海洋波浪潮流能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀及建議*

周逸倫，張亞群，吳明東，陳坤鑫

（1.中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所，廣州 510640；2.中國(guó)科學(xué)院可再生能源重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640；3.廣東省新能源和可再生能源研究開(kāi)發(fā)與應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640）

0 引 言

海洋能包括波浪能、潮流能、潮汐能、溫差能、鹽差能等，是一種重要的可再生清潔能源[1]。海洋可再生能源較傳統(tǒng)化石能源，具有可再生性、清潔性等特點(diǎn)，發(fā)展?jié)摿薮骩2]。我國(guó)海洋能資源分布不均勻，浙江、廣東和福建等東南沿海地區(qū)具備較成熟的海洋能開(kāi)發(fā)條件。針對(duì)東南沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)能耗量大、常規(guī)能源缺乏的問(wèn)題，選擇開(kāi)發(fā)海洋能資源可以有效緩解能耗問(wèn)題[3]。

建設(shè)海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)是開(kāi)發(fā)海洋能資源的關(guān)鍵，能夠解決海洋能開(kāi)發(fā)利用裝置測(cè)試成本高、海試?yán)щy等問(wèn)題，為開(kāi)發(fā)海洋資源提供良好的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。同時(shí)還能促進(jìn)海洋能開(kāi)發(fā)行業(yè)的快速發(fā)展。從2009 年到2019 年10 年間，國(guó)際上波浪能和潮流能發(fā)電累計(jì)已達(dá)到45 GW·h，以英國(guó)為首的海洋能技術(shù)強(qiáng)國(guó)已經(jīng)開(kāi)始為其他國(guó)家的海洋能開(kāi)發(fā)裝置提供測(cè)試服務(wù)[4]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，全世界目前建成的海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)已經(jīng)超過(guò)20 個(gè)[5]。

因此，建設(shè)公共海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)成為推動(dòng)我國(guó)海洋能行業(yè)快速發(fā)展的必然選擇。

1 國(guó)外海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著國(guó)際上對(duì)于海洋能源開(kāi)發(fā)利用的逐漸重視，許多發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始興建不同類(lèi)型的海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)來(lái)滿足海試需求。

1.1 國(guó)外波浪能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)現(xiàn)狀概述

國(guó)外海域波浪能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)具備能量密度大、波浪品質(zhì)優(yōu)異和交通運(yùn)輸方便等理想條件，吸引了眾多海洋能源開(kāi)發(fā)公司前來(lái)開(kāi)發(fā)、測(cè)試自身裝置。國(guó)外投入營(yíng)運(yùn)的波浪能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)主要有丹麥的 Nissum Bredning 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、英國(guó)EMEC 波浪能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、wave-hub 波浪能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、法國(guó)的SEM-REV 波浪能試驗(yàn)場(chǎng)等。

2003 年丹麥建成的Nissum Bredning 波浪能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)是已知建設(shè)最早的波浪能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，接受了第一個(gè)波浪能發(fā)電裝置“Wave Dragon”的測(cè)試，于2005年結(jié)束該測(cè)試。測(cè)試期間，第一代“Wave Dragon”的發(fā)電可用性達(dá)71%～87%，在該波浪能場(chǎng)年平均發(fā)電量達(dá)12 MW·h[6]。其能量密度為2.0～4.0 kW/m，實(shí)驗(yàn)場(chǎng)面積較小，適合小尺寸樣機(jī)試驗(yàn)。該波浪能場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)確認(rèn)了波浪能發(fā)電技術(shù)的可持續(xù)性和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

2004 年英國(guó)建成的歐洲海洋能源中心（European Marine Energy Centre,EMEC）是位于Billia Croo水道的波浪能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，該試驗(yàn)場(chǎng)是世界上唯一提供波浪潮流測(cè)試裝置質(zhì)量評(píng)估的測(cè)試中心。如圖1 所示，該波浪能場(chǎng)一共有5 個(gè)泊位，每個(gè)泊位的距離是0.5 km，水深達(dá)70 m。1 號(hào)位為測(cè)試泊位，安裝了系泊設(shè)備、電纜接口和發(fā)電設(shè)備等；2 號(hào)位為岸上變電站，主要測(cè)量從1 號(hào)位傳輸來(lái)的電力數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)中心；3 號(hào)、4 號(hào)位分別位于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的最南端和最北端；5 號(hào)位為監(jiān)測(cè)站，裝備無(wú)間斷拍照器。該實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)還在于接受大西洋優(yōu)質(zhì)的波浪資源，平均浪高2～3 m，峰值達(dá)19 m，場(chǎng)能量密度超過(guò)20 kW/m；同時(shí)靠近斯特羅姆內(nèi)斯和利內(nèi)斯兩個(gè)大型港口，為海洋裝置測(cè)試提供了便利的海上運(yùn)輸條件；能為廠家提供7 天24 小時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為開(kāi)發(fā)人員提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。目前共開(kāi)展了超過(guò)100 項(xiàng)波浪能測(cè)試項(xiàng)目，累積產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益超過(guò)2.5 億英鎊。

圖1 EMEC 波浪能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)位置圖[7]Fig.1 Location of EMEC wave energy test site[7]

2010 年英國(guó)建成的Wave Hub 工程位于康沃爾郡離岸16 km 處，是英國(guó)政府為推動(dòng)本國(guó)海洋能源發(fā)展的又一重大舉措。如圖2 所示，Wave Hub 是世界上最大和最先進(jìn)的海洋可再生能源實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，具有歐洲最佳的波浪能資源，場(chǎng)區(qū)面積約為8 km2，水深50～62 m，配備有多個(gè)波浪能發(fā)電陣列測(cè)試泊位，該工程通過(guò)傳輸系統(tǒng)將海上波浪能發(fā)電系統(tǒng)（offshore wave power generation system）與英國(guó)電網(wǎng)連接起來(lái)，設(shè)計(jì)有單根芯橫截面積300 mm2、長(zhǎng)為 25 km共6 芯海底電纜，可實(shí)現(xiàn)11 kV/33 kV 兩種電力傳輸方式，運(yùn)行33 kV 時(shí)電纜容量從16 MW 變成50 MW，還需接通額外電纜來(lái)連接部署在陣列中的能量轉(zhuǎn)換裝置，該電纜電氣參數(shù)為R=0.074 5 Ω/km、L=0.341 55 mH/km、C=0.208 μF/km。該波浪場(chǎng)陣列預(yù)發(fā)電能力可達(dá)48 MW，同時(shí)提供對(duì)波浪和氣候特性的全方位24 h 監(jiān)測(cè)服務(wù)[9]。2018 年4 月30 日，該實(shí)驗(yàn)場(chǎng)同意與英國(guó)威爾士海洋能源公司開(kāi)展新的合作。

圖2 Wave Hub 實(shí)驗(yàn)場(chǎng)示意圖[8]Fig.2 Diagram of the wave hub test[8]

2009 年法國(guó)建成的SEM-REV 波浪能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)位于距離南斯市 100 km 的盧瓦爾河（Pays de la Loire）地區(qū)[10]。該實(shí)驗(yàn)場(chǎng)水深30m，在近海1 km2測(cè)試區(qū)配備了波浪能浮標(biāo)、電流剖面矩陣和定向波分析數(shù)據(jù)庫(kù)，記錄的海洋波況數(shù)據(jù)被實(shí)時(shí)傳送到監(jiān)測(cè)運(yùn)行的海岸數(shù)據(jù)庫(kù)中，應(yīng)用數(shù)值方法從原始方向波譜中提取組成它們的重要系統(tǒng)。對(duì)數(shù)據(jù)浮標(biāo)提供的原始波譜和數(shù)值校正的波譜進(jìn)行比較，可以獲得更高精度的能量分布。通過(guò)一根3 芯20 kV/2.5 MVA 海底電纜連接到變電站，在陸地上的變電站通過(guò)電纜連接到國(guó)家電力運(yùn)輸網(wǎng)。該波浪能場(chǎng)是法國(guó)第一個(gè)連接電網(wǎng)的多技術(shù)海上測(cè)試站點(diǎn)，可以同時(shí)開(kāi)發(fā)、測(cè)試波浪能和風(fēng)能。

2012 年美國(guó)西北國(guó)家海洋可再生能源中心（Northwest National Marine Renewable Energy Center,NNMREC）在俄勒岡州新港建立了太平洋海洋能中心（Pacific Marine Energy Center,PMEC）測(cè)試場(chǎng)，用于波浪能裝置的測(cè)試與實(shí)驗(yàn)[11]。其波浪資源豐富，能量密度達(dá)20 kW/m，該測(cè)試場(chǎng)由南北兩個(gè)測(cè)試場(chǎng)組成。北部測(cè)試場(chǎng)位于亞基納角（Yaquina Head）外海25 n mile 處，水深在45～55 m，夏季有效波高為1～2.5 m，周期為6～9 s，歷史最大有效波高為7～14 m。暫時(shí)無(wú)法并網(wǎng)，通過(guò)海上移動(dòng)測(cè)試平臺(tái)Ocean Sentinel 實(shí)現(xiàn)對(duì)波浪能設(shè)備的測(cè)試和檢測(cè)，最大可滿足100 kW 的波浪能設(shè)備的測(cè)試需求。南部測(cè)試場(chǎng)2016 年建成，離岸5 n mile，這是美國(guó)第一個(gè)可以進(jìn)行原型樣機(jī)實(shí)驗(yàn)并實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)的波浪能試驗(yàn)場(chǎng)，規(guī)劃有4 個(gè)波浪測(cè)試泊位，可用于對(duì)小型波浪能陣列發(fā)電裝置進(jìn)行測(cè)試。

表1 列出了國(guó)外主要的波浪能試驗(yàn)場(chǎng)。

表1 國(guó)外主要波浪能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)Table 1 Major wave energy test sites aborad

1.2 國(guó)外潮流能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)現(xiàn)狀概述

潮流能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)時(shí)對(duì)水流方向和流速要求更加嚴(yán)格[12]。歐洲、美洲等地區(qū)潮流能資源豐富，有完善的電力傳輸設(shè)備用于潮流能發(fā)電并網(wǎng)。

EMEC 于2004 年在Fall of Warness 地區(qū)正式開(kāi)展潮流能測(cè)試[13]。圖3 為EMEC 潮流能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)三維示意圖，其位于Westray Firth 和 Stronsay Firth 兩個(gè)狹窄水道間，有7 個(gè)測(cè)試泊位。圖中1 號(hào)、2 號(hào)為測(cè)試泊位；3 號(hào)為電力通信設(shè)備，通過(guò)其內(nèi)部的通信機(jī)房實(shí)現(xiàn)對(duì)潮流能設(shè)備的控制和并網(wǎng)發(fā)電；4 號(hào)為水下渦輪機(jī)可視化測(cè)試平臺(tái)，對(duì)渦輪機(jī)功率進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)；5 號(hào)為氣象設(shè)備，將氣象信息及時(shí)傳輸給數(shù)據(jù)中心；6 號(hào)位置建設(shè)了傳輸數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)中心；7 號(hào)位置通過(guò)11 kV 的海底電纜經(jīng)變壓器整壓后實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)；8 號(hào)位置為臨時(shí)測(cè)試泊位用來(lái)進(jìn)行裝置臨時(shí)性能測(cè)試。該實(shí)驗(yàn)場(chǎng)深度在12～50 m，平均流速穩(wěn)定在4 m/s，距離最近的斯特羅姆內(nèi)斯港口僅8 km，方便運(yùn)輸。2019 年2 月，EMEC 在該潮流能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)安裝了第二代2 MW 的潮流能裝置，并計(jì)劃推動(dòng)商業(yè)化進(jìn)程[14]。

圖3 EMEC 潮流能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)位置圖Fig.3 Location of EMEC tidal energy test site

表2 國(guó)外主要潮流能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)[16]Table 2 Major tide current energy test sites abroad[16]

2012 年 NNMREC 與華盛頓大學(xué)合作建設(shè)NNMREC 潮流能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)[15]，該實(shí)驗(yàn)場(chǎng)用來(lái)促進(jìn)美國(guó)潮流能項(xiàng)目的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)包括發(fā)電裝置布置的優(yōu)化設(shè)計(jì)，測(cè)量潮流能發(fā)電裝置在平流、湍流狀態(tài)下的發(fā)電性能，檢測(cè)潮流能裝置設(shè)備對(duì)周?chē)浇Ｉ锏挠绊憽ＨA盛頓大學(xué)與Open-Hydro 等單位合作研究了環(huán)境檢測(cè)平臺(tái)（Adaptable Monitoring Package,AMP），該平臺(tái)利用海洋能發(fā)電裝置供電，通過(guò)電纜與岸上相通，實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)電裝置與海洋環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控，推動(dòng)了美國(guó)潮流能發(fā)電裝置的進(jìn)一步發(fā)展。

2020 年7 月10 日，韓國(guó)海洋科學(xué)技術(shù)研究所（Korea Institute of Ocean Science and Technology,KIOST）宣布與EMEC 簽約，計(jì)劃于韓國(guó)西南海域附近建造潮流能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，預(yù)計(jì)電網(wǎng)容量達(dá)4.5 MW，EMEC 將為KIOST 提供一系列技術(shù)支持，對(duì)測(cè)試場(chǎng)地的設(shè)計(jì)操作要點(diǎn)進(jìn)行審查，并計(jì)劃于2022 年投入使用。

表2 列出了國(guó)外主要的潮流能試驗(yàn)場(chǎng)。

2 國(guó)內(nèi)海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)發(fā)展現(xiàn)狀

在2015 年的第四屆全國(guó)海洋再生能源年會(huì)上，國(guó)家海洋技術(shù)中心宣布我國(guó)于2020 年規(guī)劃建成3 個(gè)海洋能海上實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，截至2020 年6 月已經(jīng)基本完成威海淺海海上綜合實(shí)驗(yàn)場(chǎng)、萬(wàn)山波浪能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)和舟山潮流能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的建設(shè)[20]。

2.1 山東威海國(guó)家淺海海上綜合實(shí)驗(yàn)場(chǎng)

2014 年11 月6 日，威海市與國(guó)家海洋技術(shù)中心簽署共建國(guó)家淺海海上綜合實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的協(xié)議書(shū)，標(biāo)志首個(gè)國(guó)家淺海海上綜合實(shí)驗(yàn)場(chǎng)正式落戶威海。試驗(yàn)場(chǎng)建設(shè)在威海褚島北部海域，包括海上和陸地兩部分，海上部分主要用于建設(shè)儀器裝備實(shí)驗(yàn)平臺(tái)、觀測(cè)與檢測(cè)系統(tǒng)、波浪能與潮流能實(shí)驗(yàn)泊位；陸域主要用于建設(shè)試驗(yàn)場(chǎng)控制與實(shí)驗(yàn)中心、岸基測(cè)試與觀測(cè)站、配電站等基礎(chǔ)設(shè)施。2019 年9 月12 日，國(guó)家淺海海上綜合實(shí)驗(yàn)場(chǎng)浮式平臺(tái)“國(guó)海試1 號(hào)”在威海褚島北部完成布放[21]，該平臺(tái)為鋼質(zhì)漂浮式結(jié)構(gòu)，船體長(zhǎng)30 m、寬21 m、型深4.5 m，設(shè)計(jì)吃水2.2 m，具有較好的抗風(fēng)浪性能，無(wú)自航能力，并采用雙錨泊系統(tǒng)。

“國(guó)海試1 號(hào)”實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的成功布設(shè)標(biāo)志著實(shí)驗(yàn)場(chǎng)初步具備小型潮流能機(jī)組以及海洋裝備的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。其淺海綜合實(shí)驗(yàn)場(chǎng)主要有海上實(shí)驗(yàn)、對(duì)海觀測(cè)實(shí)驗(yàn)、海洋標(biāo)定三大功能。威海市政府正在依托該海上綜合實(shí)驗(yàn)場(chǎng)構(gòu)建具備多種海洋高端裝備研發(fā)能力的科研平臺(tái)。

2.2 廣東萬(wàn)山波浪能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)

大萬(wàn)山波浪能示范區(qū)位于我國(guó)南海北部萬(wàn)山群島以南，其東、南、西部都具備良好的波浪資源[22]。整個(gè)島嶼分別受到各個(gè)方向的波浪沖擊，形成較優(yōu)質(zhì)的波浪資源[23]，據(jù)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量萬(wàn)山海域水深28 m 左右，年最大潮差2 m，最大流速為1.0 m/s，波高0.3～1.8 m，周期2.7～8.0 s，能流密度均值為2.2～5 kW/m[24]。目前該波浪能場(chǎng)預(yù)計(jì)建設(shè)總?cè)萘?00 kW，包括測(cè)試泊位300 kW，示范泊位600 kW。該工程測(cè)試泊位安裝3 臺(tái)單機(jī)容量為100 kW 的波浪能發(fā)電機(jī)組，示范工程安裝6 臺(tái)單機(jī)容量為100 kW 的波浪能發(fā)電機(jī)組，出口電壓為0.69 kV，經(jīng)過(guò)在裝置上進(jìn)行儲(chǔ)能、升壓后，輸出電壓變成AC10kV。波浪能機(jī)組接線方式采用一機(jī)一整流單元接線方式，該接線具有電壓穩(wěn)定、電能損耗少、接線簡(jiǎn)單、操作方便、任一臺(tái)整流單元或波能發(fā)電機(jī)組故障不會(huì)影響其他機(jī)組正常運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)。波能發(fā)電裝置輸出電壓為AC10kV，采用高壓橡皮絕緣軟電纜接至泊位浮筒上的水密接線箱，再通過(guò)海底電纜將電輸送到岸上。

在2013 年頒布的《中國(guó)海洋可再生能源發(fā)展年度報(bào)告》提到在萬(wàn)山島建立波浪能發(fā)電實(shí)驗(yàn)區(qū)，總建設(shè)工程面積將達(dá)到0.7 km2。2015 年，我國(guó)首臺(tái)100 kW 漂浮式波浪能發(fā)電裝置“萬(wàn)山號(hào)”下水，實(shí)現(xiàn)理論0.5 m 微小波況下間歇發(fā)電整機(jī)轉(zhuǎn)換效率達(dá)到20%以上，并于2017 年4 月正式并網(wǎng)發(fā)電。在2016 年國(guó)家海洋局發(fā)布的《海洋可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》[25]中提出穩(wěn)步推進(jìn)波浪能示范工程，把建設(shè)總裝機(jī)量500 kW 的波浪能示范工程寫(xiě)入發(fā)展規(guī)劃中，同時(shí)準(zhǔn)備推進(jìn)多種形式單機(jī)容量超過(guò)50 kW 的波浪能發(fā)電裝置，將其應(yīng)用在萬(wàn)山波浪能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)中進(jìn)行實(shí)地實(shí)驗(yàn)。2018 年8 月31 日，260 kW的海上可移動(dòng)能源平臺(tái)“先導(dǎo)一號(hào)”成功下水，且并入三沙市電網(wǎng)發(fā)電。該裝置是全球首個(gè)海上波-光-儲(chǔ)互補(bǔ)平臺(tái)[26]。2020 年6 月30 日，首臺(tái)500 kW鷹式波浪能發(fā)電裝置“舟山號(hào)”在深圳正式交付，將為我國(guó)深入開(kāi)展波浪能發(fā)電技術(shù)的工程化、實(shí)用化和規(guī)?；e累運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)。

2.3 浙江舟山潮流能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)

舟山海域潮流能資源豐富，大多數(shù)的水道最大潮流速度超過(guò)2.5 km/h，能流密度屬全國(guó)前列[27]。經(jīng)過(guò)理論估計(jì)得到舟山海域潮流能資源理論蘊(yùn)藏量在1.4 GW 左右[28]。

目前在國(guó)家發(fā)展海洋能的倡導(dǎo)下，包括三峽集團(tuán)、中節(jié)能、中海油等公司配合國(guó)內(nèi)頂尖研究團(tuán)隊(duì)，在浙江舟山潮流能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)開(kāi)展潮流能發(fā)電實(shí)驗(yàn)。目前舟山地區(qū)海洋能資金項(xiàng)目有13 個(gè)[29]。其中，2014年5 月至2015 年8 月在摘箬山島海域由浙江大學(xué)承擔(dān)的“60 kW 半直驅(qū)水平潮流發(fā)電系統(tǒng)研究”，在中國(guó)船級(jí)社測(cè)試報(bào)告中，其葉輪能量捕獲系數(shù)達(dá)到43.6%[28]，已成功通過(guò)驗(yàn)收。2019 年10 月28 日，舟山潮流能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)平臺(tái)成功安裝，共有3 個(gè)潮流能發(fā)電機(jī)組測(cè)試泊位和1 個(gè)示范泊位，同時(shí)配備相應(yīng)的檢測(cè)儀器，建成1 座10 kV 海上升壓站。在示范泊位安裝1 臺(tái)單機(jī)容量450 kW 的潮流發(fā)電機(jī)組，通過(guò)海底電纜將電力輸送至葫蘆島的集控中心實(shí)現(xiàn)并網(wǎng)。根據(jù)規(guī)劃，該實(shí)驗(yàn)場(chǎng)最終將實(shí)現(xiàn)2 500 kW 的發(fā)電規(guī)模。2020 年4 月6 日，舟山潮流能發(fā)電實(shí)驗(yàn)場(chǎng)平臺(tái)完成海上機(jī)組吊裝，即將進(jìn)入調(diào)試發(fā)電階段，對(duì)日后的國(guó)家潮流能開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)具有重要意義。

3 國(guó)外建設(shè)海洋能試驗(yàn)場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)

以英國(guó)為首的海洋能強(qiáng)國(guó)通過(guò)國(guó)家政策、海洋基礎(chǔ)理論建設(shè)、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、海試、籌集社會(huì)資金進(jìn)入海洋能產(chǎn)業(yè)等方式促進(jìn)海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的發(fā)展，積累了海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造了可觀的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益，海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)為其能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整做出重要的貢獻(xiàn)。其經(jīng)驗(yàn)值得我國(guó)學(xué)習(xí)：

（1）充分利用國(guó)家政策和制度的指導(dǎo)作用推動(dòng)企業(yè)發(fā)展海洋能試驗(yàn)場(chǎng)。2012 年頒布的《英國(guó)可再生能源發(fā)展路線圖》提出2020 年本國(guó)海洋能需滿足本國(guó)5%的電力需求。先后頒布可再生能源義務(wù)制度和差價(jià)合約固定電價(jià)政策推動(dòng)傳統(tǒng)發(fā)電企業(yè)向新能源發(fā)電企業(yè)轉(zhuǎn)變，這種基于市場(chǎng)化機(jī)制的強(qiáng)制性支持政策加快了本國(guó)海洋能技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)促進(jìn)了海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的快速市場(chǎng)化和平臺(tái)化。隨著測(cè)試平臺(tái)中心的認(rèn)證權(quán)威性日益提高，吸引了愈來(lái)愈多的海洋能開(kāi)發(fā)廠商前來(lái)評(píng)估測(cè)試。

（2）以市場(chǎng)為導(dǎo)向的企業(yè)運(yùn)行管理模式運(yùn)營(yíng)海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，國(guó)外的海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)大部分作為第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)，以為發(fā)電裝置廠家提供真實(shí)有效的檢測(cè)數(shù)據(jù)和評(píng)估結(jié)構(gòu)為服務(wù)目標(biāo)，為前來(lái)實(shí)驗(yàn)的用戶提供優(yōu)質(zhì)便捷的測(cè)試和評(píng)估服務(wù)。由國(guó)家投資建成后自負(fù)盈虧，參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)。在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中努力建設(shè)規(guī)范化的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。通過(guò)制定如發(fā)電裝置設(shè)計(jì)規(guī)范、技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)體系、發(fā)電穩(wěn)定性等評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)建立實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的正規(guī)性和權(quán)威性。

（3）全產(chǎn)業(yè)形成以海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)為測(cè)試平臺(tái)的良性經(jīng)濟(jì)激勵(lì)循環(huán)，不斷地推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展。對(duì)小比例尺模型的海上實(shí)驗(yàn)以及原型機(jī)的海上實(shí)驗(yàn)等都需要在海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)提前進(jìn)行測(cè)試和認(rèn)證，以此提高裝備規(guī)模化運(yùn)行的可靠性。因此充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的平臺(tái)作用，于研究方面對(duì)接高校等研究機(jī)構(gòu)，致力于為高?？蒲袉挝惶峁y(cè)試協(xié)助、裝置試運(yùn)行等服務(wù)；于市場(chǎng)方面對(duì)接企業(yè)，致力于為企業(yè)產(chǎn)品提供詳實(shí)可靠的商業(yè)化測(cè)試報(bào)告，便于產(chǎn)品面向市場(chǎng)推廣。

4 我國(guó)海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的發(fā)展難點(diǎn)和建議

4.1 海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)匹配選址和功能特點(diǎn)

建設(shè)海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)應(yīng)選擇合適的選址條件。同時(shí)明確海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的功能和特點(diǎn)。

全世界對(duì)潮流能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的基本環(huán)境要求[30]有：①水深為10～50 m；②流速大于0.5 m/s，小于4 m/s；③流向基本穩(wěn)定；④在靠近岸邊的附件地質(zhì)層穩(wěn)定，底部沒(méi)有過(guò)多淤泥沉積，不易發(fā)生海洋災(zāi)害。

對(duì)波浪能場(chǎng)的基本環(huán)境要求包括[31]：①海面開(kāi)闊，建設(shè)區(qū)無(wú)大型的遮擋物；②水深處于10～50 m；③波能應(yīng)該相對(duì)比較穩(wěn)定，年平均波高在0.5 m 以上（全年平均波高大于0.5 m 的月份不少于7 個(gè)），平均周期在2～6 s；④所在海域地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，方便底座裝置的投放與安裝，自然災(zāi)害不頻發(fā)。

對(duì)比我國(guó)，以歐洲為代表的地區(qū)波浪能資源更加豐富，平均能量密度在15 kW/m 以上[32]，選址方面更加注重有利于經(jīng)濟(jì)效益的實(shí)現(xiàn)和裝置可持續(xù)性。我國(guó)僅在部分地區(qū)存在較好的潮流能資源，波浪能資源較歐洲相對(duì)缺乏，平均能量密度僅為2～4 kW/m，因此對(duì)波浪能場(chǎng)的能量密度、水流速度等方面要求更高，更重視波浪能裝置的轉(zhuǎn)換效率[33]。我國(guó)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)地選址選擇了山東威海、浙江舟山、廣東萬(wàn)山這三個(gè)地方建設(shè)海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)。

針對(duì)不同類(lèi)型發(fā)電裝置對(duì)于實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的匹配要求不同，例如潮流能發(fā)電設(shè)備對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)中的流向有更嚴(yán)格的要求，正常工作的流速控制在0.3～2 m/s，離岸400～1 000 m，水深要求在10 m 以上。浙江舟山海域的潮流能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)滿足要求。波浪能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)波浪的波高等因素有更嚴(yán)格的要求，廣東萬(wàn)山地區(qū)正常工作波高（H1/10）為1～3 m，有義波高（H1/3）為0.8～2.5 m，更適合建造波浪能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)。

4.2 海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)發(fā)展難點(diǎn)

按照我國(guó)海洋能發(fā)展規(guī)劃部署，我國(guó)海洋能源開(kāi)發(fā)利用的發(fā)展分為三個(gè)部分[34]：基礎(chǔ)研究初期以政府投資建設(shè)公共實(shí)驗(yàn)場(chǎng)為主，解決關(guān)鍵技術(shù)，建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系；裝置開(kāi)發(fā)中期的重點(diǎn)是依托海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，檢測(cè)和提高海洋能開(kāi)發(fā)設(shè)備性能，吸引海洋能開(kāi)發(fā)公司前來(lái)實(shí)驗(yàn)。裝置開(kāi)發(fā)后期則由各企業(yè)發(fā)揮主要作用推動(dòng)海洋能裝置向產(chǎn)業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展。

目前我國(guó)正處于發(fā)展初期向中期轉(zhuǎn)變，面臨著兩方面的發(fā)展難點(diǎn)：

（1）實(shí)驗(yàn)場(chǎng)方面尚未完善平臺(tái)應(yīng)有的建設(shè)。未能搭建起高校研究機(jī)構(gòu)與市場(chǎng)企業(yè)之間溝通的橋梁，無(wú)法有效地?cái)U(kuò)展本國(guó)海洋能行業(yè)市場(chǎng)；尚未形成一套適用于行業(yè)統(tǒng)一測(cè)試的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于發(fā)電裝置技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)體系、發(fā)電穩(wěn)定性等評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)尚未達(dá)成行業(yè)共識(shí)；尚未建立起統(tǒng)一的海洋開(kāi)發(fā)測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)于測(cè)試信息和資源沒(méi)有充分共享，限制了海洋能開(kāi)發(fā)利用裝置的發(fā)展；實(shí)驗(yàn)場(chǎng)沒(méi)有建立完備的監(jiān)控資料，測(cè)試結(jié)果無(wú)法迅速轉(zhuǎn)化成可用參數(shù)，不利于各級(jí)波能轉(zhuǎn)換技術(shù)的發(fā)展；平臺(tái)專(zhuān)業(yè)人員數(shù)、作業(yè)船舶數(shù)等方面也需要提升。

（2）外部市場(chǎng)方面尚未得到有效開(kāi)發(fā)，少有企業(yè)能夠前來(lái)海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)。缺乏有效的公共宣傳，公眾對(duì)海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的認(rèn)識(shí)有待加強(qiáng)，社會(huì)資本進(jìn)入海洋能行業(yè)有疑慮；由于海洋能學(xué)科科研基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，發(fā)展時(shí)間相對(duì)較短，加之海洋科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域涉及學(xué)科背景復(fù)雜、開(kāi)發(fā)成本高昂、技術(shù)壁壘嚴(yán)峻，投資回報(bào)周期長(zhǎng)，使得中小型企業(yè)很難在短期內(nèi)積累技術(shù)并有所作為；企業(yè)方缺失使得科研機(jī)構(gòu)的裝置成果無(wú)法高效轉(zhuǎn)化為實(shí)際生產(chǎn)力，無(wú)法進(jìn)行生產(chǎn)放大和成果規(guī)?；?dǎo)致科研成果無(wú)法量產(chǎn)，科研單位單純依靠國(guó)家經(jīng)費(fèi)支撐發(fā)展，限制了科研機(jī)構(gòu)的可持續(xù)性發(fā)展，也加重國(guó)家的財(cái)政負(fù)擔(dān)。

4.3 海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)發(fā)展建議

海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的建設(shè)直接關(guān)系到我國(guó)海洋能行業(yè)的發(fā)展速度，是推動(dòng)海洋能開(kāi)發(fā)領(lǐng)域快速發(fā)展的關(guān)鍵。面對(duì)我國(guó)發(fā)展海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的難點(diǎn)，從兩個(gè)方面提出建議：

（1）實(shí)驗(yàn)場(chǎng)方面需要完善平臺(tái)建設(shè)，搭建起科研機(jī)構(gòu)與市場(chǎng)企業(yè)之間溝通的橋梁，發(fā)揮平臺(tái)的溝通作用；對(duì)于發(fā)電裝置設(shè)計(jì)規(guī)范、技術(shù)成熟度評(píng)價(jià)體系、發(fā)電穩(wěn)定性等評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，可以組織編寫(xiě)相關(guān)測(cè)試規(guī)范，編寫(xiě)適用于整個(gè)行業(yè)統(tǒng)一測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)，從而保證實(shí)驗(yàn)場(chǎng)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)的一致性和精準(zhǔn)性；建設(shè)統(tǒng)一的海洋實(shí)驗(yàn)場(chǎng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，將可以共享的測(cè)試數(shù)據(jù)和資源進(jìn)行充分共享，以此推動(dòng)科研單位之間的技術(shù)交流，同時(shí)也促進(jìn)海洋能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)的快速發(fā)展；實(shí)驗(yàn)場(chǎng)應(yīng)建立完備的監(jiān)控手段，創(chuàng)新豐富服務(wù)內(nèi)容，力求使測(cè)試結(jié)果適應(yīng)真實(shí)的海上環(huán)境，力求避免后期發(fā)電并網(wǎng)等過(guò)程可能存在的風(fēng)險(xiǎn)；組建素質(zhì)過(guò)硬的專(zhuān)業(yè)技術(shù)保障人員、提高可作業(yè)船舶數(shù)等保證測(cè)試過(guò)程的安全可靠。

（2）市場(chǎng)方面需要國(guó)家和政府對(duì)實(shí)驗(yàn)場(chǎng)發(fā)展制定詳盡的規(guī)劃路線，發(fā)揮國(guó)家和政府的導(dǎo)向性和前瞻性，推出海洋能發(fā)電產(chǎn)業(yè)相應(yīng)的激勵(lì)政策，實(shí)施差異化海洋能發(fā)電上網(wǎng)補(bǔ)貼；推出以海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)為平臺(tái)，科研單位為核心力量，市場(chǎng)企業(yè)為生產(chǎn)主體，推動(dòng)技術(shù)成果向市場(chǎng)轉(zhuǎn)化，激活潛在的市場(chǎng)，鼓勵(lì)私人資本進(jìn)入，推動(dòng)技術(shù)生產(chǎn)擴(kuò)大，實(shí)現(xiàn)科研成果向商業(yè)化的轉(zhuǎn)變；為企業(yè)使用試驗(yàn)場(chǎng)測(cè)試提供適當(dāng)?shù)馁M(fèi)用減免，企業(yè)作為未來(lái)科技創(chuàng)新的主體，可加速科研成果的轉(zhuǎn)化。鼓勵(lì)企業(yè)積極使用建成的海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn)，為之后的裝置模型提供詳細(xì)的海試數(shù)據(jù)，提高我國(guó)海洋能開(kāi)發(fā)裝置的有效性和可靠性；政府需加大對(duì)海洋能技術(shù)的投入，推動(dòng)各個(gè)研究機(jī)構(gòu)之間加強(qiáng)合作；國(guó)際上加強(qiáng)與歐美等技術(shù)強(qiáng)國(guó)的合作交流，融入全球海洋能創(chuàng)新與應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，共享全球創(chuàng)新資源和市場(chǎng)。

5 總結(jié)

建設(shè)海洋能測(cè)試場(chǎng)最主要的功能是為研究團(tuán)隊(duì)提供包括裝置試運(yùn)行、檢測(cè)、數(shù)據(jù)跟蹤在內(nèi)一套完整的測(cè)試流程。同時(shí)為裝置并網(wǎng)發(fā)電和后續(xù)能源供應(yīng)提供穩(wěn)定的場(chǎng)所和可靠的服務(wù)。有利于整個(gè)行業(yè)的產(chǎn)業(yè)化、綜合化運(yùn)行。海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的特點(diǎn)是聚集形成以海洋能開(kāi)發(fā)利用技術(shù)為核心，同時(shí)推動(dòng)各種海洋檢測(cè)及海洋副產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，例如利用深海網(wǎng)箱發(fā)展?jié)O業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)、開(kāi)發(fā)優(yōu)質(zhì)燃料、標(biāo)定海洋水文環(huán)境等。實(shí)驗(yàn)場(chǎng)還能建設(shè)以海洋能、海上風(fēng)能、海上太陽(yáng)能為主體的多能互補(bǔ)一體化平臺(tái)，為多種能量綜合利用提供合適的測(cè)試場(chǎng)所。

本文概述了國(guó)內(nèi)外實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了國(guó)外建成的海洋波浪潮流能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的功能特點(diǎn)和運(yùn)營(yíng)現(xiàn)狀。根據(jù)國(guó)外發(fā)展海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的經(jīng)驗(yàn)，提出我國(guó)將面對(duì)的發(fā)展難點(diǎn)并給出相應(yīng)的建議。面對(duì)其他國(guó)家對(duì)海洋能開(kāi)發(fā)的日益重視，我國(guó)需加快建設(shè)海洋能場(chǎng)，頒布相關(guān)法規(guī)來(lái)促進(jìn)海洋能事業(yè)的發(fā)展。目前尤其應(yīng)加快對(duì)海洋能實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的開(kāi)發(fā)利用，發(fā)揮好實(shí)驗(yàn)場(chǎng)的測(cè)試、評(píng)價(jià)等一系列功能特點(diǎn)才能保證國(guó)家海洋強(qiáng)國(guó)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。