風(fēng)電技術(shù)在遠(yuǎn)洋魷釣漁船上的可行性研究

屠璐瓊， 王化明， 郭 欣， 劉俊梅

(浙江海洋學(xué)院 浙江省海洋漁業(yè)裝備技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 浙江 舟山 316004)

風(fēng)電技術(shù)在遠(yuǎn)洋魷釣漁船上的可行性研究

屠璐瓊， 王化明， 郭 欣， 劉俊梅

(浙江海洋學(xué)院 浙江省海洋漁業(yè)裝備技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 浙江 舟山 316004)

隨著近海漁業(yè)資源日漸匱乏，遠(yuǎn)洋漁業(yè)正蓬勃發(fā)展，其中的遠(yuǎn)洋魷釣產(chǎn)業(yè)更是遠(yuǎn)洋捕撈的重要項(xiàng)目之一。本文主要根據(jù)遠(yuǎn)洋魷釣漁船作業(yè)時(shí)所處海上環(huán)境以及遠(yuǎn)洋魷釣漁船的作業(yè)特點(diǎn)、作業(yè)情況等，綜合分析風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在遠(yuǎn)洋魷釣漁船上運(yùn)用的可行性，以期改變漁船傳統(tǒng)能源消耗結(jié)構(gòu)，保護(hù)海洋環(huán)境。

遠(yuǎn)洋魷釣漁船 捕撈環(huán)境 作業(yè)特點(diǎn) 風(fēng)電技術(shù)

1 引言

近年來，隨著我國近海漁業(yè)資源日漸匱乏，遠(yuǎn)洋漁業(yè)正蓬勃發(fā)展。由于魷魚具有較高的市場價(jià)值，遠(yuǎn)洋魷釣漁業(yè)成為我國海洋漁業(yè)的重要組成部分。然而隨著世界能源危機(jī)的日益迫近，燃油價(jià)格不斷高漲，各類傳統(tǒng)遠(yuǎn)洋漁業(yè)捕撈要消耗大量燃油，漁民收入受到燃油成本的嚴(yán)重影響，如何有效降低燃油成本已成為我國遠(yuǎn)洋漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵所在。隨著當(dāng)今世界風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的日益成熟，如能結(jié)合遠(yuǎn)洋魷釣漁業(yè)的捕撈環(huán)境和作業(yè)方式，充分利用捕撈海域豐富的海洋風(fēng)能，將現(xiàn)代風(fēng)電技術(shù)廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)洋魷釣漁船(見圖1)，必將為我國遠(yuǎn)洋魷釣漁業(yè)帶來革命性的發(fā)展，顯著提高漁民收入。

圖1 遠(yuǎn)洋魷釣漁船

2 世界風(fēng)電技術(shù)發(fā)展概況

近年來，世界各國競相開展了風(fēng)力資源的研究與利用工作，世界風(fēng)電總裝機(jī)容量快速增長。據(jù)世界風(fēng)能理事會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2012年底世界風(fēng)電總裝機(jī)容量達(dá)282.6 GW。2012年世界風(fēng)電新增裝機(jī)容量為44.8 GW，同比增長19%[1]。美國作為世界上最大的發(fā)達(dá)國家是現(xiàn)代聯(lián)網(wǎng)型風(fēng)機(jī)的起源地，由于美國政府對風(fēng)能開發(fā)利用的重視，美國也是最早制定鼓勵(lì)風(fēng)電發(fā)展相關(guān)法規(guī)的國家。早在2000年，美國已擁有超過2 000萬臺(tái)風(fēng)電機(jī)組，總裝機(jī)容量達(dá)2 500 MW以上。至2004年初，美國的總裝機(jī)容量已達(dá)6 300 MW，較2000年增加了152%，美國的風(fēng)電發(fā)展速度由此可見一斑。丹麥作為具有豐富風(fēng)力資源的國家，早在19世紀(jì)末就率先研制出了風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，世界上第一座風(fēng)力發(fā)電站也由此誕生，開啟了風(fēng)力發(fā)電的新紀(jì)元。丹麥主要通過政府對購買發(fā)電機(jī)組的用戶進(jìn)行一定經(jīng)濟(jì)補(bǔ)貼來發(fā)展國內(nèi)風(fēng)電行業(yè)。至2003年，丹麥全國的海上風(fēng)力發(fā)電量已經(jīng)占到了全國發(fā)電量的50%[2]。印度是亞洲利用風(fēng)能資源最好的國家，2004年印度新裝風(fēng)力發(fā)電容量為875 MW, 累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到3 000 MW, 位居世界第四位[3]。印度政府通過實(shí)施一系列財(cái)政支持政策，促進(jìn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。截至2008年，印度風(fēng)電設(shè)備的國產(chǎn)化率已經(jīng)達(dá)到80%。印度風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，不僅使本國獲得了大量清潔的可再生能源，在一定程度上也促進(jìn)了本國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

雖然我國對風(fēng)能的開發(fā)利用較早，但一直未能形成規(guī)模化的風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，因而我國的風(fēng)電技術(shù)較歐美國家相對落后。20世紀(jì)90年代，我國開始有了規(guī)?；娘L(fēng)力發(fā)電場。近年來我國的風(fēng)電發(fā)展較為迅速，“十一五”期間，我國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)無論是在裝機(jī)容量還是在風(fēng)電技術(shù)方面，都有了良好的發(fā)展，風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的服務(wù)體系也已初步建立。風(fēng)電裝機(jī)容量從2005 年的126萬kW迅速增長到2010 年的3 100 萬kW，部分風(fēng)電設(shè)備也已開始進(jìn)入國際市場。根據(jù)風(fēng)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃，到2015 年，我國投入運(yùn)行的風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到1 億kW，年發(fā)電量達(dá)到1 900億kW時(shí)，風(fēng)電發(fā)電量在全部發(fā)電量中的比重超過3%。2015 年后繼續(xù)推動(dòng)風(fēng)電以較大規(guī)模持續(xù)發(fā)展，到2020年，風(fēng)電總裝機(jī)容量超過2 億kW，其中海上風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到3 000 萬kW，風(fēng)電年發(fā)電量達(dá)到3 900 億kW·h[4]。

從發(fā)電效率方面，風(fēng)力發(fā)電效率不斷提升，發(fā)電成本不斷下降，已日漸接近當(dāng)前市場電價(jià)。目前的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)能利用率可達(dá)57%，較一般火力發(fā)電效率的38%左右有較大的提高。最重要的是風(fēng)力發(fā)電通過對清潔的風(fēng)能加以利用，有環(huán)保、無污染、能源成本為零等優(yōu)勢。相較于火力發(fā)電的大量燃燒不可再生資源煤炭，產(chǎn)生嚴(yán)重?zé)煔馕廴炯胺蹓m污染，風(fēng)力發(fā)電不僅節(jié)能高效，還保護(hù)環(huán)境，具有較高的推廣價(jià)值。迄今為止我國風(fēng)能利用主要是在陸地上，海上風(fēng)能應(yīng)用起步較晚，遠(yuǎn)洋漁船上的風(fēng)能利用更是處于起步階段，尚有相當(dāng)大的潛力可挖。

3 遠(yuǎn)洋漁船上的風(fēng)能利用及對魷釣漁船的適應(yīng)性分析

近幾年來，我國部分沿海地區(qū)遠(yuǎn)洋漁船已開始利用海洋風(fēng)能發(fā)電作為對傳統(tǒng)柴油發(fā)電機(jī)的有益補(bǔ)充。浙江寧波象山正在推行的一種新型小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，它能夠替代漁船上的柴油發(fā)電機(jī)，為漁船海上照明、導(dǎo)航提供電源，而且對海洋環(huán)境不會(huì)造成污染。據(jù)漁民粗略估算，一艘漁船用上這樣一臺(tái)小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，每年可以節(jié)約燃油消耗10 t左右，約8萬元。除了寧波象山地區(qū)，浙江臺(tái)州、舟山普陀的部分漁船也開始嘗試安裝風(fēng)力發(fā)電裝置，以解決船上的生活用電和部分生產(chǎn)用電。

相比于其他漁船，遠(yuǎn)洋魷釣漁船對電能的消耗尤為巨大。在進(jìn)行魷魚的捕撈作業(yè)時(shí)通常是利用魷魚的趨光性，開啟多達(dá)一百多盞集魷燈，進(jìn)行燈光誘捕作業(yè)，如圖2所示。相對于傳統(tǒng)的遠(yuǎn)洋魷釣漁船而言，其捕魚作業(yè)期間所需的大量電能需要消耗大量的燃油，因此捕撈時(shí)燃油成本相當(dāng)高。

圖2 魷釣漁船照明捕撈原理

遠(yuǎn)洋魷釣漁船作業(yè)海域風(fēng)力通常在7級(jí)以上，這樣的環(huán)境有利于風(fēng)力發(fā)電裝置的有效工作。由于魷釣作業(yè)期間漁船處于隨風(fēng)漂流狀態(tài)，這種狀態(tài)能保證風(fēng)機(jī)安裝在船上后正對風(fēng)向，因此可有效提高風(fēng)機(jī)發(fā)電效率。另外，相對于拖網(wǎng)漁船、圍網(wǎng)漁船等其他類型的漁船而言，捕撈作業(yè)時(shí)螺旋槳幾乎滿負(fù)荷工作并且還要經(jīng)常進(jìn)行相應(yīng)的操舵動(dòng)作，由于魷釣漁船在釣魚作業(yè)時(shí)螺旋槳處于停車狀態(tài)，風(fēng)力發(fā)電裝置的運(yùn)行對漁船的航行阻力和操縱安全沒有任何不利影響，因此，從對船舶性能影響的角度來分析，風(fēng)力發(fā)電裝置的安裝不存在不利影響。

此外，遠(yuǎn)洋魷釣漁船的捕撈生產(chǎn)周期較長，有利于風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的長時(shí)間工作。以早期魷釣漁船到日本海作業(yè)為例，一般的魷釣船從上?；蛑凵匠霭l(fā)，3至4天航程即可到達(dá)漁場。原船的儲(chǔ)油量，加上增加的油柜，可堅(jiān)持生產(chǎn)50 多天[1]，這樣漁船約有84%的時(shí)間漂流在海上進(jìn)行魷釣作業(yè)?，F(xiàn)在，部分魷釣船經(jīng)過約50天橫渡太平洋。在旺季來臨前到達(dá)指定海域，此后轉(zhuǎn)戰(zhàn)秘魯海域，進(jìn)行為期兩年的海上生產(chǎn)活動(dòng)，漁船海上作業(yè)的時(shí)間更長，使風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)具有充足的時(shí)間來進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電，由此可以預(yù)見其發(fā)電量的可觀。

從上述分析不難看出，如果風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在遠(yuǎn)洋漁船上得以充分應(yīng)用，將在很大的程度上減少柴油機(jī)的發(fā)電量，降低柴油用量，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)洋魷釣漁船的節(jié)能減排，顯著提高漁船的經(jīng)濟(jì)效益。

4 遠(yuǎn)洋魷釣漁船風(fēng)電經(jīng)濟(jì)與環(huán)保效益分析

由于西南大西洋公海漁場具有豐富的魷魚資源，目前的遠(yuǎn)洋魷釣漁船出海作業(yè)海域主要集中在西南大西洋阿根廷、秘魯附近海域，本文以西南大西洋位于42°～47°S的公海漁場的海況為例進(jìn)行分析。42°～ 47°S的西南大西洋公海海域位于西風(fēng)帶，來自南極大陸的冷空氣與其相遇會(huì)形成鋒面和氣旋，漁場海面大風(fēng)天氣較多，風(fēng)力一般也都較大，海面上的風(fēng)速經(jīng)常在7～8級(jí)以上。正是漁場海面上的大風(fēng)天氣為風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的正常工作提供了基礎(chǔ)的風(fēng)能保障。以主機(jī)功率551 kW的普通遠(yuǎn)洋魷釣漁船為例，根據(jù)上海市2009年下半年漁業(yè)油價(jià)補(bǔ)助用油量測算標(biāo)準(zhǔn) ，北太平洋魷魚釣船作業(yè)時(shí)間超過三個(gè)月的，耗油系數(shù)為0.6642 t/kW，結(jié)合主機(jī)功率551 kW，計(jì)算可得其年耗油量約366 t，以柴油價(jià)格7元/kg計(jì)，則一艘遠(yuǎn)洋魷釣漁船一年的油費(fèi)約合人民幣256萬元。由此可見遠(yuǎn)洋漁船出海作業(yè)時(shí)，油費(fèi)的開銷較大，若能在船上安裝風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電，減少傳統(tǒng)柴油機(jī)發(fā)電量，降低柴油消耗量，將有效降低遠(yuǎn)洋魷釣漁船的營運(yùn)成本。

在一艘設(shè)計(jì)排水量為958 t的遠(yuǎn)洋漁船上安裝一臺(tái)額定功率為10 kW的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)，假設(shè)其一天正常發(fā)電時(shí)間為20 h，其一天時(shí)間將發(fā)電200 kW·h。若這些電量用一臺(tái)額定功率為100 kW的柴油發(fā)電機(jī)來發(fā)電，取其凈輸出效率為23%，需耗時(shí)8.6 h。取這臺(tái)發(fā)電機(jī)的燃油消耗率為240 g/kW·h，則需消耗柴油量為：W= 100×240×8.6= 206 400 g=206.4 kg。根據(jù)柴油密度0.84 kg/L， 206.4 kg柴油有173.4 L，取柴油價(jià)格7元/L，折合現(xiàn)金約1 213.8元。按魷釣船到秘魯海域作業(yè)200天來算，魷釣作業(yè)期間將節(jié)省柴油發(fā)電機(jī)的油費(fèi)24.28萬元。由此可見，在遠(yuǎn)洋魷釣漁船上安裝風(fēng)電裝置，其經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。

此外，由于漁船每燃燒一噸柴油排放約40 kg SO2、1.2 kg煙塵以及大量廢氣。因此，通過安裝風(fēng)力發(fā)電裝置減少柴油消耗同時(shí)具有重大環(huán)保意義。

5 結(jié)束語

當(dāng)前遠(yuǎn)洋魷釣漁業(yè)日益受到不可再生能源危機(jī)的影響，傳統(tǒng)柴油發(fā)電進(jìn)行遠(yuǎn)洋魷釣漁業(yè)生產(chǎn)面臨著燃油消耗成本不斷上升的問題。全球風(fēng)電技術(shù)的迅猛發(fā)展，再加上遠(yuǎn)洋魷釣漁船作業(yè)海域風(fēng)能資源充沛且沒有鳥類等干擾，具有良好的風(fēng)力發(fā)電條件，因此在遠(yuǎn)洋魷釣漁船上安裝先進(jìn)的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。將風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用到遠(yuǎn)洋魷釣漁船上，不但能減少燃油消耗，有效降低漁船的營運(yùn)成本，同時(shí)可降低漁船的燃油攜帶量，即提高了漁船的載貨能力，因此可顯著提高漁民經(jīng)濟(jì)收入。另外，其廢氣排放量的減少對海洋大氣環(huán)境的保護(hù)也具有重要意義。可以預(yù)見在不遠(yuǎn)的將來，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)必將在遠(yuǎn)洋魷釣漁船上得到更加廣泛地應(yīng)用，為人類造福。

[1] 張峰，張建華.風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)研究[J].科技與企業(yè)，2013，15:137.

[2] 蒙如玲，白先慎，鮑亦和.海上風(fēng)力發(fā)電[C]. 海南科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)，海南省機(jī)械工程協(xié)會(huì),2007:12-20.

[3] 關(guān)偉，盧巖.國內(nèi)外風(fēng)力發(fā)電概況及發(fā)展方向[J].吉林電力，2008,36(1):47-50.

[4] 國家能源局.風(fēng)電發(fā)展“十二五”規(guī)劃[S].2012.

[5] 胡明堉.魷釣漁船及其裝備的探討[J].上海水產(chǎn)大學(xué)學(xué)報(bào)，1996,5(4):226-233.

Feasibility Study of Wind Power Technology on the Deep-sea Squid Jigging Vessels

TU Lu-qiong, WANG Hua-ming, GUO Xin, LIU Jun-mei

(Zhejiang Ocean University, Key Laboratory of Marine Fishery Equipment and Technology of Zhejiang， Zhoushan Zhejiang 316000, China)

With the offshore fishery resource becoming increasingly scarce, the deep-sea fishing is booming, in which the deep-sea squid fishing is one of the most important items. In the present paper, the feasibility of wind power technology applied to the deep-sea squid jigging vessels is analyzed comprehensively based on the marine environment in which the deep-sea squid jigging vessels operating and the fishing characteristics,, so as to change the structure of traditional energy consumption in fishing vessels and protect the marine environment.

Deep-sea squid jigging vessel Fishing environment Operating features Wind power technology

國家大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目(2013103 40005)；浙江省新苗人才計(jì)劃項(xiàng)目(2014R411001)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51109186)；國家星火計(jì)劃項(xiàng)目(2013 GA700256)；浙江省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013D40039)；舟山市科技計(jì)劃項(xiàng)目(2013C11004)。

屠璐瓊(1992-)，女，本科。

U674

A