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破浪前行:基础研究探索海洋科学测试领域

时间:2023-05-25 理论教育 版权反馈
【摘要】:作为海洋科学的新宠,蓝色能源时代赋予了“高能”城市绑定“海洋测试”的新机遇。这是当下全球领先的海洋能研究机构。随着海上测试相关环节的不断完善,奥克尼成为全球第一个海洋能发电装置测试及认证中心。

破浪前行:基础研究探索海洋科学测试领域

深海科学需要科技装备的支持与带动,由此给科技企业带来新的机遇。但是从整体国产海洋技术装备看,普遍存在自主化率低、核心技术源头供给不足、80%以上市场份额被国外海洋仪器占据等“卡脖子”问题。因此,对于国内城市而言,建设强大的科技产业基础,还有相当一段时间的持续投入。

而发展海洋测试,建设海洋测试场[15],则可有效促进海洋技术装备研制进度和产业化进程,解决创新装备由样机到规模化产品应用“最后一公里”的问题,被公认为是夯实“海洋科学”能力基础的必备一环,这是实验室永远无法代替的。因此,海洋测试则为更多的城市打开了“海洋科学”的机遇大门。如果你能拥有一片“高能”海洋,不妨抓住海洋测试,破“浪”而行!在海洋测试的发展中,随着蓝色能源革命时代的到来,海洋可再生能源技术装备测试将成为时代新宠,非常值得国内拥有海岛资源的城市关注!

首先,研究“海洋的开发利用”,本就是海洋科学一直以来的基础知识体系;同时,随着陆地能源开采逐渐枯竭,亟待开发利用的海洋可再生能源(海洋能[16])便被视为可再生能源的“圣杯”。对比其他可再生能源,海洋能具有“可不断提供新能源世界各地”的巨大优势。《海洋为气候变化提供解决方案》指出:目前全球发电量仅有0.3%源于海洋能,但全球海洋能的体量又是多少呢?750多亿千瓦!这就意味着,到2050年,假设对海洋能利用效率为10%,便已可以完全满足人类社会的电力需求(预测值为60.46亿~67.68亿千瓦)[17]。面对这样与生俱来的“高流量”,英国、日本等发达国家已将海洋能列入国家战略目标,设立科研中心;智利、印尼等发展中国家也开始了陆续关注;另外,更不乏西门子通用电气等国际知名企业的积极进军。

我国海洋能资源理论储量超过15.8亿千瓦[18],潜力巨大,若能有效开发利用,将大大缓解沿海地区的能源供给压力。从2012年开始,依托多个区域不同的海洋资源禀赋,我国开始加大了海洋能试验场的投入力度:珠海万山已凭借海域年均波能密度4千瓦/米、我国近岸波浪资源条件最好海域之一等优越条件,成为“波浪能发电装置试验场”的所在地,可提供大比例尺样机及原型样机试验;而全球海洋中心城市的候选者之一,浙江舟山,则凭借年均能流密度1.5千瓦/平方米、我国潮流能资源最好的海域条件,成功将“潮流能试验场”的发展契机收入囊中。

作为海洋科学的新宠,蓝色能源时代赋予了“高能”城市绑定“海洋测试”的新机遇。那么,中国城市又该如何依托海上测试破“浪”淘金?不妨向英国苏格兰取取经——英国海岸环绕着世界上最强的一些洋流,是世界上潮汐资源最丰富的国家之一。特别是三面环海的苏格兰,潮汐能资源占整个欧洲的1/4,被冠以“海洋能源领域的沙特阿拉伯”[19]。如今,依托“高能”的海洋环境,苏格兰成为许多公司、科研机构研发测试各种原型设备和技术的首选地。

苏格兰的奥克尼群岛,可谓是海洋测试掀起的科技“浪潮”中成功改命的岛屿。整个群岛位于英国苏格兰东北部,总面积为990平方千米,约由70个岛屿组成,其中约20个有人岛,总人口为21 349人。在大陆资源供给困难的情况下,这里发展一度滞后。如今,它却站在了蓝色能源革命时代浪潮的世界C位——已吸引18个国家的顶级企业及项目入驻。从无人问津到C位出道,奥克尼开启命运之门的密钥究竟何在?

1.“高能”海洋场景吸引欧洲能源中心(EMEC)选址于此,开展海洋测试

苏格兰奥克尼群岛有着相对容易开发的海洋潮流。这里常年风急浪高,监测到的风浪风速每秒可达7米,最大波浪高达18米,比四个伦敦的双层巴士重叠还要高!出色多变的海洋波浪,强劲的潮流,让这里拥有了发展海洋能的独特优势——可以让海洋装备在现实世界“最艰难”的环境中进行测试,由此检验装备的可靠性和技术成熟度。

2003年,奥克尼群岛迎来了改变他们命运的契机——苏格兰政府及欧盟在这里成立了欧洲海洋能源中心。这是当下全球领先的海洋能研究机构。欧洲海洋能源中心利用这里丰富的海洋能场景,建设了全比例、一定缩小比例的潮汐能测试场,共计4个。

“浪潮”来了,真是挡都挡不住!多样的海上测试环境和设施让这里像“磁铁”一样,不断吸引Wello OY、OpenHydro等国际知名海洋高新企业和科研机构在此开展技术与设备的实况海测。至今,已有120家潮流能源公司、260家波浪能源公司、75家大学,在这里开展了100多个项目研究。2018年,微软更将第一个海下数据中心部署于此。微软英国首席执行官表示:这里能让我们长期取得关于潮流及发电量等详细数据,我们的数据中心可在不需要维护的情况下保存数据处理信息长达5年,尽管它的功能等同于数千台高端PC,但所需电力很少。因为这里拥有自然冷却的优势,海浪能量还可以帮助提供能源。

2.重视完善“海洋测试支撑服务体系”,“海”夺世界话语权(www.xing528.com)

除保障基础的测试内容外,欧洲能源中心(以下简称EMEC)还在奥克尼发展了“概念设计—技术优化—样品测试—规模测试—产品商业化”整个流程的一站式支持服务,并组建产业联盟,不断强化在海上测试方面的影响力。例如,EMEC在这里成立了专门的研究协会和监督顾问组,致力于进行可商业化的科研项目研究,并聘请专家对现有测试技术及方法等问题进行解答和指导;同时,EMEC积极参与行业内各种专业组织,在互通有无中提高专业水平,利用产业联盟的力量弥补缺失或弱项的环节,提供测试上下游更多服务。这些努力都大大促进了海洋能装置及技术的研发。

随着海上测试相关环节的不断完善,奥克尼成为全球第一个海洋能发电装置测试及认证中心。5万多条行业标准从这里走出,奥克尼完美蜕变为全球公认的海上测试高地。

3.以“海洋测试”引领发展,让岛屿效益衍生不断

正是抓住了前沿的“海洋测试”,整个奥克尼在海洋科学的赋能中获得新生。

激活再就业,人才回流:“我们这一代人大多生长在靠石油领域获得收入的家庭,过去这里能提供的职业发展机会非常有限,因此,会背井离乡到其他地方去。但现在情况不一样了,海上测试正在为岛上的年轻人提供农业化石燃料行业之外的机会。”[20]正如EMEC的氢能营销官奥格所说的那样,奥克尼依靠EMEC,迄今已创造250人在40家本地的能源公司就业。

资源自给自足还有“余粮”:奥克尼的电力以往曾完全依赖英格兰大陆,如今,在EMEC的引领下,利用对潮汐和海浪能的开发,产生的电量即便向英国国家电网输出后,仍能达到居民用电量的130%左右;另外,奥克尼10%的房屋都有微型发电系统,而英国为2.8%;奥克尼每户拥有2千瓦可再生能源,比英国平均水平高出900%;奥克尼每户的可再生能源供热系统安装量是英国平均水平的12倍……[21]

“奥克尼制造”金名片正蓄势待发:海洋能不仅为奥克尼带来了高达 398兆瓦电力生产的全球最大潮汐发电项目MeyGen,并由此催生了全球首座海洋资料中心的兴建;更让奥克尼成为英国官宣的智慧综合能源系统试点,世界领先的新型可再生能源发电系统在这里诞生,新的虚拟能源系统(VES)项目(将本地电力网络、燃气网络等连接到一个可控的总体系统中)在这里启动……“这些智能系统是英国现代工业战略的重要组成部分,甚至可以称他们为‘奥克尼制造’。希望有朝一日可以在英国和世界各地推广。”[22]英国能源和可持续增长部长克莱尔佩里对这里充满了期待与信心。

“大浪”淘金,奥克尼淘出了世界C位。拿着如今亮眼的成绩单,奥克尼行政区领导斯多肯说:“有了这些,我们就有了可以与全世界共享的出口商品。岛屿再也不是最后一个获得某样东西的地方了,反而是捷足先登的第一个!”

聚焦中国不同地区的海洋能:中沙群岛西南的南海中部海域、北部湾南部及东海南部等风能资源丰富且环境风险适中区;南沙群岛同纬度的南海海域、渤海和黄海大部、东海西北部等风能资源较丰富且环境风险较低区,适于开发风能资源;中沙群岛西南的南海中部海域、东海中南部及台湾海峡北部等波浪能资源丰富且环境风险适中区,黄海中南部、南沙群岛同纬度的南海海域等波浪能资源较丰富且环境风险较低区,适于开发波浪能资源[23]

不难看出,在我国广阔的海域范围内,可以进行海洋能测试的区域非常广泛。尤其是在中沙群岛、南沙群岛,更应该建立海洋测试场,这不仅具有科学意义,更具有深远的战略意义。2019年,我国也与EMEC达成合作,意在通过建设世界领先的海洋能测试场与产业培育基地。可以说,破“浪”而出,我们已在路上。

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