海上风电与海洋养殖融合发展现状与展望 - 海洋电力发电技术创新趋势

亿脉 · 发表于海洋科普 2024-6-12 18:25:42

摘要：近年来，随着海洋活动的不断增强，国家围绕海洋渔业、海洋可再生能源等潜在需求旺盛、带动力强的重点产业领域开展多项专项规划，融合发展“海上风电+海洋养殖”等多产业协同的新业态，打造海洋经济发展新模式成为必然趋势。海上风电与海洋养殖融合发展也成为综合利用海洋空间的创新思路和迫切需要。此模式具有广阔的发展前景，但还处于探索阶段。文章通过简述海上风电与海洋养殖融合发展的现状，根据交互程度提出3种融合交互模式，并系统阐述这几种融合发展模式的优势与不足，探讨后续发展中面临的问题和瓶颈，探索渔业装备与可再生能源融合发展的可行性，为后续新模式的融合发展提供参考。

作者：李亚杰闫中杰刘扬张瑞波郝二通

0 引言

21世纪被称为海洋世纪。海洋空间与资源不仅成为世界军事和经济竞争日趋激烈的重要领域，而且将成为人类赖以生存和国家持续发展的战略空间和基地[1]。随着近海海上风电的持续开发，传统渔业的养殖空间受到挤压，拓展不同海洋产业协调开发功能，创新海上风电与海洋渔业融合发展新模式变得越来越重要。

海上风电与海洋渔业分属于工业和农业领域，是2个截然不同的行业。为实现海上风电与海洋养殖的协调发展，人们开始积极探索两者融合发展的新模式[2,3,4]。2种产业的结合可有效推动海洋资源集约化、协同化发展，通过跨界融合、商业模式创新等方式提升经济效益，推进海洋经济转型升级、构建现代海洋经济体系。“海上风电+海洋养殖”的发展模式对于促进海域立体开发、提升海洋资源利用效率具有现实意义。

1 海上风电与海洋养殖融合发展现状

1.1 国外海上风电与海洋养殖融合发展现状

现阶段，国外多个国家都在开展“海上风电+海洋养殖”产业融合发展的探索，以德国、荷兰、比利时和挪威等为代表的欧洲国家已于21世纪初实施了海上风电和海水增养殖结合的试点研究，将鱼类养殖网箱、贝藻养殖筏架固定在风机基础之上，以达到集约用海的目标，为海上风电和多营养层次海水养殖融合发展潜力提供了典型案例，实现多产业融合发展，见图1[5]。英国北霍伊尔（North Hoyle）海上试验风电场、德国稳达（Meerwind）海上风电场等与大型渔业公司与水产研究所开展兼容问题践验证，从技术上证明了项目的可行性[5]。以韩国为代表的亚洲国家也于2016年开展了海上风电与海水养殖结合项目，其结果表明双壳贝类和海藻等重要经济生物资源量在海上风电区都出现增加[6]。

图1 海上风电与海洋养殖融合发展示意图

1.2 国内海上风电与海洋养殖融合发展现状

与此同时，国内也在积极探索这一多产业融合发展模式。2013年，莆田南日岛项目提出风力发电和海上养殖相结合的模式，多营养层次立体综合养殖被首次提出；2017年，绿色风能与海洋生态渔业融合发展创新工程研讨会提出复合筒型基础风渔结合模式，复合筒型基础安装到水下后形成的内部半封闭空间可以为鱼类提供躲避的环境，如图2所示[6];2018年，中广核申报莱州海上风电+海洋牧场试验项目，规划装机容量304 MW，在风电机组间隔区域内将布置养殖区，养殖方式主要包括网箱养殖、筏式养殖和人工鱼礁等，养殖区总规划面积为32平方公里，目前该项目海上工程已全面开工；2019年，昌邑海洋牧场与三峡300 MW海上风电融合试验示范项目（海上风电部分）获得核准，是山东省首个获批的海洋牧场与海上风电融合试验示范项目；2019年，获批“阳西青洲岛风电融合海域国家级海洋牧场示范区”成为我国首个获批的风渔结合国家级海洋牧场；2021年，国家能源集团龙源福建公司与莆田市秀屿区政府签订深海网箱养殖融合漂浮式海上风机示范项目框架协议，标志着首个漂浮式风渔融合示范项目取得新突破，目前该项目正式进入模型试验阶段，见图3[7]。此外，海南、广西和广东等沿海地区也在积极策划风渔结合示范项目[8,9]。

图2 复合筒型基础风渔结合示意图

图3 漂浮式风渔结合项目模型试验

2 海上风电与海洋养殖融合发展模式简析

借鉴目前国内外研究进展并综合考虑2种产业融合的程度，可根据协同交互的程度可分为3种模式：风电机组与养殖网箱结构共用的融合发展模式；利用风电基础系泊的融合发展模式；海上风电与海洋养殖相对独立的融合发展模式。简要分析各种模式的优势与不足。

2.1 风电机组与养殖网箱结构共用的融合发展模式

该方案多采用导管架基础，并采用分片式网衣方案，形成封闭的养殖空间，将海上风电机组结构与养殖网箱结构合为一体，见图4。此模式不仅可以为网衣提供支撑，又可以支撑风电机组，实现基础结构共用。导管架平台上部设置养殖操作平台，并配备配置智能化投料系统，形成结构紧凑的多功能平台。

图4 风电机组与养殖网箱结构共用示意图

2.2 利用风电基础系泊的融合发展模式

该方案考虑了渔业养殖的特殊性，将海上风电与海洋养殖的功能区分隔，但将养殖设施的其中1个系泊点设置在风电基础上，利用风电基础系泊养殖网箱从而降低养殖设施成本，见图5。

图5 利用风电基础系泊养殖网箱

2.3 海上风电与海洋养殖相对独立的融合发展模式

该方案将海上风电与海洋养殖功能尽可能地分离开，相互独立，互不干扰，见图6。为了保证网箱的自动化和智能化正常运行，将风电场与渔业设施通过电缆或者无线网络连接，保障渔业养殖的远程监控的安全高效，目前国内较多采用此种方案。

图6 海上风电与海洋养殖相对独立示意图

综上，风渔融合还属于新兴产业，以上3种模式各有利弊，还仍需面临很多问题需要解决，详见表1，在后续项目推进过程中可根据具体情况选择。

表1 3种融合发展模式的优势与不足

3 海上风电与海洋养殖融合发展的现实意义

根据“框架用海原则”，海上风电场的用海仅包括基础结构外扩50 m的海域，而海缆则采用外扩1 0 m的点线式用海。因此，海上风场中大面积的连片海域并未确定海域使用性质，利用风场基础设施或在风电场未使用海域开展海洋养殖，可有效提高海洋空间利用率，两者融合发展对于推动国内海洋经济发展意义深远。

3.1 有效改善近岸海洋环境

目前海洋养殖基本集中在近海海域，因此局部海域海水养殖超规划养殖的问题突出，这一问题也引起了环保部门的密切关注，但贸然清退会导致面临从业人员失业、养殖规模缩减、渔业设施处理及清退赔偿等问题。海上风电与海洋养殖海域综合利用可以比较好的解决这一问题，既可以清退不符合规划的养殖海域，从而满足环保要求，又可以在风电场内开辟新的养殖海域，提高海洋的利用率。这一举措对于有效改善近岸海洋环境，保障养殖规模，增加就业机会有积极的促进作用。

3.2 推动国内养殖产业转型升级

国内传统的海洋养殖多为个体化和家庭化养殖模式，采用的养殖装备较为简易，不利于海洋养殖走向深远海。海上风电与海洋养殖融合发展可用力推动国内养殖产业的往规模化、工厂化和智能化方向发展。与此同时，随着养殖装备进一步的规范化，风电场构建的完善的结构、供电和通信等设施，可以为其提供电力和通信等方面的支持，有效推动生态渔业、智慧渔业和休闲渔业发展，推动养殖产业转型升级。

3.3 推动产业综合利用集约化发展

依托海上风电在能源和结构方面的优势，在风电场内发展海洋养殖，可有效提高海洋的使用率，解决两者融合发展的技术瓶颈。通过探索发展风渔融合、海洋文旅、休闲渔业和智能微电网等相关产业，推动产业多元化，带动海洋经济全产业链发展，带动多产业协同发展，降低项目综合成本，有效推动产业综合利用集约化发展。

4 后续需研究解决的关键技术问题

现阶段，风渔融合发展在规范标准、模式建设、技术发展等发面还存在很多现实问题，为进一步推动海上风电与海洋养殖的深入融合，笔者认为在后续的研究过程中需关注以下问题，进一步解决两者融合发展的技术瓶颈。

4.1 海洋装备规范标准适用性研究

目前针对渔业养殖平台的规范标准体系还不完善，基本上均是借鉴船舶和海洋平台的相关规范要求，存在一定的不适应性，而针对风渔融合的规范标准还处于空白状态。综合分析平台需求、海况条件和鱼种特性等情况，对养殖装备的总体布置、结构安全性、系泊系统、稳性安全性、最小干舷、动力、电气和消防救生等各方面进行规范适用性研究，达到经济和安全的协调统一。此外，加快制定深远海养殖装备、养殖生产规范或标准，既可以避免无序开发，又可以推动标准化生产。

4.2 风渔融合发展共建模式研究

通过海洋工程、渔业装备和海上风电等多领域技术的跨界融合，创新利用深远海海域的收益共享机制，因地制宜利用沿海风电场间的空置海域建设适应的深远海渔业养殖装备，打造海上风渔融合发展共建融合新模式。开展深远海渔业养殖与海上风机融合布局设计与综合评价研究，推动海上风电与深远海渔业养殖的融合发展；基于现有风电场，开展风电场和渔场的一体化运行维护保障技术研究，探索风电机组向渔业装备提供电力保障的可行技术路径；研究综合风电场运行保障船舶和渔场物资供应船使用特点，以功能需求为导向分析渔场和风电场在人员运输、设备巡检、物资供应等方面的融合可行性，从而实现“蓝色粮仓+蓝色能源”的综合海洋开发模式。

4.3 海洋渔业装备服务保障技术研究

我国目前还没有成熟的多功能渔业保障支持装备，提供养殖保障的设备系统搭载试验的平台也处于空白阶段，国产化研制的系统设备更是处于无处可试的状态。针对渔业运输、活鱼存储、海产品精深加工、海产品冷藏包装、船舶驻泊、物资补给、人员输送和设备维修等一系列海上作业，选取关键渔业养殖保障技术进行集中突破，为后续形成深远海一体化的渔业综合服务保障能力奠定基础。

4.4 海洋平台智能管控协同控制技术研究

海洋装备的智能化、规模化是从“浅蓝”走向“深蓝”的必由之路。通过对风电场与养殖网箱的协同控制进行研究，利用信息化智能技术，对海域环境信息监测、生产管理信息化、物资调拨管理、设备远程诊断及健康评估以及设备辅助决策等技术进行深入分析，实现项目运行的一体化、智能化。

4.5 大型渔业养殖装备制造安装技术研究

结合现代化海洋工程建造模式，抓住装备平台在设计、建造、试验和调试以及运维等关键环节，利用虚拟仿真、三维模拟、综合联调等智能制造技术，解决超大型渔业养装备的在平台重量、结构型式、防腐抗污、运输安装等方面的技术难题，从而缩短产品总装建造周期，提高产品建造精度与质量。

4.6 浮式风电与海洋养殖融合发展技术研究

探索浮式风电与海洋养殖的深度融合发展模式，研究浮式风电场与养殖装备在结构布局设计、网衣对结构影响[10]、耦合动力分析、选址策略、智能运维、能源供给等多个方面，打造新型海洋装备，根据装备的特点，突破数字模型、水池试验、海上模型试验等技术验证，研制平台装备和系统功能的可靠性，为海洋融合发展奠定基础。

5 结论

海上风电与海洋养殖融合开发具有广阔的发展前景。探索融合发展模式下鱼品在养殖环境、养殖作业、养殖品质等方面的影响；研究渔业装备与可再生能源，如光伏、风电、波浪能、温差能、潮汐能等低密度间歇性的能量，融合发展技术的应用；推广蓄电池储能、制氢储能、压缩空气储能等可再生高密度能量的稳定输出，实现深远海渔业养殖能量的无碳化生产，统筹协调研究能源的获取和贮存问题，实现多场景应用的优势互补，这一融合方式可以产生显著的经济和社会效益。在后续的推进过程中还需在运维策略、运营模式、法律法规、用海审批等方面加强研究，为后续融合发展新模式的建立奠定基础。

作者：李亚杰闫中杰刘扬张瑞波郝二通中国船舶集团风电发展有限公司

作者简介：李亚杰（1992—），女，硕士。研究方向：海上风电、海洋经济。

来源：《船舶工程》期刊