英國海洋能開發(fā)利用分析

作者：劉玉新，麻常雷

海洋能具有資源總量巨大、綠色清潔等特點,是全球應(yīng)對化石能源短缺以及氣候變暖的重要選擇之一。歐美等發(fā)達海洋國家非常重視開發(fā)利用海洋能,將其作為戰(zhàn)略性資源進行技術(shù)儲備。經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(OECD)的研究報告表明,海洋能產(chǎn)業(yè)對中長期經(jīng)濟增長和創(chuàng)造就業(yè)具有重要貢獻潛力,歐盟估計到2035年海洋能產(chǎn)業(yè)將創(chuàng)造近4萬個就業(yè)崗位。更樂觀的估計,到2035年英國海洋能產(chǎn)業(yè)將創(chuàng)造2萬個就業(yè)崗位。英國海洋能資源豐富,開發(fā)條件優(yōu)越,非常重視海洋能的發(fā)展,將其視為重要的新興產(chǎn)業(yè)進行培育,力求促進可持續(xù)經(jīng)濟增長和就業(yè)。目前,英國海洋能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)已經(jīng)在國際上處于領(lǐng)先地位。

2002年,英國制定了“可再生能源義務(wù)法令”(RO),開始實施可再生能源義務(wù)政策,提出到2016年可再生能源發(fā)電占比達到15. 4%的目標,為從事可再生能源電力生產(chǎn)的企業(yè)頒發(fā)可再生能源義務(wù)證書(ROCs),可再生能源發(fā)電企業(yè)可以向供電商及電力管理部門以高于傳統(tǒng)電價一倍或幾倍的水平出售獲得的ROCs,作為對可再生能源發(fā)電企業(yè)的一種資金補貼。2013年,開始實行差額合約固定電價政策(CfD)。英國是歐洲海洋能資源最豐富的國家,擁有全歐洲50%的潮流能資源和35%的波浪能資源。因此,海洋能開發(fā)利用被英國寄予厚望。

“海洋可再生能源技術(shù)路線圖2009”提出,到2020年海洋能總裝機達到2 000 MW。2010年發(fā)布了《海洋能源行動計劃2010》,確立了英國海洋能2030年前的發(fā)展任務(wù)和實施路徑,2015—2020年為海洋能大規(guī)模示范階段,2025年前后實現(xiàn)海洋能發(fā)電裝置商業(yè)化。2012年發(fā)布了“英國可再生能源發(fā)展路線圖”,提出到2020年可再生能源將滿足15%的電力需求,其中海洋能將至少貢獻5%。

為促進海洋能技術(shù)的持續(xù)改進,加快海洋能技術(shù)成熟度的快速提升,英國在財政支持方面給予了海洋能大力支持。從海洋能基礎(chǔ)理論研究,關(guān)鍵技術(shù)研發(fā),海上試驗,示范運行,到陣列化應(yīng)用,財政資金給予了全鏈條式的支持。2000—2015年年底,已投入超過2. 5億英鎊公共資金用以發(fā)展海洋能。包括設(shè)立Supergen計劃支持海洋能基礎(chǔ)研究,通過ETI支持海洋能關(guān)鍵技術(shù)研發(fā),通過碳基金設(shè)立MRPF海試基金支持海洋能發(fā)電裝置開展海試驗證,設(shè)立MRDF示范基金支持海洋能裝置示范運行,通過MEAD陣列示范基金支持海洋能裝置陣列化示范。

為吸引社會及私人資本進入海洋能產(chǎn)業(yè),英國制定了相對完備的激勵政策。首先,在2008年計劃法案和2009年海洋與海岸準入法案的基礎(chǔ)上,制定了簡化、高效的海洋能開發(fā)許可體系。其次,給予海洋能發(fā)電比其他可再生能源更高的ROCs支持,即每兆瓦時海洋能發(fā)電可獲得5 ROCs的支持,是所有可再生能源中最高的;2013年12月開始,在CfD政策機制下,對裝機不足30 MW的海洋能電站給予305英鎊/MW·h的固定電價,遠高于其他可再生能源的固定電價。

在英國政府的持續(xù)支持以及業(yè)界的共同努力下,英國海洋能技術(shù)發(fā)展快速,越來越多的技術(shù)進入了實海況示范甚至前商業(yè)化階段,潮流能技術(shù)、波浪能技術(shù)和新型潮汐能技術(shù)等均處于國際領(lǐng)先水平。

2. 1 英國潮流能技術(shù)進展

潮流能技術(shù)方面,英國有多個潮流能機組已進入前商業(yè)化階段。在潮流能大規(guī)模及商用規(guī)模利用上處于國際領(lǐng)先地位。

MCT公司研發(fā)的1. 2MWSeaGen潮流能機組是世界上首臺投入示范運行的潮流能機組,自2008年并網(wǎng)以來,累計發(fā)電超過900萬k W·h,2016年, MCT公司被英國亞特蘭蒂斯資源公司收購,繼續(xù)研發(fā)2~ 3 MW型SeaGen U漂浮式機組[5]。2012年開始,亞特蘭蒂斯資源公司在蘇格蘭彭特蘭灣建設(shè)總裝機398 MW的潮流能發(fā)電場(Mey Gen),是迄今為止世界最大的潮流能規(guī)?；_發(fā)利用計劃。2016年11月至2017年2月,由1臺亞特蘭蒂斯資源公司的AR1500水平軸式機組和3臺挪威安德里茨公司的HS1500水平軸式機組組成的一期工程首階段(6 M W)潮流能發(fā)電陣列布放完成,并實現(xiàn)并網(wǎng)運行。

MeyGen自并網(wǎng)發(fā)電以來,獲得了ROC政策體系下最高的5ROC支持,即每發(fā)出1 M W·h電力可獲得5份ROC證書。截至2017年3月底,該項目累計發(fā)電達到400 MW·h,滿足了1 250個英國家庭用電,渦輪機的發(fā)電性能超過預(yù)期。該項目的成功運行大大地促進了全球潮流能發(fā)電市場的發(fā)展,意味著潮流能發(fā)電從示范項目成功轉(zhuǎn)向陣列式商業(yè)應(yīng)用。

除了兆瓦級潮流能機組外,在小功率機組方面,英國也取得了較大的進展。蘇格蘭Nova Innovation公司與比利時ELSA公司合作在英國設(shè)得蘭群島Bluemull海峽獲準建設(shè)3臺Nova M- 100渦輪機組成的潮流能發(fā)電陣列。2016年3月,布放了首臺機組,成為英國海域最早實現(xiàn)商業(yè)化并網(wǎng)發(fā)電的潮流能機組。2016年8月,布放了第二臺機組, 2017年2月,布放了第三臺機組。目前,3臺機組已實現(xiàn)了并網(wǎng)運行。這種百千瓦級機組既適合于淺水區(qū)安裝,又可以在短期內(nèi)實現(xiàn)潮流能發(fā)電陣列的應(yīng)用,從而降低整個發(fā)電項目的成本。

2. 2 英國波浪能技術(shù)進展

波浪能技術(shù)方面,有多個裝置已在歐洲海洋能源中心(E MEC)開展了數(shù)年全比例樣機測試。正在建設(shè)全球第一個波浪能發(fā)電陣列,波浪能大規(guī)模及商用規(guī)模利用上處于國際領(lǐng)先地位。

澳大利亞Carnegie公司在英國成立分公司,開發(fā)英國波浪能。2016年11月,在英國康沃爾郡啟動首座波浪能發(fā)電場建造計劃,計劃到2020年布放15個“CET O 6”1兆瓦型波浪能發(fā)電裝置(圖1),滿足6 000戶家庭用電需求。首臺“CE TO 6”已開始制造,投資1 470萬歐元,將于2018年年底發(fā)電。

圖1 CETO可以在發(fā)電的同時利用高壓海水進行淡化

英國GWave公司正在研發(fā)全球最大的波浪能發(fā)電裝置,裝機容量達9 MW,計劃于2018年夏季布放到英國Wave Hub試驗場。

2. 3 英國潮汐能技術(shù)進展

新型潮汐能技術(shù)方面,開展了多年潮汐潟湖電站建設(shè)研究及論證,2016年年初,英國T LP公司在威爾士塞文河口建造世界上首個潮汐潟湖電站的申請獲得英國政府初步同意,這一新型潮汐能發(fā)電技術(shù)示范項目有望取得突破性進展(圖2)。

圖2 Swansea潮汐澙湖電站規(guī)劃

英國很早就認識到加強海洋能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對于促進海洋能技術(shù)快速提升的重要性。2003年在蘇格蘭奧克尼群島建成國際知名的海洋能發(fā)電裝置測試場———歐洲海洋能源中心(E MEC),2014年在英格蘭Cornwall建設(shè)先進的離岸可再生能源技術(shù)測試中心———Wave Hub試驗場。

3. 1 歐洲海洋能源中心(EMEC)

位于蘇格蘭的歐洲海洋能源中心(E MEC)是世界上第一個海洋能發(fā)電裝置測試及認證中心,由蘇格蘭政府利用公共資金投資建設(shè),目前已發(fā)展成國際最權(quán)威的海洋能裝置測試認證機構(gòu)。

EMEC擁有14個全比例尺潮流能和波浪能并網(wǎng)測試泊位,還建有兩個小比例尺測試泊位,用于為小比例尺或處于研發(fā)初期的全比例尺海洋能發(fā)電裝置提供一般海洋環(huán)境條件下的實海況測試服務(wù)。目前已經(jīng)對9個國家的17家公司的27臺海洋能發(fā)電裝置進行了測試,開展了100多個研究項目。50%的在測試技術(shù)來自于英國公司,為英國國民生產(chǎn)總增加值(GV A)貢獻了近2. 5億英鎊。

目前,Wello OY,Seatricity等公司的波浪能發(fā)電裝置在E MEC波浪能試驗場開展測試。Open-Hydro、Tidal Generation、Voith Hydro、Scot Renewables等公司的潮流能機組正在EMEC潮流能試驗場開展測試。

3. 2 波浪能中心(Wave Hub)

位于康沃爾郡離岸16 km的波浪能中心(Wave Hub)是國際最大和最先進的海洋可再生能源測試場,建有完善的并網(wǎng)設(shè)施以及歐洲最佳的波浪能資源,場區(qū)面積約為8 km2。目前已投入3 500萬英鎊用于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),最大并網(wǎng)能力48 MW(11 k V/ 33 k V)(圖3)。

圖3 Wave Hub試驗場示意圖

目前,康沃爾郡正在圍繞該試驗場打造波浪能發(fā)電示范區(qū),增強相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈的服務(wù)能力。

全球可再生能源市場年均2 900億美元,海洋能市場有望達到年均1 000億美元以上。英國一項研究預(yù)計英國在全球海洋能裝備市場中可實現(xiàn)年370億英鎊的產(chǎn)值。當前英國海洋能技術(shù)基本處于國際領(lǐng)先地位,英國已經(jīng)意識到,與其讓其他國家將國內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)資本化進而發(fā)展,必須大力加強國內(nèi)海洋能產(chǎn)業(yè)鏈,從而增強其向英國及全球海洋能服務(wù)的能力。

Renewable U K統(tǒng)計了2016年36家英國公司共向43個國家出口了風(fēng)能、波浪能、潮流能產(chǎn)品和服務(wù)。其中,英國向比利時、加拿大、智利、中國、哥倫比亞、丹麥、法國、印度尼西亞、愛爾蘭、日本、毛里求斯、挪威、秘魯、菲律賓、韓國、瑞典、美國、法羅群島等18個國家出口了海洋能產(chǎn)品和相關(guān)服務(wù)。例如,位于英國劍橋郡伊利市的JDR電纜公司,專門為海上風(fēng)電場、海洋能電站等提供電纜設(shè)計和制造,安裝及維護等服務(wù)。2016年,JDR電纜公司與德國、北美等國家和地區(qū)的海洋可再生能源市場簽署了多個服務(wù)協(xié)議。

目前,英國海洋能產(chǎn)業(yè)鏈相對完備。以潮流能技術(shù)研發(fā)、測試、運營為例,包括蘇格蘭政府、威爾士政府等9個政府和職能部門,國家海洋中心、普利茅斯海洋實驗室等8個研究機構(gòu),3個企業(yè)和7所大學(xué)在內(nèi)的機構(gòu),參與到英國10個潮流能發(fā)電場研發(fā)及建設(shè)中(圖4)。

圖4 英國潮流能產(chǎn)業(yè)鏈參與部門分析

海洋能發(fā)電場建設(shè)在促進當?shù)鼐蜆I(yè)、提振地方經(jīng)濟等方面已初顯作用。例如,瑞典上市公司Minesto公司在威爾士投資已達3 000萬英鎊。亞特蘭蒂斯公司在MeyGen項目第一階段已投入5 100萬英鎊,其中40%投入到英國當?shù)?第二階段項目建設(shè)時這一比例將提升到70%。目前,亞特蘭蒂斯公司在Nigg Energy Park簽署了一份長期租借協(xié)議,用以在油氣碼頭附近建造1 800 m2渦輪機裝配廠。

隨著我國海洋能技術(shù)的逐漸成熟與商業(yè)化,海洋能產(chǎn)業(yè)及其對相關(guān)產(chǎn)業(yè)的帶動必將成為我國海洋經(jīng)濟新的增長點。借鑒英國海洋能開發(fā)利用的成功經(jīng)驗,對于我國海洋能技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展具有重要意義。

5. 1 明確海洋能中長期發(fā)展目標

參考英國海洋能發(fā)展經(jīng)驗,明確、穩(wěn)定的國家中長期發(fā)展目標能夠有效地穩(wěn)定海洋能行業(yè)發(fā)展預(yù)期,凝聚核心研發(fā)隊伍,指導(dǎo)技術(shù)創(chuàng)新方向。我國應(yīng)抓緊制定國家層面的中長期發(fā)展規(guī)劃,明確國家海洋能中長期發(fā)展目標和發(fā)展路線圖。首先,進一步明確海洋能資源詳細分布情況,根據(jù)我國已開展的近海海洋能資源調(diào)查及評估,潮流能、溫差能、波浪能具有較好的開發(fā)利用價值,但在近海海洋能陣列優(yōu)化和微觀選址,海島周邊及深遠海海洋能資源詳查等方面,現(xiàn)有資料還無法滿足制定國家海洋能發(fā)展目標的需要。其次,根據(jù)我國海洋能資源的特點,找準海洋能發(fā)展的目標市場,明確海洋能關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新方向和各階段主要任務(wù)。最后,研究制定海洋能項目用海一站式審批等政策,協(xié)調(diào)海島開發(fā)及海洋能示范基地建設(shè)等用地優(yōu)惠政策[7]。

5. 2 制定階段性海洋能激勵政策

針對海洋能基礎(chǔ)研究、關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)、海試、示范、商業(yè)化等不同階段,研究制定海洋能激勵政策體系,逐步開展海洋能項目風(fēng)險投資,貼息貸款,稅收優(yōu)惠,電價補貼,固定電價等激勵政策研究,降低企業(yè)投入海洋能研發(fā)及示范的風(fēng)向,培育我國海洋能產(chǎn)業(yè)并加速發(fā)展。鑒于我國海洋能技術(shù)尚處于技術(shù)突破的關(guān)鍵期,近期應(yīng)堅持以財政資金投入為主,繼續(xù)實施并發(fā)揮國家海洋能專項資金在推進技術(shù)創(chuàng)新、提升公共服務(wù)能力、加強示范應(yīng)用等方面的帶動作用,中長期引導(dǎo)社會多元化資金投入。為加快提升我國海洋能開發(fā)利用規(guī)模,落實國家“十三五”規(guī)劃對于“積極開發(fā)沿海潮汐能資源”的部署,應(yīng)加快研究制定海洋能(尤其是潮汐能)的差異化上網(wǎng)電價制度,盡快建設(shè)萬千瓦級潮汐電站。

5. 3 提升海洋能基礎(chǔ)設(shè)施能力

海洋能海上試驗場的建設(shè)及運行可以有效共享研發(fā)經(jīng)驗,降低海試風(fēng)險,促進海洋能技術(shù)成熟度的快速提升。我國海洋能海上試驗場工作布局較早,推進相對較慢,主要是試驗場選址及落地存在用海沖突、協(xié)調(diào)較難等問題。為盡快支撐我國海洋能工程設(shè)計、裝備制造、海上施工及運行維護,需根據(jù)海洋能海上試驗場總體規(guī)劃,盡早啟動海洋能海上試驗場及示范平臺建設(shè),為我國海洋能技術(shù)的持續(xù)改進及產(chǎn)品化提供支撐。