海上风电与海洋牧场融合发展

导读

我国是海洋大国，海洋资源得天独厚，拥有着约18000公里绵长海岸线，6000多个岛屿，300万平方公里的蓝色国土。海上风电是利用风机将海面上的风能转化为电能的绿色发电模式；海洋牧场是在一定的海域范围内，采用现代海洋工程技术改造和利用海洋生态和生物环境，有计划地进行渔业资源增殖和管理而形成的人工渔场。海上风电与海洋牧场作为海洋经济的重要组成部分，在提供优质蛋白和清洁能源，改善国民膳食结构和促进能源结构调整，推动供给侧结构性改革和新旧动能转换等方面具有重要意义。海上风电与海洋牧场融合发展是现代农业和新能源产业高效结合发展的典型代表，是节约集约用海的重要新型产业模式与未来发展方向。

海上风电与海洋牧场融合发展现状

目前，以德国、荷兰、比利时、挪威等为代表的欧洲国家已于2000年实施了海上风电和海水增养殖结合的试点研究，其原理为将鱼类养殖网箱、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，为评估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。以韩国为代表的亚洲国家于2016年也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。但我国尚未有海上风电与海洋牧场融合发展的先例，亟待通过实验研究海上风电与海洋牧场的互作机制，查明海上风电对海洋牧场的影响机理，建立海上风电与海洋牧场融合发展新模式，实现清洁能源与安全水产品的同步高效产出。

海上风电与海洋牧场融合的可行性

欧洲由于传统能源相对缺乏，海上风电发展较早，在荷兰OWEZ公司海上风电场，科研人员以底栖生物、鱼类、鸟类和海洋哺乳动物多样性为评价对象，通过2年实地调查发现该风电场已成为生物群落的新栖息地，增加了生物多样性。

研究发现，海上风电投入运行后，桩基起到聚集鱼类的作用。这可以从风电场区水文动力、营养盐集聚效应初级生产力提升水平等几个方面综合得到验证。海上风电场使海水水质因子，特别是营养盐的分布特征受水动力、吸附解析、氧化还原、浮游植物的消耗等物理、化学以及生物过程的影响，水流流经桩基和半潜式平台时，迎流面会产生上升流，随上升流上涌的底层营养盐与表层海水充分交换，营养盐明显得到提高，如硝氮、氨氮、化学需氧量、磷酸盐、总磷等。这将促进各种浮游植物的生长、提高海域初级生产力，从而诱集浮游动物、游泳生物和鱼类前来索饵,另外，还会吸引海鸟等猎捕型生物，形成一条高度复杂的食物链；背流面会产生背涡流 ,多数鱼类喜欢栖息于流速缓慢的涡流区 ,特别是在躲避强潮流时；此外 ,涡流还可造成浮游生物、甲壳类和鱼类的物理性聚集。因此，海上风电桩基的结构与功能可以为海洋生物鱼类、贝类和藻类等提供良好的栖息、庇护和产卵场所 ,相当于一个“人工鱼礁”，不仅可以使风电场生产出清洁电能 ,而且风电场区下层海域将为海洋生物提供营养、健康、安全的生存环境。

从科学用海、文明用海、生态用海、变废为宝的宗旨出发，海上风电融合海洋牧场建设，可以减少海域开发使用对海洋生态和渔业资源的影响，同时使海域资源利用程度最大化；同时，国家鼓励资源利用最大化，立体空间用海，“海上风电 +海洋牧场”的设想与这一大方向是吻合的。

海上风电与海洋牧场融合机制

根据我国海上风电与海洋牧场产业特征与技术限制瓶颈，二者融合理念与机制包括3个方面。

1、空间融合

水上水下、集海面与海底空间立体开发，综合利用海面风能与海洋生物资源，可实现清洁发电与无公害渔业产品生产空间耦合。

融合途径：利用海上风机的稳固性，将牧场平台、休闲垂钓载体、海上救助平台、智能化网箱、贝类筏架、藻类筏架、海珍品礁、集鱼礁、产卵礁等与风机基础相融合，降低牧场运维成本、提高经济生物养殖容量，从而实现海域空间资源的集约高效利用的海洋开发新模式。

2、结构融合

通过开发增殖型风机基础，实现风电基础底桩与人工鱼礁的构型有机融合，进而达到资源养护、环境修复的功能融合。

融合途径为：以单桩式风机底桩为基础，结合生态型牡蛎壳海珍品礁、多层板式集鱼礁、抗风浪藻类绳式礁等，打造新型海上风电-人工鱼礁融合构型，提高海上风电场建设区域初级生产力，实现底播型海珍品与恋礁性鱼类生态增殖，且进一步保障建设区域关键生态种繁殖、产卵、仔稚鱼发育，维护建设区域食物网稳定，从而实现生境养护、高值海珍品增殖、关键生态种保护与清洁能源产出的多元目标。

3、功能融合

综合利用季节性渔业生产高峰（春季、夏季、秋季）与风力发电高峰（冬季），实现海洋牧场内生物资源与风力资源周年持续利用生产时间耦合。

融合途径为：通过建立海上智能微网，保障海洋牧场电力长久持续供应，在季节性渔业生产高峰期，将海上风电直接用于海洋牧场平台、增养殖设施、资源环境监测设施、捕捞设施等，提高牧场生产效率，提高海洋牧场对赤潮、绿潮、高温、低氧以及台风等环境灾害的抵御能力，保障牧场生态与生产安全；在风力发电高峰期，将清洁风电并入建设区域电网，缓解火电压力、减小环境污染、保障居民生产生活，进而实现兼顾清洁能源产出与渔业资源持续开发的周年绿色生产新模式。

海上风电与海洋牧场融合技术瓶颈

海上风电与海洋牧场的互作过程和机制是二者融合的核心科学问题，主要包括：浪花飞溅区等对海上风机的腐蚀如何作用？海洋牧场生产管理和海上风机运营应该保持怎样的协调机制？海上风电建设与运维期间所产生的噪音、震动与电磁场会对牧场生物造成何种影响？而海上风电与海洋牧场融合发展新模式创新是二者融合发展的主要技术瓶颈，即在海上风电建设的过程中必须重视与海洋牧场的融合发展问题，依托海上风电能源、结构优势，探索发展海上休闲垂钓、海上智能微网、潜水观光、海上住宿等相关产业，实现海上风电与海洋牧场融合发展，拉长产业链，实现产业多元化拓展。

海上风电与海洋牧场融合未来研究内容

当前，海上风电与海洋牧场融合发展亟待开展的工作包括海上海洋牧场与海上风机融合布局设计、环境友好型海上风机研发与应用、增殖型风机基础研发与应用、环保型施工和智能运维技术的研发与应用、海上风电与海洋牧场配套设施研发及应用，以及海上风电对海洋牧场资源环境影响观测与综合评价等。

1、海洋牧场与海上风机融合布局设计

开展海上风机布设目标海域内资源环境本底调查与承载力评估，建立海洋牧场中海上风机布局适宜性评价体系；评估不同底质对海上风机工作稳定性的影响，建立海洋牧场中海上风机布设底质选择技术；优化不同海洋牧场构建设施与海上风机协同布局方式；构建海洋牧场与海上风机融合互作模型，完善海洋牧场与海上风机融合布局设计。

2、环境友好型海上风机研发与应用

系统评估风机设计、施工、运行和维护等全过程对牧场资源环境的影响；明确风机在施工、运行和维护中的噪声污染来源，研发综合降噪控噪技术；研发低噪声施工工具和工艺，降低风机和基础施工噪声；优化海上风电机组设计，提升风机的运行可靠性，减少运维频率，降低风机运维对牧场资源环境的影响，建立环保型海上风机标准化施工技术体系。

3、增殖型风机基础研发与应用

开发环保型风机基础防腐技术；评估风机基础融合构型对海洋初级生产力的影响机制；开展风机基础融合构型对恋礁性鱼类、甲壳类、大型底栖动物等海洋牧场经济动物的行为和生理特征的影响；研究风机基础融合构型对腹足类卵袋附着、头足类产卵、仔稚鱼发育等重要牧场经济动物繁殖、增殖的效果；综合行为、生理、繁殖等多元数据，开发兼具渔业资源增殖功能的新型海上风机基础。

4、环保型施工和智能运维技术的研发与应用

比较不同打桩作业方式对海洋牧场内的环境因子、噪声产生、震动、牧场生物及保护动物（如鸟类、哺乳类等）的综合影响机制，优化海上环保施工技术；建立海上气泡墙隔离技术，比较不同气泡墙密度对施工海域内环境因子、噪声产生、震动的隔离效果，降低海上施工对海洋牧场的综合影响；开发海上风电智能运维技术，降低运维成本；建立风电运维数据库，提高风场单机可利用率和风场可利用率。

5、海上风电与海洋牧场配套设施研发及应用

建立海洋牧场海上自供电与能源供给融合发展新技术；充分利用海上风电能源和结构优势，开发与海洋牧场运行、监测、管理等相配套的能源供应、监测、管理设施；探索升降式筏架、智能网箱、观光垂钓平台、监测系统等设施装备与海上风机的融合机制，创新海上风电与海洋牧场融合发展新模式。

6、海上风电对海洋牧场资源环境影响观测与综合评价

研究海上风电工程建设期、运行期对海洋牧场资源环境的影响，阐明海上风电场建设所产生的声音、震动、电磁场、光照等因素对海洋牧场内的环境因子、初级生产力、牧场生物（生长、行为、生理与存活）和保护动物（如鸟类、哺乳类等）的行为、生理等综合作用机制，客观评价海上风电与海洋牧场融合发展的科研、生态、经济和社会价值。

结语

海上风电与海洋牧场融合发展作为现代高效农业和新能源产业跨界融合发展的一大方向，是综合利用海洋空间的创新思路。通过节约集约使用有限海洋空间，统筹海洋渔业资源开发，建设现代化海洋牧场，从而开创“水下产出绿色产品，水上产出清洁能源”的新局面，探索出一条可复制、可推广的海域资源集约生态化开发的“海上粮仓+蓝色能源”新模式。这将为我国新旧动能转换综合试验区建设提供新思路，为国家海岸带地区可持续综合利用提供科学依据和典型范例，实现生态、经济和社会效益的统一。