探索“漁光互補(bǔ)”發(fā)展光伏農(nóng)業(yè)——以鄂州20MWp農(nóng)業(yè)光伏科技示范園為例

探索“漁光互補(bǔ)” 發(fā)展光伏農(nóng)業(yè)
——以鄂州20MWp農(nóng)業(yè)光伏科技示范園為例

趙軼潔1，2， 孟憲學(xué)2*， 王聚博3

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院研究生院,北京 100081;2.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)信息研究所,北京 100081;3.中電投科學(xué)技術(shù)研究院有限公司,北京 100011)

摘要建設(shè)生態(tài)農(nóng)業(yè)、促進(jìn)能源供應(yīng)是我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要命題?！皾O光互補(bǔ)”模式充分利用水面資源，以發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)為核心，以水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)為主體，配套建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，具有生態(tài)、能源、社會(huì)多重收益，具有巨大發(fā)展空間。

關(guān)鍵詞光伏農(nóng)業(yè);漁光互補(bǔ);生態(tài)農(nóng)業(yè)

中圖分類號(hào)S9-9

作者簡(jiǎn)介趙軼潔(1985- )，女，河北張家口人，在讀博士研究生，助理研究員，從事農(nóng)業(yè)信息資源管理研究。*通訊作者，研究員，博士，從事農(nóng)業(yè)信息管理研究。

收稿日期2015-06-04

Explore the Complementary Model of Fishery and Photovoltaic Power to Promote Eco-agriculture—A Case Study of Ezhou Agricultural Demonstrative of 20MWp Photovoltaic Power Station

ZHAO Yi-jie1,2, MENG Xian-xue2*, WANG Ju-bo3(1.Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081; 2.Agricultural Information Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081; 3.Institute of Science and Technology of China Power Investments, Beijing 100011)

AbstractTo construct eco-agriculture and to promote energy supply is a significant issue for national economy.The “Complementary Model of Fishery and Photovoltaic Power” makes the best use of the vast surface of fishing ponds to produce clean energy.It centers on the development of eco-agriculture, depends on aquaculture industry, and constructs a photovoltaic power system.It is beneficial in terms of ecology, energy and society, and thus has a huge room for development.

Key words Photovoltaic agriculture; Complementary model of fishery and photovoltaic power; Eco-agriculture

農(nóng)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈。繼提出并開始執(zhí)行“資源節(jié)約型”和“環(huán)境友好型”社會(huì)建設(shè)任務(wù)后，黨的“十八大”進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了生態(tài)文明建設(shè)的重要性，生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展上升到了空前的高度。同時(shí)電力產(chǎn)業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展支柱產(chǎn)業(yè)，已引起黨中央、國(guó)務(wù)院的高度重視，其發(fā)展受到更為廣泛的關(guān)注。如何建設(shè)生態(tài)農(nóng)業(yè)、促進(jìn)能源供應(yīng)成為我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的重要命題。

2014年9月2日，國(guó)家能源局發(fā)布的《關(guān)于進(jìn)一步落實(shí)分布式光伏發(fā)電有關(guān)政策的通知》中提到，應(yīng)因地制宜利用廢棄土地、荒山荒坡、農(nóng)業(yè)大棚、灘涂、魚塘、湖泊等建設(shè)就地消納的分布式光伏電站，鼓勵(lì)分布式光伏發(fā)電與農(nóng)戶扶貧、新農(nóng)村建設(shè)、農(nóng)業(yè)設(shè)施相結(jié)合，促進(jìn)農(nóng)村居民生活改善和農(nóng)業(yè)農(nóng)村發(fā)展。這樣既可以發(fā)展規(guī)模設(shè)施農(nóng)業(yè)，又可解決能源不足造成的經(jīng)濟(jì)發(fā)展“瓶頸”問題，促進(jìn)農(nóng)業(yè)、工業(yè)共同發(fā)展，利用農(nóng)業(yè)建設(shè)工業(yè)，借助工業(yè)促進(jìn)農(nóng)業(yè)。

1光伏農(nóng)業(yè)與“漁光互補(bǔ)”

光伏農(nóng)業(yè)是光伏電站開發(fā)投資與農(nóng)業(yè)開發(fā)投資運(yùn)營(yíng)的跨界合作項(xiàng)目，它包括光伏農(nóng)業(yè)大棚與“漁光互補(bǔ)”2項(xiàng)重要內(nèi)容。其中，光伏農(nóng)業(yè)大棚利用的是農(nóng)業(yè)大棚的棚頂放置太陽能板發(fā)電，而“漁光互補(bǔ)”則是利用魚塘水面或?yàn)┩繚竦?，支上光伏組件進(jìn)行發(fā)電。在豐富的養(yǎng)殖水面上架設(shè)光伏組件進(jìn)行發(fā)電，形成“上可發(fā)電、下可養(yǎng)魚”的創(chuàng)新發(fā)展模式，既能充分利用空間、節(jié)約土地資源，又能利用光伏電站調(diào)節(jié)養(yǎng)殖環(huán)境，還能優(yōu)化地區(qū)能源結(jié)構(gòu)、改善環(huán)境，并可提高單位魚塘產(chǎn)量、增產(chǎn)增收，在水產(chǎn)養(yǎng)殖和光伏產(chǎn)業(yè)上實(shí)現(xiàn)領(lǐng)域共享。這種模式，即被稱為“漁光互補(bǔ)”模式[1]。

在我國(guó)中、東部地區(qū)大力發(fā)展“漁光互補(bǔ)”，具有廣闊的水面資源，又可就地并網(wǎng)，減少電能輸送帶來的損耗。尤其是人口稠密、土地資源稀缺的東部地區(qū)，讓大規(guī)模建設(shè)光伏電站成為難題，而“漁光互補(bǔ)”模式充分利用水面資源，具有巨大發(fā)展空間，在東部地區(qū)大規(guī)模發(fā)展光伏電站切實(shí)可行?！皾O光互補(bǔ)”模式將以發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)為核心，以水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)為主體，配套建設(shè)光伏發(fā)電系統(tǒng)，具有生態(tài)、能源、社會(huì)多重收益，運(yùn)用新技術(shù)，推動(dòng)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，保護(hù)自然資源和生態(tài)環(huán)境。

2項(xiàng)目簡(jiǎn)介

鄂州位于湖北省東部，長(zhǎng)江中游南岸。全市國(guó)土總面積1 504 km2，總?cè)丝?05萬人，轄鄂城區(qū)、華容區(qū)、梁子湖區(qū)3個(gè)市轄區(qū)和葛店經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、鄂州經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)2個(gè)市轄省級(jí)開發(fā)區(qū)。隨著負(fù)荷的增長(zhǎng)，鄂州市電力缺口將不斷增大?！笆の濉逼陂g，鄂州市電力缺額在42萬～65萬kW，“十三·五”期間預(yù)計(jì)達(dá)到75萬～118萬kW[2]。

鄂州20 MWp農(nóng)業(yè)光伏科技示范園發(fā)電項(xiàng)目采用“漁光互補(bǔ)”模式，在鄂州市汀祖鎮(zhèn)汀祖村結(jié)合水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)建設(shè)20 MWp的光伏發(fā)電系統(tǒng)，形成一個(gè)光伏產(chǎn)業(yè)帶動(dòng)水產(chǎn)業(yè)及相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的示范園區(qū)和多功能光伏農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)基地，大力發(fā)展清潔能源，促進(jìn)生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展，帶動(dòng)當(dāng)?shù)鼐蜆I(yè)和產(chǎn)業(yè)升級(jí)，成為鄂州市、武漢城市圈乃至湖北經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要增長(zhǎng)點(diǎn)，促進(jìn)社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展，具有良好的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。

2.1水產(chǎn)養(yǎng)殖現(xiàn)狀湖北省是農(nóng)業(yè)大省，也是水產(chǎn)大省，多項(xiàng)農(nóng)產(chǎn)品和水產(chǎn)品的生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)量居全國(guó)第一。湖北省具有得天獨(dú)厚的漁業(yè)資源優(yōu)勢(shì)，全省現(xiàn)有水域總面積166.67萬hm2(2 500萬畝)，宜養(yǎng)水面90.67萬hm2(1 360萬畝)，居全國(guó)第一。養(yǎng)殖水面種類涵蓋淡水漁業(yè)的所有類型，水質(zhì)良好，水生生物資源極其豐富，不僅提供了優(yōu)質(zhì)的種質(zhì)資源，而且還提供了優(yōu)質(zhì)低廉的餌料資源。眾多的江河湖庫(kù)是魚類天然的種質(zhì)資源庫(kù)，全省共有魚類176種，占全國(guó)四分之一，水生植物164種，種類占全國(guó)的50%以上；底棲動(dòng)物86種；國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)一級(jí)水生野生動(dòng)物5種(白鰭豚、中華鱘、白鱘、達(dá)氏鱘、黿)；國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)的二級(jí)水生野生動(dòng)物8種；省級(jí)重點(diǎn)保護(hù)的水生野生動(dòng)物30種。湖北省涉及農(nóng)業(yè)科研和技術(shù)推廣的部、省級(jí)高等學(xué)校和科研所有20余家，近年來他們?cè)谏鷳B(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)研發(fā)和推廣上做出了突出貢獻(xiàn)，一批可以促進(jìn)生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展的科技成果正在全面推廣。大力推進(jìn)現(xiàn)代生態(tài)漁業(yè)建設(shè)，有助于實(shí)現(xiàn)湖北省漁業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的第2次飛躍，建設(shè)漁業(yè)經(jīng)濟(jì)強(qiáng)省防控體系，保障水產(chǎn)養(yǎng)殖的順利開展。鄂州市有“百湖之市”的美譽(yù)，水域面積4.34萬hm2(65.06萬畝)，大中小型湖泊119個(gè)。全市放養(yǎng)面積達(dá)到4萬hm2(60萬畝)[3]。2015年全市水產(chǎn)品產(chǎn)量計(jì)劃完成47.5萬t，產(chǎn)值70億元，漁民人均年收入達(dá)16 000元，分別比上年增長(zhǎng)4.72%、8.53%和6.67%，力爭(zhēng)位居全省同行業(yè)第一方陣[4]。

然而，傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖僅收獲水產(chǎn)品，收入單一，對(duì)土地資源匱乏的我國(guó)來說，是一種極大的資源浪費(fèi)。珍惜和合理利用每一寸土地是我國(guó)的基本國(guó)策。如何合理充分利用水產(chǎn)養(yǎng)殖土地資源，進(jìn)行立體化作業(yè)，值得重視和思考。

2.2氣候條件太陽能是干凈的、清潔的、儲(chǔ)量極為豐富的可再生能源，太陽能發(fā)電是目前世界上先進(jìn)的能源利用技術(shù)。建設(shè)農(nóng)業(yè)光伏項(xiàng)目，不消耗煤、石油、天然氣、水、大氣等自然資源；亦不產(chǎn)生有害氣體、污染粉塵，不引起溫室效應(yīng)、酸雨現(xiàn)象等，可有效的保護(hù)生態(tài)環(huán)境。

鄂州市屬亞熱帶季風(fēng)氣候，冬冷夏熱，四季分明，雨水充沛，日照充足，初夏多雨，伏秋干旱，無霜期長(zhǎng)，年平均氣溫17.0 ℃，極端最高氣溫40.7 ℃，極端最低氣溫-12.4 ℃；大于10 ℃年平均積溫5 424 ℃，無霜期260～270 d，年平均日照2 038.4 h，日照率46%，太陽輻射能110.27 kJ/cm2[5]。

根據(jù)湖北省氣象局評(píng)審,在區(qū)域分布上，湖北省太陽能資源鄂西南最少，鄂東北及鄂西北部分地區(qū)最多，詳見圖1[5]。在時(shí)間分布上，太陽能資源夏季最豐富，冬季最少，春季多，秋季少，太陽總輻射主要集中在 7、8、9 3個(gè)月，詳見圖2，與湖北省電力緊張的夏季同期。鄂州市處于湖北省東部，依據(jù)武漢氣象站各經(jīng)驗(yàn)系數(shù)推算出了鄂州逐月太陽總輻射序列，近30年間鄂州太陽輻射數(shù)值區(qū)間在4 048～4 941 MJ/m2之間，年日照小時(shí)數(shù)在1 960～1 980 h之間，光資源豐富，適合建設(shè)光伏電站，更能充分利用光資源，實(shí)現(xiàn)社會(huì)、環(huán)境和經(jīng)濟(jì)效益。

圖1　湖北省太陽能資源區(qū)域分布

圖2　鄂州市太陽總輻射月際變化

2.3當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)情況根據(jù)鄂州電網(wǎng)供區(qū)國(guó)民經(jīng)濟(jì)及電力負(fù)荷歷史發(fā)展水平，并參考《湖北電網(wǎng)“十二·五”發(fā)展規(guī)劃》專題研究之二《負(fù)荷預(yù)測(cè)專題研究報(bào)告》及《鄂州市“十二·五”電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)報(bào)告》，對(duì)鄂州負(fù)荷進(jìn)行預(yù)測(cè)。鄂州電網(wǎng)負(fù)荷水平如下：2015年全社會(huì)用電量、全社會(huì)最大負(fù)荷分別達(dá)到71億kWh、122萬kW，“十二·五”期間年均增長(zhǎng)率分別為5.2%、5.3%；2015年統(tǒng)調(diào)用電量、統(tǒng)調(diào)最大負(fù)荷分別達(dá)到62億kWh、113萬kW，“十二·五”期間年均增長(zhǎng)率分別為5.4%、6.0%；2020年全社會(huì)用電量、全社會(huì)最大負(fù)荷分別達(dá)到100億kWh、170萬kW，“十二·五”期間年均增長(zhǎng)率分別為7.1%、6.9%；2020年統(tǒng)調(diào)用電量、統(tǒng)調(diào)最大負(fù)荷分別達(dá)到88億kWh、160萬kW，“十二·五”期間年均增長(zhǎng)率分別為7.1%、7.3%。隨著負(fù)荷的增長(zhǎng)，鄂州市電力缺口將不斷增大,“十三·五”達(dá)到75萬～118萬kW。

2.4發(fā)電情況該工程光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板(組件)、匯流電纜、匯流箱、逆變器及升壓系統(tǒng)五大部分組成。工程選用245 Wp多晶硅電池組件，逆變器采用500 kW級(jí)逆變器。組件全部采用固定傾角安裝方式，組件支架為三角形鋼支架。

該工程為不可調(diào)度式并網(wǎng)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)。太陽能通過太陽能電池組成的光伏陣列轉(zhuǎn)換成直流電，經(jīng)過三相逆變器(DC-AC)轉(zhuǎn)換成三相交流電，再通過升壓變壓器轉(zhuǎn)換成符合公共電網(wǎng)要求的交流電，直接接入公共電網(wǎng)。

光伏電場(chǎng)除發(fā)電外，各生產(chǎn)所需的水泵、加熱器、燈具、2次屏柜等負(fù)荷還存在自用電、臨時(shí)施工及檢修用電等。站用變?cè)O(shè)計(jì)時(shí)按20 MW光伏電場(chǎng)選擇，站用變?nèi)萘繛?25 kVA。假定每天滿負(fù)荷時(shí)間為10 h，負(fù)荷率為0.5，則項(xiàng)目持續(xù)自用電電量考慮為22.813萬度。

年發(fā)電量實(shí)際受多方面因素影響，只能在年理論發(fā)電量基礎(chǔ)上進(jìn)行估算。對(duì)理論電量總利用率的取值，具體分析如下：太陽電池雜損考慮為3%，太陽電池的接線損耗3.3%，逆變器的運(yùn)行損耗為5%，交流系統(tǒng)運(yùn)行損耗共計(jì)5%，光伏電場(chǎng)年利用率為97%，光伏電場(chǎng)太陽輻射利用率為95%。年發(fā)電量總利用率，為上述分析的各損耗和利用率綜合作用的結(jié)果。實(shí)際可利用電量為2 613.14×78%=2 038.25萬Wh。在計(jì)算光伏電場(chǎng)實(shí)際每年上網(wǎng)電量時(shí)，需考慮多晶硅太陽電池組件的衰減情況，該光伏電站年均上網(wǎng)電量為1 783.077萬KWh。

該工程采用綠色能源——太陽能，并在設(shè)計(jì)中采用先進(jìn)可行的節(jié)電、節(jié)水及節(jié)約原材料的措施，能源和資源利用合理，設(shè)計(jì)中嚴(yán)格貫徹了節(jié)能、環(huán)保的指導(dǎo)思想，總體布置、技術(shù)方案和設(shè)備、材料選擇、建筑結(jié)構(gòu)等方面，充分考慮了節(jié)能的要求，減少了線路投資，節(jié)約了土地資源，并能夠適應(yīng)地區(qū)電網(wǎng)的發(fā)展。本工程符合國(guó)家的節(jié)能政策，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

2.5效益工程建成后，年平均可為電網(wǎng)提供清潔電能1 783.077萬kWh，按湖北省2011年發(fā)電標(biāo)準(zhǔn)煤耗水平為0.332 kgce/kWh 進(jìn)行折算[6]，該工程年可節(jié)約標(biāo)煤5 370.71 t，減少了不可再生能源——煤的消耗。同時(shí)，相應(yīng)每年可減少粉塵量約為32.46 t/a、二氧化硫量約118.66 t/a、二氧化碳量約270.52 t/a、灰渣渣量約2 154.23 t/a等多種大氣污染物的排放，節(jié)能減排效益顯著。

同時(shí)，該項(xiàng)目屬于“漁光互補(bǔ)”類型，建成后，原有的小池塘養(yǎng)殖方式將變?yōu)榇蟪靥烈?guī)模化養(yǎng)殖方式，光伏項(xiàng)目也會(huì)相應(yīng)增加漁業(yè)產(chǎn)量?？紤]光伏板對(duì)太陽光遮擋，改變以往的養(yǎng)殖品種和技術(shù)，較多集中于喜陰的名特優(yōu)養(yǎng)殖品種，養(yǎng)殖適合在電池板下“躲太陽”的喜陰魚類，如沙塘鱧、河蟹、黃顙魚等，養(yǎng)殖效益較高。據(jù)報(bào)道，沙塘鱧和河蟹混養(yǎng)的33.33 hm2(500畝)水面產(chǎn)量螃蟹超過900 kg/hm2(60 kg/畝)[7]。根據(jù)實(shí)際調(diào)研，原漁業(yè)收益為(1 200元/畝×700畝)84萬元，該項(xiàng)目建成后漁業(yè)收益可達(dá)到(700畝×2 500元/畝)175萬元。光伏項(xiàng)目給漁業(yè)帶來收益共計(jì)91萬元，實(shí)現(xiàn)了養(yǎng)殖業(yè)的規(guī)?；?jīng)營(yíng)和高附加值產(chǎn)出，同時(shí)保障了光伏電站的專業(yè)運(yùn)轉(zhuǎn)與維護(hù)。

3“漁光互補(bǔ)”發(fā)展前景

自黨的“十四中”五中全會(huì)以來，陸續(xù)出臺(tái)了一系列促進(jìn)新能源發(fā)展的綱領(lǐng)性文件，積極鼓勵(lì)開發(fā)利用新能源和可再生能源?！皾O光互補(bǔ)”模式的發(fā)展是新型工業(yè)與現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)的完美結(jié)合，如配合開發(fā)垂釣等休閑服務(wù)業(yè)，可以實(shí)現(xiàn)1、2、3產(chǎn)業(yè)的疊加，充分發(fā)揮土地的綜合利用效益。提高養(yǎng)殖管理水平，有效利用土地資源，又可破解光伏發(fā)電用地困局，達(dá)到增加收入，節(jié)能減排的目的，從而使水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)與光伏發(fā)電互相促進(jìn)、支撐發(fā)展。因此，“漁光互補(bǔ)”是一種經(jīng)濟(jì)環(huán)保的新型模式，具有廣闊的發(fā)展前景。

用工業(yè)理念謀劃水產(chǎn)發(fā)展，大力發(fā)展低碳、循環(huán)漁業(yè)，拓展多維發(fā)展空間，不斷實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)漁業(yè)向現(xiàn)代漁業(yè)質(zhì)的飛躍，符合科教興漁、不斷創(chuàng)新的原則。充分發(fā)揮科技作為第一生產(chǎn)力的先導(dǎo)性、全局性和基礎(chǔ)性作用，加快科技創(chuàng)新步伐，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略與科教興漁戰(zhàn)略的緊密結(jié)合。通過科技進(jìn)步和制度創(chuàng)新，提高科技對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率，變資源型經(jīng)濟(jì)為效益型經(jīng)濟(jì)，變粗放型經(jīng)營(yíng)為集約型經(jīng)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)由量的擴(kuò)張向質(zhì)的提高轉(zhuǎn)變。

4結(jié)語

光伏農(nóng)業(yè)是個(gè)新生事物，國(guó)內(nèi)的光伏農(nóng)業(yè)還處于非常初級(jí)的發(fā)展階段。只有立足農(nóng)業(yè)，才能推進(jìn)光伏農(nóng)業(yè)、“漁光互補(bǔ)”模式的積極健康發(fā)展。光伏農(nóng)業(yè)在增加農(nóng)村缺能地區(qū)的能源供應(yīng)量，降低農(nóng)村生產(chǎn)、生活用能造成的環(huán)境污染，在提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的同時(shí)促進(jìn)農(nóng)民增收、增加就業(yè)機(jī)會(huì)等方面將會(huì)發(fā)揮更大的作用。

參考文獻(xiàn)

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