海上風(fēng)電與海洋養(yǎng)殖兼容優(yōu)勢與可行性研究

（福建省新能海上風(fēng)電研發(fā)中心有限公司 福建福州 350108）

海上風(fēng)電場的發(fā)展是對日益增長的能源需求的一種回應(yīng)，風(fēng)能作為世界上動(dòng)態(tài)增長最快的能源，截至目前，全球已有1874個(gè)海上風(fēng)力發(fā)電項(xiàng)目 （包括安裝、建設(shè)、批準(zhǔn)或計(jì)劃），而這一數(shù)字仍在不斷增加。隨著海上風(fēng)電場對空間占用不斷擴(kuò)大，沿海和近海海域的人類活動(dòng)普遍增加，海洋功能區(qū)的重疊和沖突愈發(fā)明顯，對海洋空間進(jìn)行綜合管理已是迫在眉睫。因此，如何將海上風(fēng)電場與其它產(chǎn)業(yè)兼容開發(fā)并綜合利用也受到了廣泛關(guān)注。

1 可行性與必要性研究

早在21世紀(jì)初，德國就開始研究在離岸風(fēng)場內(nèi)進(jìn)行海水養(yǎng)殖的技術(shù)可行性，重點(diǎn)從養(yǎng)殖種類、生態(tài)影響、技術(shù)發(fā)展和市場條件等方面對雙方兼容的可行性進(jìn)行初步分析。其出發(fā)點(diǎn)主要在于提出一種可行性方案用于緩解近岸密集的水產(chǎn)養(yǎng)殖所帶來的環(huán)境問題，通過設(shè)計(jì)遠(yuǎn)海養(yǎng)殖與離岸風(fēng)場相結(jié)合的系統(tǒng)，以解決養(yǎng)殖水體污染的現(xiàn)狀，實(shí)現(xiàn)綠色養(yǎng)殖。

提出兼容的技術(shù)構(gòu)想之后，運(yùn)用態(tài)勢分析法（SWOT）將海上風(fēng)電場、海洋養(yǎng)殖、海上風(fēng)電場內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)殖這三種情況的主要內(nèi)部優(yōu)勢、劣勢、外部機(jī)會(huì)和威脅等一一列舉出來，然后把各種因素相互匹配之后進(jìn)行全面、系統(tǒng)、準(zhǔn)確的研究分析，最終得出兩種產(chǎn)業(yè)兼容的前景與可能產(chǎn)生的問題。

產(chǎn)業(yè)兼容的可行性與必要性研究作為項(xiàng)目前期的準(zhǔn)備工作，可為項(xiàng)目的實(shí)施與規(guī)劃提供有力的理論依據(jù)。歐洲地區(qū)是開發(fā)海上風(fēng)電場的前驅(qū)，在進(jìn)行了大量的可行性與必要性論證之后，英國North Hoyle試驗(yàn)風(fēng)電場、德國Meerwind海上風(fēng)電場等聯(lián)合大型漁業(yè)公司與水產(chǎn)研究所，陸續(xù)發(fā)起了多個(gè)項(xiàng)目計(jì)劃以對兼容問題進(jìn)行實(shí)踐驗(yàn)證。這些兼容項(xiàng)目均在試驗(yàn)階段取得了良好的成果，從技術(shù)上證明了項(xiàng)目的可行性［1］。但由于涉及到產(chǎn)業(yè)雙方各大公司的交叉管理與歐洲海域政策法規(guī)等實(shí)際問題，目前未完成向商業(yè)化項(xiàng)目的轉(zhuǎn)變。

對于我國目前的產(chǎn)業(yè)發(fā)展情況來說，還沒有在遠(yuǎn)海進(jìn)行水產(chǎn)養(yǎng)殖的先例，與兼容相關(guān)的前期研究與調(diào)查工作也才剛剛起步，難以吸引水產(chǎn)漁業(yè)公司參與其中，因此必須先進(jìn)行半商業(yè)性試驗(yàn)以證明項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)前景。其次，海上風(fēng)電從業(yè)人員較缺乏水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)和設(shè)備領(lǐng)域的專業(yè)知識，更傾向于得出水產(chǎn)養(yǎng)殖會(huì)影響海上風(fēng)電場安全、無間斷的運(yùn)維的結(jié)論，因此需要大量的研究論證與前期規(guī)劃方案作為技術(shù)指導(dǎo)。第三，當(dāng)前的海水養(yǎng)殖業(yè)主要是在近海地區(qū)布放養(yǎng)殖籠，而用于近海的水產(chǎn)養(yǎng)殖設(shè)施基本上不能適應(yīng)較深的水域，因此也不能直接應(yīng)用于海上風(fēng)電場內(nèi)，亟需開發(fā)高強(qiáng)度抗風(fēng)浪的養(yǎng)殖設(shè)施。最后，我國地域廣闊，海岸線漫長，從北到南各大海域的特點(diǎn)皆不相同，在推動(dòng)兼容項(xiàng)目之前應(yīng)充分開展實(shí)地調(diào)查與研究分析，針對當(dāng)?shù)靥攸c(diǎn)制訂行之有效的兼容方案。

2 風(fēng)電場對海洋生物的影響

關(guān)于海上風(fēng)電場對海洋生物的影響，主要表現(xiàn)在水下噪聲和電磁輻射兩方面，多數(shù)研究結(jié)果均給出了積極正面的評價(jià)。

廈門大學(xué)相關(guān)課題組開展了多個(gè)風(fēng)電場營運(yùn)期的水下噪聲監(jiān)測，結(jié)果表明：風(fēng)機(jī)在營運(yùn)期中所產(chǎn)生的水下噪聲級總體比較低，基本上與海域其它點(diǎn)測量到的背景噪聲相近。在噪聲強(qiáng)度和頻域分布上的測量結(jié)果與英國4個(gè)海上風(fēng)電場的結(jié)論相近。

水下噪聲的現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果顯示，花鱸、鯔、矛尾復(fù)鰕虎、辮子魚等福建沿海常見魚種對海上風(fēng)電場營運(yùn)期水下噪聲 “無明顯反應(yīng)”。水下噪聲的室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果顯示，水下甲殼類動(dòng)物如本試驗(yàn)中的梭子蟹、花蛤、文蛤等“無明顯反應(yīng)”。連續(xù)3天持續(xù)的間斷性（晚上不進(jìn)行）現(xiàn)場試驗(yàn)，沒有發(fā)現(xiàn)這些噪聲對試驗(yàn)魚種、甲殼類等產(chǎn)生“致死”現(xiàn)象。

對噪聲敏感的大黃魚，具有明顯反應(yīng)的噪聲強(qiáng)度在140dB左右，僅施工期打樁噪聲可能超過這一數(shù)值，運(yùn)營期風(fēng)電機(jī)組的噪聲不會(huì)對大黃魚產(chǎn)生影響。

關(guān)于海上風(fēng)電磁場對海洋生物存活率與行為的影響，江蘇省海洋水產(chǎn)研究所在2016年以江蘇如東龍?jiān)达L(fēng)電示范區(qū)為例，選取江蘇近海常見的12種海洋生物，通過試驗(yàn)方法研究不同磁場強(qiáng)度下，風(fēng)電磁場對魚、蝦、蟹和貝類的存活、行為等方面的影響［2］。該試驗(yàn)表明海洋生物因風(fēng)電磁場強(qiáng)度、距離、作用時(shí)間不同會(huì)產(chǎn)生細(xì)微變化。當(dāng)磁場達(dá)到4.05 mT的模擬事故狀態(tài)時(shí)，多數(shù)被試生物存活率有所降低。但距離海底電纜1.20 m以外磁場強(qiáng)度約為0.20 mT，而暴露在0.20 mT強(qiáng)度下的各類試驗(yàn)生物均未表現(xiàn)出異常行為。因此，以海底電纜2 m以上的埋深計(jì)算，正常運(yùn)行下的海纜磁場強(qiáng)度不足以對2 m以外的各類被試海洋生物，甚至是底棲生物產(chǎn)生影響。

英國水產(chǎn)學(xué)會(huì)以英國最早的一批離岸風(fēng)場作為試驗(yàn)區(qū)，以海洋牧場的形式開展甲殼類水產(chǎn)品的底播養(yǎng)殖，同時(shí)也收獲一年大小的野生貽貝苗，并移至潮間帶進(jìn)行后續(xù)養(yǎng)殖。結(jié)果表明，底播養(yǎng)殖的貽貝數(shù)量穩(wěn)定（樣本數(shù)量500個(gè)），質(zhì)量也有了顯著提高，貽貝個(gè)體平均體長由23 mm上升到41 mm［3］。該項(xiàng)目成功驗(yàn)證了在海上風(fēng)電場既可完成海洋生態(tài)修復(fù)，也可進(jìn)行海水養(yǎng)殖活動(dòng)。其一，利用風(fēng)電樁基的漁礁作用，通過底播甲殼類實(shí)現(xiàn)了海洋牧場的建設(shè)，提升了海洋生態(tài)環(huán)境；其二，獲取貽貝苗開展人工養(yǎng)殖，實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)發(fā)展的海水養(yǎng)殖模式。

3 遠(yuǎn)海養(yǎng)殖裝備研發(fā)

遠(yuǎn)海的高能海洋環(huán)境是阻礙兼容項(xiàng)目進(jìn)一步發(fā)展的重要因素之一。為適應(yīng)遠(yuǎn)海的惡劣海況，各大水產(chǎn)研究機(jī)構(gòu)不斷優(yōu)化結(jié)構(gòu)，改進(jìn)設(shè)計(jì)，開發(fā)出了一代又一代的養(yǎng)殖設(shè)施，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，遺憾的是大部分傳統(tǒng)養(yǎng)殖設(shè)施結(jié)構(gòu)都沒能經(jīng)受住遠(yuǎn)海高能環(huán)境的考驗(yàn)［4］。

近年來，隨著大型海工裝備制造企業(yè)進(jìn)軍深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖裝備開發(fā)與制造，國內(nèi)開發(fā)并示范應(yīng)用了多種結(jié)構(gòu)的新型養(yǎng)殖裝備，為加速深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)化提供了眾多探索與嘗試。

例如中國首座自主研制的大型全潛式深海智能漁業(yè)養(yǎng)殖裝備“深藍(lán)1號”，整個(gè)養(yǎng)殖水體約5萬m3，相當(dāng)于40個(gè)標(biāo)準(zhǔn)游泳池，網(wǎng)衣面積接近2個(gè)足球場大小，設(shè)計(jì)年養(yǎng)魚產(chǎn)量1500 t，潛水深度可在4 m到50 m調(diào)整，依據(jù)水溫控制漁場升降，可使魚群生活在適宜的溫度層。目前“深藍(lán)一號”在距離山東日照以東130海里的黃海上，可同時(shí)養(yǎng)殖30萬尾三文魚，距今已投放使用2年，成功抗住了2019年第9號臺(tái)風(fēng)“利奇馬”的正面影響，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

由馬尾造船股份有限公司負(fù)責(zé)建造的“海峽一號”是中國首座深海大黃魚養(yǎng)殖裝置，有效養(yǎng)殖水體在15萬m3左右，可年產(chǎn)1500 t高品質(zhì)大黃魚和其他海水魚類。配備全銅網(wǎng)衣、發(fā)電系統(tǒng)、壓載系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等相關(guān)設(shè)施設(shè)備，適用于45 m以上水深海域，可抵御17級臺(tái)風(fēng)，使用壽命25年。該單柱式半潛深海漁場已于2020年3月啟運(yùn)前往福鼎海域進(jìn)行安裝調(diào)試，未來將投放到福鼎臺(tái)山列島海域進(jìn)行大黃魚的仿野生養(yǎng)殖。

這些新型養(yǎng)殖裝備針對深遠(yuǎn)海的環(huán)境特點(diǎn)設(shè)計(jì)開發(fā)，具備高自動(dòng)化的特性，并且減少了人類活動(dòng)，十分適合投用于海上風(fēng)電與海洋養(yǎng)殖的兼容項(xiàng)目中。

4 海上風(fēng)電對養(yǎng)殖的增益作用

海上風(fēng)電場建設(shè)過程中，已對風(fēng)電場區(qū)域進(jìn)行了完成翔實(shí)的氣象、水文動(dòng)力、地形地貌、地質(zhì)、底質(zhì)、生態(tài)環(huán)境等基礎(chǔ)資料，可為該海域內(nèi)的海洋養(yǎng)殖開發(fā)提供充足的資料和有力支持。海上風(fēng)電場自身的平臺(tái)結(jié)構(gòu)、電力供應(yīng)、通訊網(wǎng)絡(luò)等設(shè)施設(shè)備也可為海洋養(yǎng)殖開發(fā)提供強(qiáng)有力的支持。

4.1 環(huán)境友好

目前，福建省存在局部海域超規(guī)劃養(yǎng)殖、高密度養(yǎng)殖等突出問題，海水養(yǎng)殖超規(guī)劃的問題已經(jīng)引起了中央第五環(huán)境保護(hù)督查組的關(guān)注。在清退不符合規(guī)劃的養(yǎng)殖設(shè)施時(shí)，會(huì)涉及到原有養(yǎng)殖人員的就業(yè)安置和賠償問題，實(shí)施過程中阻力較大。海上風(fēng)電開發(fā)與海洋養(yǎng)殖漁業(yè)綜合利用可以在清退不符合規(guī)劃的養(yǎng)殖區(qū)的同時(shí)，在離岸較遠(yuǎn)的海上風(fēng)電開發(fā)區(qū)域開辟新的養(yǎng)殖區(qū)，既可以改善近岸海洋環(huán)境，符合環(huán)保要求，也可以保障養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)規(guī)模，吸納原有從業(yè)者的就業(yè)。

海上風(fēng)電場與海洋養(yǎng)殖兼容符合海水養(yǎng)殖超規(guī)劃問題整治的精神，加速清退整治不符合規(guī)劃的養(yǎng)殖，改善近岸海洋環(huán)境。

4.2 降本增效

海上風(fēng)電場與海洋養(yǎng)殖兼容有助于發(fā)揮風(fēng)電的支撐作用，發(fā)展遠(yuǎn)海養(yǎng)殖，降低成本。盡管國家和地方政府一直積極推行遠(yuǎn)海養(yǎng)殖，但過去多年依然進(jìn)展遲緩。究其原因，一方面是由于技術(shù)問題，還有一方面就是綜合成本較高。海上風(fēng)電建設(shè)過程中，已建成了完整的供電、通信、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等設(shè)施，這些設(shè)施均可以為海水養(yǎng)殖漁業(yè)提供強(qiáng)有力的支持，降低養(yǎng)殖成本。

隨著海上風(fēng)電開發(fā)走向深遠(yuǎn)海，海洋養(yǎng)殖漁業(yè)與海上風(fēng)電開發(fā)的綜合利用可以實(shí)現(xiàn)集約節(jié)約用海、立體用海，并可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備設(shè)施的綜合利用。如利用風(fēng)電場的供電系統(tǒng)為遠(yuǎn)海養(yǎng)殖提供電力，利用風(fēng)電場的通信系統(tǒng)為遠(yuǎn)海養(yǎng)殖提供監(jiān)控、自動(dòng)控制等功能，利用風(fēng)電場的結(jié)構(gòu)設(shè)施為遠(yuǎn)海養(yǎng)殖固定提供支持。因此，未來海上風(fēng)電和海洋養(yǎng)殖兩者的結(jié)合，可以極大降低遠(yuǎn)海養(yǎng)殖漁業(yè)的成本。

4.3 產(chǎn)業(yè)升級

海上風(fēng)電場與海洋養(yǎng)殖兼容有助于拓展生態(tài)漁業(yè)、推進(jìn)智慧漁業(yè)、培育品牌漁業(yè)，推進(jìn)海水養(yǎng)殖漁業(yè)產(chǎn)業(yè)升級。

海水養(yǎng)殖漁業(yè)與海上風(fēng)電開發(fā)綜合利用勢必要求統(tǒng)一規(guī)范的管理，傳統(tǒng)的家庭化、個(gè)體化的養(yǎng)殖模式無法滿足要求，需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化養(yǎng)殖，采用深水網(wǎng)箱的工廠化養(yǎng)殖等，以便形成規(guī)?；B(yǎng)殖，規(guī)?；?、工廠化，有助于培育品牌漁業(yè)，提升生產(chǎn)水平。

基于風(fēng)電場對電力和通訊等方面的支持，現(xiàn)代信息技術(shù)與裝備可運(yùn)用于構(gòu)建智能化的水產(chǎn)養(yǎng)殖系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)養(yǎng)殖生產(chǎn)智能化管理，推進(jìn)智慧漁業(yè)發(fā)展進(jìn)而推進(jìn)海水養(yǎng)殖漁業(yè)產(chǎn)業(yè)升級。

4.4 綜合利用

海水養(yǎng)殖漁業(yè)與風(fēng)電場的綜合利用還可以發(fā)展休閑漁業(yè)。即利用風(fēng)電場基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)和相關(guān)設(shè)施，建造休閑漁業(yè)設(shè)施，打造休閑漁業(yè)示范基地，實(shí)現(xiàn)多種產(chǎn)業(yè)結(jié)合，促進(jìn)發(fā)展?jié)O業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

5 總結(jié)

綜合目前文獻(xiàn)研究，海上風(fēng)電施工期噪聲可能對部分海洋生物產(chǎn)生明顯影響，海上風(fēng)電運(yùn)營期噪聲對海洋生物尤其是貝類并無明顯影響。海上風(fēng)電電磁輻射因其衰減明顯，除對磁場極為敏感的生物外，幾乎沒有影響。反之，海上風(fēng)電場可為海洋養(yǎng)殖提供從基礎(chǔ)資料到保障設(shè)施等多方面的支持，可大大降低海洋養(yǎng)殖開發(fā)的成本，并有助于海洋養(yǎng)殖業(yè)的自動(dòng)化升級。

海上風(fēng)電與海洋養(yǎng)殖聯(lián)合開發(fā)具有良好的發(fā)展前景，能帶來顯著的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。對于海上風(fēng)電與海洋養(yǎng)殖雙方，如何更好的聯(lián)合運(yùn)營，如何做好產(chǎn)業(yè)雙方的發(fā)展規(guī)劃是下一步的重要工作目標(biāo)，因此需在運(yùn)維策略、合作模式、法律法規(guī)等方面加強(qiáng)研究。