世界新兴海洋产业发展研究

2014-11-30 09:57:56 江苏省企业技术改造协会 44

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一、世界海洋产业总体发展态势 

(一)高附加值船舶逆势发展,需求旺盛 

(二)海洋新能源产业蓄势待发 

(三)地区竞争和市场格局稳中有变 

二、海水淡化产业发展态势 

(一)主要国家地区海水淡化发展动向 

(二)主要海水淡化厂建造商动向 

三、豪华邮轮业发展态势 

(一)豪华邮轮市场格局 

(二)豪华游轮的建造特点及关键技术 

(三)主要豪华邮轮造船厂 

四、潮汐能和波浪能发电发展态势 

(一)世界潮汐和波浪能发展动向 

(二)潮汐能和波浪能发电业技术应用 

五、海洋生物医药发展态势 

(一)各国海洋生物医药发展动态 

(二)海洋生物医药技术发展 

六、海洋观测系统发展态势 

(一)全球海洋观测系统概况 

(二)欧洲海洋观测和数据网络( EMODNET) 

(三)美国综合海洋观测系统( IOOS) 




世界新兴海洋产业发展研究

2013)

 

 

新兴海洋产业主要包含海洋能源产业(如潮汐能发电、波浪发电、海洋温差发电等)、海水淡化产业、海洋生物医药产业、海洋矿产资源利用产业(如海底石油钻探、天然气和滨海砂矿开采等)和海洋空间资源产业(如水上乐园产业等)等多方面领域的发展。

近年来,我国在海水淡化、高附加值船舶、海水能源利用等领域的需求不断扩大,受到中央和地方的重视。2012年2月,国务院发布《关于加快发展海水淡化产业的意见》,指出我国是淡水资源缺乏的国家,人均水资源拥有量低,且时空分布不均,需加快发展海水淡化产业。2012年12月,国家发展和改革委员会又印发了《海水淡化产业发展“十二五”规划》,表现出政府对发展海水淡化产业的重视。与此同时,《上海市海洋发展“十二五”规划》提出要加快培育海洋新能源等战略性新兴产业,“加强对潮汐能、波浪能等海洋新能源的研究与和开发”,并将“高技术、高附加值船舶技术研究”列为推进海洋经济发展高新技术专项。

本文重点研究海水淡化、豪华邮轮、潮汐能和波浪能、海洋生物医药、海洋观测系统最新发展态势与特点。

一、世界海洋产业总体发展态势

世界海洋产业受到全球经济衰退、节能减排需要等因素髟响,正在发生结构性转变。传统船舶业受到巨大冲击,前景不容乐观,但具有高附加值的船舶如邮轮业需求旺盛;而离岸风能、潮汐能、波浪能等新兴海洋能产业也受到各国重视,虽未完全成熟,但已建立多个示范项目,具有较大商业化潜力。而在产业的国别分布上,目前,韩国的高技术船舶在近几年里发展迅速,2012年其占比虽较2011年大幅下降,但在高附加值海工装备等领域制造方面仍占据较大优势;而巴西近两年的旺盛石油开采需求,引领巴西成为离岸钻井平台等装备的重要市场;欧洲、北美则在包括邮轮在内的客船领域占据领先地位。

近期,世界海洋产业的发展呈现以下三方面特征:

(一)高附加值船舶逆势发展,需求旺盛

近年来,受全球经济衰退影响,船舶制造需求量逐年减少。据意大利船业协会(ASSONAVE)的统计,2012年,全球船舶订单数较前一年减少了18%,其中,通用型船舶的订单数从2011年的3200万修正吨下降到2012年的2600万修正吨。但是,具有高附加值的高技术船舶和邮轮需求旺盛。2012年高技术船舶总订单量达到1330万修正吨,较前一年增长了14.66%,其中,LNG/LPG船、海工船及其他特殊货运船舶占据了高技术船舶订单总数的八成;邮轮虽不是高技术船舶主体,但由于旅游市场近年来的迅速发展,需求较大,总订单量在2012年达到110万修正吨,较前一年增长了10%。液化石油气船( LPG)方面,随着液压石油气(LPG)价格的降低,LPG的市场需求扩大,在巨大的亚洲需求及中东出口市场的支持下,LPG市场逆势上扬,前景乐观。截至2012年8月,波罗的海液压油气指数( BalticLP Gindex)的月均值已经从2011年的55点上升至60点。而由于LPG船舶运能的缓慢增长- 2012年前8个月,新增LPG船数量只有20万立方米(其中,小型LPG船占到了50%),LPG船的期租费较以往有了提高。据Clarksons公司的统计,LPG船租金的月平均值已从2011年12月的83万美元/月上升至2012年8月的93万美元/月。2012年前8个月的租金月平均值达到86万美元/月,较前一年上升19%。这无疑增加市场对LPG船的需求,尤其是对大型液油气运输船 ( VLGC)的需求大增。截至2012年前8个月,船舶订单量已达到120万立方米规模,其中按吨位计算,50%是VLGC船。

液化天然气船( LNG)方面,船舶的需求同样也增长很快。鉴于日本等国的反对核能活动影响,世界的核能需求减弱,而作为其重要替代品的天然气需求骤增,凸显出LNG运输船舶的重要性。据联合国贸发会( UNCTAD)统计,2011年,全球LNG运输增加了10.3%,达到3308亿立方米。2011至2012年,LNG船舶的订单量超过了原有运能的20%,其中大部分由韩国承建。(表1)显示了世界三大造船国——日、中、韩2012年的LNG船舶订单量。

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海工船方面,随着海洋能源业,尤其是海洋油气钻探需求的上升,对海工船以及相关特殊设备的需求也日益增加。这直接表现在相关装备的日租金费率上。例如,2011午3月,一台自升式钻井平台和一台浮式钻井船的租金分布为131美元/天和410美元/天,到了2012年9月,费用已上升至160美元/天和537美元/天,价格分别上涨了22%和31%。由此,对于海工船的订单也随年增加。据日本造船学会统计,2014年预计将交付的海工类船舶将达到320总吨,较2012年增加39%。

此外,邮轮的发展也非常瞩目。2011年,全球豪华邮轮的乘客数较前一年增长近10%,达到2061万人,除了北美市场增速较慢外,欧洲、亚太等地区的增速都很快。比如德国,2011年的游客数接近140万人,年增速高达13.8 %,法国游客的年增速则达到了14%。市场的火爆使得船东对邮轮制造和维修重装的热情不减。据意大利船业协会统计,截至2012年底,1万吨级以上的邮轮的新增订单为10艘,累计总订单数达到24艘。同时,豪华邮轮的重新装修和维护费也为四大欧洲船厂带来了新的利润源,正在逐年递增。

(二)海洋新能源产业蓄势待发

海洋新能源产业目前多数都处于试验示范阶段,离产业化尚有一段距离。欧洲是新兴海洋能市场的最主要领导者,其海洋能装机容量已超过10MW,处于全球绝对领先地位,而中国、加拿大和韩国的装机容量仅为4.2MW、0.25MW和0.25MW。未来还将有超过20MW的新项目在欧洲建成,包括中、日、韩及美国等国家也在奋起直追。

在新兴海洋能技术领域中,海上风能发电是技术较为成熟,最有希望尽快实现规模生产的新能源。据欧洲风能协会( EWEA)的统计,2012年,欧洲海上风能的装机容量达到1166MW.占欧洲风能市场的比重从2011年的9%上升至10%。(图1)到2020年,欧洲计划每年向海上风能投入107.6亿美元的资金,预期形成4万MW的发电规模,足以向1300万家庭提供电能。而据美国能源部预计,到2030年,美国的海水风能项目规模将达到54000MW,将提供超过43000个永久性运行和维护工作岗位。

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潮汐能、波浪能技术虽然处于发展初级阶段,但受到了各国尤其是欧洲国家的重视。2012年6月,欧洲正式启动了智能能源欧洲项目海洋战略计划(简称SIOCEAN项目),该计划旨在到2020年最大程度地扩大波浪能和潮汐能发电的装机容量,为2030-2050年实现该领域应用市场的扩大铺平道路。此外,欧洲还启动了波浪能方面的SOWFIA项目,由普利茅斯大学协调施行,旨在收集为波浪能能量转换器对环境、社会和经济的影响的相关数据。英国则是欧洲列国中波浪能和潮汐能技术发展的先导者。比较而言,美国在波浪、潮汐能技术上的投入比较少,海洋地热能更少,但还是持续地在进行研发。除此之外,海洋地热能也受到了关注,但所受到的政府支持力度相对而言都比较小。日本在可燃冰领域倾注大量人力物力。

(三)地区竞争和市场格局稳中有变

当前,各国在海洋相关产业领域的竞争格局没有发生非常大的转变,比如欧洲和北美仍然把持着邮轮、游艇制造业,中东依旧是海水淡化产业最大市场,日、中、韩仍然是船舶制造的主要国家。但是区域内的局部变化仍不容忽视。比如,近些年韩国大力提倡发展具有高附加值的海工装备产业,已逐渐拉开与中国、日本的差距;随着石油钻探业的发展不断提升,巴西对于海工船的需求非常旺盛,使其成为主要的海工船需求国和最大的海底石油采集区。

作为三大造船国之一的韩国目前把主要精力投注在高附加值海工产品上,几年来在技术方面进步很快。据意大利船业协会( ASSONAVE)统计,在2011年的世界高技术船舶订单中,韩国超过中国,订荜吨位数占全球53%,到2012年,这个比重虽然下降到39%,但韩国仍是全球高技术船舶订单量最大的国家(图2)。2012年,韩国获得了全球所有天然气浮式储存再气化装置以及一半以上的钻井船、LNG船、FPSO和LNG-FPSO船的订单(表2)。

 

 

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巴西成为海底石油开采的新兴市场。据Clarksons统计,截至2012年9月,巴西的在建离岸油田数已达到30个,处于世界首位,远高于位居第二的美国,其中,有7块储能大于5000亿桶油当量( BOE),数量也位居世界榜首。这促使巴西成为订购全球海上移动式石油生产装备最多的国家。截至2012年9月,巴西共订购13个移动海上石油生产装备制造订单,占比超过全球总订单数25%。此外,巴西还订购了8艘油气物流船的订单,占全球市场份额15%。

不过,虽然亚太地区及巴西等国家在海工领域扮演着越来越重要的角色,欧洲和北美在高附加值船舶,尤其是客船领域仍然占据了需求和建造市场的主导地位。目前,美国是邮轮第一大市场,并且是世界船艇制造量最大的国家;而欧洲则在豪华游艇和大型豪华邮轮方面处于绝对领先地位,其中,意大利在大型游艇制造方面实力强大,尚未有其他国家能与其匹敌,欧洲四大船厂——法国STX船厂、芬兰STX船厂、德国MeyerWerft船厂、意大利Fincantieri船厂在巨型邮轮制造方面的领先地位难以撼动。而在海水淡化领域,中东地区尤其是沙特阿拉伯长期保持着最大的市场份额,大多仍以耗能较大的“热法”技木进行海水淡化处理。美国则依旧保持“膜法”技术应用市场的领先地位。

二、海水淡化产业发展态势

随着世界人口的增长和经济的发展,人类对淡水资源的需求越来越大,淡水资源的缺乏问题显得愈来愈突出。同时,海水淡化技术的发展和成本的逐渐降低,使得海水淡化产业有了进一步扩展的条件。根据Desal Data的统计,截至2011年,全球已有超过16000个海水淡化厂建成,每天处理水量超过六千万立方米。2010-2011年间,有超过700个、处理水总量约520万立方米/天的新盐水淡化处理厂签订合约正式建造。而根据World Trade Center San Diego的估计,全球海水淡化产量将从2011年初的6830万立方米/天增长至2016年的1.3亿立方米/天。

海水淡化的研发活动近期也很活跃。据统计,2002- 2011年,欧洲、美国以及世界知识产业组织( WIPO)公布的海水淡化技术专利数从379项增加至824项,数量翻番。其中,日本公司的专利最多。在产业应用方面,“膜法”中的反渗透膜技术( RO)已成为最主要的海水处理方法,占产量的六成左右,并有进一步扩大应用的趋势,而“热法”中的多级闪蒸( MSF)和低温多效蒸镏法(MED)也是较为常用的应用技术。美国和中东地区分别是这两大类技术的主导市场。

(一)主要国家地区海水淡化发展动向

由于海水淡化装置需要大量耗能,因此在大多数国家并不普及。但是,中东地区,石油资源丰富使其海水淡化业的能源供应充足,又由于该地区严重缺水,淡水需求旺盛,因此具备了发展海水淡化产业的条件和需求,该地区淡水供应80%都是来自海洋淡化水。近些年,中东地区对于海水淡化产业的投入逐渐加大,海水利用变得更加频繁和有效。此外,美国、西班牙、澳大利亚等国的海水淡化市场也较为活跃。

根据GWI的统计和预期,2007-2011年间,全球有三个国家的海水淡化业产值累计超过30亿美元,依次是沙特阿拉伯、阿联酋和澳大利亚,而美国排名第四位;预计2012- 2016年间,海水淡化产业将取得长足发展,自2007年始的十年间,沙特阿拉伯的海水淡化产业产值将首超120亿美元,而美国将超过阿联酋成为第二大淡化水产业市场,澳大利亚排名第四(图3)。

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鉴于中东地区及美国在海水淡化业中所处的领先地位,本报告将着重介绍这两个地区淡化水产业发展情况。

1.美国

美国是除中东地区以外少数几个在海水淡化领域方面实现较大批量产业化的国家,其较早就从国家层面对海水淡化领域给予了重视,一直是“膜法”海水淡化披术应用的主导国家,在研发技术领域走在世界前列,而其几个大公司也较早涉入水处理行业,并进驻到沙特阿拉伯、阿联酋等亟需发展海水淡化产业的地区中。

(1)研发方面

美国非常重视海水淡化业的发展,近十年来,一直不遗余力地推动该领域技术的研发并出台了一系列研究报告。2003年,美国国会授意复垦局( Bureau of Reclamation)和桑迪亚国家实验室起草编写了《海水淡化和水纯化技术路线图》。次年,国家科学研究委员会( NRC)出台了一份报告,对此前的路线图进行了回顾,并设立了一个专门从事先进海水淡化技术方面工作的委员会,此后又在2008年发布报告《海水淡化:从国家的视角来看》,对美国未来的海水淡化研究方向提出建议。2010年,美国水研究基金、水剂再利用基金以及桑迪亚国家实验室又发布报告对2003年出台的《海水淡化和水纯化技术路线图》的实施方案提出建议。

同时,联邦政府长期持续性地给予海水淡化技术研发资助。主要的研究机构包括复垦局、军队、国家科学基金( NSF)、海军研究办公室、美国地理调查局(U.S. Geological Survey)和能源部的四个国家实验室。其中,桑迪亚国家实验室是这四个实验室中在此领域作用最大的一个。总体来看,联邦政府层面对海水淡化技术的资金支持自2006财年后逐渐减少,不过2010财年、2011财年和2012财年,荚国海军研究办公室在海水淡化研究方面获得的资金支持却逐年上升,分别达到260万、440万和530万美元,2013财年,该机构还申请450万美元用于海水淡化技术的研发。复垦局在2012财年获得了200万美元的资金资助,并申请2013财年进一步获得300万美元的资金支持。

(2)产业方面

美国的淡化水产业为“膜法”所主导,并以苦咸水为主要水源,海水淡化设施的地区布局主要集中在科罗拉多河和Mead湖流域,并以这两大水系作为主要的供应水源,其中,加利福尼亚州在海水淡化领域表现积极。截至2012年7月,加州海岸沿线拟定有17个海水淡化处理厂将开工建设。另外,还有两个拟建在墨西哥下加利佛尼亚州的用于向南加州居民区供水的工厂正在商榷中。一旦建成,这些工厂所能生产的淡水量将达到3.9亿—5.7亿加仑/天,较2006年增加5000万亿加仑/天(表4)。此外,佛罗里达州、德克萨斯州和亚利桑那州等也正在探索将海水淡化业作为一种水处理技术进行发展。

目前,美国多个大型企业都已开展海水淡化分支业务,包括通用电气( GE)、陶氏化学和海德能等公司。其中,通用电气公司的水处理业务历史悠久,早在20世纪30年代就开始在涉特地区进行相关的经营活动,并在迪拜设有产业基地,参与了当地多个海水淡化和废水处理工程项目。近期,通用能源公可还在沙特阿拉伯投入1000万美元设立了第二个水处理技术中心,以为该地区提供相应的水处理解决方案。

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2.中东地区

中东海湾国家是海水淡化技术产业化最普及的地区,由于受到水资源缺乏的影响,中东地区各国政府都非常重视海水淡化产业和废水处理产业。在海湾地区,通常75%的水资源被用于农业,15%用于公共事业,只有2%被用于工业。因此,可用于农业灌溉的质量要求较低的废水处理业较常用于工业用途的海水淡化业前景更佳。尽管如此,许多农民仍然非常忧虑废水灌溉是否会带来不良后果。因此,海水淡化仍然有非常大的市场。受经济和人口增长的刺激,联合国食物和农业组织( UN-FAO)预测未来十年,将有超过2500亿美元的资金投入海湾地区的水处理和海水淡化项目。而在海水淡化业方面,体量较大的中东国家包括沙特阿拉伯、阿联酋、科威特、卡塔尔等。

(1)沙特阿拉伯

沙特阿拉伯是世界第一大淡化水生产国,其水供应50%来自海水淡化业,拥有超过30家海水淡化工厂。2006-2016年间,沙特阿拉伯还将规划或建造20座左右的海水淡化厂,预计2005- 2015年间的年投资额将超过50亿美元。沙特阿拉伯的海水淡化技术主要依赖“热法”,虽然许多环境专家正在积极发展太阳能海水淡化技术,但政府目前仍以石油和天然气为该产业的主要能源。未来几年里,沙特阿拉伯计划投入1700亿美元在能源领域,以鼓励民营企业进入该行业,从而满足国家对水资源和电力的需求。其中,900亿美元将来自沙特国家石油公司( Saudi Aramco),主要用于石油生产方面的投资。

在沙特阿拉伯,第一个大规模的可再生能源海水淡化厂由IBM公司和沙特阿拉伯主要研发机构——阿卜杜拉国王科技城( KACST)合资组建。该厂设于国家东北部城市海夫吉(AIKhafji),将使用超高聚光光伏发电技术( UHCPV),建成后预期每天为10万人提供3万立方米可饮用水。这项合资项目将通过纳米薄膜净化技术提高聚合膜质量,以提高海水淡化效率和降低成本。

此外,目前运行的最大的海水淡化厂是位于沙特阿拉伯的东部省份的RasAl- Khair海水淡化厂,其每日可向首都利雅得供水80万立方米。该厂的设备订单由韩国斗山重工公司承接。之后该公司又承接了沙特阿拉伯海水淡化厅(SWCC)的价值14.6亿美元的RasAzzour海水淡化厂设备订单,日产能将达到103.65万立方米,一旦建成将成为世界最大的海水淡化厂。该厂将由一个日产能72.7万立方米混合型海水淡化工厂和日产能30.7万立方米的反渗透法工厂,将被用以向海湾的Riyadh地区的350万人口供水。由于该项目的一个推荐合作财团的弃单,该项目在经济危机时期被拖延了一段时间。最终,项目由韩国斗山重工拿下,将包揽设计、制造、安装和施工的全过程,预计将在2014年末完工,至2013年6月已完成75 010,将于2013年第三季度部分投产。建成后还将附设一个2400MW的火电厂。

(2)阿联酋

阿联酋是中东和北非地区仅次于沙特阿拉伯的第二大淡化水生产国,用于本国水供应和对科威特的水供应的70%来自淡化水。过去10年,阿联酋已经投入了总计500亿美元在发电和海水淡化上。至2016年,阿联酋的海水淡化日产能预讣将从原先的889万立方米提升至1370万立方米。

阿联酋第一大城市迪拜已经提出了未来八至十年的目标,要将现有海水处理能力扩大3倍,为此将投入超过200亿美元在五大发电和水利项目上。2011- 2016年,迪拜还将每年投入32亿美元用于建造和运营海水淡化厂,较目前的花费增加305%。阿联酋首都阿布扎比(Abu Dhabi)则期望能够拓展可再生能源技术在海水淡化领域的应用,目标建造第一个世界级替代能源海水淡化厂,并正在邀请技术合作方进行三个试验项目,并将维持至2015年底。此后,新能源海水淡化工厂将正式动工。

目前正在进行的较大规模的项目是酋长胜科水电公司( ESWPC) Fujairah Fl独立水电厂扩能工程。2011年,酋长胜科水电公司拟在原有的Fujairah F1独立水电厂(IWPP)所在地建造新的海水淡化厂,并进行了招标。2013年1月,西班牙Acciona公司在六家投标者中脱颖而出,取得了这一价值1.9亿美元的设计、建造和营运一体化订单( DBO)。合同将为期7年,工厂的建成时间定在2015年,预期建成后将拥有3000万加仑的日产量扩能。该工程的所有方酋长胜科水电公司目标将其打造成阿联酋能效晟高的工厂,期望能耗率能维持在3700瓦时/立方米。

(3)其他中东国家

除了上述两个国家之外,中东地区的其他几个小国也在不遗余力地发展海水淡化产业。只是规模相比要小很多。

在这些小国中,科威特是海水淡化产量相对较大的国家。近期一个较大的项目是价值7.5亿美元的多哈海水淡化厂设备的升级改造,此外,还有许多较小的工厂不断地增加着科威特的海水淡化产能。每年有超过10个日产能在60立方米的多级闪蒸工厂完工。不过,由于不良的现金流,科威特当局在招标吸引大型淡化水项目时常遇到困难。

卡塔尔也是淡化水产业相对较发达的国家。由于缺乏地下水,卡塔尔正尽力投资海淡化产业以期填补需求空缺。该国拥有中东地区运行时间最长的海水淡化项目,因此在此领域有着丰富的经验。其最大的海水淡化独立水电厂是RasLaffan综合工厂。该工厂为卡塔尔水电公司(QEWC)所有,日产18万立方米。卡塔尔通用水电公司Kahramaa目前正在尝试建造一个6000万加仑日产量的海水淡化厂。此外,卡塔尔还较为关注核能在淡化水领域的技术应用。

巴林有65%的供水来自海水淡化,但是这已不能满足人口增长的需求。自2000年以来,巴林的RasAbu Jargur反渗透海水淡化厂一直在经历扩能。以巴林为基地酌公共事业机构——中央能源公司(ECC)于2009年在Durrat Al Bahrain地区开建一个反渗透海水淡化厂,最终产能将达到3.2万立方米/天。

此外,还有约旦和伊拉克等国家,但是海水淡化产量都比较小。

(二)主要海水淡化厂建造商动向

据Desal Data的统计,2000- 2011年获得海水淡化厂建造合同累计产量最大的三家公司分别是法国威立雅水务公司( Veolia)、韩国斗山公司(Doosan)和美国通用电气公司(GE)。前20位公司排名详见(图4)。

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以下主要介绍排名前三位的三家企业的情况。

1.法国威立雅集团( Veolia Environment)

法国威立雅是一家专门从事环境服务的跨国企业。2012年,威立雅的全年收入达到294亿欧元,较前一年增长2.8%。从业务分布来看,水处理是其最主要的业务部门,41%的收入来自该部门,其次是废物管理等环境服务业务,收入占比31%,能源业务的比重占到26%,近些年,威立雅公司还在努力拓展物流运输业务。从地区分布来看,目前,威立雅公司的分支机构已遍及全球48个国家,主要市场集中于欧洲,2012年,其收入的40.7%来自法国、35.8%来自欧洲其他地区,此外,该公司对于亚洲国家也在尝试选择性地业务拓展(如中国),其收入的10.7%来自亚太地区,另外还有6.1%的收入来自美国。

经过多年的研发和实践,威立雅公司在海水淡化领域已取得了卓越的成绩。比如2002年,威立雅集团旗下子公司威立雅水务联合以色列的两个合作商获得了在亚实基伦建造海水淡化厂的BOT(即建造一经营一移交)合同,由威立雅水务的子公司OTV和以色列IDE公司组成的合资公司共同建造,双方各拥有50%的资金,已于2005年底竣工,年处理能力达到1亿立方米,供水量大约占以色列总用水量的5%到6%。2007年7月,威立雅环境集团又宣布赢得了澳大利亚悉尼的一份价值5.7亿欧元的海水淡化厂合同,专门提供饮用水级别的淡化水处理业务,该厂与荷兰JohnHolland集团合作进行设计、建造、运营和维护,产能达到6600万加仑/天,招标方为悉尼水务公司(Sydenywater),已于2010年4月建成投产。此前,其还与JohnHolland集团合作在澳大利亚昆士兰州的黄金海岸建设了一个海水淡化工厂,于2009年正式投产,产量3500万加仑/天。此外,其还在中东地区采用MED技术建成了一个规模80万吨的海水淡化厂。2013年6月,其又获得了沙特阿拉伯的订单,计划在阿拉伯海湾建造一个反渗透海水淡化厂,具体的设计、建造、运营和维护将由其旗下两个公司Sidem France和Sidem Saudi Arabia负责。

2.韩国斗山重工业集团(Doosan Heavy Industries&Construction)

韩国斗山重工业集团是韩国最大的财团之一斗山集团的下属机构,专门从事海水淡化和废水处理业务的世界级公司。主要提供工程、采购和逵造的全套服务(简称EPC服务)。2011年,斗山重工在水处理方面获得了超过10万亿韩元的项目订单,年收入达到84950亿韩元,拥有员工超过2万人。早在1989年,斗山重工就已介入海水淡化市场,到2011年,其所建造的海水淡化厂的饮用水产能合计已达到12.8亿英制加仑/天,提供给全球超过1900万人口使用。其业务市场主要来自中东北非地区,包括沙特阿拉伯、阿联酋、科威特、卡塔尔和利比亚等,其中,又以沙特阿拉伯的业务居多,并已成为这一世界最大的海水淡化市场国最为青睐的合作伙伴。

斗山重工的海水淡化技术全面,在三大海水淡化技术——反渗透( RO)、低温多效蒸馏(MED)和多级闪蒸( MSF)领域都具备很大的竞争力。反渗透膜技术应用方面,斗山重工正在进行沙特阿拉伯吉达三期工厂的建造(产能5280万英制加仑/天),已完成Shuaibah三期扩能项目(产能3300万英制加仑/天)。低温多效蒸馏技术应用方面,斗山重工于2011年承接了沙特阿拉伯Yanbu二期多效蒸馏扩能项目的建设任务,建成后将成为全球最大的MED技术海水淡化厂,产能可达1500万英制加仑/天。除此之外,其还赢得了该项目两个产能合计达1200页英制加仑/天的MED设备的制造订单,这些设备将被用于向沙特阿拉伯的Yanbu工业区提供饮用水和工业用水。多级闪蒸技术应用方面,2011年,其在MSF技术应用领域的全球市场份额超过40%。最大的一个工程是2010年正式签约的沙特阿拉伯RasAIKhairl期项目,是迄今为止全球最大的海水淡化工厂。单个蒸馏处理器的水处理量可达2000万英制加仑,天( MIGD)。并采用了混合技术是工厂的综合产能达到2.28亿英制加仑/天(MSFl.6亿英制加仑/天+RO6800万英制加仑/天)。2012年1 1月,韩国斗山重工业宣布承接了沙特阿拉伯海水淡化总署( SWCC)的价值1.1兆韩元的Yanbu三期海水淡化项目订单。该项目建成后,预计日平均海水淡化量将达55万吨,可供180万个住户同时用水。

3.美国通用电气集团( GE)

美国通用电气集团(以下简称GE)的海水淡化业务主要由其下属的通用能源公司的水电部承担。通用公司的海水淡化技术全球领先,并拥有诸多品牌设备。在反渗透膜海水淡化领域,GE拥有成套海水淡化装备,以SeaPRO系列产品为主,可以满足锅炉补给水、灌溉用水、厂房处理用水和小型社区饮用水的不同需求。由这些系列产品组成的成套装备被GE公司称作“SeaPak”系统,其使用了ZeeWeed超高过滤和反渗透膜技术来保持水质。2008隼投入使用的位于沙特阿拉伯吉达的红海饮用水淡化厂就使用了三台GE生产的SeaPRO设备,单机产量达1500立方米/天。位于印度古吉拉特的Tata Chemicals公司的Mithapur工厂在缺少纯水供应的情况下,也求助GE公司,使用了GE的海水和苦咸水反渗透膜设备,从而避免了困境。2013年初成功建成投产的澳大利亚最大的海水淡化工厂——位于墨尔本的维多利亚海水淡化项目也部分采用了GE公司的低压和中压驱动系统及中压电机来装备其非雨水型淡水供应系统。

另一项令GE引以为豪的海水淡化产品是AquaSel海水淡化系统。该系统结合了一台工业海水淡化装置和一台浓缩水装置,前者能够去除海水中80%的盐分,而后者则通过非热能卤水浓缩技术( NTBC)来减少系统产生的废水流量,脱盐率可达95%。目前GE公司仍在通过“零液体排放”(zero liquid discharge)技术研发对AquaSel系统进行完善。可口可乐公司已开始使用这项技术(系统原理见图5)。

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三、豪华邮轮业发展态势

豪华邮轮者体型庞大,往往可以承载上千人,属于非标准型船舶,需要特别订造,附加值高,目前基本为欧洲和北美国家所垄断。从近期的市场发展来看,豪华邮轮较为乐观。据欧洲邮轮协会(ECC)的统计,2011年,全球豪华邮轮的乘客人数达到2061万人,较前一年增长了10%。豪华邮轮制造企业都以欧美为主导,主要是欧洲的四大船厂——芬兰STX船厂、法国STX船厂、德国MeyerWerft船厂和意大利Fincantieri船厂,其主要经营公司也有多个,其中皇家加勒比集团和嘉年华是市场份额最大的两家。

(一)豪华邮轮市场格局

欧洲和北美是豪华邮轮产业主要市场。邮轮需求大多来自北美,但是市场份额正在减少,相较而言,欧洲是邮轮增速最快的市场,德国等国家在该领域呈现两位数增长。从销售和收入业绩来看,邮轮发展较为乐观,连年创收,只是收入增幅有所下降。而从旅游区的分布来看,邮轮较多集中在加勒比海域和地中海地区。在建造方面,欧洲船厂可谓独占鳌头,亚洲国家如日本等则在积极进军豪华邮轮建造市场,中国也在尝试涉足建造“泰坦尼克2号”邮轮。

1.发展迅速,北美为主,但市场份额缩减

豪华邮轮市场近些年的发展异带火爆。2011年,全球豪华邮轮的乘客人数达到2061万人,较前一年增长了近10%。其中,北美占据了半壁江山,来自北美地区的旅客人数达到1152万,占全球总数的56%,而欧洲占到了30%(图6)。

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不过,北美地区市场份额正在逐渐减少,而欧洲及其他地区(尤其是澳大利亚、新西兰、南美和中国)的份额在增加。2007- 2011年五年间,北美的邮轮旅客数的年均增长率只有2.15%,相对于2006年,全球市场份额已减少了近12.8%;而欧洲和其他地区的旅客年均增长率分别达到了12.46%和18.75%,市场份额分别增加7.2%和5.6%。

而从旅游地分布来看,加勒比海域和地中海地区是两个较为热门的景区,其他热门地区包括北欧和大洋洲等,不过,豪华邮轮的两大客源市场——北美和欧洲的旅游热点区略有不同。据国际定期邮轮协会(CLIA)的调查,2012- 2013年,北美客源市场的热点旅游地区包括加勒比海域、美国流域、欧洲流域、东南亚、南太平洋、加拿大/新英格兰地区、澳大利亚/新西兰、南美。其中,加勒比海域和巴哈马地区的客流量最大,占到34.4%,其次是地中海地区,占比21.7%。而据欧洲邮轮协会( ECC)的统计显示,欧洲的游客更倾向于在欧洲本土内游玩,其中,地中海和大西洋海域是最为热门的景点,2011年的客流量达365.1万人,占总客流的60%,北欧地区次之,占20%。

2.建造格局及船型发展趋势

目前,世界上80%的豪华邮轮由芬、意、法、德建造,主要承担方为欧洲的四大船厂——芬兰STX船厂、法国STX船厂、德国Meyer Werft船厂、意大利Fincantieri船厂。其中,芬兰STX船厂和法国STX船厂同属于欧洲STX集团,而欧洲STX集团又是韩国STX集团的分支机构。截至2012年12月底,全球共有24艘10万吨级以上邮轮订单,总计276万修正吨。其中,意大利Fincantieri船厂承接了11艘船订单,息计110万修正吨,占比39%,德国MeyerWerft获得6个订单,位居第二(图7)。

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早已占领传统标准型船舶制造的亚洲船厂正在积极涉入豪华邮轮这一高附加值船舶领域。其中,日本的三菱重工具备较强的实力,2012年底前已获得两艘1万吨级以上邮轮的建造订单。韩国的三星重工也已开始试水豪华邮轮。而中国也在积极争取与欧洲船厂进行邮轮方面合作的机会,并尝试自行建造邮轮。2012年,中国长江航运集团金陵船厂宣布承建“泰坦尼2号”,由澳洲矿业大亨帕尔默出资,预计在2016年建成。

邮轮的船型发展来看,节能化将是未来必行的方向。2013年1月1日,由国际海事组织(IMO)的海洋环境保护委员会( MEPC)提出的用以计算船舶的碳排放情况的船舶能效设计指数标准(EEDI)正式生效。该标准的施行促使相关船舶(包括邮轮)建造必须符合IMO组织的相应规定,从而增加了建造方在节能减排方面的压力,也使得未来邮轮的建造必须更多地考虑环境因素。2013年4月刚建成的“挪威飞鸟”号邮轮就是按EEDI的标准制造的。

同时,为了使邮轮更多功能化和实现规模经济,大型化也是当前一大趋势。2011- 2012年,世界邮轮船队结构(以总吨计)的主体是五万GT(总吨位)以上的船型,占到八成左右;10万GT以上船型超过30%。目前最大的营运船型是美国“皇家加勒比海”邮轮公司的“海洋绿洲”号,船型已达22.5万GT。未来还将有多艘10万吨级邮轮出世(表5)。

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(二)豪华游轮的建造特点及关键技术

豪华邮轮不同于一般船舶,其体型巨大(许多都超过5万吨级)、功能多、航行能力强,因此,不能进行大批量标准化制造,是名副其实的高附加值船舶。其建造有三大特征:

是注重舱室的设计工艺。豪华邮轮非常注重舒适感和艺术感,因此对于内装设计的要求很高。许多豪华邮轮的内部装饰可以和陆地上的五星级酒店相媲美。这就要求邮轮的设计人员具有较高的艺术和审美水平。由于豪华邮轮市场目前仍以欧美为主,因此设计的风格以西方审美观为主,这对于希望介入这一领域的中国船厂来说是一大挑战。

是对船体的稳性和抗噪性要求较高。作为一种休闲工具,豪华邮轮需要给乘客带来舒适的感觉,因此对于船舶航行稳性有很高的要求,同时,航行过程所产生的噪声也必须控制在很低的水平。这对于船舶的建造技术提出了不同于普通船只的要求。

是功能繁多,是一项综合工程。豪华邮轮的内部设施很多,剧院、洒吧、商店、泳池、运动场等功能一应俱全,这就不仅仅涉及建造船体一项工程,而需要汇集各种不同类型的工程公司进行协同合作。这对于船厂的综合管理能力是非常大的考验,也是一些希望涉足邮轮建造领域的船厂难以介入的重要原因之一。

豪华邮轮的关键技术包括邮轮的功能设置与总体布置技术、结构安全性设计技术、舱室布置及装潢设计制造技术、配套设施的制造技术等。这些都是我国进车邮轮建造业需要继续提高的技术领域(表6)。

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(三)主要豪华邮轮造船厂

在邮轮公司方面,本节对欧洲四大船厂——芬兰STX船厂、法国STX船厂、德国MeyerWerft船厂和意大利Fincantieri船厂进行分析。

1.芬兰STX船厂

芬兰STX船厂是欧洲STX集团的分支机构之一,约有员工2500人,拥有三个造船码头——Turku船厂、Rauma船厂和ArctechHelsinki船厂(芬兰STX船厂对此船厂享有一半的所有权)。其中,Turku船厂在豪华邮轮、特种船舶以及深海钻井类船舶的建造方面具有丰富经验。Rauma船厂则以帆船、科研船、军舰和多用途船建造著称。ArctechHelsinki船厂擅长破冰船等基地船舶的建造。

Turku船厂是芬兰STX船厂的豪华邮轮造船基地,也是欧洲最大的船厂之一,总面积达144公顷,近些年新建一个29200平方米的码头。Rauma船厂为皇家加勒比集团所建造的“海洋绿洲号”和“海洋魅丽号”是迄今为止全球营运中最大的两艘豪华邮轮,分别于2009年12月和2010年12月正式服役,排水总量都超过22万吨,可载客量分别达5400人和6360人。过去几年,芬兰STX船厂的邮轮业务十分惨淡,2011年,该船厂遭遇了弃单,致使邮轮建造收入下滑了71%,面临严重的资金困境。2013年5月,芬兰政府同意为该船厂提供3100万欧元的融资援助,对芬兰STC厂来说可谓雪中送炭。近期,Turku船厂获得的邮轮订单共2艘,皆是德国途易邮轮(TUI)公司订购的91000GT级豪华邮轮,交付时间分别为2014相2015年的第二季度。

2.法国STX船厂

欧洲STX集团享有法国STX船厂66.6%的所有权,剩余部分则为法国政府(通过一项战略投资基金)获得,而欧洲STX集团则是韩国STX集团的全资子公司。

法国STX船厂拥有两个造船基地,一个位于洛里昂(Lorient),约有员工110人;另一个位于圣纳泽尔( Saint-Nazaire),约有员工2100人。其中,洛里昂船厂主营单壳船舶以及近海巡逻艇、特种船和客船,主要设计和建造30—120米长的钢制或铝制船。圣纳泽尔船厂在造船领域已有150年历史,在复杂的军舰建造方面享有盛誉。其目前正在开拓海洋可再生能源领域,还为特殊船舶的建造提供技术解决方案。

法国STX船厂拥有法国STX船舱工程公司(STX France Cabins)、法国STX方案设计公司(STXFrance Solutions)。其中,船舱工程公司是其全资子公司,主攻大型船舶的舱室和住宿单元的设计、装潢和建造。方案设计公司拥有员工150人,也是法国STX的全资公司,位于圣纳泽尔,主营工程业务,同时为船舶建造和贸易提供项目管理、培训,以及与造船相关的油气和可再生能源业务等。

法国STX船广的豪华邮轮建造主要由圣纳泽尔船厂完成。已建成的大型邮轮详见(表7)。

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3.德国Meyer Werft船厂

德国Meyer Werft船厂是德国最大的船厂之一,拥有员工超过2500人,总部设在帕彭堡( Papenburg)。该船厂以建造大型、现代化和复杂的豪华邮轮著称,迄今已建造了30余艘大型邮轮。此外,Meyer Werft提供客滚船、液化石油轮和江河船等。

Meyer Werft船厂的豪华邮轮业务发展较快。金融危机后,其余三大欧洲船厂邮轮建造收入普遍减少之时,该船厂仍保持小幅增长态势。Meyer Werft的豪华邮轮客户众多,包括爱达邮轮、精致邮轮、迪斯尼邮轮、挪威邮轮、皇家加勒比国际邮轮、半岛东方(P&O)邮轮、荷美邮轮、丽星邮轮等。Meyer Werft已建成和在建的豪华邮轮详见(表8)。

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4.意大利Fincantieri船厂

Fincantieri船厂是意大利最大的船舶制造厂,也是全球最大的船厂之一。业务范围涉及豪华邮轮、大型帆船艇、军舰和海工船等多个领域,雇员人数达到19000人,拥有21个造船基地、3个设计中心、1个军事研发中心和2个海事相关系统和部件的制造生产基地。

Fincantieri的附属企业包括总部设在日内瓦的OrizzonteSistemiNavaliS.p.A.公司,主营军舰业务;总部位于巴里(Bari)的OrizzonteSistemiNavaliS.p.A公司,主营高功率柴油发动机制造;总部位于美国的Fincantieri海洋系统北美公司,主要为北美市场提供海事设备的销售服务;总部位于美国的Fincantieri海事集团,作为美国中等规模船厂的佼佼者,向商业和政府客户提供服务,包括美国海军和美国海岸警卫队;总部位于日内瓦的研发中心CETENA中心,主要提供研发和咨询服务。2013年1月,世界海工制造领先机构——总部设在挪威Alesund的VARD集团也被并人Fincantieri,Fincantieri集拥有55.63%的股权。

Fincantieri剑造豪华邮轮已有多年历史。早在上世纪初,Fincantieri船厂位于日内瓦和Trieste的两个造船中心就是全球领先的邮轮制造商。至20世纪80年代,Fincantieri船厂较早把握住了邮轮旅游产业的发展机遇,并在此后长期掌控跨洋邮轮的制造业,于1990年交付的“皇冠公主号”邮轮是此后Fincantieri船厂建造的50多艘豪华邮轮的主要模板。目前,Fincantieri船厂的主要订造伙伴包括嘉年华邮轮、法国mpagnie du Ponant邮轮公司、歌诗达邮轮、卡纳德邮轮公司(、迪士尼邮轮、荷美邮轮、海达路德邮轮集团( Hurtigruten)、公主邮轮、半岛东方(P&O)邮轮、大洋邮轮( Oceania)和银海邮轮公司( Silversea)。

2010-2016年Fincantieri船厂已建成和在建的10万吨级以上豪华邮轮详见(表9)。

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四、潮汐能和波浪能发电发展态势

潮汐能和波浪能发电虽然已经历了多个年头,但迄今仍未达到产业普及化的程度,是目前多国争相突破的领域。本章节将就各国地区的发展动向及现有技术应用进行分析。

(一)世界潮汐和波浪能发展动向

世界范围内,潮汐和波浪能发电尚处于试验阶段,技术远未成熟。为了在这一新兴领域占领先机,诸多国家都对此技术寄予厚望,给予投入并取得一定进展。比如,在葡萄牙,由Eneolica能源公司和芬兰AW能源公司耗时两年、耗资650万欧元合资研发的Waveroller波浪能发电机已于2012年8月在佩尼什巴莱奥海域正式下水,开始运行发电。韩国在全南南海郡和津岛郡之间的津岛海域建设了1000KW级试验型潮汐能发电站,在此基础上,建设了始华湖潮汐能发电站,装机容量为25.4万千瓦,于2011年8月正式运营,成为世界上规模最大的潮汐能发电站,超过了法国朗斯潮汐发电站。在德国,全球首家商业化波浪发电厂于2011年年中在Mutriku海港建成,由福伊特水电公司为该发电厂提供16令发电机组,输出300kW电能,以满足大约250户家庭的电力需求。

目前,欧洲和北美地区是该领域的技术领导者,其中,英国由于水利条件最为适合发展海洋能,因此对潮汐和波浪能技术的发展非常重视,而美国作为世界第一大国,在新兴海洋能研究领域也具备了一定的先进性。

1.美国

相对于风能、页岩气等新能源,美国政府在波浪和潮汐能方面的资助力度相对较小。即便如此,美国还是持续地在此领域投入一定资金支持。目前,美国的波浪能和潮汐能发电处于试验阶段,美国政府已开始发放示范项目的建设许可证,促进该领域的产业化。

(1)美国对波浪和潮汐能研发的资助项目布局

能源部是美国联邦层面执行新能源项目资助的主要部门之一。其将潮汐能、波浪能、海洋地热能和河流水能合称为海洋和水体流能源(以下简称MHK),在此领域的最主要的支持项目是水力发电项目。虽然MHK技术相对于太阳能、风能等新能源而言,仍处于早期阶段,但美国政府还是给予了关注,大部分资金用于潮汐能、波浪能和水流能的发展。2008-2012财年,能源部水力发电项目在MHK领域共支持了67个项目,共资助9867万美元。其中,32.3%的资金用于海洋、河流和潮汐水流能源系统技术研发,20.9 %专门用于波浪能系统技术研发(表10)。这些资金一半以上被用于支持民营产业机构,三成用于资助高校,只有0.2%拨给地方政府和行政机构(图8)。

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(2)美国发展潮汐和波浪能的举措和成果

2012年,美国MHK能源行业取得多项突破,其申,与潮汐能和波浪能最为相关的突破包括:

①完成了对美国波浪能和潮汐能资源的最新评估

波浪能方面,评估工作由美国电力研究所( EPRI)承担完成。该项目研究结果显示美国每年的波浪能储能达1170太瓦时,美国的西海岸(包括阿拉斯加和夏威夷)具有巨大的波浪能研发潜力。

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潮汐能方面,评估工作由佐治亚技术研究公司承担完成,项目结果显示,美国每年可获得的潮汐能规模可达249太瓦时,其动能集聚地位于大西洋和太平洋沿岸,尤其是阿拉斯加海岸地区。此外,该公司正在研究和更新美国的海洋流资源信息,评估报告将于2013年完成。

②首次实现潮汐能发电设备的电力输入并网

2012年9月,Bangor水电公司(Bangor Hydro Electric Company)证实,海洋新能源电力公司(以下简称ORPC公司)在Cobscook海外的潮汐能项目已实现对电网的电力输出。这是美国历史上首个与电网联通的潮汐能电站,ORPC公司的这个项目因而成为美国第一个成功的商业化潮汐能项目。2013年,ORPC公司计划再安装2个150千瓦的潮汐能装置。

③首次向潮汐能和波浪能技术企业发放示范项目的建设许可证

2012年1月,美国能源管理委员会( FERC)向Verdant Power公司授予了为期十年的水体流前导项目建设许可证( Hydrokinetic Pilot License),Verdant Power从而获得准许在Roosevelt岛实施潮汐能项目(项目简称RITE)。Verdant Power公司由此戍为美国第一家获得潮汐能发电前导项目许可的公司。2012年9月,该公司成功完成水下动力测定实验,新型旋转器在此次实验中表现很好。该项目是纽约市在美国能源部支持下于2008年设立的,旨在完善Verdant Power公司的涡轮叶片设计。2012年底,该项目已进入目标为超过30个涡轮机数量、提供总共达1MW电能的研发阶段。

同年,美国能源管理委员会向Ocean Power Technologies公司(以下简称OPT公司)发放商业许可证,允许其在Oregon的Reedsport建设规模达1.5MW、可与电网相连接的波浪能园区,从而使OPT公司成为美国首个获得波浪能商业化许可证的企业。许可证授予OPT公司可以部署超过10个与电网连接的本公司设备,有效期为35年。能源部的水利发电项目在过去数年中提供了超过800万美元的资金来支持OPI'公司的150kw和500kw装置建设(型号分别为PB150和PB500)。其中,PB150装置将于2013年春部署完毕,而PB500将在2013年接受实验室和水池测试。

美国能源管理委员会同意颁发许可证表明当局认为能源部水利发电项目的研究成果在安全、环境可持续和成本效率方画已具备了商业化条件。因此,这表明美国的潮汐能和波浪能研发已开始步入商业化试验阶段。除上述两家企业外,ORPC公司也取得了许可证。

除了上述企业外,HMMH公司、Dehlsen Associates公司和Vortex Hydro Energy等公司在美国的研究项目也取得了一定成果。

2.英国

英国是最具备波浪能和潮汐能研发条件的国家之一。英国政府认为,英国的波浪和潮汐能利用率与其所拥有的庞大储能不相匹配,想方设法推进该领域的迅速产业化,对该技术领域投入了很大精力。目前,英国在波浪能和潮汐能领域已进入成套装备的项目示范阶段,在世界上处于领先地位。

(1)英国潮汐和波浪能的资源分布及规模

四面临海的英国是全球最适宜发展潮汐和波浪能的国家之一。据协会组织RenewableUK估计,至2035年,英国的海洋能源经济产值将达到61亿英镑,创造近2万个工作岗位。根据英国皇家资产组织(Crown Estate)与英国海洋管理组织(MMO)、北爱尔兰政府企业贸易和投资部、苏格兰政府、威尔士政府、RegenSW组织和Black&Veatch公司联合进行的一项研究结果显示,英国全国的波浪能储备每年可产生69TWh的能量,最大可转化成27GW的电能功率;潮汐流能每年可产生95TWh能量,最太可转化为32GW的电能功率;潮差坝式和无库式每年分别可产生96TWh和25TWh的能量,可分别转化为45CW和14GW的电能功率。

其中,波浪能资源主要来自苏格兰地区,此外,英格兰西南部以及威尔士的波浪能资源也比较多;潮汐流的资源则较为均匀地分布于英格兰、苏格兰和威尔士水域,北爱尔兰也有一定的储能;潮汐差能的资源主要集中于英格兰和威尔士地区,尤其是布里斯托尔湾( Bristol Channel)和塞弗恩河湾( Severn Estuary)地区(表11)。

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(2)英国发展潮汐和波浪能产业的举措

英国和苏格兰政府对于潮汐能和波浪能的发展倾入了极大关注。近期,其在潮汐能和波浪能领域采取了以下多项重要举措:

①承诺对潮汐和波浪能发电发放ROC许可证

2011年10月,在能源和环境变化部下属的可再生义务绑定评估咨询局( Renewables Obligation Banding Review Consultation)的提议下,政府承诺波浪和潮汐能安装设备每兆瓦时的电能产能可获得5张可再生义务能源义务许可证( ROC),表现了政府对这一新能源领域的重视。ROC许可制度是2002年由英国政府在颁布的《可再生能源义务令》中首次提出的一种用以激励可再生能源进入电力市场的制度,通过根据不同类型许可证设计的各种补贴方式促进可再生能源发电产业的发展。

②启动MEAD计划

2012年,英国能源和环境变化部( DECC)从其低碳创新基金中拨出2000万英镑资金启动了专门用于波浪和潮汐能项目的海洋能系列示范计划(简称MEAD计划)。该计划旨在通过鼓励此领域领先企业从单个设备测试转向成套项目的试验,从而促进波浪和潮汐能第一批商业化前示范成套装备的形成和营运。不过根据欧盟的规定,申请该计划墓金的项目最高只能获得项目总投资额的25%的MEAD金额补助。

②设立可再生能源商业化基金

苏格兰是英国发展波浪和潮汐能的重镇。2012年,苏格兰政府拨出1800万英镑用于组建海洋可再生能源商业化基金,以促进海洋能的商业化发展。2013年5月,苏格兰政府正计划将该基金的一部分用于支持“波浪能首期成套支持项目”( Wave First Array Support Programme)。该项目旨在支持波浪能技术的发展,以期使其能够在2016- 2018年间实现示范性产业化。其中又有两个子项目,分别是设备发展和示范项目(Device Development and Proving)以及区位发展快速通道项目(Site DevelopmentFast Track),项目的四个主要目标是:

1)完善设备设计、制造和安装流程,通过运营过程来改进设备的性能并实现设备在各种海况下的持续发电;

2)降低成本,实现示范作用;

3)联合产业各方应用中小企业技术;

4)支持项目的发展以确保部分第一批示范点能够如期完工和投入使用。

④向市场开放海床等土地租用

英国皇家资产组织( Crown Estate)是专门管理皇室资产的机构,不过其业务不涉及女皇等的个人私有资产。为了促进波浪和潮汐能产业发展,Crown Estate已将33块场地租借给相关项目,项目功能范围涉及工程测试、设施示范及商业化等各领域。2012年,其正在进行一项对于Rathlin岛和北爱尔兰的托尔海角( Torr Head)地区进行租赁的招标工作。该项目具有发电功率规模达到200MW的潜能。

除了以上四大举措外,英国还发起了海洋能园区计划( Marine Energy Parkinitiative),在特定区域内促进产业和投资的集聚,2012年1月,西北海洋能园区(The SouthWest Marine Energy Park)已正式在布里斯托尔( Bristol)开工,另一个在Orkney Waters的园区也正在规划中。同时,欧洲海洋能中心、英国国家新能源中心以及半岛研究所( Peninsula Research Institute)负责建成的研究设施- Wave Hub还向企业和研究单位提供先进设备维护、环境辨识、成套装备安装处理等服务。

(3)英国潮汐和波浪能项目设置情况

在上述举揩的积极推动下,英国的潮汐和波浪能产业正在迅速发展,已从单个装置的水域测试发展到系统装备的测试阶段。2012年,已有12架大型潮汐和波浪能样机在英国水域部署和安装,数量远超世界其他地区(表12),海床的对外租用估计可获得总量超过1.8GW的电能功率。这些工程的主要参与公司包括德国西门子、奥地利安德里茨( Andritz)、德国福伊特公司(Voith)、法国阿尔斯通公司( Alstom)和瑞士ABB公司等,此外,南苏格兰电力公司(SSE)、德国意昂集团(E.ON)、德国RWE Innogy公司、瑞典大瀑布电力公司(Vattenfall)、法国电力集团(EDF)和苏格兰可再生能源发电公司等从事公用事业的机构也参与其中。

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(二)潮汐能和波浪能发电业技术应用

潮汐能和波浪能虽然是储能大、清洁、可再生的能源,也有一些小规模电站应用了波浪能和潮汐能技术,但在经历了几十年的摸索后,受能力转化效率低、或成本过高或环境压力等因素,其仍未实现大规模市场应用。不过,随着新兴技术的出现,如无库式潮汐能发电、振荡浮子式波浪能发电技术等,波浪和潮汐能的产业前景有望改观。

1.波浪能

波浪能的主要用途是发电,可以为边远海岛和海上设施等提供清洁可再生能源,相对于其他能源利用方式有着独特的优势。迄今为止,波浪能发电的技术发展已有一百多年的历史,其研究应用已趋于成熟。

波浪能发电装置按结构形式来分类,主要有振荡水柱式、振荡浮子式和越浪技术三类。其中,振荡水柱式技术是利用一个水下开口的气室吸收波能的技术,其利用波浪驱动气室内水柱往复运动,然后通过水柱驱动气室内的空气,进而由空气驱动叶轮得到旋转机械能,进一步再驱动发电装置,得到电能。振荡浮子式技术又可细分为鸭式、阀式、浮子式、摆式等,该技术主要利用波浪的运动推动装置的活动部分产生往复运动,从而驱动机械系统或油、水等中间介质的液压系统,在推动发电装置发电。越浪技术包括收缩波道技术和槽式技术,其主要利用水道将波浪引入高位水库形成水位差(水头),再利用水头直接驱动水轮发电机组发电。这几种技术的优缺点详见(表13)。

 

 

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2.潮汐能

潮汐1;毪是在月球和太阳等引力作用下形成周期性海水涨落而产生的能量,它包括海面周期性的垂直升降和海水周期性的水平流动。潮汐能有多种用途,其主要利用为潮汐能发电。潮汐能发电的研究历史悠久,不过,但技术发展得并不顺利,相比于波浪能,潮汐能发电技术离应用的距离更远一些。目前,潮汐能发电技术主要分为水库式和无水库式两种。

其中,水库式潮汐发电是历史悠久、较为传统的一种发电方式,就是在海湾或海潮河口建筑堤坝、闸门和厂房,将海湾或河口与外海隔开来围成水库,并安装机组进行发电的方式,其技术主要包括单库(单向型、双向型)和双库单向型三种(表14)。其中,双库型潮汐电站由于发电效率低且投资高,因此实际建造量非常少。截至2012年初,世界最大的坝式潮汐能电站是位于韩国京畿道省安山市的254MW规模的SihwaLake潮汐能电站。不过,鉴于这类技术易造成严重的生态环境污染,因此其发展面临不少阻碍。

 

 

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在此背景下,无库式潮汐发电应运而生,成为近期热点。由于无库式潮汐电站无需像有库式那样在人海口建坝,可以直接在近海浅水区安装潮汐能机组进行发电,从而省去传统潮汐电站土建项目的巨额投资,并降低电站对气候的依赖,又不占用河道,因此可以大幅度降低对生态的不利影响。

无库式潮汐能发电设备的运作原理借鉴了风能发电的原理,并考虑海流和风的密度等因素,因此其水轮机结构与有库式大不相同。按机组结构形式分,其发电机组总体可分为海底风车式机组和全贯流式机组两类。海底风车式机组是在海底安装形如风车的机组,利用潮水提供的动能冲击叶片发电,典型的如2003年英国西海岸布里斯托尔海区域安装和试验成功的“海流( seaflow)”风车式发电机组(首批装机容量为单台300kw,随后又安装了单台1200kw的机组)以及2007年由挪威HammerfestStrom与Statoil、Rolls-Royce、ABB等4家公司共同设计开发的在挪威Hammerfest附近的Kvalsundet海域安装的单机装机容量为300kw的水平轴风车式发电机(Tideverk)。全贯流式机组的特点是结构属于中心开放式,且无轴及桨叶。水流通过机纽中心时,会带动周边的转子旋转发电。相关设备已经问世,比如,由美国海军研究中心支持的、由佛罗里达水电公司设计的中心开放式发电机组,已于2005年完成样机制作,并在欧洲Orkney潮汐能技术中心进行试验;英国LunarEnergy公司联合E.ON公司于2007年设计开发的水平轴双向发电潮汐能涡轮机( Rotech)。

五、海洋生物医药发展态势

海洋生物医药早在20世纪60年代初开始成为全球各国角逐目标。目前,研究热点集中在海洋活性产物及新药开发研究、海洋多糖活性研究及新药开发利用、海洋微生物活性研究和海洋活性生物基因工程的研究等方面。美、日和欧盟各国是此领域较为领先的地区,呈三足鼎立之势。

(一)各国海洋生物医药发展动态

海洋生态系统资源丰富,但目前被开发的资源只是沧海一粟。因此,世界多个国家地区纷纷在海洋生物医药领域加大投入以期取得技术制高点,主要海洋研究机构纷纷制定相应的研究规划和计划。

由于美国、日本及欧盟各国在此领域较为领先,因此本节将着重介绍这些地区在海洋生物医药方面的 战略规划和进展。

1、美国

美国是海洋大国,长期以来在海洋科技领域都处于国际领先地位。2007年,美国国家科技委员会( NSTC)发布了一份战略文件《为美国下一个十年的海洋科技寻求方向——海洋研究重点领域规划与执行战略》,确定了美国未来十年20个重点研究领域,分属六大研究主题,其中的“促进人类健康”主题,明确将生物建模和研制生物制品作为核心研究领域之一,强调重点发展对于海洋生物制品(比如药物、营养品、诊断工具、试剂、酶等)的勘探、评估(比如基因组学)和研发(比如生物合成),包括利用海洋物种作为机理模型进行与人类健康相关的疾病、毒理学和生物化学流程研究等。此后,美国主要制定和执行海洋战略的政府机构美国海洋与大气局( NOAA)又颁布海洋发展战略文件National Sea Grant College 2009-2013,提出在海洋生物技术方面需要优先发展的5个领域,包括:海洋天然产品、生物分子过程的发现、海洋环境生物技术、海洋赘源管理和海产品安全和加工。

目前,以美国为首的西方国家在海洋抗肿瘤药物、海洋生物抗菌活性物质提取、抗心血管病及放射陛药物研发、海洋生物酶及海洋功能食品等海洋生物技术上取得了进展,已将鲨鱼软骨提取物制成冲剂、胶囊剂等投放市场,这些药物不但可克服放、化疗引起的副作用,而且可有效地增强患者的机体免疫力。在海洋生物医药方面进行投入的美国医药企业包括:辉瑞、施贵宝、金纳莱( Genaera)、礼来( Eli Lilly)、眼力健(Allergan)等。美国近期主要研究领域见(表15)。

 

 

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2.欧盟各国

欧洲是最早开展海洋药物研究的地区之一,近几年也屡屡出台海洋科技相关战略和措施。2007年,英国自然环境研究委员会( NERC)批准了7家海洋研究机构的联合申请,启动了名为“海洋2025”(Ocean 2025)的海洋科学战略计划,将“健康和人类影响”等十个领域列为计划的重点支持领域。2010年9月,欧洲科学基金会海洋委员会又提出海洋生物技术发展的下一个十年规划MarineBiotechnology: 4New Vision And Strategy for Europe,以期为欧洲19个国家的30个成员组织建立全欧洲范围内的平台,从而促进海洋研究和确立国际领先优势。该规划将“开发新药、治疗和保健产品”列为海洋生物技术研究的优先领域之一,主要的优先研究方向与目标是:加强对特殊和极端环境海洋物种的基础研究(如分类学、系统学、生理学、分子基因学和化学生态学等),以增加发现新生物活性物质的概率;改进生物发现通道相关技术,包括生物活性物质分离、适应不同海洋来源不同材料的生物分析、排重策略和结构确定方法与软件等;依靠养殖、微生物和组织培养、化学合成、生物工程等领域的科学进步,解决原料供给瓶颈,为新药相保健产品开发提供可持续来源。

凭借经济、科技、人才等方面的优势,在一系列规划和项目的支持下,德国、英国、意大利、法国、西班牙等国在海洋天然产物研究领域一直居世界先进水平。其中,西班牙的Pharmamar公司是专门从事海洋药物研究开发的制药企业,瑞士罗氏、法国赛诺菲、英国史克毕成(Smith-Kline Beecham)等知名医药企业也纷纷投身于海洋药物的研发和生产。近期欧洲部分国家的海洋生物医药的主要研究领域见(表16)。

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3.日本

日本早在1988年就设立了海洋生物技术研究所,并投资10亿日元建立了两个药物实验室。2009年3月,日本海洋研究开发机构( JAMSTEC)发布了《JAMSTEC第二期中期计划》,对机构2009-2014年间的研究提出了战略方向,主要包括四方面内容:海洋科学技术的基础研发;研发成果的普及以及促进成果的灵活应用;大学及大学共同利用机构在海洋学术研究方面的合作;为科技开发人员和学术研究者提供实验设施和设备。重点研究开发内容包括海洋与极限环境生物圈研究,涉及海洋生物多样性研究、深海与地壳内生物圈研究、海洋环境与生物圈变迁过程研究等。

近年来,日本在海洋生物制药的产业化方面已取得了不少进展,研究人员对海洋微生物进行了广泛研究后发现,27%种属的海洋微生物具有抗菌活性;相关人员从棘皮动物刺参中分离得到的皂甙毒素Holotoxin A、B,现已用于治疗脚气和白癣菌感染症,是来源于海洋生物的少数几个药品之一;相关研究所得的海洋生物酶已临床应用于治疗类风湿性关节炎、心肌缺血、皮炎、视网膜损伤以及抗衰、防癌等。日本近期在海洋药物方面的主要研究领域见(表17)。

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(二)海洋生物医药技术发展

海洋生物活性物质是海洋生物医药最主要的成分之一,是存在于海洋生物体内的海洋药用物质、生物信息物质、海洋生物毒素和生物功能材料等对生命现象具有影响的物质,一般都以微量形式存在。包括几丁聚糖、鱼油中的EPA和DHA等。已知的海洋药物的活性成分主要类别有:脂质、醣类、苷类、氨基酸、多肽、酶、萜类、类胡萝卜素、甾类、非肽含氮类化合物等,还有许多未知的活性成分有待发现。

由于这些活性物质的种类繁多、结构特异、含量微小等特点,对其分类、分离、纯化、结构鉴定、筛选和合成等技术显得尤为重要,与此相关的海洋生物医药技术正在不断发展。本节主要介绍几种目前受到广泛重视的新技术。

1.生物活性筛选技术

生物活性筛选技术是一种以酶受体为研究靶点的高通量筛选方法,其以蛋白质组学为基础,借助核磁共振法、基因数据库及高端识别等技术来研究化合物的活性作用机制,近期已逐渐应用于海洋药物的研发上。其中被应用较多的领域是海洋微生物代谢产物的相关活性研究,尤其是在抗肿瘤活性菌株的筛选方面。

一般情况下,为了分离获得作用明确的活性成分,常采用靶点、机制单一的活性筛选模型。但由于受到各种因素限制,如需要特殊仪器诫剂、需筛选的样品数量较少、制备过程复杂等,这种模型往往不适用于筛选大量活性菌株,因此需要将生物活性筛选技术模型与经济、易大面积覆盖的简单初筛模型结合着应用,以对活性菌株进行分级组合筛选,从而降低成本和提高效率。

2.多肽固相合成法

多肽固相合成法是一种新型药物合成法,由美国生物化学家Merrifield发明,在海洋毒素的研究和开发中应用较多。与传统的多肽液相合成法比其具有不少优点,包括:能够使用自动制备设备;可以采用膜过滤、溶液冲洗的方法来分离多肽;可以采用大量反应试剂从而促使反应的彻底进行;固相载体能够结合反应产物多肽,可以使多肽的损耗量降到最小等。这种技术已成为全合成海葵毒素、海兔毒素的有效方法。

3.超临界流体色谱法

超临界流体色谱法( SFC)是一种以超临界流体作为流动相的色谱方法,适用于海洋天然产物的分离与纯化,目前较多应用于制备EPA(二十碳五烯酸)和DHA(二十碳六烯酸)上。其优点包括:分离样品时间短,效率高;采用无污染的超临界二氧化碳作为流动相,无需存储和处理使用有机溶剂,得到相关产物后的后处理方法简单,无有机污染,产物纯度高;二氧化碳的化学惰性使得产物不会由于流动相而产生化学变性,产物质量较高;操作温度较低;生产物质的操作方法简单,易于生产条件的控制等。

六、海洋观测系统发展态势

海洋观测系统是一个庞大而复杂的海洋信息网络体系。本节将对该系统的概况及其两个区域性载体——欧洲海洋观浏和数据网络( EMODNET)和美国综合海洋观测系统(IOOS)进行研究分析。

(一)全球海洋观测系统概况

全球海洋观测系统(以下简称GOOS)是全球地理观测系统(GEOSS)的一部分,于1992年,在世界气象组织( WMO)、联合国环境规划署(UNEP)和国际科学协会理事会(ICSU)的协助下,由政府间海洋委员会(IOC)执委会正式提出建立。其目标旨在建立一个统一、协调、能够实现资料和产品共享的国际系统,从而提供海洋资料和信息,使人们能安全、有效、合理、可靠地利用和保护海洋环境、进行气候预测和海岸管理。

1.涉及范围、用户群及意义

GOOS的产品丰富,涉及面广,涵盖了海平面变化、洋流地点和强度、异常高浪、海冰、要害海藻、渔业服务、干旱地区雨量、越冬期长度和寒冷状况、疾病爆发可能性等多个领域。其用户涉及政府、环境管理部门、业务服务部门(如航海、港口、保险、搜救等)、航运部门(如石油天然气业、航运业、渔业、测量业、建筑业等)、企业(、如旅游公司、拖捞公司等)及个人(如冲浪运动员、潜水员、钓鱼者、旅游者等)。

GOOS的建设与完善将有助于改善风、海浪和海冰的预报,改善暴风雨、大浪、浪涌的警报,改善港口昀管理、离岸的设计和业务,有助于海轮的行程安排和海上娱乐活动,改善不良水质的探测,有助于渔业和水产业的管理,改善气候预报,改善为农业、能源业和水利业的降雨和温度的预报,有助于疟疾等流行病的预防等。

2.执行机构组成及区域性联盟分布

GOOS的执行主要依靠GOOS项目办公室、海洋学和海洋气象学技术联合委员会(JCOMM)、GOOS的各区域性联盟(简称CRAs)、区域性海洋观测系统( ROOS)以及区域性近岸海洋观测系统( RCOOS)来完成。其中,GOOS项目办公室是GOOS系统的组织和协调核心机构,办公室总部设在联合国教科文组织( UNESCO)的政府间海洋委员会(IOC)内部,位于法国巴黎。JCOMM是一个跨政府的技术专家组织,其功能是协调国际间海洋地理和海洋气象观测活动、进行数据管理和服务、联合气象和海洋地理方面社团的专家、加强技术和能力建设。GRAs是区域性的海洋观测系统,一般是跨国性质。ROOS和RCOOS是规模比较小、通常范围局限为一国之内的观测系统。区域性和国别海洋观测系统分布情况详见(表18)。

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(二)欧洲海洋观测和数据网络( EMODNET)

欧洲海洋观测和数据网络(以下简称EMODNET)是GOOS区域性系统的重要组成部分。2007年10月,欧盟委员会发布了关于欧洲联盟综合海洋政策的远景文件,提出建立EMODNET系统。2008年10月,欧洲海洋局和欧洲科学基金会发布了《欧洲海洋观测系统远景》(Marine Board-EruoGOOS Perspective)报告,对未来欧洲海洋观测系统的发展、管理和实施进行了规划,EMODNET系统的建设就此步人正轨。

1.EMODNET的基本组成

EMODNET系统涵盖了欧洲海岸带、大陆架及周围海盆数据的管理,是对现有欧洲观测系统的网络整合。其主要任务是:建立和整合远海遥感观测系统、大陆架和海岸带观测系统;协调技术方法与战略,在协议原则下加强数据管理、数据格式和质量控制;确保数据(包括区域性数据转化、环境评估和模型等)能够持续地传输给用户。

EMODNET系统是提供端到端的系统,由传感器与平台、调查研究、通信系统、数据管理和信息工具等模块组成(图9)。在此框架下,2009年,欧盟委员会的海事和渔业总署(DG-MARE)签署了六项服务协议作力EMODNET的先行试点系统,分别是水温地理信息库、海洋地理信息库、化学信息库、生物信息库、寄生生物地图系统和物理信息库。2012年10月,海事和渔业总署又发起了七项服务协议,以促进七个领域的海洋数据、大数据和数据产品的发展整合及渠道建设和利用,这七个领域分别是:水深测量、地质学、物理性栖息地生物( physical habitats)、化学、物理和人类活动。

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2.EMODNET的实施方案

为了建立和维持一个有效的欧洲海洋观测数据网络,欧洲海洋局和欧洲科学基金会提出了以下五方面的实施举措:

(1)按需对现有海洋数据进行识别和挖掘

建设专用资源并与众多国家海洋数据中心合作,这些数据中心多数都参与了欧盟第六框架的SeaDataNet计划的数据中心。

(2)通过差距分析确定海岸与海洋领域现有数据的缺点

开展差距分析领域的专家审查。将观测系统模拟实验作为工具,并积极从欧洲、美国及全球海洋观测活动的经验中获得相关经验。

(3)对持续有效的观测系统进行协同联合投资

对遥感和定位观测技术、各种平台(如运输船只、研究和捕鱼船只等)、国家网络、自适应交通工具和高效的重点区域观测网络进行协同联合投资,促进观测系统的发展。

(4)排除交换和有效获取数据的障碍

明确各机构采用的共同标准和起草质量控制程序、元数据格式及描述、数据交换格式等方面的协议,使数据获取与管理所涉及的所有机构采用共同的数据管理方法,以使数据有效地成为公共产品,促进其分享和使用。

(5)通过协作和统一管理来建设EMODNET

要求欧盟及其成员国涉及海洋的政府间协议的,要提供一个较高水平的管理标准,并确保长期投资。

(三)美国综合海洋观测系统( IOOS)

美国综合海洋观测系统(以下简称IOOS)是美国实施GOOS项目的主要载体,其主旨是建设能够快速和系统地获取和发布海洋、海岸带和五大湖的数据及数据产品的先进海洋观测系统,以满足社会的主要需求。2004年,美国海洋政策委员会( USCOP)出台文件《21世纪的海洋蓝图》,提出要实施综合海洋观测系统。为响应该号召,2007年出台的《美国海洋行动计划》(简称OAP)提出要对美国现有的海洋观测点进行整合,并归并至全球地理观测系统中( GEOSS)。此后,IOOS开始逐步进入建设阶段。目前,IOOS系统的建设重点是美国综合海岸带和海洋观测系统(ICOOS),其是IOOS的海岸带部分,也是IOOS系统中的美国国家区域级系统。

1.IOOS系统建设的主要合作方

美国IOOS系统建设的合作伙伴主体为联邦政府和区域性组织(或系统)。其中,联郑政府机构主要包括17个机构,其职责是为系统建设提供积极的支持、资金和导向,为相关项目提供建议。这17个机构都是美国国家海洋研究领导委员会( NORLC)的法定成员(表19),其中前11家还是美国联合海洋观测委员会的一部分( IOOC),是美国IOOS系统最直接的责任机构。而区域性组织(或系统)的主要职责是提高组织所处地区环境(如海冰、珊瑚礁、五大湖等)的观测密度、扩展相关知识和促进技术提高,并支持和满足当地用户的需求,主要包括11家(表20)。

除上述两类机构外,美国IOOS系统还拥有一个认证测试组织——海岸技术联盟(ACT)。该联盟是通过美国国家海洋和大气管理局( NOAA)所设基金,通过竞争机制遴选出的研究机构、资源管理机构和民营企业组建而成,以促进有效、可靠的用于环境监测和长期近海资源管理的传感器及其平台的建设和发展。

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2.IOOS的六大子系统概况

根据《21世纪的海洋蓝图》的规划,美国IOOS系统由六个子系统组成,分别是管理和通信、观测、模型分析、监管、研发、培训与教育子系统。其中,前三个是功能性子系统,主要为海洋环境数据及其产品的获得和制造提供技术支持;另外三个属于跨领域系统,主要功能是为美国IOOS系统建立项目框架,以及完善和改进系统。

(1)数据管理和通信子系统

该子系统是IOOS整合所有数据资源的核心系统。为建设该子系统,美国的举措主要有三个:一是于2007年设立了数据整合框架项目(简称DIF项目),以建立技术框架、鉴定标准和提供指导来完善各种核心变量(如海洋温度、水平面、海洋颜色、洋流、盐度、风力、波浪等)的数据传输。二是设立和建设国家数据汇集中心( DAC)。三是由IOOS系统项目和美国联合海洋观测委员会(IOOC)的成员组成一个工作小组,专门致力于数据合作方的数据认证工作,以控制数据质量和实现数据共享。

(2)观测子系统

该子系统主要负责对从水体、陆地、航空和卫星平台所收集到的数据进行管理,数据设计范围既包括全球海洋环境,也包括美国海岸带及五大湖环境。其中,全球层面的工作主要由美国国家海洋和大气管理局( NOAA)的环境项目(Climate Program)办公室负责,主要提供海洋气候分析、气象研究与预测,以及长期气象变化的探测及分析等方面的数据。国家层面的观测系统的基础设施建设主要由国家数据浮标中心( NDBC)、海洋学产品与服务中心(CO-OPS)以及海岸一海洋自动网络系统( C-MAN)的建设部门负责,以提供准确、实时的海洋相关观测值。在此基础之上,观测子系统近期的重点领域包括波浪观测、高频雷达系统建设、水下滑翔机( Underwater Robotic Gliders)研发、数据搜集传感器研发及其认证等。

(3)模型分析子系统

诙子系统是IOOS基础设施的客户端,旨在为联邦政府及非联邦机构、产业界、学术界、非政府组织、少数民族群体、专业机构和公众提供数据、数据产品和服务。其中,中间用户可以综合评估这些数据、产品及服务来预报海洋环境状态,通过报告、警报、模型输出或专业分析工具产品等形式向特定最终用户提交结果。

(4)监管子系统

美国IOOS系统的有效运转有赖于一个透明的监管结构。目前已投入运行的监管系统分为联邦和

区域两个层面。其中,联邦政府层面的主要机构包括联合海洋观测委员会( IOOC)、系统咨询委员会( System Advisory Committee)和海洋保护区IOOS特别小组(Marine Protected Area IOOS Task Team)。区域层面的监管机构主要是上文已提及的11个区域性组织。

值得一提的是,系统的资金分配方面,2007年之前,美国IOOS系统由国会直接拨款的资金是直接分配到各个区域系统的具体项目,但是这种资金支持方式不利于整体区域或国家资源的有效整合,导致各项目无法协调发展,也不利于系统的可持续发展。为了解决这个问题,自2007年开始,IOOS系统引进了竞争机制,国会直接拨款井择优提供资金支持,并取得了良好效果。

(5)研发子系统

研发子系统的功能是收集和了解各方对研究与开发方面的需求,并对这些需求进行优先排序,并落实各机构间的研发合作以满足需求。其中,海洋观测行动计划( OOI,Ocean Observation Initiative)是最核心的项目,由美国国家科学基金会提供资金,旨在建立一整套以科学研究为目的的传感器系统所建立起来的网络化基础设施,以此来测量海洋和海床上的物理、化学、地理和生物变量。项目通过建

造专用观测站和工具等方式来为尚处于假设阶段的基础研究提供必要的基础设施。此外,11个区域性组织在收集和了解用户的研发需求方面也承担了重要角色。

(6)培训和教育子系统

该子系统的主要功能是给教育机构和培训方提供有用的教学产品、信息和数据。这一系统在国家层面已开展了多项活动,例如美国国家海洋和大气管理局( NOAA)等设立了切萨皮克市海湾办公室(Chesapeake Bay Office),专门指导自治水下运载工具(AUVs)的使用,以填补固定的海洋观测浮标在收集数据上的不足。此外,各区域性组织也开展了不少工作,例如美国东南部地区海岸带海洋观测协会( SECOORA)联合多个个高校以及海洋科学人才教育中心东南分部(COSEE-SE)共同开展了基础观测浮标项目( BOB)。



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