始建于2019年的国家海洋综合试验场,不断探索海洋领域“技术突破—场景验证—产业应用—体系升级”的路径,正是“场景”培育应用的应有之义。
自然资源部肩负统筹规划国家海洋综合试验场的重任,与山东省、浙江省、广东省和海南省共建威海、舟山、珠海和深海4个场区。
从威海浅海的温盐深仪长期验证,到舟山海域和珠海海域的潮流能发电装置和波浪能发电装置现场测试,再到南海深海的国产仪器集中“大考”,“十四五”期间,国家海洋综合试验场以“浅海+深海”协同布局、“科研+产业”双向赋能的模式,为海洋经济高质量发展提供了有力支撑,也将为“十五五”期间海洋强国建设注入新的动能。
威海场区:国内首个业务化运行“蓝色试验田”
清晨的威海褚岛北部,浮标试验平台正搭载4型国内外生态传感器在微光点点的海面上摇曳,这些传感器将经历超过2个月的现场比对试验,以检验真实海况下海洋生态监测仪器的可靠性和长期稳定性。
国家海洋综合试验场(威海)是国内首个业务化运行的国家海洋综合试验场场区,试验海域自然资源禀赋优越,兼具典型海洋环境特征与季节特点。2012年起,该场区持续积累海量背景场数据;2019年,布放了专业海上试验平台并配齐人员,已形成成熟试验能力并充分发挥实效。截至目前,场区已完成近百项海上试验,服务了20余家科研院所、高等院校及高新企业,有效助推海洋高新技术研发应用与国产仪器设备成果转化。
2024年6月,威海场区助力西北工业大学成功完成了水下能源供给平台的全面验证试验。此次试验依托场区配备的专业化试验平台,在真实的海洋环境中,对自主研发的水下能源系统进行了一系列严格的功能与性能考核。试验成功验证了该系统的四大核心能力:实现了低流速海流能的高效捕获与发电,拓展了设备的适用海域范围;突破了阵列式波浪能高效发电技术,提升了整体发电功率与稳定性;攻克了复杂海洋环境下对无人潜航器(AUV)的非接触式高效无线电能传输难题,极大延长了其水下作业时长;演示了智能化的多端口能源管控系统,能够对平台所产生的波浪能、海流能等多种能源进行统一调度、智能分配与稳定存储。
今年8月,哈尔滨工业大学(威海)在威海场区成功完成了海空天一体化天基海洋信息获取关键技术的综合演示验证试验。此次试验是海洋观测技术迈向集成化、智能化的重要里程碑,标志着我国在构建全域海洋感知体系方面取得了实质性进展。
舟山场区:“双片区协同+新能源专攻”
舟山普陀山与葫芦岛之间的海域,潮流奔涌不息,白色的潮流能示范机组如“海中风车”随流转动,将蓝色动能转化为绿色电能,通过海底电缆持续输送至岸基集控中心;远处檀头山岛的工地上,近岸海洋新材料综合试验平台桩基林立,工人正忙着搭建海水试验场基座,未来这里将成为海洋材料的天然考场。
作为部省共建的国家级平台,国家海洋综合试验场(舟山)以“一场两片”(舟山片区+宁波象山片区)协同模式,聚焦海洋潮流能开发、海洋环境立体感知、海洋新材料与海洋高端装备四大领域,进一步强化与威海、珠海、深海等场区的错位互补与协同发展,为我国海洋强国建设注入东南沿海的“蓝色动力”。
场区采用差异化发展路径,两大片区各有侧重、深度联动。舟山片区聚焦潮流能发电装置和海洋环境感知装备试验测试。该片区是我国首个具备公共测试和示范功能的公益性开放型国家级潮流能试验场区,在普陀山与葫芦岛之间海域布置1个示范泊位和3个测试泊位,两台潮流能示范机组已实现持续稳定并网发电。这里凭借强劲且稳定的潮流资源,为国内外潮流能发电机组提供全流程测试条件,引领海洋可再生能源产业化进程。场区对LHD潮流能发电平台的测试结果支撑了该平台的技术迭代升级,破解了海上安装运维难、成本高等关键问题,该发电平台的装机规模和技术性能达到国际先进水平。
宁波象山片区重点布局海洋新材料与高端装备试验领域。该片区一期项目重点以新材料实海试验能力建设为核心,联合海洋关键材料全国重点实验室,开展海洋大气、浪溅区、潮差区、全浸区等多场景试验,能够满足海洋防腐防污涂层、船舶耐蚀合金、海上风电设备、水下装备等多元产品的试验测试需求。项目还致力于提供海洋新材料长期原位立体测试、海工设施装备服役损伤检测及大数据智能监测评估等方面的专业服务。据悉,该项目预计于今年年底建成并投入使用,总用地面积48亩、用海面积18亩。
珠海场区:聚焦波浪能装备全阶段测试
珠海大万山海域的浪涛不断拍打礁石,“东波一号”波浪能发电装置在海中随浪起伏,叶片转动间将海浪动能转化为电能。国家海洋综合试验场(珠海)部署的高精度监测仪器如“海洋哨兵”般,实时捕捉着输出电功率、波电转换效率等关键数据。
今年2月~4月,东方电气(福建)创新研究院有限公司研发的“东波一号”波浪能发电装置测试工作分阶段有序开展。其核心的海上现场测试阶段在具有代表性波浪能资源的珠海场区大万山海域进行,对其功率特性的全面测试顺利完成后,电能质量特性测试在广东领航海洋工程有限公司完成,共同形成了覆盖海上实况与特定场景的完整测试数据链。其间,场区测试团队严格遵循国家相关标准规范,依托先进监测设施及高精度仪器,对“东波一号”的输出电功率、波电转换效率、电压偏差、频率偏差、闪变、电压不平衡度及总谐波畸变率等多项关键指标,开展了连续、实时的现场测试工作,确保了测试过程的科学性、规范性与数据的精准可靠。最终形成的系列测试报告全面、客观地反映了“东波一号”真实海况下的性能表现。其中,5份具备CMA(中国计量认证)资质的现场测试报告,更以国家认可的权威性,为该装备的核心性能提供了具有公信力的第三方验证。
波浪能作为清洁低碳的海洋可再生能源,其装备的研发与产业化是推动海洋经济高质量发展的重要抓手。珠海场区成功完成“东波一号”功率特性和电能质量特性现场测试,为装置的性能评估、技术迭代及商业化推广提供权威数据支撑。随着未来建设,珠海场区将兼顾智能船(艇)、海洋观测监测、海洋电子信息、人工浮岛、海上风电、海洋生物、无人集群等仪器设备的试验测试功能,以其优越的海洋环境条件、专业的保障能力,为海洋科技创新和装备产业化提供更加有效的服务。
深海场区:验证国产关键设备硬实力
南海1000米以下的深海海域,阳光难以穿透幽暗的水层。多艘试验船组成的船队在海面有序作业,巨大的起重机将搭载北斗3代通信终端、国产温盐深仪等被测设备的试验平台缓缓吊放入海,浮标试验平台“凌波枕浪”,坐底试验平台“稳稳扎根”,如同搭建在深海的“试验驿站”。
今年3月~5月,在国家海洋综合试验场(深海)固定试验海域,成功利用多船共享航次的模式,完成了对多型国产海洋关键仪器的一系列严格试验测试,为被测设备性能指标的改进提供了关键数据支撑。
测试覆盖4大关键领域,成果丰硕。首先,在通信系统测试方面,依托场区浮标试验平台,对北斗3代通信终端进行了长达43天的测试。通过对比分析陆地与深海环境中同型号终端的数据通信成功率,有效考核了其在深海环境下的适应性与可靠性。其次,在传感器比测方面,依托坐底试验平台,将国产温盐深仪与美国生产的高精度仪器进行了近80天的对比试验。通过对数据合格率、有效数据占比及各指标相关性的综合分析,验证了国产温盐深仪具备与国际同类产品先进水平媲美的良好性能。再次,在声学设备验证方面,利用船载深海声学测试系统,对单通道噪声测量仪等收声设备开展了比测试验。通过分析其与标准系统在传播损失值和噪声声压谱级值上的差值,确认了其在深海应用中的性能达标。最后,在导航定位测试中,依托深海水下定位系统,对惯性导航定位设备的性能进行了测试,准确评估了其定位精度,并分析了实测定位误差随时间的漂移规律。此外,还同步开展了温湿度传感器长期比测等工作。
本次大规模、多学科综合试验的成功,是国家海洋综合试验场(深海)贯通从“研发设计”到“测试验证”再到“应用推广”完整服务链条的一次有效尝试,不仅标志着深海场区实现了从“建起来”到“用起来”的关键跨越,更彰显了其作为国家战略力量,在锻造经略深海“国之利器”、支撑海洋科技自立自强中的核心平台作用。
展望:打造海洋科技创新策源地
创新成果从实验室到生产线需要几步走?答案有很多,但有一个共识:中试是重中之重。海洋科技成果转化因其环境要求的特殊性,可以共享的试验平台建设更是迫切之需。
2024年,全国海洋生产总值突破10万亿元。海洋能源让经济社会“气血”丰盈,海工装备为海洋强国“强筋壮骨”,“蓝色粮仓”是百姓餐桌上的优质蛋白……反观成绩的背后,无论传统产业转型升级,还是新兴产业和未来产业发展,都离不开场景建设和开放。
《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十五个五年规划的建议》提出,坚持陆海统筹,提高经略海洋能力,推动海洋经济高质量发展,加快建设海洋强国。加强海洋科技创新,巩固提升海洋装备制造业优势,壮大海洋新兴产业,发展现代航运服务业。
作为推动科技创新产业创新融合发展的重要载体,国家海洋综合试验场将走向何方?日前在京召开的国家海洋综合试验场需求与发展建议座谈会提出,国家级海洋综合试验场要加强统筹,兼顾产业与科技、发展与安全、多学科与多领域,节约集约、高效立体用海。
在完善国家海洋综合试验场体系方面,中国工程院院士蒋兴伟建议,将海洋卫星海上定标试验场纳入国家海洋综合试验场体系,实现空天海地一体化观测,提升试验场的综合效能。中国工程院院士吴有生表示,通过深海试验场建设,将为深海研究开发奠定坚实基础,同时推动海洋经济发展。
在数据共享与标准化方面,蒋兴伟建议国家海洋综合试验场的建设应坚持开放共享原则,破除区域壁垒和行业分割,充分发挥综合试验场的整体支撑效能。同时系统收集、整理各试验场区的历史数据并进行标准化处理,确保数据的连续性、一致性和权威性,为国家海洋综合试验场的长期运行提供坚实的数据支撑。
记者了解到,未来5年,自然资源部将加强统筹协调,不断优化海洋试验场特别是深海试验场功能布局,满足各类海工装备在深海、极寒、岛屿(礁)等不同环境下的应用需求。完善体制机制,研究建立试验场管理、评估、准入和退出机制,推动资源共建共用共享和节约集约高效用海,避免资金浪费、重复建设和无序竞争。全力保障运行,推动将海洋试验场纳入国家基础设施建设体系,积极争取超长期国债、各类专项和财政支持,加大对试验场建设运行的支持力度。提升服务水平,加强岸基保障基地和船舶、码头、海上测试平台等基础设施建设,打造专业人才队伍和信息化管理平台。健全标准规范,强化试验场测试标准规范体系建设,推进各试验场测试结果互认,为海洋经济结构优化和效益提升提供核心支撑。
面向“十五五”,国家海洋综合试验场将在加快建设海洋强国的进程中,打造海洋科技创新策源地,发挥“国家队”的重要作用。