国外海洋能发电测试场发展情况分析及借鉴研究

马哲，王继业

(青岛国家海洋科学研究中心 青岛 266071)

国外海洋能发电测试场发展情况分析及借鉴研究

马哲，王继业

(青岛国家海洋科学研究中心 青岛 266071)

随着海洋能技术的不断发展，建设海洋能测试场成为突破海洋能装置从实验室样机到产业化应用的关键环节。文章分析了国外运行较为成熟的海洋能发电测试场发展现状，以及国内测试场发展现状与问题，基于我国目前没有公益性质的海洋能发电测试场的现实，着重分析了山东省建设测试场的优势，最后提出了建设建议。

海洋能；发电测试场；海洋能转换装置

1 引言

随着石油和其他石化能源的日趋枯竭和全球对于温室气体排放引起气候变化问题的关注，低碳、节能和开发利用可再生能源正在成为世界能源发展的主题。海洋可再生能源储量丰富、深远海利用价值高，世界上主要的海洋强国都已将海洋可再生能源发展作为其海洋开发的重要环节。为了推动海洋能产业化进程，同时为海洋能装置提供测试平台，海洋能发电测试场受到越来越多的关注。

海洋能发电测试场用于测试和验证即将应用于商业运作的海洋能发电装置及相关技术[1]。建设海洋能发电测试场主要基于以下原因。

(1)在海洋能利用技术商业化应用之前，需要对设备模型及原型机进行大规模、长时间的实海况并网试验，以便对海洋能发电装置的性能进行评估，从而减少投资风险。

(2)装置在进行实海况测试前，需选择海洋能资源优、海底土木工程施工及输电电缆铺设方便的地点作为装置的拟投放地，因此要对备选地海洋环境、水文地质条件进行一定时间的对比监测及勘察。假如每个研究机构的每个装置每次测试都重复进行以上工作，会造成大量人力物力的浪费，徒增海洋能装置的开发成本与周期[1]。

(3)在企业对波浪能发电装置进行大规模生产前，需要专业的第三方认证机构对装置的未来运营成本及收益情况进行详细评估。

2 国外海洋能发电测试场发展现状

21世纪初期，国外开始兴建海洋能测试场，通过多年的摸索逐渐形成包括英国的欧洲海洋能源中心(EMEC)、加拿大的Fundy海洋能源中心(FORCE)、丹麦的Folkecenter海洋能测试场等10余家体系成熟、功能完善、服务全面的海洋能测试场。他们在管理模式、运营方式上都有着不同的经验。

(1)国家全力支持，强化公共服务。开发海洋能既有资源环境方面的原因，也是国家立足长远发展、优化经济结构、改善资源制约等的战略性考虑。为降低技术研发和商业示范成本，海洋能发展先进的国家一直把海洋能测试场等相关基础设施建设作为支持海洋可再生能源发展的一项重要举措[2]。2004 年，在苏格兰政府和海洋能源行业委员会的支持下，欧洲海洋能中心(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机构共同资助下建成的潮汐能测试场[4]；爱尔兰海洋能技术中心(Ireland Ocean Energy Expertise，IOEE)作为爱尔兰海洋能开发的门户，是由爱尔兰政府和爱尔兰可持续能源委员会(SEAI)组织建立[5]。

(2)完善平台建设，实现产、学、研一体化。爱尔兰海洋能技术中心(IOEE)充分发挥平台作用，为研究人员和企业提供研究经费申请、研究团队协助、装置试运行和检测服务、并网发电协助及提供后续能源供应链信息等一系列成套服务。中心所提供的服务触及海洋能产业开发从实验室研究到商业化运行的各个环节，实现了产、学、研一体化。

(3)健全检测标准，有据可依，帮助创新技术推向市场。欧洲海洋能源中心(EMEC)自2004年开始组织工作在第一线的专家团队编写一套适用于海洋可再生能源开发的行业指南，内容涵盖整个海洋可再生能源开发行业。这套指南的宗旨是使研究者可用统一的科学方法测试海洋能发电装置，从而保证装置评估的一致性和标定精度。指南共12册，其中6册已经通过了国际电工委员会(IEC)的认证[6]。中心为测试过的装置提供经ISO/IEC 17020认证的独立环境技术认证(EMEC-ETV)，推进装置的商业化进程[7]。

(4)创新监测手段，丰富服务内容。在欧洲海洋能源中心(EMEC)和爱尔兰海洋能技术中心(IOEE)研究人员可进行小比例尺的模型样机试验。该项服务使得装置在研发初期的水动力学研究和控制系统设计阶段就能获得真实海况下的运行经验，从而减少了后期并网发电过程中可能带来的风险。丹麦的Folkecenter测试场通过提供培训服务、定期举办讲座及国际合作等方式，向全社会大力普及新能源应用知识，推动新能源的广泛应用[8]。

(5)注重环境和社会影响，争取周边支持。加拿大Fundy海洋能源中心(FORCE)单独设立了环境监测部和社区联络部[9]。环境监管部负责审核可再生能源装置测试项目，并就项目对环境的影响进行评估。社区联络部负责与当地居民沟通，确保测试项目得到当地居民的认可。

3 国内海洋能发电测试场发展现状和问题分析

截至目前，我国还没有已投入运行的海洋能发电测试场，存在的问题包括：

(1)对装置的测试与评价重视程度不够。海洋能发电装置形式多样，获能方式不尽相同，每一种类型的装置在设计过程中有待解决的关键问题也纷繁复杂。目前行业内部多关注于装备本身，即侧重装置的设计、开发和制造，导致研究重视度有倾斜。

(2)对装置测试与评价的机制不健全。目前我国对海洋能装置的研发一般都还处在理论和实验室阶段，只是具有某种不完全的“物化”载体的知识形态成果，即样品、样机、初步设计等。成果转化能力的薄弱和缺乏统一的行业标准及认证体系，导致研发产业链的脱节，使得解决装置测试与评价、生产放大、成果商品化等一系列问题成为瓶颈。

(3)对装置的测试与评价的能力不足。国家大力支持开发海洋能以来，我国海洋工程、海洋环境、材料化工等领域的专家在海洋能应用领域取得了诸多进展。但由于海洋能的测试与评价包含了从资源到电源的诸多环节，在缺乏关联性的前提下，研究者各自为战，信息与资源均未能共享。缺少国家级的研发平台整合科技资源和科研力量，导致整体研发能力的不足。

以上诸多问题表明我国亟须在有条件的地区建设具有平台效应的海洋能测试场。

4 山东省建设海洋能发电测试场的优势

山东省是海洋大省，率先建设海洋能发电测试场，无论是在地理条件和政策上，还是在技术基础和人才资源上都具备绝对的优势。

4.1 地理优势

4.1.1 拥有丰富的海洋能资源条件

山东省海岸线长3 000 km余，占全国的1/6。其中山东半岛南岸波浪能源密度较高，最大显著波高可达5.7 m，平均周期2.9～4.5 s[10]，波浪资源较丰富。同时，山东省拥有众多水道，部分水道潮流的流速在2～4 m/s之间[7]，具有非常可观的开发价值。

4.1.2 拥有理想的建设海洋能发电测试场的自然条件

在海洋能发电测试场选址、可行性研究、设计、施工、运行的各阶段，需满足装置投放、点布、施工等条件的要求，即需海面宽阔、测试区与陆地的距离不易过大，保证电缆的布放和物资、测试装置及人员的运送。山东半岛三面环海，海域宽广，可满足测试装置的点布及投放；山东省位于北纬30度以上，全年受热带气旋影响较小，故极少受到恶劣海况的威胁，由此可保证海洋能装置及测试设备的工作安全。

4.2 政策优势

4.2.1 建设海洋能发电测试场满足蓝色经济区规划的要求

“蓝色经济”强调海洋生态、环保、科技先导、可持续发展和陆海一体统筹发展的科学理念。山东省作为重点蓝色经济区，开发建设海洋能发电测试场将成为我国发展海洋可再生能源的助推力，体现了科技在能源开发中的先导作用。

4.2.2 建设海洋能发电测试场符合国家“十三五”规划的战略部署

“十三五”发展规划纲要明确提出：做大做强国家级海洋科技创新平台，加快推进海洋能及海上试验与测试场建设，积极推进潮汐、潮流等海洋能利用产业化进程。山东省开发建设海洋能发电测试场是落实国家“十三五”开展海洋能产业开发与集成创新发展战略的重要举措。

4.3 海洋能应用技术基础优势

4.3.1 海洋可再生能源研究学科最为齐全

依托于雄厚的海洋科研实力，山东省在潮流能、波浪能、温差能、潮汐能、海上风能等方面均有多年研究基础与积累，研究水平较高，科研成果丰富，承担了多项海洋能领域内的国家级科研课题。国家海洋局第一海洋研究所是目前国内少数从事温差能研究的单位之一，承担了国家科技支撑计划项目海洋温差能唯一的研究项目。

4.3.2 海洋能综合利用示范基地建设已率先开展

早在2008年，国家海洋技术中心提出大管岛多能互补独立供电系统，采用风能-波浪能-太阳能多能互补发电方式，为大管岛的生活、生产、旅游、海水淡化提供电力[2]。但该系统仅停留在概念设计阶段。

2010年，国家海洋局海洋可再生能源专项《500 kW海洋能独立电力系统示范工程》在青岛市斋堂岛开始建设。该项目拟建规模为500 kW，由100 kW柔性叶片的潮流能发电装置、200 kW水平叶片潮流能发电装置、150 kW 风能发电装置以及50 kW太阳能发电装置组成。项目建成后，将在北方地区首次实现了多能互补智能供电，力求以此为范本，集中解决海洋能发电装置中的多项技术瓶颈问题，为未来实现海岛独立供电和深海油气就地取能提供理论依据。

4.3.3 在海洋能领域内率先成功开展多项国际合作

2011年，青岛市科技局、中国海洋大学与欧洲海洋能中心联合签署了合作谅解备忘录。同时，各科研院所与英国、日本、韩国、澳大利亚、以色列等国家在海洋能领域都开展了卓有成效的实质性合作。

4.4 人才优势

海洋能测试场的建设需依托于海洋环境动力学、海洋工程、流体力学、流体机械、电力与电子工程、能源工程等多个学科。山东省作为我国著名的海洋科技省，集聚了实力雄厚的海洋科研机构和人才资源，拥有海洋科研、教学机构55所，包括中科院海洋研究所、中国海洋大学、国家海洋局第一海洋研究所、中国水产科学研究院黄海水产研究所等一大批国内一流的科研、教学机构，1万多名海洋科技人员，占全国同类人员的40%以上，在我国的海洋可再生能源研究中处于领先地位。

5 建设建议

依据国外测试场的成熟经验，本文为在山东省建设海洋能发电测试场提出以下建议。

(1)发挥国家和政府的先导性，集中优势、广泛合作，分步分批逐项实施。海洋能发电测试场建设需要权衡和协调的事宜诸多。前期的海域区划，资金保障离不开国家的扶持。具体实施阶段的技术投入、人员调配离不开地方政府的积极配合。

(2)发挥测试场的平台作用，丰富周边服务，建成无障碍的技术成果转化通道。海洋能测试场作为服务媒介，可以为科研人员找经费，为开发者谋市场，为生产商供技术，实现产、学、研一体化，推动海洋能产业的健康发展。

(3)开展切实有效的国际合作，针对中国海域特征研制检测设备。与国外测试场的交流合作可以吸收、引进国外成熟、先进的管理模式和技术装备。从而依据我国海域特征和科技体制现状去芜存菁开发测试场检测装备，制定测试场运行模式。

(4)规范测试标准，建立科学有效的装置认证体系。测试场作为第三方机构对海洋能发电装置进行评估，应使用统一科学的方法，保证检测结果的可靠性，也有利于装置后续的规模化开发。

(5)提高环保意识，推动资源环境的集约开发。测试场是海洋工程基础设施。它的建设和后期运行对环境和生物都将带来一定影响。定期监测周边环境和底栖生物等严格的监管措施，应作为绿色资源、绿色应用的坚强保障。

[1] 李彦，罗续业，路宽.潮流能、波浪能海上试验与测试场建设主要问题分析[J].海洋开发与管理，2013，30(2)：36-39.

[2] 张静，韩立民.主要沿海国家海洋战略性新兴产业培育与发展情况综述[J].浙江海洋学院学报：人文科学版，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] 王传崑，卢苇.海洋能资源分析方法及储量评估[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

山东省海洋装备产业聚集区建设及创新能力提升对策研究(2016RKF01011).

马哲，博士，研究方向为海洋能开发与利用，电子信箱：mzzz_222@126.com

TM619;P743

A

1005-9857(2017)01-0067-04