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融(róng)合海洋牧場,海上風電發展新途徑

2023-05-10
分(fèn)享

我國是海洋(yáng)大國,海(hǎi)洋(yáng)資源得天獨厚。

在生態文明可持續發(fā)展大方針的指引下,能源(yuán)結構正由傳(chuán)統(tǒng)石化燃料向清潔能源轉變(biàn),漁業(yè)資源利用正由傳統捕撈型轉變為海(hǎi)洋牧場的資源養護修複型。在生態保護與經濟發展並(bìng)重的前提下,將海洋牧場與海上風電相結合,形成既(jì)能產(chǎn)出穩定(dìng)清潔的能源,又可以恢複海洋資源,達到海洋環境利用最(zuì)大化的目的,契合了我國綠色發展與生態文明的需(xū)求(qiú)。

從科(kē)學用海(hǎi)、文明用海、生態用海、變廢為寶(bǎo)的宗(zōng)旨出發,海上風電融合海洋牧場(chǎng)建設,可以(yǐ)減少海域開發利用對海(hǎi)洋生態和(hé)漁業資源的影響,同時高效的立體空間用海,可以使海域資源利用程度最大化,在提供水產優質蛋白和供給生活所需的能源之(zhī)間,做到了既改善國民膳食結構(gòu),又促進了國家能源產出結構的調整。在大力(lì)推動國家供給(gěi)側結構性改革和產業新舊動能之間的轉換等方麵的同時,為(wéi)實現“碳達峰”“碳中和”作出重要(yào)貢獻。


融(róng)合海洋牧場,海上風電發展新途徑


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發展理念

由於傳統能源(yuán)相對缺乏,歐洲關於海上風電(diàn)發展相關(guān)的研究較早,對海洋風(fēng)電環境修複、生物聚集效應方麵的研究也相對較多。調查顯示,歐洲北部海域海上風電樁基,可以為紫貽貝提供新的棲息地,通過其濾食性(xìng)特質以及貝殼殘留物過濾和淨化水質的共同作(zuò)用,最終顯著增加海洋生物的多樣性和景(jǐng)觀的異質性。

理論上認(rèn)為,海上風電場風電機組基礎,具有明顯的可以成為海洋生物(wù)的理想棲息地的(de)優勢(shì),這與海洋牧場(chǎng)人工魚礁的功能原理十分(fèn)相(xiàng)似,兩者都(dōu)是通過增加人工構築物,改變(biàn)海底環(huán)境,為魚(yú)類等海洋生物營造良好的棲(qī)息場(chǎng)所(suǒ),達到改善海洋生態環境、養護海(hǎi)洋生物資源的目的。

海上風電場的建設,會引起海水水(shuǐ)質以及各理化因子產(chǎn)生(shēng)明顯變化。當水流經(jīng)過風電樁基或半潛式海上平台時,迎流麵會隨著水流產(chǎn)生上升流,底層營養鹽伴隨上(shàng)升流上(shàng)湧,與表層海水充分交換,導(dǎo)致營養鹽如硝酸氮、氨氮、化學需氧量、磷酸鹽、總磷等濃度明顯增加。上述水流活動(dòng)可促(cù)進海域內大量浮遊動植物的生長,從而(ér)提高風機樁基所在海域的初級生產力,進而誘集附(fù)近水域生存的其他浮遊動物(wù)、遊泳(yǒng)生物(wù)前來進行生殖或(huò)索餌等行為,甚至可能會吸引不同類型的海鳥或其他獵捕型生(shēng)物,形成一條高度複(fù)雜且(qiě)緊密的食物鏈。

將海上風電建設與海洋牧場建設結合(hé)起(qǐ)來,與生態修複方麵存在高(gāo)度(dù)契合性。在海洋(yáng)風電建(jiàn)設之前,對風機樁基等進行專門的(de)規劃設計,結合海區實際情況,設計特殊的結構和外形的樁基,以發揮人工魚礁(jiāo)功能,不僅可以改善海域環(huán)境,還可以為(wéi)魚類等生物(wù)提供庇護所、索餌場等,形(xíng)成良性發展的小生態係統。與此同時,在風機水上部分建設水上平台,配套監測設備、人工(gōng)馴化設備和水(shuǐ)產養殖設備等,形成海洋牧場(chǎng)產(chǎn)業體係,最終達到海(hǎi)洋牧場與海上風電(diàn)融合發展。

“海洋(yáng)牧(mù)場+海上風電”模式在國(guó)內尚處於初期探索階段,目前(qián)已(yǐ)有專家(jiā)開始(shǐ)進行相關的研(yán)究,並逐步(bù)形成在(zài)海上(shàng)風電場區合理構建大型海洋(yáng)牧場(chǎng)的初步思路。“海(hǎi)洋牧場+海上風電(diàn)”是一種(zhǒng)生態重構與雙贏的方案(àn),不僅可以使風電場生產出清潔電能,而且風電場區(qū)下層(céng)海域(yù)將為海洋生物提供營養、健康、安全的生存環境。

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發展現狀

堅持集約節約用(yòng)海,高效配置海域資源,提高海域空(kōng)間使用率,是今後海洋開發的(de)方(fāng)向,“海洋牧場+海上風電”融合發展,正是集約節約用海、生態和效率並舉的(de)可持續發展模(mó)式。

早在(zài)2000年,以德國、荷蘭、比利時(shí)與挪威等為(wéi)代表的歐洲國家,已經開展海上(shàng)風電和海水養殖結合(hé)的(de)試點研究。丹麥HORNSREV1海上風電(diàn)場,通過10年現場跟蹤調研,發現風電場區域海底生物及遠洋魚(yú)類(lèi)數量(liàng)保(bǎo)持穩定,生物多樣性明顯提高;荷蘭(lán)Noordzeewind海上風電場,通(tōng)過5年實地調查,發現風電場區域海(hǎi)底生物種群及數量雖然沒有(yǒu)明顯變化,但風機基礎及四周覆石卻聚集更多生物,包括鰨(tǎ)、鱈在內的魚類(lèi)數量得到提升;類似案例在(zài)英國WalneyExten—sion、Ormonde、WestofDuddonSands等海上風電場也有發生。

荷蘭Wageningen大學研究(jiū)中心、Waardenburg研究所和荷蘭(lán)皇家海洋研究院(NIOZ),研究了(le)北海EgmondaanZee(OWEZ)附近海上風電場(chǎng)對底(dǐ)棲生物、魚(yú)類、鳥類和海洋哺乳動物的影響(xiǎng),經過2年的(de)研究,發現OWEZ風電場已經成為生物群落的(de)一(yī)個新的棲(qī)息地(dì),甚至增加了生(shēng)物多樣性;早期國外(wài)的研究證實,風機樁基能聚集鱈、馬鯖魚等(děng)魚類,不僅(jǐn)因為樁基迎(yíng)流麵產(chǎn)生的上升流可促進底層營養鹽與表層海水充分交換,樁基背流麵會產生背渦流,多數魚類喜歡棲息於流速緩慢的渦流區。此外,渦流還可造成浮遊生物、甲(jiǎ)殼類和魚類的物理性聚集。以韓國為代(dài)表的亞洲國家於2016年也開(kāi)展了海上風電與海水養殖結合項目(mù)。

我國有些專家學者借鑒歐洲國家的(de)發展經(jīng)驗和研究結果,提出在中國進行海上風電與海洋牧場融(róng)合發展理念。山東省率先出(chū)台《山東省現代化海(hǎi)洋牧(mù)場建設綜合試點方案》,明確提出要提升海洋牧場綠色發展水平,探索深遠海養殖方式,推動(dòng)海洋牧場信息化智能化發展以及促進產(chǎn)業多元化融合。

在北方黃渤海(hǎi)區域,組織並開展海洋牧場與海上風電建設融合發展試驗,將海上風電樁的樁基底(dǐ)座進行“魚(yú)礁化”改造,驗證海上風電樁基的建設(shè)是否(fǒu)會對海洋牧場中的土著生物產生生存及生物多樣性的影響,從而進一步探索海洋牧場與海上風電建設兼顧發展、雙管齊下的可能性,為探究適合深遠海的(de)新能源供給提供(gòng)了研究方(fāng)向。

研究人員采用海洋中常見的波浪能、太陽能、風電等(děng)清潔能源,作為深遠海漁業生(shēng)產所必需的電力來源,全方位(wèi)集成(chéng)了可以承(chéng)受高(gāo)鹽、高濕、高海況等嚴峻條件下(xià)的電力供給係統,

進一步構建深遠海生產海區微電網(wǎng),提升極端氣象及惡(è)劣海況條件下,仍然具備不間斷供給和自動化生產電力的可行(háng)性。

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發展必要性(xìng)

3.1 海域資源利用最(zuì)大化

海上風電(diàn)由於其占海麵積大、具有排他性、易(yì)受環境(jìng)影響等原因,其發展速度在用海審批時受到很大限製。2016年發布的《國家海洋局關於進(jìn)一步規範海上(shàng)風電用海管理的(de)意(yì)見》中,對海上風電項目中的海(hǎi)底電纜建設部(bù)分提出:“鼓(gǔ)勵實施(shī)海(hǎi)上風電項目與(yǔ)其(qí)他開發利用活動使用海域的(de)分層立(lì)體開發,最大限度發揮海域資源效(xiào)益。海(hǎi)上風電項目海底電纜穿越其他開發利用活動海域時(shí),在符合《海底電纜管道保(bǎo)護規(guī)定》且利益相關者(zhě)協調一(yī)致的前提下,可以探索分層確(què)權管理(lǐ),海底電纜應適當埋深,避免用海活動的相互影響。”從政策角度,進一步明確了海域立體(tǐ)化開發和確權的管理思路(lù)。

海洋牧場作為一種新型的漁業生產方式,正好利用了海上風電場水下及間隙空(kōng)間,減少(shǎo)海域開發使用對海洋(yáng)生態和漁業資源的影響,使得海域資源利用程度最大化。

3.2 生態用海的重要舉措

隨(suí)著國(guó)家(jiā)發展理念的轉變,生(shēng)態文明建設(shè)上升為國家戰略,政策法規的陸續出台,對海洋綜合管理提出了新的要求。海上風電無論是在項目的建設還是運行過(guò)程中,都或多或少不可避免地(dì)對周邊海域或(huò)岸基生態(tài)環境造成一定影響。如布放密度過大(dà)的(de)風機樁基對水位、流速、納潮量及海洋調節能力等水動力條件的影響,海上風電場大型水麵(miàn)部分對候(hòu)鳥遷徙的幹擾以(yǐ)及(jí)對海洋生物(wù)的影響等。

海洋牧場作為一種海洋生態修複的重要手段(duàn),與海上風電融合發展可以有效減少對海洋生態環境的影響,在開發清潔能源的同時,又能進行生態修複、資源增殖,符合國家生(shēng)態用海(hǎi)政策,可(kě)以實現(xiàn)多方共贏(yíng)。

3.3 有效緩解能源緊張(zhāng)

由於我國海上風電產業存在的用海問題、環境影響問題等,往往因為選址不合理、用海矛盾(dùn)難以協調等,導致項目遲遲難以動工,同時受到海上風電項(xiàng)目用海審批進程緩慢,項目推進困難等(děng)因素(sù)影響。海洋牧場與海上風電融合發展,可以有效解決海上風電與其他行業用海矛盾(dùn),弱化海上風電(diàn)用海排他性,加快推動海上風電用海審批和建(jiàn)設進(jìn)程。為我國清潔能源開發建設(shè)開辟新的道路,有效緩解東(dōng)部沿海能源緊張問題。

3.4 促進相關產業轉型升級

風電作為清潔能源,一(yī)直受到國家重視(shì)與支(zhī)持,尤其是海上風電,因其具有風能更大(dà)更穩定、距離東(dōng)南沿海發達城市較(jiào)近等特(tè)點。

從2016年起,我國海上風電建設(shè)就步入了快速發展期,近幾年,海上風電吊裝容量每年的複合增長率超過60%。但海上風電產業也存(cún)在(zài)一些限製其產(chǎn)業發展速度的問題,例如運維成本高、過多依賴政府補助、自(zì)然(rán)環境風險及產業衝突等。

海上風電與海洋牧場融合發展,兩者(zhě)可以實現產業優勢(shì)互補與互利共贏(yíng)。通過海洋牧場的生態修複、資源(yuán)增殖作用,吸引民間(jiān)資本,開展(zhǎn)漁業生產活動,創(chuàng)造(zào)經濟效益,同時利用風電平台構建休閑垂釣與旅遊觀光平台,發展第三產業,增加收(shōu)益。甚至(zhì)可以利用風電持續(xù)穩定的電源,長期(qī)開展科研觀測及自動化生產等建設(shè),促進相(xiàng)關產業轉型升級(jí),最終達到“政產學研用”多方參與、多方共贏的發展格局。

4

發展瓶頸

海上(shàng)風電和海洋牧(mù)場融合發展存在著複雜性,需(xū)要開展(zhǎn)進一步的(de)研究。

4.1 環境影響(xiǎng)

盡管任何類型的海洋牧場對近岸和近海區域生態(tài)係統的(de)風險是可以評估和預測的,然而與海洋風電融合發展(zhǎn)後的潛在風(fēng)險是未知的,特別是涉及海上風電(diàn)施工期間的累積(jī)效應時。目前國內外有關海洋風能設施對海床及其相關生物的生態影(yǐng)響方麵,已經(jīng)開展了一些研究,比如珊(shān)瑚礁及其相關生物(無(wú)脊椎(zhuī)動物(wù)、魚類(lèi)、哺乳動(dòng)物及鳥(niǎo)類等),研究結果也表明,其對生態係統的影響可能(néng)是多種多樣的(de)。海上風電(diàn)和海(hǎi)洋牧場融(róng)合發展過程中,特別需要考慮海上風電施工過(guò)程中的(de)環境影(yǐng)響和噪聲汙染,是否可逆並且能夠達到平衡狀態,以及使用(yòng)材料的耐久(jiǔ)性(xìng)和可(kě)持續性等。

4.2 技術與運維

海上風電和海洋牧場作為2種海(hǎi)上(shàng)工程的結合,需要對特定地點海洋環境的各項數據進行大量的采集分析,同時對主要增養殖的關鍵物種進行研究。

考慮到深遠海複雜多變的海洋環境,風電樁機(jī)作為主(zhǔ)要(yào)的固泊設施,如何在保障風電(diàn)安全正常運行的同時,滿足海洋牧場構建(jiàn)條件,顯得尤為關鍵,同時根據(jù)海洋牧場構建類型和增(zēng)養殖(zhí)物種特性,應當充分考慮運維成本和產出(chū)效益。由於目前尚無這些(xiē)融合發展案例或(huò)僅處於(yú)試點規模,因此隻能停留在理論研究(jiū)的基礎上,亟須開展生物(wù)適應性、融合發展(zhǎn)布局以及運維(wéi)保障等相關研究。

4.3 權屬和保險

海上風電和海洋牧場融合發展權屬問題,目前尚未得到解決。海洋空間規劃還(hái)沒有海上風電和(hé)海洋牧場融合(hé)發展利用的相關規(guī)定,亟須研究(jiū)製定適用於融合發(fā)展的海(hǎi)洋空間分配方案,以避免海域權屬、項目投入和私有財產的複雜混(hún)合。需要解(jiě)決海上(shàng)風電(diàn)和海洋(yáng)牧場建設和運行過程中(zhōng)人(rén)員、設備等(děng)保險方麵(miàn)的問題。海洋牧場設施或者增養殖對象,均會對風電場正常運(yùn)行(háng)產生影響。例(lì)如人工(gōng)海藻場對風電運維(wéi)船航行,可能會造成風險。

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展望

國(guó)際上雖(suī)然有一些海上風電和海洋牧場融合發展(zhǎn)項目正(zhèng)在規劃,但大多數(shù)項目規模較小,基本上是(shì)對現有尚未實現項目的假設情景。海上風(fēng)電和(hé)海洋牧場融合發(fā)展(zhǎn)相關技術,研發時(shí)間長、費用高,需要整合多種資源。

我(wǒ)國(guó)具有製度優勢,在海上風電和海洋(yáng)牧場融合發展的技術研發與產業發展方麵(miàn)與其他國家相比,更(gèng)容易整(zhěng)合資源(yuán),快速(sù)推進,形成在(zài)世界上具有特色的(de)中國模(mó)式和中(zhōng)國方(fāng)案。產生效益(yì)方麵,海(hǎi)上風電和海洋牧場融合直接經濟效益有待(dài)考證(zhèng),但(dàn)生態與社(shè)會效益巨大(dà)是可以預期的。海上風電和海洋牧場融合契(qì)合我國綠色發展與生態文明的需求,可為實現“碳達峰”“碳(tàn)中和”作出重要貢獻。

來源:風電市(shì)場

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