國外海洋能發電測試場發展情況分析及借鑒研究

馬哲，王繼業

(青島國家海洋科學研究中心 青島 266071)

國外海洋能發電測試場發展情況分析及借鑒研究

馬哲，王繼業

(青島國家海洋科學研究中心 青島 266071)

隨著海洋能技術的不斷發展，建設海洋能測試場成為突破海洋能裝置從實驗室樣機到產業化應用的關鍵環節。文章分析了國外運行較為成熟的海洋能發電測試場發展現狀，以及國內測試場發展現狀與問題，基于我國目前沒有公益性質的海洋能發電測試場的現實，著重分析了山東省建設測試場的優勢，最后提出了建設建議。

海洋能；發電測試場；海洋能轉換裝置

1 引言

隨著石油和其他石化能源的日趨枯竭和全球對于溫室氣體排放引起氣候變化問題的關注，低碳、節能和開發利用可再生能源正在成為世界能源發展的主題。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展作為其海洋開發的重要環節。為了推動海洋能產業化進程，同時為海洋能裝置提供測試平臺，海洋能發電測試場受到越來越多的關注。

海洋能發電測試場用于測試和驗證即將應用于商業運作的海洋能發電裝置及相關技術[1]。建設海洋能發電測試場主要基于以下原因。

(1)在海洋能利用技術商業化應用之前，需要對設備模型及原型機進行大規模、長時間的實海況并網試驗，以便對海洋能發電裝置的性能進行評估，從而減少投資風險。

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

(3)在企業對波浪能發電裝置進行大規模生產前，需要專業的第三方認證機構對裝置的未來運營成本及收益情況進行詳細評估。

2 國外海洋能發電測試場發展現狀

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驗。

(1)國家全力支持，強化公共服務。開發海洋能既有資源環境方面的原因，也是國家立足長遠發展、優化經濟結構、改善資源制約等的戰略性考慮。為降低技術研發和商業示范成本，海洋能發展先進的國家一直把海洋能測試場等相關基礎設施建設作為支持海洋可再生能源發展的一項重要舉措[2]。2004 年，在蘇格蘭政府和海洋能源行業委員會的支持下，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共同資助下建成的潮汐能測試場[4]；愛爾蘭海洋能技術中心(Ireland Ocean Energy Expertise，IOEE)作為愛爾蘭海洋能開發的門戶，是由愛爾蘭政府和愛爾蘭可持續能源委員會(SEAI)組織建立[5]。

(2)完善平臺建設，實現產、學、研一體化。愛爾蘭海洋能技術中心(IOEE)充分發揮平臺作用，為研究人員和企業提供研究經費申請、研究團隊協助、裝置試運行和檢測服務、并網發電協助及提供后續能源供應鏈信息等一系列成套服務。中心所提供的服務觸及海洋能產業開發從實驗室研究到商業化運行的各個環節，實現了產、學、研一體化。

(3)健全檢測標準，有據可依，幫助創新技術推向市場。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的行業指南，內容涵蓋整個海洋可再生能源開發行業。這套指南的宗旨是使研究者可用統一的科學方法測試海洋能發電裝置，從而保證裝置評估的一致性和標定精度。指南共12冊，其中6冊已經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ISO/IEC 17020認證的獨立環境技術認證(EMEC-ETV)，推進裝置的商業化進程[7]。

(4)創新監測手段，豐富服務內容。在歐洲海洋能源中心(EMEC)和愛爾蘭海洋能技術中心(IOEE)研究人員可進行小比例尺的模型樣機試驗。該項服務使得裝置在研發初期的水動力學研究和控制系統設計階段就能獲得真實海況下的運行經驗，從而減少了后期并網發電過程中可能帶來的風險。丹麥的Folkecenter測試場通過提供培訓服務、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用知識，推動新能源的廣泛應用[8]。

(5)注重環境和社會影響，爭取周邊支持。加拿大Fundy海洋能源中心(FORCE)單獨設立了環境監測部和社區聯絡部[9]。環境監管部負責審核可再生能源裝置測試項目，并就項目對環境的影響進行評估。社區聯絡部負責與當地居民溝通，確保測試項目得到當地居民的認可。

3 國內海洋能發電測試場發展現狀和問題分析

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計過程中有待解決的關鍵問題也紛繁復雜。目前行業內部多關注于裝備本身，即側重裝置的設計、開發和制造，導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”載體的知識形態成果，即樣品、樣機、初步設計等。成果轉化能力的薄弱和缺乏統一的行業標準及認證體系，導致研發產業鏈的脫節，使得解決裝置測試與評價、生產放大、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。國家大力支持開發海洋能以來，我國海洋工程、海洋環境、材料化工等領域的專家在海洋能應用領域取得了諸多進展。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節，在缺乏關聯性的前提下，研究者各自為戰，信息與資源均未能共享。缺少國家級的研發平臺整合科技資源和科研力量，導致整體研發能力的不足。

以上諸多問題表明我國亟須在有條件的地區建設具有平臺效應的海洋能測試場。

4 山東省建設海洋能發電測試場的優勢

山東省是海洋大省，率先建設海洋能發電測試場，無論是在地理條件和政策上，還是在技術基礎和人才資源上都具備絕對的優勢。

4.1 地理優勢

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]，具有非常可觀的開發價值。

4.1.2 擁有理想的建設海洋能發電測試場的自然條件

在海洋能發電測試場選址、可行性研究、設計、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。山東半島三面環海，海域寬廣，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備的工作安全。

4.2 政策優勢

4.2.1 建設海洋能發電測試場滿足藍色經濟區規劃的要求

“藍色經濟”強調海洋生態、環保、科技先導、可持續發展和陸海一體統籌發展的科學理念。山東省作為重點藍色經濟區，開發建設海洋能發電測試場將成為我國發展海洋可再生能源的助推力，體現了科技在能源開發中的先導作用。

4.2.2 建設海洋能發電測試場符合國家“十三五”規劃的戰略部署

“十三五”發展規劃綱要明確提出：做大做強國家級海洋科技創新平臺，加快推進海洋能及海上試驗與測試場建設，積極推進潮汐、潮流等海洋能利用產業化進程。山東省開發建設海洋能發電測試場是落實國家“十三五”開展海洋能產業開發與集成創新發展戰略的重要舉措。

4.3 海洋能應用技術基礎優勢

4.3.1 海洋可再生能源研究學科最為齊全

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、海上風能等方面均有多年研究基礎與積累，研究水平較高，科研成果豐富，承擔了多項海洋能領域內的國家級科研課題。國家海洋局第一海洋研究所是目前國內少數從事溫差能研究的單位之一，承擔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已率先開展

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

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示范工程》在青島市齋堂島開始建設。該項目擬建規模為500 kW，由100 kW柔性葉片的潮流能發電裝置、200 kW水平葉片潮流能發電裝置、150 kW 風能發電裝置以及50 kW太陽能發電裝置組成。項目建成后，將在北方地區首次實現了多能互補智能供電，力求以此為范本，集中解決海洋能發電裝置中的多項技術瓶頸問題，為未來實現海島獨立供電和深海油氣就地取能提供理論依據。

4.3.3 在海洋能領域內率先成功開展多項國際合作

2011年，青島市科技局、中國海洋大學與歐洲海洋能中心聯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域都開展了卓有成效的實質性合作。

4.4 人才優勢

海洋能測試場的建設需依托于海洋環境動力學、海洋工程、流體力學、流體機械、電力與電子工程、能源工程等多個學科。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和人才資源，擁有海洋科研、教學機構55所，包括中科院海洋研究所、中國海洋大學、國家海洋局第一海洋研究所、中國水產科學研究院黃海水產研究所等一大批國內一流的科研、教學機構，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先地位。

5 建設建議

依據國外測試場的成熟經驗，本文為在山東省建設海洋能發電測試場提出以下建議。

(1)發揮國家和政府的先導性，集中優勢、廣泛合作，分步分批逐項實施。海洋能發電測試場建設需要權衡和協調的事宜諸多。前期的海域區劃，資金保障離不開國家的扶持。具體實施階段的技術投入、人員調配離不開地方政府的積極配合。

(2)發揮測試場的平臺作用，豐富周邊服務，建成無障礙的技術成果轉化通道。海洋能測試場作為服務媒介，可以為科研人員找經費，為開發者謀市場，為生產商供技術，實現產、學、研一體化，推動海洋能產業的健康發展。

(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裝備。從而依據我國海域特征和科技體制現狀去蕪存菁開發測試場檢測裝備，制定測試場運行模式。

(4)規范測試標準，建立科學有效的裝置認證體系。測試場作為第三方機構對海洋能發電裝置進行評估，應使用統一科學的方法，保證檢測結果的可靠性，也有利于裝置后續的規模化開發。

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

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

[2] 張靜，韓立民.主要沿海國家海洋戰略性新興產業培育與發展情況綜述[J].浙江海洋學院學報：人文科學版，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

山東省海洋裝備產業聚集區建設及創新能力提升對策研究(2016RKF01011).

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

TM619;P743

A

1005-9857(2017)01-0067-04