海洋可再生能源開發利用技術成熟度研究

倪娜，王海峰

（國家海洋技術中心 天津 300112）

海洋可再生能源開發利用技術成熟度研究

倪娜，王海峰

（國家海洋技術中心 天津 300112）

技術成熟度評價是用數值評價技術確定研發項目符合研發目標程度的一種方法，國外在航天領域、作戰飛機和導彈系統研發、國防采辦等項目中得到了廣泛的應用。文章扼要介紹了技術成熟度概念的形成以及自20世紀90年代以來我國對于技術成熟度的研究和有關部門制定的評價技術成熟度的標準。海洋可再生能源開發利用是一個新興的領域，面臨著巨大的技術風險，而技術成熟度評價作為風險管理的一個重要手段，在海洋可再生能源開發利用項目管理應用中有著廣闊的前景。

海洋可再生能源；開發利用；技術成熟度

1 何謂海洋可再生能源開發利用技術成熟度

“技術成熟度”（technology readiness level，TRL）亦稱“技術完備等級”，或“技術準備度”，是適應現代管理工作需要而產生的新概念，是一種用數值評價技術確定符合研發項目目標的程度的方法，是了解技術研發水平和狀況的便捷途徑，也是研發項目風險管理的一個重要而有效的工具。

技術成熟度評價是為確定一項技術研發的成熟程度而對與該技術有關的概念、技術狀態、技術能力等方面進行的評估。技術成熟度評價最初僅用于單項技術的評估，而不是對整個技術系統的綜合評價，如對海上波能發電技術成熟度的評估，實際上也只是對波能轉換裝置技術成熟度的評估，并非對整個波能發電系統，包括波能俘獲裝置、能量轉換裝置、電能儲存、輸送裝置、系泊系統及其他組件進行的綜合性評估。但在層次分析法引入技術成熟度評估系統之后，就有可能在評估各子系統的基礎上得出整個系統技術成熟度的綜合評價。

層次分析法（analytic hierarchy process，AHP）是在20世紀70年代后產生的一種建模方法。這種方法以系統分析理論為依據，把經驗認識與理性分析有機地結合起來，利用層次分析數學方法把復雜的決策系統層次化，通過逐層比較各種相關因素的重要性而進行分析和決策，提供定量的依據。層次分析法廣泛應用于評價學之中，是一種常用的比較客觀、科學，而且可操作性比較強的指標層次分析方法，這種方法能夠更加準確、客觀地做出評估［1］。

2 技術成熟度概念的形成及應用

技術成熟度評估方法最初是由美、英等西方國家軍方用于國防采辦項目管理之中。早在1969年，美國航天航空局就已經提出了開發技術成熟等級評估方法的設想，1975年美國通用動力公司首次將技術成熟度評估方法應用于航天飛機的研究，此后這一方法又為美國國防部所借鑒并應用于重大國防采辦項目。1995年美國航天航空局率先提出了評價技術成熟度的九級標準，并將這類標準應用于航天領域。2001年美國國防部采納了這類標準，并頒發了軍標指南，要求所有重要的采辦計劃都要應用這類標準。據報道，美國國防部在實施技術成熟度評價方法過程中，每年經技術成熟度評價的項目的研發經費達3億美元，重大采辦項目的采購費用達18億美元。美國國防部通過應用技術成熟度評價方法節省了數十億計美元的費用，并顯著減少了項目拖延情況。僅2007年就評價了62個武器系統項目，涉及投資額超過9 500億美元，占當年武器采辦計劃的2／3［2］。技術成熟度的概念在世界許多國家的防衛和軍事部門、科研機構及企業，以及相關國際機構都得到了廣泛的應用。

在大量的研究基礎上又產生了評價領域的技術成熟度的方法：如評價企業軟件開發能力成熟度模型、人員能力成熟度模型、集成產品開發能力成熟度模型、系統工程能力成熟度模型、劃分技術成熟度等級的4個發展階段和九級標準，以及幫助企業改進軟件質量的軟件技術成熟度模型（CMM）、美國陸軍開發的技術項目管理模型（TPMM）、美國生物醫學預研和發展管理局開發的適用于醫療領域的技術成熟度體系等。1993年美國卡內基—梅隆大學軟件工程研究所發布了1·1版的“軟件能力成熟度模型”。該版模型把軟件開發能力的成熟度分為5個等級：初始級、可重復級、已定義級、定量管理級和優化級。該模型已經成為美國國防部對軟件承包商現有軟件能力進行評估的一種重要手段，利用該模型可以確定軟件承包商現有的軟件開發能力，查找出軟件質量及過程改進的問題。到1999年全球已經有近萬家軟件企業通過了CMM各級認證［3］。2001年為美國國防部采納了評價技術成熟度的九級標準，并將項目研發過程劃分為4個階段：概念研究階段、技術開發階段、工程研制階段和生產部署階段。目前，美、英等西方國家在國防采辦中主要推行九級技術成熟度評價標準，將這類標準應用于采辦項目風險評估和管理，包括合同管理、資源分配、經費預算、績效管理、成果評價等方面。

然而TRL評價方法只能度量技術的一個維度，還不能得出技術水平評估的全貌，而且還只是一些粗線條的等級評估標準，要全面精確地評估還需要從多個維度進行度量，還需要輔以更為詳盡的具體的指標。于是有的將TRL評價等級細化，如美國國防部雖然也采用TRL九級評估體系，但又劃分了18種技術進展狀態，每一種狀態都對應著一個TRL等級。而美國生物醫學預研和發展管理局開發的適用于醫療領域的TRL體系，將其技術成熟度劃分為13個等級，作為應對化學威脅的醫療措施。這種更加細化的技術狀態的描述有利于更加準確劃分技術成熟度等級。有的則擴展其內涵，如美國國防預研項目署將“技術”的含義擴展得甚廣，不僅包括應用性、風險和設計，還包括了裝配、制造、材料，甚至還有知識產權，而成為一種結合了結構成熟度、材料成熟度、制造成熟度、成本收益成熟度等多個維度的成熟度指標［4］。

此外，TRL評估標準還缺少具體的使用指導，在準確評估項目的技術成熟度級別時，往往需要聘用有關領域的高水平的專家，而且還需要對這類專家進行評估方法的專門培訓，這樣就會大大增加評估的成本。于是一些研究機構又開發了一些與TRL相關的度量指標，如美國史蒂文斯理工學院設計了集成成熟度指標（IRL），用以同TRL一起確定系統成熟度。美國空軍研究實驗室設計了制造成熟度指標（MRL），用以彌補TRL在體現可生產性方面的不足。該實驗室還開發了專門的TRL計算器，從技術、制造或可生產性、文檔的完備性3個方面進行度量，能夠快速獲得項目技術成熟度水平［5］。

3 技術成熟度級別的劃分

要確定某一項技術的成熟度，就需要建立劃分技術成熟度的級別以及確定這種級別的標準。1995年美國航天航空局發布了《TRL白皮書》，率先提出了劃分技術成熟度的9級標準，并將其應用于航天領域。2000年美國國防部采納了九級標準，發布了指導文檔，2001年又將采辦程序劃分為4個發展階段：概念研究階段、技術開發階段、工程研制階段、生產部署階段。TRL作為度量技術成熟程度的一種工具，已經得到了外國政府、機構和企業的廣泛接受，美國國防部和導彈防御局（MDA）、歐洲航天局（ESA）、加拿大國防部、法國宇航中心、日本宇航局等機關都結合技術項目管理的實際需要，以美國航天航空局的技術成熟度等級劃分為基礎，先后制定了自己的技術成熟度評估體系，但一般僅只經過少量修改，也有的進行了一些擴展和延伸［5］。然而由于九級標準在實際應用中仍存在不少問題，特別是沒有考慮到新技術研發中未解決的難題，以及在有多個子系統時難以得到合適的成熟度等級，國際標準化組織（ISO）于是設立了技術成熟度標準編制組，并于2013年11月1日發布了《航天系統：技術成熟度等級及評價準則定義》標準（ISO 16290），對國際航天領域的技術成熟度評估工作進行了規范，這是世界范圍內第一個關于技術成熟度的國際標準，是在研究管理體系中推廣運用技術成熟度體系的一個具有里程碑意義的重大事件。

技術成熟度研究工作在我國起步相對較晚，且所做的工作也十分有限，僅在一些高精尖領域做了一定的探索性的工作。如在導彈系統的研制方面，由于這項工作通常都面臨著巨大的技術風險，我國有關部門也將技術成熟度的理念引入導彈系統的預先研究和型號研制以及項目管理之中，并參考美國航空航天局和美國國防部的技術成熟度等級劃分標準，結合導彈系統自身的特點，制定了劃分導彈系統研制技術成熟度的9級標準，并且運用層次分析法分別求得其子系統，包括導彈制導系統、動力裝置、戰斗部、彈體和彈上電源等子系統技術成熟度。

2008年我國航天科技五院結合我國空間企業的預研和技術開發實際情況，參考國外采用的標準，編制了我國空間領域的九級技術成熟度劃分標準——《航天器單機產品定級規定》。

我國海洋工作者結合我國海洋可再生能源研發的實際情況，參考國際標準化組織制定的ISO 16290標準，分析確定了國內外海洋能開發利用技術的成熟度，認為在世界范圍內潮汐能和海上風能發電技術成熟度等級最高，可達到9級，也就是說，達到了產業化發展階段，如法國的朗斯、韓國的始華湖潮汐能電站；波能發電技術成熟度次之，可達7～8級，特別是英國的Pelamis波能電力公司不僅完成了全尺寸樣機實海況試驗，而且還建成了世界上第一個商業化波能電站，甚至計劃建設由66臺機組組成的大型波能發電場。國外潮流能發電裝置的技術成熟度可達7～8級，如英國MCT公司研發的潮流能發電裝置已完成了全尺寸的實海況測試，技術成熟度達到了8級，有關的目標是到2020年建成398MW的潮流能電場；國外溫差能、鹽差能和海流能發電技術成熟度較低僅為4～6級。

我國海洋能發電的技術成熟度與國際相比較，整體水平偏低，僅潮汐能和海上風能發電技術成熟度達到9級。而其他種類海洋能開發利用的技術成熟度均低于國際先進水平，如按技術成熟度排序，依然是潮汐能和海上風能排位最高，技術成熟度可達9級，也就是說，已經達到了產業化發展階段。潮流能（5～6級）和波能（6級）次之，即在我國開發利用這兩類能源的全尺度樣機已經過了模擬環境的測試或海試。溫差能、鹽差能和海流能開發利用的技術成熟度仍屬最低。

4 技術成熟度評估在海洋能源開發利用項目管理中的應用

在我國，海洋可再生能源的開發利用是一個新興的產業，研發工作技術起點低，研發能力薄弱，技術發展有限，與先進國家相比較還有一定差距，也就是說，在海洋能研發方面我們面臨著更大的技術風險，管理中更加需要實施技術成熟度評估制度。而且要科學地制定海洋能開發利用政策和發展戰略，確定技術發展路線，合理地安排和管理研發項目，也需要全面、客觀而又及時地了解研發技術的水平和技術的成熟程度，掌握研究發展狀況，明確現有技術與研發目標之間的差距，認清技術發展所面臨的困難和風險，在此基礎上才能做出正確的決策。然而長期以來我們對技術成熟度的評估都是采用專家評估的方式，這種評估方式具有快捷、方便、成本低等優點，并且能夠集中本領域頂級專家的聰明才智，但同時也難免存在一些弊端，例如因為缺乏規范而客觀的評價標準，其評價就有可能或是過于含糊，或者有失客觀，而且往往還會受到部門利益和個人偏見的影響，難以對決策和管理工作提供有力的技術支撐，甚至還會導致誤判或其他不利的影響。

在海洋可再生能源開發利用項目管理中引入技術成熟度評估方法，既能夠直觀地表示出技術發展狀態，又能夠有效地預判及規避技術風險，既可以提供項目承擔單位研發能力的信息，又能得出有關項目的技術組成、技術儲備以及技術風險的信息，因而無論是在研發項目的管理和決策方面，還是在制定技術發展規劃和路線，確定技術發展戰略和政策，甚至在研發項目的立項和立項論證、項目承擔單位的篩選、研發階段轉移的評審和決策、項目的中期評估、檢查、驗收等管理環節中，引入技術成熟度評價系統都會有所裨益。

5 引入技術成熟度評估系統的思考

在海洋能研發項目管理中引入技術成熟度評估系統需要注意以下4點。

5.1 建立技術成熟度評估制度

在海洋能研發項目的立項、招標及立項論證中，在決定一個項目是否予以立項時，需要對該項目的技術成熟度進行評估，以便決定一個項目是否應當立項。同時還需要了解項目承擔單位的技術能力，認清該項目可能存在的技術風險，知道哪些技術是成熟的，或基本上是成熟的，哪些技術的成熟度等級比較低，更不能忽視那些沒有基礎，而需要從零開始研發的技術。這類技術成熟度比較低的項目的技術風險就特別大，往往會導致項目進度的延期和經費的增加，因而需要采取特別的措施予以應對。此外項目管理人員還應當清楚，哪些單位具備研發該項目的能力，這些單位的優勢在哪里，短板又在何處，這些信息都可以通過技術成熟度評估而獲得。在這方面國外是有不少教訓的，美國審計總署就一再告誡，美國國防部在采辦項目中，低技術成熟度的項目組件或子系統是導致項目進展被拖延和成本超支的重要原因［4］。我們的項目也有延拖的情況，這或許就與項目中某些部分的技術成熟度較低不無關系。在管理這類項目時，就不能讓整個項目同時上馬，一哄而上，而應當先安排技術成熟度較低的部分，或予以重點研究。在該部分的技術成熟度達到總體水平后，再全面開展整個項目。這就有可能避免整個項目進度的延期，也不會造成研究經費的超支。

5.2 建立研發項目階段性管理制度

美國國防部曾將技術發展過程劃分為4個階段管理，并稱之為“里程碑決策”。我們亦可將海洋能項目技術發展過程劃分為4個階段，即：概念研究階段、技術開發階段、工程研制階段和產業化發展階段，按照階段的目標節點分階段進行管理。只有當關鍵技術元素的技術成熟度達標之后方可轉入下一個研發階段，這時項目風險就比較低。

一般認為，第一階段為概念研究階段，主要工作是立項論證、基礎概念研究、實驗室分析等。在管理上需要在項目技術成熟度評估的基礎上，規范項目立項，細化項目立項論證，確定項目目標和目標節點，進行項目招標篩選，優中選優，選擇能承擔該項目的最佳單位。在這一階段相應的技術成熟度應為1～3級，而在達到3級之后，研究開發工作方可轉入下一個階段，即技術開發階段。第二階段的主要工作是開展研究性的實驗室研發、系統及其組件的驗證等。在項目管理上應當按照項目目標節點的要求，對照技術成熟度相應的級別，對項目實施情況進行監督檢查。在這一階段還應當明確項目的關鍵技術元素，通過技術攻關使關鍵技術達到指標要求。在全比例尺的系統通過了模擬環境的驗證，符合技術成熟度的要求，即達到6級之后才能轉入第三階段，即工程研制階段。在第三階段應當明確系統的需求和關鍵技術指標，進行系統集成和驗證，并在關鍵技術元素的技術成熟度達到8級后，才可以轉入第四階段，即產業化發展階段。由工程研制階段轉入產業化發展階段是一個重要的轉折點，其主要工作是完成系統或定型產品的海上測試、運行和評估，此后可以轉入產業化發展階段。在這一階段，技術成熟度應當達到9級，這樣才能將項目的風險維持在比較低的水平，確保項目按時完成。而如果技術成熟度并未達到要求而強行轉入下一個階段，就可能導致期限的延誤和費用的增加。

類似教訓，在國外俯拾皆是，如美國國防部的聯合作戰飛機項目（JSF），于1996年啟動并開始關鍵技術的開發，原計劃2001年轉入工程研制階段。2000年美國審計總署通過技術成熟度評估分析指出，JSF項目辦公室的采辦策略不能確保在進入工程研制階段完成關鍵技術的研發，不能達到可接受的技術成熟度評估的7級標準，因而建議調整采辦計劃，推遲轉入下一階段的時間。但美國國防部在關鍵技術未實現突破的情況下仍堅持于2001年10月轉入工程研制階段，結果導致費用增加，項目滯后了16～22個月。類似的情況在我們的研發項目中也并非罕見，項目延期的情況時有發生，在海試時丟失設備的事故也非偶然，這顯然是與不明海況，或系泊系統的技術成熟度尚未達到標準就勉強進行海試不無關系。

5.3 制定海洋能研發項目技術成熟度標準

技術成熟度評估是海洋能研發項目管理的有效手段，無論是對研發項目的立項和立項論證、承擔研發項目的單位的篩選、項目經費和進展情況的監督檢查、中期評估等環節，還是在項目完成后的檢查驗收時，技術成熟度評估方法都是一個行之有效的工具，用以對照項目目標和目標節點的要求，對項目及其進展情況做出科學的評價，實施有效的管理。

為此，我們可以在國際標準化組織制定的ISO 16290標準的基礎上結合我國海洋能研發的實踐和項目管理的經驗，制定適合我國海洋能研發的技術成熟度標準。令人欣慰的是，我國有關管理部門已經認識到技術成熟度評估方法的重要性，并開始組織制定海洋能電站技術成熟度評價的國家標準，希望能夠早日發布實施。

5.4 加強技術成熟度評估的應用研究

技術成熟度相關問題的研究在我國還剛剛開始，無論在理論上還是在應用實踐上都還有許多工作要做，特別是海洋能項目評價指標體系的建設等方面還有許多難題需要解決。但技術成熟度評估本身就是一個應用問題，我們的研究也應當以實用方法的研制為主，諸如海洋能開發利用系統的綜合評估方法、技術成熟度評價指標體系的建設、層次分析法在海洋能研發技術成熟度評價中的運用、技術成熟度計算器之類的簡便而快速方法的研發等。

［1］ 彭少雄，薄延珍，李學園，等.技術成熟度評價方法在導彈武器系統中的應用［J］.船舶電子工程，2011，31（8）：157－159.

［2］ 程文淵，龔旭東.技術成熟度評價方法在美國國防采辦中的應用效果分析［EB／OL］.（2010－09－20）［2017－01－07］.http：／／wenku.baidu.com／view／9a15b768011ca300a6c3902d.html.

［3］ 安茂春，王志健，國外技術成熟度評價方法及其應用［J］.評價與管理，2008，6（2）：1－3.

［4］ 王立學，冷伏海，王海霞.技術成熟度及其識別方法研究［R］.科技創新演化循證分析理論與方法研究，國家自然科學基金項目研究報告（項目編號：70873123）1－9.北京：中國科學院文獻情報中心.

［5］ MANKINS C J.Technology readiness assessments：A retrospective［J］.Acta Astronautica，2009，65：1216－1223.

TRLS on Marine Sustainable Energy

NI Na，WANG Haifeng

（National Ocean Technology Center，Tianjin 300112，China）

Technology Readiness Level Assessments（TRLS），a method certifying qualification aims of R＆D，has been widely used in fields of aeronautical and space technologies，operational aircraft，systematical R＆D on missiles to defend acquisition.This paper briefly introduced the origins of TRL concept and researches for experts in our country since 1990sand standards of enactment TRLA of administrations.Exploitation and utilization of marine sustainable energy（MSE）is a burgeoning field facing enormous risks while TRLSs have a wide spread perspectives in special management of MSE exploitation and utilization.

Marine sustainable energy，Exploitation ＆Utilization，TRL

P74

A

1005－9857（2017）03－0049－05

2016－10－26；

2017－01－17

倪娜，助理研究員，碩士，研究方向為海洋能專項管理及戰略研究，電子郵箱：renijanina＠163.com