* 本文信息来源:节选自《海洋能海上试验场进展及其启示》
全球海洋能海上试验场主要聚焦于潮流能与波浪能装置的测试,与当前技术发展阶段及需求高度契合。作为推动海洋能技术创新与产业发展的关键枢纽,试验场为原型样机从安装、运行到退役的全生命周期提供了实践平台。另外,通过标准化测试流程的建立,加速了技术迭代与商业化进程。欧美国家在该领域占据领先地位,英国以先进的测试技术见长,美国则以试验场数量多体现其规模化优势。与此同时,日本与韩国积极探索海洋能开发,加紧推进试验场建设,展现了后发潜力。全球海洋能试验场的发展呈现以欧美为引领、东亚为新兴力量的多元化格局,为海洋能技术的全球推广与产业化提供了重要支撑。
英国的欧洲海洋能中心(European Marine Energy Centre,简称EMEC)是世界上第一个、也是公认的最权威的海洋能测试中心,为非营利性机构,位于英国苏格兰的奥克尼群岛,位置如图1所示。它的成立源于2001年英国下议院科学技术委员会的建议,即建立一个波浪能和潮流能测试设施,以推动英国的海洋能产业发展。自2003年成立以来,EMEC在其位于奥克尼岛的 Bilia Croo波浪能测试点和Fall of Wamess潮流能测试点开展了一系列测试,其中包括世界上第一个向国家电网供电的浮式波浪能设备Pelamis 750(筏式蛇形波能发电装置)。
图b中1为 Billia Croo波浪能测试点,2为Scapa Flow比例模型波浪能测试点,3为Fall of Warness潮流能测试点,4为 Shapinsay Sound比例模型潮流能测试点。
EMEC是全球首个而且是目前唯一一个被国际电工委员会可再生能源设备认证互认体系(IEC(Intermational Electrotechnical Commission) System for Certification to Standards Relating to Equipment for Use in Renewable Energy Application,IECRE)指定为可再生能源测试实验室(Renewable Energy Testing Laboratory,RETL)的海洋能测试中心,按照测试实验室国际标准运作,提供独立验证的性能评估和技术检查服务。EMEC多年来与监管部门保持密切协作,以优化海洋能装置海上测试许可的审批流程;它能够提供专业的全流程服务,协助用户完成法定许可的获取,以确保海上测试计划顺利推进。除了波浪能和潮流能,EMEC还将其业务扩展到了绿色能、浮式风能以及清洁交通等综合开发利用领域。例如,2017年,EMEC在FallofWaress潮流能测试点实现了世界上首个由潮流能驱动的氢气生成;在奥克尼群岛西部开发国家浮式风电测试中心,旨在为浮式风电开发商降低技术风险。
图左为波浪能装置,图右为微软海底数据中心项目
EMEC通过技术创新和产业联动,显著推动了英国绿色经济的发展。2003年至2023年期间其创造的3.7亿英镑经济总增加值中,苏格兰地区占比高达70%,凸显了其在区域经济结构转型中的核心作用。作为奥克尼群岛前20大雇主,EMEC不仅提供了高价值岗位,更通过产学研合作培养属地人才,使偏远有居民海岛实现了从传统渔业向零碳科技业的跨越式发展。这种“测试-孵化-产业化”的发展路径,为全球海岛海洋能利用和商业化提供了可复制的模式。
加拿大的芬迪海洋能源研究中心(Fundy Ocean Research Centre for Energy,简称FORCE)是加拿大领先的潮流能测试中心,位于新斯科舍省芬迪湾,其泊位布置如图2所示。该中心于2009年成立,是私立非营利机构,由加拿大政府、新斯科舍省政府、海上能源研究协会以及参与的开发者提供支持。FORCE的成立是行业、政府、社区利益相关者、权利持有者和科学界合作的成果,旨在共同探索潮流能作为一种清洁能源的潜力。这种多方合作有助于确保潮流能的开发既在技术上可行,又能被社会和环境广泛接受。
FORCE获得了包括环境影响评价和发电机互联协议在内的省级和联邦批准,以及自主管理的海上作业许可。除了潮流能装置海上测试之外,FORCE开展了10多年独立审查的环境影响监测项目和一系列应用研究项目。基于过去的研究成果,环境影响监测项目不断演进,目前重点关注龙虾、鱼类、海洋哺乳动物和海鸟及海洋噪音五个主要领域的监测。这些监测对于降低环境风险促进技术创新、增强公众信任起到了重要作用(FORCE.2024)。
围绕芬迪湾的潮流能产业活动已涉及500多家企业。Cape Sharp Tidal公司在芬迪湾米纳斯水道开发的4MW项目产生了3300万加元的本地合同和300多个工作岗位。研究预测,如果在米纳斯水道建造150个2MW的潮流能发电装置,并且其中60%~80%的工作在当地完成,那么在25年的预测期内,将创造等效职位,并增加17亿加元的国内生产总值。
美国的太平洋海洋能中心(Pacifc Marine Energy Center,简称PMEC)前身为西北国家海洋可再生能源中心(Northwest National Marine Renewable Energy Center,简称NNMREC),是美国能源部于2008年通过竞争性选拔设立的3个国家海洋可再生能源中心之一,是由美国太平洋西北地区的华盛顿大学、俄勒冈州立大学和阿拉斯加费尔班克斯分校三所大学组成的联盟组织,其目标在于通过研发、教育、宣传和参与等方式促进海洋可再生能源产业的发展。
PMEC的海上试验场PacWave位于波浪能资源丰富的纽波特市外海域,由俄勒冈州立大学负责建设运营。它有南北两处测试点。北测试点已经建成,用于小型、原型波浪能装置的非并网测试,距离海岸约3km,相较于南测试点水深更浅,距离港口更近,可持续监测波浪、气象和海洋学数据,提供简化的许可流程。南测试点是一个正在建设且技术先进、获得预先许可并认证的并网波浪能测试点(如图3所示),由美国能源部、俄勒冈州、俄勒冈州立大学以及当地利益相关者共同开发,计划于2025年春/夏并网测试,将是美国本土首个并网的海上试验场。南测试点包括4个泊位,占用大约7km的海域,并有一条长约19km的电缆连接到岸上;可同时测试20台装置,总输出能力为20MW。其选址经过公开征求意见确定,包括当地渔民的重要意见。因为它已获得大多数类型的波浪能装置的预先许可,所以客户无需在测试前经历耗时且昂贵的许可获取流程,大大提高了装置测试的速度。

PMEC与EMEC、NREL和Aquatera等众多机构合作,这些机构为PMEC在安全流程、运营维护质量标准等领域提供支持与指导。
日本长崎-亚洲海洋能中心(Nagasaki-Asian Marine Energy Centre,简称Nagasaki-AMEC)于2014年7月由日本政府认定为国家级试验场,由日本长崎县五岛市的奈留海峡潮流能测试点、椛岛浮式风能测试点和西海市的江岛·平岛潮流能测试点组成。长崎海洋产业集群形成促进协会(简称“协会”)是由长崎县设立的非营利性机构,负责推进 Nagasaki-AMEC发展。2019年5月,位于长崎县的九州电力集团子公司九电未来能源公司和协会共同承担了环境省的潮流发电技术实用化推进项目,采用英国SIMEC Atlantis Energy公司的潮流发电机,将其安放在最大流速为3m/s的奈留海峡测试点,在日本国内首次进行了500kW规模的潮流发电实证试验;2021年1月在海底设置发电机并开始发电,同年5月通过了基于日本电气事业法的预使用检查。
2022年3月,九电未来能源公司和协会又共同承担的环境省“令和4年度基于潮流发电的地区脱碳化示范建设项目”中,奈留海峡测试点被定为日本国内第一个商用规模大型潮流发电实证试验场地,并将之前的500kW潮流发电机改造为日本国内首个商用规模的1000kW级潮流发电机,放在与2021年度相同的实施场所进行测试,并进行与电力系统相关的实证研究,旨在确立符合日本国内环境和技术标准等要求的潮流发电技术,促使其尽快产业化。该发电机布设情况如图4所示。
韩国的波浪能测试场(Korea Research Institute of Ship & Ocean Engineering-Wave Energy Test Site,简称KRISO-WETS)位于济州岛西侧水域,由韩国船舶与海洋工程研究所(KRISO)于2016年开始建设,2020年9月正式对外开放。
KRISO-WETS建有5个泊位,其中1个泊位安装了Yongsoo振荡水柱式(OWC)波浪能发电装置海上变电站;其他4个泊位中,2个位于浅水区,2个位于较深海域,总容量为5MW,如图5所示。另外,测试场设置了 AIS、V-PASS和X波段雷达等观测和监测设备,能够确保测试场的海域安全,实时获取波、流和风等海洋环境数据。
KRISO-WETS积极拓展测试场的业务领域,开展装置性能评价和综合利用,承担了波浪能发电数字孪生项目、海上波浪能制备绿氢项目和8MW浮式海上风机验证项目等,筹划推动韩国“海洋能实证研究中心”建设。
KRISO在KRISO-WETS建设和运行过程中与EMEC开展了密切合作,建设期的合作内容主要集中在测试场设计方面(如电气基础设施、数据采集和监控系统等)和运行方面(如环境监测和许可指南等);正式运行后,EMEC提供关于环境影响、海气数据、商业拓展和第三方验证等方面的进一步指导。
文章转载自“海域海岛环境科技研究院” 排版。

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