2.2 建設(shè)海洋能發(fā)電測(cè)試場(chǎng)符合國(guó)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(qiáng)國(guó)家級(jí)海洋科技創(chuàng)新平臺(tái)，加快推進(jìn)海洋能及海上試驗(yàn)與測(cè)試場(chǎng)建設(shè)，積極推進(jìn)潮汐、潮流等海洋能利用產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。山東省開(kāi)發(fā)建設(shè)海洋能發(fā)電測(cè)試場(chǎng)是落實(shí)國(guó)家“十三五”開(kāi)展海洋能產(chǎn)業(yè)開(kāi)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(shì)

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(shí)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(xiàng)海洋能領(lǐng)域內(nèi)的國(guó)家級(jí)科研課題。國(guó)家海洋局第一海洋研究所是目前國(guó)內(nèi)少數(shù)從事溫差能研究的單位之一，承擔(dān)了國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目海洋溫差能唯一的研究項(xiàng)目。

4.3.2 海洋能綜合利用示范基地建設(shè)已率先開(kāi)展

早在2008年，國(guó)家海洋技術(shù)中心提出大管島多能互補(bǔ)獨(dú)立供電系統(tǒng)，采用風(fēng)能-波浪能-太陽(yáng)能多能互補(bǔ)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(jì)階段。

2010年，國(guó)家海洋局海洋可再生能源專(zhuān)項(xiàng)《500 kW海洋能獨(dú)立電力系統(tǒng)示范工程》在青島市齋堂島開(kāi)始建設(shè)。該項(xiàng)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(yáng)能發(fā)電裝置組成。項(xiàng)目建成后，將在北方地區(qū)首次實(shí)現(xiàn)了多能互補(bǔ)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(xiàng)技術(shù)瓶頸問(wèn)題，為未來(lái)實(shí)現(xiàn)海島獨(dú)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(kāi)展多項(xiàng)國(guó)際合作

2011年，青島市科技局、中國(guó)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(shí)，各科研院所與英國(guó)、日本、韓國(guó)、澳大利亞、以色列等國(guó)家在海洋能領(lǐng)域都開(kāi)展了卓有成效的實(shí)質(zhì)性合作。

4.4 人才優(yōu)勢(shì)

海洋能測(cè)試場(chǎng)的建設(shè)需依托于海洋環(huán)境動(dòng)力學(xué)、海洋工程、流體力學(xué)、流體機(jī)械、電力與電子工程、能源工程等多個(gè)學(xué)科。山東省作為我國(guó)著名的海洋科技省，集聚了實(shí)力雄厚的海洋科研機(jī)構(gòu)和人才資源，擁有海洋科研、教學(xué)機(jī)構(gòu)55所，包括中科院海洋研究所、中國(guó)海洋大學(xué)、國(guó)家海洋局第一海洋研究所、中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所等一大批國(guó)內(nèi)一流的科研、教學(xué)機(jī)構(gòu)，1萬(wàn)多名海洋科技人員，占全國(guó)同類(lèi)人員的40%以上，在我國(guó)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(guó)外測(cè)試場(chǎng)的成熟經(jīng)驗(yàn)，本文為在山東省建設(shè)海洋能發(fā)電測(cè)試場(chǎng)提出以下建議。

(1)發(fā)揮國(guó)家和政府的先導(dǎo)性，集中優(yōu)勢(shì)、廣泛合作，分步分批逐項(xiàng)實(shí)施。海洋能發(fā)電測(cè)試場(chǎng)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(kāi)國(guó)家的扶持。具體實(shí)施階段的技術(shù)投入、人員調(diào)配離不開(kāi)地方政府的積極配合。

(2)發(fā)揮測(cè)試場(chǎng)的平臺(tái)作用，豐富周邊服務(wù)，建成無(wú)障礙的技術(shù)成果轉(zhuǎn)化通道。海洋能測(cè)試場(chǎng)作為服務(wù)媒介，可以為科研人員找經(jīng)費(fèi)，為開(kāi)發(fā)者謀市場(chǎng)，為生產(chǎn)商供技術(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)、學(xué)、研一體化，推動(dòng)海洋能產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

(3)開(kāi)展切實(shí)有效的國(guó)際合作，針對(duì)中國(guó)海域特征研制檢測(cè)設(shè)備。與國(guó)外測(cè)試場(chǎng)的交流合作可以吸收、引進(jìn)國(guó)外成熟、先進(jìn)的管理模式和技術(shù)裝備。從而依據(jù)我國(guó)海域特征和科技體制現(xiàn)狀去蕪存菁開(kāi)發(fā)測(cè)試場(chǎng)檢測(cè)裝備，制定測(cè)試場(chǎng)運(yùn)行模式。

(4)規(guī)范測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，建立科學(xué)有效的裝置認(rèn)證體系。測(cè)試場(chǎng)作為第三方機(jī)構(gòu)對(duì)海洋能發(fā)電裝置進(jìn)行評(píng)估，應(yīng)使用統(tǒng)一科學(xué)的方法，保證檢測(cè)結(jié)果的可靠性，也有利于裝置后續(xù)的規(guī)?；_(kāi)發(fā)。

(5)提高環(huán)保意識(shí)，推動(dòng)資源環(huán)境的集約開(kāi)發(fā)。測(cè)試場(chǎng)是海洋工程基礎(chǔ)設(shè)施。它的建設(shè)和后期運(yùn)行對(duì)環(huán)境和生物都將帶來(lái)一定影響。定期監(jiān)測(cè)周邊環(huán)境和底棲生物等嚴(yán)格的監(jiān)管措施，應(yīng)作為綠色資源、綠色應(yīng)用的堅(jiān)強(qiáng)保障。

[1] 李彥，羅續(xù)業(yè)，路寬.潮流能、波浪能海上試驗(yàn)與測(cè)試場(chǎng)建設(shè)主要問(wèn)題分析[J].海洋開(kāi)發(fā)與管理，2013，30(2)：36-39.

[2] 張靜，韓立民.主要沿海國(guó)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(bào)：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(chǔ)量評(píng)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(duì)策研究(2016RKF01011).

馬哲，博士，研究方向?yàn)楹Ｑ竽荛_(kāi)發(fā)與利用，電子信箱：mzzz_222@126.com

TM619;P743

A

1005-9857(2017)01-0067-04