“海上风电+海洋养殖”如何融合发展?浅析几种融合发展模式与关键技术问题

能源向导 2023-12-15
3219 字丨阅读本文需 8 分钟

随着风电技术的日趋成熟,如何实现海域的综合利用正在成为海上风电发展过程中的新课题。利用海上风电场阵列间距空间建设海洋牧场,能够发挥集约用海、集中开发的优势,对于推动周边海洋生态环境修复与保护有积极作用,而且规模化开展海水养殖业增汇也符合“双碳”战略发展方向。本来被认为是“鱼和熊掌不可兼得”的海上风电与海上生态渔业,正在实践中加快变成现实。

海上风电+海洋养殖

业内专家介绍,目前,海上风电与养殖的融合主要有结构融合和空间融合两种思路。结构融合是将风电的基础结构作为养殖网箱的框架,属于深度融合。而空间融合则是在海上风电场的空白区域布置养殖设施,实现空间充分利用。

在风电场的中心区域,可以布置鱼类养殖网箱,形成一定规模,采用自动化设施提高效率。在次中心区域,则设置贝类养殖区,提高饵料利用率的同时还可改善水质。外围区域则是藻类养殖区,可以减弱波浪、进一步净化水质,同时,藻类还可作为某些贝类的饵料。在风电场外部,与波浪能的利用相结合,可以提高海域资源利用率,实现多种养殖共赢。此外,渔业与海上风电设备运维相结合,可以有效提升两者之间的综合管理效率。未来海上风电与海上生态渔业将能够更好的和谐共存,融合方式上也有更多想象空间。

在融合发展的过程中,海洋养殖的品种要依据风电场的具体环境确定,具体装备设施要根据养殖品种进行选择。养殖设施应具备抗台风等极端工况的能力,保证安全。同时,养殖设施要不断提升智能化水平,减少人类活动。

此外,对于海上风电与海洋养殖的融合,涉及海工和电气技术、网箱和养殖技术等交叉领域,要在规划、施工、运维等方方面面充分考虑融合设计。在规划过程中,需要在满足风电和养殖发展的需求同时,保障安全,提升生产运维效率。

探索工作初见成效

从试点到开展规模化建设,海上风电与海洋养殖的融合模式未来将如何推进呢?其实,在去年的全国两会期间,已有代表提出了推动海上牧场和海上风电建设的建议。我国已有部分地区出台政策支持新模式发展。

《烟台市海洋牧场“百箱计划”项目三年行动方案》中提到,将支持经海渔业、明波水产、京鲁渔业等头部企业,投资建设桁架式网箱、管桩大围网等深远海大型智能养殖设施,探索发展“海上风电+海洋牧场”“风光渔互补”等现代深远海立体开发模式。

阳江市专门开展了“海上风电+海洋牧场”融合发展战略合作签约活动,推进风电场海域资源集约利用、渔业资源增殖养护和利用等领域进行重难点突破和技术创新,并计划试验“深远海养殖+休闲海钓”模式,为广东省乃至全国打造“蓝色能源+海上粮仓”模式的典范。

为推进落实国家“双碳”战略和福建省海洋战略,探索更具区域特色的“福建方案”,建设“海上福建”,中国广核集团有限公司(以下简称中广核)秉持绿色发展理念,充分挖掘福建省生态优势、资源优势,以“海上风电+海洋牧场”融合发展模式为切入点,探索建设深远海养殖海上风电融合试点项目。

通过在试验风电场投放缩略型深远海养殖装备——金属养殖网箱,以试验养殖石斑鱼、鲷科类作为研究对象,深入开展风电场各类环境下对鱼类不同影响的技术研究,形成在特定环境下鱼类养殖的整体技术方案,为福建省探索推广深海养殖装备在风电场中的应用提供丰富的技术支撑。这一项目试验已具备进一步推广示范的可行性,未来可以实现“水下产出绿色产品、水上产出清洁能源、水面休闲观光旅游”,创新海洋牧场和风电场融合开发的海洋生态价值实现新机制新模式。

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。

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。

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。

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。

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。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。

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,在后续项目推进过程中可根据具体情况选择。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、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。

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。

文章来源: ​数智海洋,元一能源,中国环境报

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