【特邀专栏】军民融合系列谈之三：洛克希德•马丁公司海洋热能转化发电项目商业化路径研究
洛克希德•马丁公司海洋热能转化发电项目商业化路径研究
张京男 蒋佳玲 蔡闻一
中国运载火箭技术研究院研究发展中心
（本文由《军民两用技术与产品》杂志和作者共同授权发表，刊登在2015年第8期）
美国洛克希德•马丁公司（简称“洛•马公司”）正在实施的海洋热能转化（OTEC）发电项目是其民用领域的1项大型新能源典型工程实践项目。研究该项目的商业化路径设计与相关实施措施具有重要借鉴意义。
海洋热能转换系统，这幅图显示，海洋热能转换工厂的热交换如何进行。海洋表层水与深层水之间的热差，可用来产生蒸汽，驱动涡轮机。
OTEC产业特征
海洋面积占地球表面积的70%，是世界上最大的太阳能收集器。OTEC技术利用海洋能发电，以产生连续不断、无穷无尽且完全零碳排放的清洁能源。建设OTEC发电工程有助于实现特定区域的能源自给；可在海事工业这一新兴领域创造大量就业机会，包括工程设计、安装、维护和改进等方面；无需使用石油提供电力，以便将石油资源更多地应用于高附加值产品的冶炼。与风能、太阳能等其它可再生能源不同，OTEC产业化在全球刚刚起步，目前尚没有商业化运行的OTEC发电厂，因此工程应用有待验证。
项目发展历史
洛•马公司的OTEC项目起始于1974年。当时，洛•马公司的前身洛克希德公司导弹与航天系统分公司承担了美国国家科学基金会的国家应用研究项目，利用海洋的热力梯度特性，开始了为期9个月的海洋能发电科研试验，以期研发出质优价廉的发电方式。1979年，洛克希德公司自筹资金在夏威夷群岛建成了50kW的小型OTEC演示验证试验台，收集了3个月的运行技术数据，成功验证了工程可行性。这是当时世界上唯一的实际运行的海上飘浮OTEC系统，项目得到了美国海军、Makai海洋工程公司、Dillingham建筑公司等的大力支持。但由于当时美国联邦政府缩减了对可再生能源的投资，同时石油价格大幅下降，导致工业界对OTEC项目的投资和研发投入大幅减少，洛克希德公司也被迫中止了该项目。
2006年，Makai海洋工程公司从美国海军研究办公室（ONR）获得了1项小企业创新研究（SBIR）计划合同，探索如何利用OTEC技术在赤道附近海上平台生产氢气。Makai公司清楚地认识到，小企业无法将OTEC技术转为大规模应用的商业产业。因此，Makai公司主动与现在的洛•马公司合作，共同研究计划方案并建立了多年前的工程合作关系。2007年，双方携手重新开启OTEC项目的商业化之路。
商业化发展路径
一、军方投资
美国海军认为，OTEC项目前景可观，能减少热带地区军事基地对石油发电的依赖，包括海军在夏威夷和关岛的海军工厂，以及相关保障工厂等。美国海军为OTEC项目设定的近期目标是降低关键组件和分系统带来的全系统开发风险；远期目标是实现OTEC技术的商业化应用，可从私人开发的OTEC发电厂里以低成本购买电力。
美国海军与夏威夷电力公司协商后，决定将首个商业化发电厂建在夏威夷群岛的主岛——瓦胡岛，发电能力约为5MW；第2个商业发电厂计划建在关岛；后续电厂仍可能建在瓦胡岛。2009年，美国海军基础设施司令部（NAVFAC）正式授予洛•马公司及其工业团队OTEC试验型发电厂工程开发合同。2009年8月21日，该工程正式启动，主要投资者除了NAVFAC之外还包括美国国家海洋和大气局（NOAA）及美国能源部等。
二、路径设计
OTEC发电工程属于新技术、新概念的技术转化项目。洛•马公司在获得研制合同后，采用了典型的“5阶段商业化发展路径”。目前，洛•马公司OTEC项目已处于第2阶段并向第3阶段迈进。
阶段一（研发阶段）：建立创新型开发概念，储备专利技术，设计技术需求组合。
阶段二（概念演示验证阶段）：设计并试验工程原型，改进相关技术。
阶段三（建立试验型工程或工厂阶段）：从外部市场购买所需技术，验证工程实际的技术有效性。
阶段四（商业化推广阶段）：检验制造流程在不同规模下的经济有效性，检验技术在规模化应用时的可行性。
阶段五（商业应用的成熟化阶段）：检验工程项目的可出售性和地域分布潜力。
为了将项目从研发转化为完整的商业化项目，首先，洛•马公司为资本市场和技术市场设计了OTEC项目投资机遇蓝图，使外部参与方和洛•马公司内部管理层认清OTEC的商业化发展潜力，从而吸引资本介入与技术支持；其次，其通过详细核算给出了一系列项目预算数据，包括建造1个OTEC电厂所需的成本、建造周期、工作性能指标及准确的固定价格等信息。
目前，OTEC试验型发电厂正在建造中，洛•马公司迫切需要更多的外部融资，以建设5MW的试验型发电厂，并将所发电能接入夏威夷当地电网进行检验等。同时，洛•马公司还联合了多行业的技术资源，涉及近海工业、海军系统、海洋工程，以及与OTEC技术、材料和环境等领域的相关企业。
考虑到未来要拓展成100MW的OTEC商业项目，洛•马公司还将对试验工厂进行环境参数测量，以便相关政府管理部门能够理解和评估更大型商业OTEC发电厂运行时的环境影响，同时，也有助于NOAA对工程规划进行指导和调整。OTEC试验型发电厂建成后将进行试运行，检验项目的成本、进度、运行维护等情况，以便于工业部门和投资者评估OTEC商业化运行后的情况。最后，洛•马公司将把OTEC试验型发电厂向市场推广，进行产业宣传，并提供工程培训等服务。目前，由于试验型发电厂规模较小，很难产生经济效益，外部融资难度较大，洛•马公司正在寻求政府部门和其它投资商的资助。
三、合作模式
近年来，洛•马公司持续开发并验证OTEC系统所需的关键技术，调动了公司内部航天系统事业部、海事系统与探测器事业部的技术优势力量，并广泛寻求工业团队、大学与科研机构的帮助，联合开展商业化应用推广。洛•马公司为合作团队创造了IPT（集成产品开发团队）协作环境，对团队成员单位进行了明确的职责分工，如表1所示。大学与科研机构主要包括：夏威夷大学/夏威夷自然能源研究院、佛罗里达州大西洋大学海洋能源技术中心和西弗吉尼亚大学建造设施中心等。
四、海军OTEC试验型工厂工程体系
洛•马公司为海军在夏威夷瓦胡岛建造的OTEC试验型发电厂主要由5大系统组成。其中，OTEC平台系统包括平台结构、发电系统、输电系统、设备与控制系统，以及产水系统等部分。该发电厂建设在夏威夷瓦胡岛的西南海岸，设计寿命为20年，设计年均发电量为5MW，可满足美国海军与夏威夷电力公司对可再生能源发电的使用需求，建成后可扩容至10MW；其采用半浸入水中的OTEC平台，使用低风险、模块化组件，以满足长期使用的稳定性要求；其产生的电力通过海底电缆传输至美国珍珠港海军基地；其具有系统规模扩展潜力，未来可按此设计建设100MW的OTEC商业项目。洛•马公司对该项目的初始成本评估情况如表2所示。
洛•马公司对OTEC试验型发电厂项目进行了全面评估，认为：该项目在商业化大规模运行方面具备经济与技术的可行性，如果资金方面得到保障，预计2014年底可建成试验型发电厂，如果运行成功，有望实现快速融资，推动商业化大规模发电厂建设。同时，洛•马公司也认识到，当前面临的最大挑战是经济可承受问题，其后续将深入分析成本结构，理解与技术细节相关的各层面成本问题。
五、在中国海南建设OTEC商业项目
2013年10月，在承担海军OTEC试验型发电厂项目的同时，洛• 马公司与华彬集团签署了1项价值2000万美元、容量为10MW的OTEC发电厂工程初始设计合同。整个OTEC项目工程将在我国海南省建设，计划3年半完成，届时将成为到全球容量最大的OTEC发电厂，可为1万户普通家庭提供电力。洛•马公司选择华彬集团作为商业化开发合作对象主要是基于对OTEC工程规模越大、经济效益就越丰厚的基本认识。华彬集团是1位华人企业家1984年在泰国建立的跨国投资公司，主要投资绿色产业、产品和服务，如新能源、房地产、旅游、医疗健康、文化产业等。
此外，目前全球有80多个国家位于热带附近，具有优质的海洋温差资源，适合建造OTEC发电厂。未来3～4年内，洛•马公司将大力开发这些区域的市场潜力。
对我国军工企业发展民用产业的启示与建议
一、在民用领域继续发挥系统集成的大型工程优势
作为美国最大的国防工业承包商，洛•马公司是美国大型军事装备系统集成能力的杰出代表。Makai海洋工程公司与洛•马公司合作也是基于其需要洛•马公司的系统集成与技术统筹能力。
我国大型军工企业承担着大型军事项目与航天装备工程项目，其系统集成能力可移植到其它民用工程项目中，既能与军方共同设计大型军用工程，又能带动民用技术发展，挖掘民用市场潜力，开发民用产业和大型项目。
二、设计前景可观的优质项目，吸引政府、资本市场与技术市场投入开发
任何独立的军工企业都不可能直接拥有充足的资金和技术去承担大型工程项目。洛•马公司为OTEC设计商业化路径，试图进一步细化成本结构，评估项目经济指标与前景，目的是打造1个具有强大吸引力的大型工程，吸引海军、能源部、外部投资者，以及技术公司加入到项目开发中来，为项目提供资金、技术等支持。
以往，我国大型军工企业主要从事武器装备科研生产，未来可积极介入太阳能、海洋能、云计算、医疗平台、智能电网等新兴产业领域，面向客户通过竞争情报、概念设计、前景规划等过程寻求、打造并展示优质的民用项目，吸引政策、资本、技术等多方面的支持。
三、以商业运行思维与机制发展民用产业
我国军工企业军品研制的需求与市场较为固化。但鉴于民用工程的商业化特性，市场的拓展必然要求军工企业加强并运用商业运行思维和机制。首先，工程项目需要更多地考虑成本与收益，需要详细评估人力、财力、物力等开发成本，即要满足经济可承受性；行政指令模式难以适应商业化项目管理，迫切需要采用具有一定自主权的项目经理制来保证项目开发效率；服务对象与合作对象均更加广泛，例如，洛•马公司开展的OTEC项目涵盖了跨国公司、美国技术公司、地方政府，以及资本市场相关机构等参与者。
四、借鉴“五阶段商业化路径”降低风险并检验方案，开发民用工程与产品
“五阶段商业化路径”即“概念与技术组合-工程原型试验-技术购买与集成-规模经济论证-出售与地域潜力分析”。作为国外大型工程项目的商业化典型路径，其值得我国军工企业在开展民用项目时对其进行借鉴。其中，“技术购买与集成”具有将民营企业技术能力作为战略资源的含义。民间资源是军工企业完成大型民用项目的重要补充，具有显著的必要性，也是军民深度融合的集中体现之一。同时，在实现技术集成的同时，“规模经济论证”从盈利角度对项目进行量化分析。因此，这2个环节在整个路径中最具启示意义，是商业化的关键所在。
（来源：《军民两用技术与产品》，作者：张京男 蒋佳玲 蔡闻一）