海洋能海上试验场运行管理分析研究

吴 迪，王 芳，黄 翠，王 萌，张 多

（1.中国海洋大学，山东 青岛 266100；2.国家海洋技术中心，天津 300112）

海洋能海上试验场运行管理分析研究

吴 迪1,2，王 芳1,2，黄 翠2，王 萌1,2，张 多1,2

（1.中国海洋大学，山东 青岛 266100；2.国家海洋技术中心，天津 300112）

建设公益性的海洋能海上试验场是解决海洋能发电装置实海况试验成本高、周期长的最有效途径。我国海洋能海上试验场的建设工作正在稳步推进，而试验场的高效运行需要建立科学的运行管理体制机制。文中对国外典型的海洋能海上试验场和国内风电和太阳能光伏两种新能源领域试验场的运行管理模式进行了概述，分析了国内外相关试验场在运行管理模式上的特点，并提出我国海洋能海上试验场运行管理制度建立相关建议。

海洋能；海上试验场；运行管理

随着海洋能战略地位的日益显现，世界各国都在力争占据海洋能开发利用的技术高地。我国作为世界第二大能源消费国，面临着巨大的减排压力，对海洋能开发利用提出了更紧迫的要求。我国拥有长达18 000 km大陆海岸线和大约300万km2的专属经济区，因而开发和利用以波浪能、潮流能为主的海洋能将成为缓解我国能源紧缺问题的重要途径。

在海洋能开发利用技术的研发过程中，实海况试验是促进海洋能技术研究与开发，使海洋能装置从工程样机走向规模产业化应用的关键环节。海洋能发电装置常规实海况试验的前期，需对试验海域进行全面调查，并开展装置海底基础建设、海底电缆铺设以及电网接入等多项海上工程，这将耗费大量的人力物力，从而大大增加了海洋能装置实海况试验的实验成本与试验周期。建设公益性的海洋能海上试验场是解决这一问题最有效途径。我国已出台了多项涉及海洋能海上试验场建设的政策和规划，其建设目的是在于规范和满足我国海洋能发电技术发展和试验需求。建立科学有效的海洋能海上试验场业务化运行管理体制机制，是保证海洋能海上试验场可持续、公开应用，加快我国海洋能开发利用技术发展的有力保障。由于国内尚无可参考的前例，而国外海洋能试验场的建设经验也不能照搬到国内，需要在对国内外相关试验场运行管理模式的掌握和借鉴下，逐步建立适用于我国的海洋能海上试验场运行管理体制机制。

1 国外典型海洋能试验场运行管理模式概述

1.1 欧洲海洋能中心（EMEC）海洋能海上试验场

成立于 2003年的欧洲海洋能源中心（The European Marin Energy Center Ltd，EMEC）位于苏格兰，是欧洲首批建成并能够接入电网的海洋能测试场，也是目前世界上最大的波浪能和潮流能原型装置测试场，可为海洋可再生能源的研发机构提供一系列的测试与认证服务，包括提供与国家电网连接的主要测试设施，远程实时数据监控与分析，监测与性能评价流程的校验以及在设备检验批准过程中所需的全部指导和协助等。发展至今，该中心已经拥有6个波浪能测试泊位、8个潮流能测试泊位和2个小比例样机测试站。技术团队也从最初的4人团队，10年间发展为现今的24人。EMEC的最大投资方来自苏格兰高地与岛屿委员会、苏格兰企业、苏格兰和英国政府，奥克尼岛屿委员会，欧盟及英国碳基金，总共筹资3000万英镑的公共基金。EMEC拥有独立的数据管理与控制中心以及完善的设备系统，针对不同研发机构，试验场提供专用光纤通讯网络用以访问其发电设备所归属的数据库，实时查看装置的运行状态。2009年EMEC发布了其用于试验、测试、评价和运行管理等方面的共计12份指南和标准化文件，包括：

（1）波浪能发电系统性能评价方法*；

（2）潮流能发电系统性能评价方法*；

（3）波浪能资源评估方法*；

（4）潮流能资源评估方法*；

（5）海洋能产业领域健康与安全指南；

（6）海洋可再生能源认证体系指南*；

（7）海洋能发电系统设计准则*；

（8）海洋能发电系统可靠性、可维护性和生存性测试指南；

（9）海洋能发电系统电网接入指南；

（10）波浪能发电装置水槽测试指南；

（11）海洋可再生能源产业发展指南；

（12）海洋能发电系统制造、组装和测试指南。

其中，*标识的6份文件已经纳入国际电工委员会 IEC-TC114技术委员会（The International Electrotechnical Commission，IEC；Technical Committee 114，TC114）海洋能领域国际标准制定的工作框架。这12份文件，与欧盟EQUIMAR项目的计划和报告一起作为TC114相关标准出版前的指导性文件。

EMEC的发展经验指出测试场的选定具有相当的条件制约，概括来说，可归纳为具有代表性的海洋条件、完整的海域地貌与水文资料、高品质的即时监控资料传输、适当的电力缆线铺设、完善的测试平台结构、充足的专业人力，完备的作业船舶及基地，以及便利的交通设施等8个条件。从其业务量的蓬勃发展，愈来愈多创新的海洋能源转换系统进驻该中心进行测试，就可看出测试中心的认证对产品的商业利益有多大的影响。

1.2 西班牙毕麦博波浪能海上试验场（Bimep）

西班牙毕麦博波浪能试验场（Biscay Marine Energy Platform，Bimep）为巴斯克自治区EVE能源机构支持的公海测试平台，位于比斯开湾（Biscay）海域的Armintza Bizkaia海岸。测试场占地面积约5.3万m2，除了航行和海上交通外，占据了显著的地理位置，其位于离岸最小1 700 m处，可快速到达布放设备处。该场区现有4个测试泊位，每个泊位的测试能力为5 MW，为用户提供电压等级为13.2 kV的海底线缆，海底线缆的末端与水密连接器相连放置在海底。

目前，Bimep试验场每个泊位的水密连接器只能与一台发电装置相连，并与Ingeinnova公司合作开发一种全新概念的水下HUB，具备5个相互独立的接口，可同时与5条脐带缆（13.2 kV）相连进行发电阵列测试或者与其他低电压电缆、光缆连接。同时该HUB可具备保护、控制和电气参数测量功能，可独立测试与之相连的多台发电设备。同时也在与另一家公司ditrel合作研究一种易于插拔、简单可靠、少于维护的脐带缆与漂浮式发电装置连接的解决方案，使得每次拆卸和重新连接发电装置时不必重复打捞、沉放水密连接器，可大大降低海上作业要求、缩短海上作业时间。另外需注意的是，用户的发电装置须自行完成电力变换满足海底线缆电力传输要求，并负责发电装置的布放安装及拆卸等作业，Bimep只提供必要的协助。Bimep试验场的岸基中心主要监视监测三方面内容：CCTV系统主要对小范围区域进行视频监视；雷达系统监视半径为48 n mile的区域，并可为场区内船舶提供通航服务；SCADA系统包含报警系统，历史数据库和事件管理系统等。

1.3 英国WaveHub波浪能海上试验场

WaveHub波浪能海上试验场位于英格兰西南部的康沃尔郡。试验场计划作为英国第一个波浪能发电阵列的示范运行海域。试验场离岸16 km，试验海域面积为2 km×4 km，拥有4个4～5 MW的试验泊位，并建设一个12 t重的试验泊位，于2010年安装。这个泊位在电网连接状况下能够试验4种不同的波浪能发电装置，同时每个开发商能够租用1 kmx2 km的海域进行为期5年或更长时间的样机试验。该试验场最初将在11 kV下运行，逐步升级到33 kV，一旦开发了在33 kV下运行电缆的合适部件，未来可以升级到50 MW的发电能力。WaveHub本身收集有关输入波浪的强度数据，通过铠装海底电缆与岸上相连的，该电缆由两个300 mm2的电三元体和光纤电缆组成，其中一个用于每个泊位，以11 kV运行，由三芯120 mm2的33 kV电缆制成。该变电站包括一个11 kV/33 kV变压器以及相关的开关装置和功率因数连接设备，以确保在规定范围内向电网进行输送。客户都通过脐带电缆与波浪中心相连，该脐带电缆从每个阵列的导引装置走线至11 kV干配合连接器，连接器的一半安装在电缆尾部，另一半交给波浪中心的客户。连接器提供了电气及光纤连接。波浪能装置的控制和监视是通过在主电缆内的光纤电缆远程进行的。电力计量是在每个阵列的引导装置上以及在变电站出口断路器处进行的。波浪中心系统最初将在11 kV下运行，能够输送16～20 MW的电力。一旦工业开发出在33 kV下运行的海底部件，便可以在33 kV下运行该系统，从而使波浪中心能够容纳高达50 MW的装置。WaveHub试验场与地方合作伙伴紧密合作，以更好地发展试验场和争取更多的资金支持，确定行业需求。2015年12月，WaveHub试验场已经与MarineSpace公司签约，提供项目管理支撑以协助开发该示范站点。

2 国内相关新能源试验场管理模式

2.1 国家能源大型风电并网系统研发（实验）中心

国家能源大型风电并网研发（实验）中心（以下简称“风电实验中心”）位于河北省张北县，是国家能源局首批16个国家能源研发（实验）中心之一，概算总投资约3.5亿元，包含30个试验机位及风电与储能研究和试验设施，总占地面积24.8 km2，已于2011年1月正式建成并投入运行。在机构设置方面，风电实验中心隶属于国家电网公司中国电力科学研究院（以下简称“电科院”）。风电实验中心主要由电科院下属的新能源研究所负责管理运行，并主要依托新能源所现有部门开展业务工作。新能源研究所特成立了一个基地检修部，由此部分专门负责风电实验中心基础设施维护、试验测试和后勤保障等运行管理工作。在试验检测业务方面，新能源所业务部负责风电实验中心的业务联络；新能源所技术部负责对张北基地检测项目的评价工作。中心制定了运行管理办法和管理手册，主要包括综合管理、运行管理、安全管理和测试服务四项基本工作。综合管理，主要是场区的正常运转的管理；运行管理，主要包括并网、调度等工作；安全管理，主要包括信息安全、风机吊装、风机/风塔检修、场区内电力设施维护和草原防火等多方面内容；测试服务，主要是针对风电机组的检测服务。这四部分工作，由新能源研究所的不同部门和风电机组设备制造企业共同完成。中心的综合管理、运行管理和安全管理主要以新能源研究所基地检修部为主负责，为测试工作准备好所有条件，测试服务由该所专设部门负责，测试数据和测试报告属于商业机密。

2.2 国家能源太阳能发电研发（实验）中心

国家能源太阳能发电研发（实验）中心（以下简称“光伏实验中心”）位于江苏省南京市浦口高新技术开发区，由国家能源局于2009年9月批复设立，2010年7月正式建成运营，是已建成国内外容量最大的光伏逆变器并网检测平台，在太阳能发电并网综合研究与检测能力位居国际领先水平。在机构设置方面，光伏实验中心在建设初期由国家能源局会同有关部门管理，依托国家电网公司，并由国网电力科学研究院负责具体建设和日常管理。2012年3月，按照国家电网公司科研产业重组整合精神，国家能源太阳能发电研发（实验）中心相关资质及人员整体划入中国电力科学研究院。与风电实验中心一样，光伏实验中心也是现由中国电力科学研究院新能源研究所来分管。与风电中心不同的是，由于与北京距离相隔较远，且在重组前已有部分机构和硬件设施，所以目前光伏实验中心实验室和办公室仍在南京电科院办公楼中，设有实验检测部、规划设计部、系统技术研究部等五个部门构成。在试验检测业务方面，目前也是电科院业务科室负责业务办理与联络。光伏实验中心同样制定了运行管理条款和安全操作条款等管理文件。光伏实验中心的太阳能发电技术实验室配合研究工作建设有完善的基础研究环境和试验验证条件，产品检测分部以实验室试验检测能力为依托，对外开展相关产品的检测认证服务，现场检测分部则配置了多辆大型和小型移动检测车，用于开展光伏电站现场检测、数据对比分析和研究工作。

3 国内外相关试验场运行管理模式分析

欧美等国外海洋能技术发展较快的国家均将海洋能试验场作为海洋能发电装置综合测试、定型、评估和示范的重要平台，是产业化前最重要的“关卡”。从几个典型的海洋能试验场的建设、运行与管理经验看，可以看出国外运行管理模式主要是企业运行管理模式，以市场为导向，其作为第三方检测机构，为发电装置厂商提供真实有效的检测数据和评估结果，为用户提供稳定、可靠的海洋能发电装置检测服务。在试验场建设运行初期通常需要政府资金和政策扶持，在建成运行后均为自负盈亏；制定和参照测试评价标准，如发电装置设计规范，技术成熟度评价体系，发电和稳定性等检测和评估方法；健全高效的的运行管理体系能使试验场持续健康发展，并为发电装置提供真实有效的测试数据。具体的运行工作组主要职能概括来讲包括试验场基础设施的维护，通信、信息技术、监控和数据采集系统维护，测试环境维护，健康与安全保障等。另一运行保障即是丰富的海洋能产业供应链。

以EMEC为例，英国对海洋可再生能源的重视和EMEC试验场的运行产生了明显的产业聚集效应，吸引了大量企业和科研单位在奥克尼落地。这些单位的业务范围几乎涵盖了海洋能产业发展及EMEC运行管理所需的各个方面，当地以企业为技术创新主体、以高等院校与科研机构为支撑的产、学、研相结合的成果转化机制和完整且高质量的海洋能产业供应链已经形成，为EMEC和当地经济的发展提供了有力的支撑。继英国率先建立了欧洲海洋能中心之后，爱尔兰、丹麦、美国等也都相继建设了类似的公共实海况并网试验平台"国际能源署海洋能执委会 (IEA OES)正计划对这些海上试验场的试验能力进行全面的评估，并编制相关指南，为世界各海洋能研发机构与企业在选择海上试验场进行实海况实验方面提供参考。

我国国内的风电试验场和太阳能光伏试验场是伴随着国内风电和太阳能产业化快速发展而生的，以规范产业和技术有序、良性发展为目的的。两个试验场的技术标准与自身的发展定位结合紧密，即以试验认证为主题开展工作，因此其架构是建立在全球统一的实验室工作体系基础之上的，充分保证了其工作的合法性和认可程度。两个试验场运行管理模式主要是公益事业运行模式，是国家认定的权威第三方检测认证机构，均由国家能源局的总体规划建设，试验场机构、人员设置，及业务资金均以主管的企事业单位为主体来配置和保障；试验场运管机构也主导和牵头制定了多项检测评价的国家及行业标准，出台多项运行管理条款。

4 结语

在专项资金的支持下，我国海洋能海上试验场经历了建设论证、需求分析、场址选择、海域确权、工程设计等阶段，正在启动相关研建工作。试验场的建设在于提供和满足我国海洋能发电技术发展和装置试验需求，为厂商和技术研发人员提供真实有效的检测数据和评估结果，为达到这个目的，试验场需要建立一套完善的海洋能发电装置实海况试验测试方法和技术成熟度评价等方面的规范和标准体系，配备一批专业的技术和保障人员团队，使试验场真正成为国家认定的第三方、公益性的权威检测和认证机构。在运行管理体制机制上，需从组织机构、共享平台管理、试验测试、数据管理与保密、运行维护、场区安全、应急保障、人员管理等方面深入研究，细化管理流程，逐步建立适用于我国的海洋能海上试验场的运行管理模式，实现对试验场科学化、规范化与信息化管理，为我国海洋能的产业化发展奠定坚实的技术基础与支撑保障。

[1]夏登文，康健.海洋能开发利用词典[M].北京：海洋出版社，2014.

[2]国家海洋技术中心.中国海洋能技术进展2016[M].北京：海洋出版社，2016.

[3]Assessment ofPerformance ofWave Energy Conversion Systems—Marine Renewable Energy Guides[S].UK:European Marine Energy Centre,2009.

[4]Assessment of Performance of Tidal Energy Conversion Systems—Marine Renewable Energy Guides[S].UK:European Marine Energy Centre,2009.

[5]Assessment ofWave EnergyResource—Marine Renewable EnergyGuides[S].UK:European Marine EnergyCentre,2009.

[6]Assessment ofTidal EnergyResource—Assessment ofTidal EnergyResource[S].UK:European Marine EnergyCentre,2009.

[7]Guidelines for Health and Safetyin the Marine EnergyIndustry[S].UK:European Marine EnergyCentre,2008.

[8]Guidelines for Marine Energy Converter Certification Schemes—Marine Renewable Energy Guides[S].UK:European Marine Energy Centre,2009.

[9]Guidelines for Design Basis ofMarine EnergyConversion Systems—Marine Renewable EnergyGuides[S].UK:European Marine Energy Centre,2009.

[10]Guidelines for Reliability,Maintainabilityand SurvivabilityofMarine EnergyConversion Systems—Marine Renewable EnergyGuides [S].UK:European Marine EnergyCentre,2009.

[11]Guidelines for Grid Connection of Marine Energy Conversion Systems—Marine Renewable Energy Guides[S].UK:European Marine EnergyCentre,2009.

[12]EMEChttp://www.emec.org.uk.

[13]IEA-OEShttp://www.ocean-energy-systems.org/index.php.

[14]王仲颖.中国战略性新兴产业研究与发展——风能[M].北京：机械工业出版社,2013.

[15]李俊峰.中国战略性新兴产业研究与发展——太阳能[M].北京：机械工业出版社,2013.

Analysis and Research on the Operational Management of the Offshore Piloting Sea Area for Developing Marine Energies

WU Di1,2,WANG Fang1,2,HUANG Cui2,WANG Meng1,2,ZHANG Duo1,2
1.Ocean University of China,Qingdao 266100,Shandong Province,China;
2.National Ocean Technology Center,Tianjin 300112,China

To develop an offshore piloting sea area for exploiting marine energies for public welfare is the most effective way to address the problems of high costs and long duration in the real-sea state experiments conducted for marine power generation devices.In China,the construction of the offshore piloting sea area is making steady progress.The efficient operation of the piloting sea area,however,requires the establishment of a scientific mechanism for operational management.This paper summarizes the mode of operational management for overseas typical piloting sea areas for marine energies,and for two types of new energy piloting grounds:wind farm and photovoltaic power generation.The characteristics of operational management are analyzed for piloting grounds at home and abroad,before proposing the recommendations related to the management system for China's offshore piloting sea area for developing marine energies.

marine energies;offshore piloting sea area;operational management

P743

A

1003-2029（2017）04-0100-05

10.3969/j.issn.1003-2029.2017.04.018

2017-04-10

世行基金项目资助

吴迪（1981-），博士研究生，工程师，主要研究方向为海洋技术战略研究。E-mail：34735892@qq.com