海上風電和海洋牧場融合發(fā)展現(xiàn)狀與展望

孫岳 ，蔣欣慰 ，秦松 ，陳少波 ，羅一單 *，單樂州 ，郭瑾

（1.自然資源部海洋咨詢中心，北京100161；2.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 311122；3.浙江省海洋水產(chǎn)養(yǎng)殖研究所，浙江 溫州 325000）

我國是海洋大國，海洋資源得天獨厚。在生態(tài)文明可持續(xù)發(fā)展大方針的指引下，能源結(jié)構(gòu)正由傳統(tǒng)石化燃料向清潔能源轉(zhuǎn)變，漁業(yè)資源利用正由傳統(tǒng)捕撈型轉(zhuǎn)變?yōu)楹Ｑ竽翀龅馁Y源養(yǎng)護修復型。在生態(tài)保護與經(jīng)濟發(fā)展并重的前提下，將海洋牧場與海上風電相結(jié)合，形成既能產(chǎn)出穩(wěn)定清潔的能源，又可以恢復海洋資源，達到海洋環(huán)境利用最大化的目的，契合了我國綠色發(fā)展與生態(tài)文明的需求。從科學用海、文明用海、生態(tài)用海、變廢為寶的宗旨出發(fā)，海上風電融合海洋牧場建設，可以減少海域開發(fā)利用對海洋生態(tài)和漁業(yè)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[1-2]，在提供水產(chǎn)優(yōu)質(zhì)蛋白和供給生活所需的能源之間，做到了既改善國民膳食結(jié)構(gòu)，又促進了國家能源產(chǎn)出結(jié)構(gòu)的調(diào)整。在大力推動國家供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和產(chǎn)業(yè)新舊動能之間的轉(zhuǎn)換等方面的同時，為實現(xiàn)“碳達峰”“碳中和”作出重要貢獻。

1 發(fā)展理念

由于傳統(tǒng)能源相對缺乏，歐洲關于海上風電發(fā)展相關的研究較早，對海洋風電環(huán)境修復、生物聚集效應方面的研究也相對較多。調(diào)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，通過其濾食性特質(zhì)以及貝殼殘留物過濾和凈化水質(zhì)的共同作用，最終顯著增加海洋生物的多樣性和景觀的異質(zhì)性[3]。理論上認為，海上風電場風電機組基礎，具有明顯的可以成為海洋生物的理想棲息地的優(yōu)勢，這與海洋牧場人工魚礁的功能原理十分相似，兩者都是通過增加人工構(gòu)筑物，改變海底環(huán)境，為魚類等海洋生物營造良好的棲息場所，達到改善海洋生態(tài)環(huán)境、養(yǎng)護海洋生物資源的目的[4]。海上風電場的建設，會引起海水水質(zhì)以及各理化因子產(chǎn)生明顯變化。當水流經(jīng)過風電樁基或半潛式海上平臺時，迎流面會隨著水流產(chǎn)生上升流，底層營養(yǎng)鹽伴隨上升流上涌，與表層海水充分交換，導致營養(yǎng)鹽如硝酸氮、氨氮、化學需氧量、磷酸鹽、總磷等濃度明顯增加[5]。上述水流活動可促進海域內(nèi)大量浮游動植物的生長，從而提高風機樁基所在海域的初級生產(chǎn)力，進而誘集附近水域生存的其他浮游動物、游泳生物前來進行生殖或索餌等行為，甚至可能會吸引不同類型的海鳥或其他獵捕型生物，形成一條高度復雜且緊密的食物鏈[6]。

將海上風電建設與海洋牧場建設結(jié)合起來，與生態(tài)修復方面存在高度契合性。在海洋風電建設之前，對風機樁基等進行專門的規(guī)劃設計，結(jié)合海區(qū)實際情況，設計特殊的結(jié)構(gòu)和外形的樁基，以發(fā)揮人工魚礁功能，不僅可以改善海域環(huán)境，還可以為魚類等生物提供庇護所、索餌場等，形成良性發(fā)展的小生態(tài)系統(tǒng)。與此同時，在風機水上部分建設水上平臺，配套監(jiān)測設備、人工馴化設備和水產(chǎn)養(yǎng)殖設備等，形成海洋牧場產(chǎn)業(yè)體系，最終達到海洋牧場與海上風電融合發(fā)展[7-9]。

“海洋牧場+海上風電”模式在國內(nèi)尚處于初期探索階段，目前已有專家開始進行相關的研究，并逐步形成在海上風電場區(qū)合理構(gòu)建大型海洋牧場的初步思路?！昂Ｑ竽翀?海上風電”是一種生態(tài)重構(gòu)與雙贏的方案，不僅可以使風電場生產(chǎn)出清潔電能，而且風電場區(qū)下層海域?qū)楹Ｑ笊锾峁I養(yǎng)、健康、安全的生存環(huán)境[10-11]。

2 發(fā)展現(xiàn)狀

堅持集約節(jié)約用海，高效配置海域資源，提高海域空間使用率，是今后海洋開發(fā)的方向，“海洋牧場+海上風電”融合發(fā)展，正是集約節(jié)約用海、生態(tài)和效率并舉的可持續(xù)發(fā)展模式[4]。早在2000 年，以德國、荷蘭、比利時與挪威等為代表的歐洲國家，已經(jīng)開展海上風電和海水養(yǎng)殖結(jié)合的試點研究。丹麥HORNS REV1 海上風電場，通過10 年現(xiàn)場跟蹤調(diào)研，發(fā)現(xiàn)風電場區(qū)域海底生物及遠洋魚類數(shù)量保持穩(wěn)定，生物多樣性明顯提高[12]；荷蘭Noordzeewind 海上風電場，通過5 年實地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)風電場區(qū)域海底生物種群及數(shù)量雖然沒有明顯變化，但風機基礎及四周覆石卻聚集更多生物，包括鰨、鱈在內(nèi)的魚類數(shù)量得到提升[13]；類似案例在英國Walney Extension、Ormonde、West of Duddon Sands 等海上風電場也有發(fā)生。

荷蘭Wageningen 大學研究中心、Waardenburg研究所和荷蘭皇家海洋研究院（NIOZ），研究了北海Egmond aan Zee（OWEZ）附近海上風電場對底棲生物、魚類、鳥類和海洋哺乳動物的影響，經(jīng)過2 年的研究，發(fā)現(xiàn)OWEZ 風電場已經(jīng)成為生物群落的一個新的棲息地，甚至增加了生物多樣性[14]；早期國外的研究證實，風機樁基能聚集鱈、馬鯖魚等魚類，不僅因為樁基迎流面產(chǎn)生的上升流可促進底層營養(yǎng)鹽與表層海水充分交換，樁基背流面會產(chǎn)生背渦流，多數(shù)魚類喜歡棲息于流速緩慢的渦流區(qū)。此外，渦流還可造成浮游生物、甲殼類和魚類的物理性聚集[15-16]。以韓國為代表的亞洲國家于2016 年也開展了海上風電與海水養(yǎng)殖結(jié)合項目。我國有些專家學者借鑒歐洲國家的發(fā)展經(jīng)驗和研究結(jié)果，提出在中國進行海上風電與海洋牧場融合發(fā)展理念。山東省率先出臺《山東省現(xiàn)代化海洋牧場建設綜合試點方案》，明確提出要提升海洋牧場綠色發(fā)展水平，探索深遠海養(yǎng)殖方式，推動海洋牧場信息化智能化發(fā)展以及促進產(chǎn)業(yè)多元化融合。在北方黃渤海區(qū)域，組織并開展海洋牧場與海上風電建設融合發(fā)展試驗，將海上風電樁的樁基底座進行“魚礁化”改造，驗證海上風電樁基的建設是否會對海洋牧場中的土著生物產(chǎn)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(fā)展、雙管齊下的可能性，為探究適合深遠海的新能源供給提供了研究方向。研究人員采用海洋中常見的波浪能、太陽能、風電等清潔能源，作為深遠海漁業(yè)生產(chǎn)所必需的電力來源，全方位集成了可以承受高鹽、高濕、高海況等嚴峻條件下的電力供給系統(tǒng)，進一步構(gòu)建深遠海生產(chǎn)海區(qū)微電網(wǎng)，提升極端氣象及惡劣海況條件下，仍然具備不間斷供給和自動化生產(chǎn)電力的可行性[17-18]。

3 發(fā)展必要性

3.1 海域資源利用最大化

海上風電由于其占海面積大、具有排他性、易受環(huán)境影響等原因，其發(fā)展速度在用海審批時受到很大限制。2016 年發(fā)布的《國家海洋局關于進一步規(guī)范海上風電用海管理的意見》中，對海上風電項目中的海底電纜建設部分提出：“鼓勵實施海上風電項目與其他開發(fā)利用活動使用海域的分層立體開發(fā)，最大限度發(fā)揮海域資源效益。海上風電項目海底電纜穿越其他開發(fā)利用活動海域時，在符合《海底電纜管道保護規(guī)定》且利益相關者協(xié)調(diào)一致的前提下，可以探索分層確權(quán)管理，海底電纜應適當埋深，避免用海活動的相互影響?！睆恼呓嵌?，進一步明確了海域立體化開發(fā)和確權(quán)的管理思路[19]。海洋牧場作為一種新型的漁業(yè)生產(chǎn)方式，正好利用了海上風電場水下及間隙空間，減少海域開發(fā)使用對海洋生態(tài)和漁業(yè)資源的影響，使得海域資源利用程度最大化。

3.2 生態(tài)用海的重要舉措

隨著國家發(fā)展理念的轉(zhuǎn)變，生態(tài)文明建設上升為國家戰(zhàn)略，政策法規(guī)的陸續(xù)出臺，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程中，都或多或少不可避免地對周邊海域或岸基生態(tài)環(huán)境造成一定影響。如布放密度過大的風機樁基對水位、流速、納潮量及海洋調(diào)節(jié)能力等水動力條件的影響，海上風電場大型水面部分對候鳥遷徙的干擾以及對海洋生物的影響等[20]。海洋牧場作為一種海洋生態(tài)修復的重要手段，與海上風電融合發(fā)展可以有效減少對海洋生態(tài)環(huán)境的影響，在開發(fā)清潔能源的同時，又能進行生態(tài)修復、資源增殖，符合國家生態(tài)用海政策，可以實現(xiàn)多方共贏。

3.3 有效緩解能源緊張

由于我國海上風電產(chǎn)業(yè)存在的用海問題、環(huán)境影響問題等，往往因為選址不合理、用海矛盾難以協(xié)調(diào)等，導致項目遲遲難以動工，同時受到海上風電項目用海審批進程緩慢，項目推進困難等因素影響。海洋牧場與海上風電融合發(fā)展，可以有效解決海上風電與其他行業(yè)用海矛盾，弱化海上風電用海排他性，加快推動海上風電用海審批和建設進程。為我國清潔能源開發(fā)建設開辟新的道路，有效緩解東部沿海能源緊張問題。

3.4 促進相關產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級

風電作為清潔能源，一直受到國家重視與支持，尤其是海上風電，因其具有風能更大更穩(wěn)定、距離東南沿海發(fā)達城市較近等特點。從2016 年起，我國海上風電建設就步入了快速發(fā)展期，近幾年，海上風電吊裝容量每年的復合增長率超過60%。但海上風電產(chǎn)業(yè)也存在一些限制其產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度的問題，例如運維成本高、過多依賴政府補助、自然環(huán)境風險及產(chǎn)業(yè)沖突等。海上風電與海洋牧場融合發(fā)展，兩者可以實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢互補與互利共贏。通過海洋牧場的生態(tài)修復、資源增殖作用，吸引民間資本，開展?jié)O業(yè)生產(chǎn)活動，創(chuàng)造經(jīng)濟效益，同時利用風電平臺構(gòu)建休閑垂釣與旅游觀光平臺，發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，增加收益。甚至可以利用風電持續(xù)穩(wěn)定的電源，長期開展科研觀測及自動化生產(chǎn)等建設，促進相關產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，最終達到“政產(chǎn)學研用”多方參與、多方共贏的發(fā)展格局。

4 發(fā)展瓶頸

海上風電和海洋牧場融合發(fā)展存在著復雜性，需要開展進一步的研究[21]。

4.1 環(huán)境影響

盡管任何類型的海洋牧場對近岸和近海區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的風險是可以評估和預測的，然而與海洋風電融合發(fā)展后的潛在風險是未知的，特別是涉及海上風電施工期間的累積效應時[22]。目前國內(nèi)外有關海洋風能設施對海床及其相關生物的生態(tài)影響方面，已經(jīng)開展了一些研究，比如珊瑚礁及其相關生物（無脊椎動物、魚類、哺乳動物及鳥類等），研究結(jié)果也表明，其對生態(tài)系統(tǒng)的影響可能是多種多樣的。海上風電和海洋牧場融合發(fā)展過程中，特別需要考慮海上風電施工過程中的環(huán)境影響和噪聲污染，是否可逆并且能夠達到平衡狀態(tài)，以及使用材料的耐久性和可持續(xù)性等。

4.2 技術與運維

海上風電和海洋牧場作為2 種海上工程的結(jié)合，需要對特定地點海洋環(huán)境的各項數(shù)據(jù)進行大量的采集分析，同時對主要增養(yǎng)殖的關鍵物種進行研究?？紤]到深遠海復雜多變的海洋環(huán)境，風電樁機作為主要的固泊設施，如何在保障風電安全正常運行的同時，滿足海洋牧場構(gòu)建條件，顯得尤為關鍵，同時根據(jù)海洋牧場構(gòu)建類型和增養(yǎng)殖物種特性，應當充分考慮運維成本和產(chǎn)出效益。由于目前尚無這些融合發(fā)展案例或僅處于試點規(guī)模，因此只能停留在理論研究的基礎上，亟須開展生物適應性、融合發(fā)展布局以及運維保障等相關研究[23]。

4.3 權(quán)屬和保險

海上風電和海洋牧場融合發(fā)展權(quán)屬問題，目前尚未得到解決[24]。海洋空間規(guī)劃還沒有海上風電和海洋牧場融合發(fā)展利用的相關規(guī)定，亟須研究制定適用于融合發(fā)展的海洋空間分配方案，以避免海域權(quán)屬、項目投入和私有財產(chǎn)的復雜混合。需要解決海上風電和海洋牧場建設和運行過程中人員、設備等保險方面的問題。海洋牧場設施或者增養(yǎng)殖對象，均會對風電場正常運行產(chǎn)生影響。例如人工海藻場對風電運維船航行，可能會造成風險。

5 展望

國際上雖然有一些海上風電和海洋牧場融合發(fā)展項目正在規(guī)劃，但大多數(shù)項目規(guī)模較小，基本上是對現(xiàn)有尚未實現(xiàn)項目的假設情景。海上風電和海洋牧場融合發(fā)展相關技術，研發(fā)時間長、費用高，需要整合多種資源。我國具有制度優(yōu)勢，在海上風電和海洋牧場融合發(fā)展的技術研發(fā)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面與其他國家相比，更容易整合資源，快速推進，形成在世界上具有特色的中國模式和中國方案。產(chǎn)生效益方面，海上風電和海洋牧場融合直接經(jīng)濟效益有待考證，但生態(tài)與社會效益巨大是可以預期的。海上風電和海洋牧場融合契合我國綠色發(fā)展與生態(tài)文明的需求，可為實現(xiàn)“碳達峰”“碳中和”作出重要貢獻。