海风吹牧歌!海上风电和海洋牧场融合发展现状与展望
发布日期：2023/2/14
我国是海洋大国，海洋资源得天独厚。
在生态文明可持续发展大方针的指引下，能源结构正由传统石化燃料向清洁能源转变，渔业资源利用正由传统捕捞型转变为海洋牧场的资源养护修复型。在生态保护与经济发展并重的前提下，将海洋牧场与海上风电相结合，形成既能产出稳定清洁的能源，又可以恢复海洋资源，达到海洋环境利用最大化的目的，契合了我国绿色发展与生态文明的需求。
1 发展理念
由于传统能源相对缺乏，欧洲关于海上风电发展相关的研究较早，对海洋风电环境修复、生物聚集效应方面的研究也相对较多。调查显示，欧洲北部海域海上风电桩基，可以为紫贻贝提供新的栖息地，通过其滤食性特质以及贝壳残留物过滤和净化水质的共同作用，最终显著增加海洋生物的多样性和景观的异质性。
理论上认为，海上风电场风电机组基础，具有明显的可以成为海洋生物的理想栖息地的优势，这与海洋牧场人工鱼礁的功能原理十分相似，两者都是通过增加人工构筑物，改变海底环境，为鱼类等海洋生物营造良好的栖息场所，达到改善海洋生态环境、养护海洋生物资源的目的。
海上风电场的建设，会引起海水水质以及各理化因子产生明显变化。当水流经过风电桩基或半潜式海上平台时，迎流面会随着水流产生上升流，底层营养盐伴随上升流上涌，与表层海水充分交换，导致营养盐如硝酸氮、氨氮、化学需氧量、磷酸盐、总磷等浓度明显增加。上述水流活动可促进海域内大量浮游动植物的生长，从而提高风机桩基所在海域的初级生产力，进而诱集附近水域生存的其他浮游动物、游泳生物前来进行生殖或索饵等行为，甚至可能会吸引不同类型的海鸟或其他猎捕型生物，形成一条高度复杂且紧密的食物链。
将海上风电建设与海洋牧场建设结合起来，与生态修复方面存在高度契合性。在海洋风电建设之前，对风机桩基等进行专门的规划设计，结合海区实际情况，设计特殊的结构和外形的桩基，以发挥人工鱼礁功能，不仅可以改善海域环境，还可以为鱼类等生物提供庇护所、索饵场等，形成良性发展的小生态系统。与此同时，在风机水上部分建设水上平台，配套监测设备、人工驯化设备和水产养殖设备等，形成海洋牧场产业体系，最终达到海洋牧场与海上风电融合发展。
“海洋牧场+海上风电”模式在国内尚处于初期探索阶段，目前已有专家开始进行相关的研究，并逐步形成在海上风电场区合理构建大型海洋牧场的初步思路。“海洋牧场+海上风电”是一种生态重构与双赢的方案，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。
2 发展现状
坚持集约节约用海，高效配置海域资源，提高海域空间使用率，是今后海洋开发的方向，“海洋牧场+海上风电”融合发展，正是集约节约用海、生态和效率并举的可持续发展模式。
早在2000年，以德国、荷兰、比利时与挪威等为代表的欧洲国家，已经开展海上风电和海水养殖结合的试点研究。丹麦HORNSREV1海上风电场，通过10年现场跟踪调研，发现风电场区域海底生物及远洋鱼类数量保持稳定，生物多样性明显提高；荷兰Noordzeewind海上风电场，通过5年实地调查，发现风电场区域海底生物种群及数量虽然没有明显变化，但风机基础及四周覆石却聚集更多生物，包括鳎、鳕在内的鱼类数量得到提升；类似案例在英国WalneyExten—sion、Ormonde、WestofDuddonSands等海上风电场也有发生。
荷兰Wageningen大学研究中心、Waardenburg研究所和荷兰皇家海洋研究院（NIOZ），研究了北海EgmondaanZee（OWEZ）附近海上风电场对底栖生物、鱼类、鸟类和海洋哺乳动物的影响，经过2年的研究，发现OWEZ风电场已经成为生物群落的一个新的栖息地，甚至增加了生物多样性；早期国外的研究证实，风机桩基能聚集鳕、马鲭鱼等鱼类，不仅因为桩基迎流面产生的上升流可促进底层营养盐与表层海水充分交换，桩基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。此外，涡流还可造成浮游生物、甲壳类和鱼类的物理性聚集。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。
我国有些专家学者借鉴欧洲国家的发展经验和研究结果，提出在中国进行海上风电与海洋牧场融合发展理念。山东省率先出台《山东省现代化海洋牧场建设综合试点方案》，明确提出要提升海洋牧场绿色发展水平，探索深远海养殖方式，推动海洋牧场信息化智能化发展以及促进产业多元化融合。
在北方黄渤海区域，组织并开展海洋牧场与海上风电建设融合发展试验，将海上风电桩的桩基底座进行“鱼礁化”改造，验证海上风电桩基的建设是否会对海洋牧场中的土著生物产生生存及生物多样性的影响，从而进一步探索海洋牧场与海上风电建设兼顾发展、双管齐下的可能性，为探究适合深远海的新能源供给提供了研究方向。
研究人员采用海洋中常见的波浪能、太阳能、风电等清洁能源，作为深远海渔业生产所必需的电力来源，全方位集成了可以承受高盐、高湿、高海况等严峻条件下的电力供给系统，
进一步构建深远海生产海区微电网，提升极端气象及恶劣海况条件下，仍然具备不间断供给和自动化生产电力的可行性。
3 发展必要性
3.1 海域资源利用最大化
海上风电由于其占海面积大、具有排他性、易受环境影响等原因，其发展速度在用海审批时受到很大限制。2016年发布的《国家海洋局关于进一步规范海上风电用海管理的意见》中，对海上风电项目中的海底电缆建设部分提出：“鼓励实施海上风电项目与其他开发利用活动使用海域的分层立体开发，最大限度发挥海域资源效益。海上风电项目海底电缆穿越其他开发利用活动海域时，在符合《海底电缆管道保护规定》且利益相关者协调一致的前提下，可以探索分层确权管理，海底电缆应适当埋深，避免用海活动的相互影响。”从政策角度，进一步明确了海域立体化开发和确权的管理思路。
海洋牧场作为一种新型的渔业生产方式，正好利用了海上风电场水下及间隙空间，减少海域开发使用对海洋生态和渔业资源的影响，使得海域资源利用程度最大化。
3.2 生态用海的重要举措
随着国家发展理念的转变，生态文明建设上升为国家战略，政策法规的陆续出台，对海洋综合管理提出了新的要求。海上风电无论是在项目的建设还是运行过程中，都或多或少不可避免地对周边海域或岸基生态环境造成一定影响。如布放密度过大的风机桩基对水位、流速、纳潮量及海洋调节能力等水动力条件的影响，海上风电场大型水面部分对候鸟迁徙的干扰以及对海洋生物的影响等。
海洋牧场作为一种海洋生态修复的重要手段，与海上风电融合发展可以有效减少对海洋生态环境的影响，在开发清洁能源的同时，又能进行生态修复、资源增殖，符合国家生态用海政策，可以实现多方共赢。
3.3 有效缓解能源紧张
由于我国海上风电产业存在的用海问题、环境影响问题等，往往因为选址不合理、用海矛盾难以协调等，导致项目迟迟难以动工，同时受到海上风电项目用海审批进程缓慢，项目推进困难等因素影响。海洋牧场与海上风电融合发展，可以有效解决海上风电与其他行业用海矛盾，弱化海上风电用海排他性，加快推动海上风电用海审批和建设进程。为我国清洁能源开发建设开辟新的道路，有效缓解东部沿海能源紧张问题。
3.4 促进相关产业转型升级
风电作为清洁能源，一直受到国家重视与支持，尤其是海上风电，因其具有风能更大更稳定、距离东南沿海发达城市较近等特点。
从2016年起，我国海上风电建设就步入了快速发展期，近几年，海上风电吊装容量每年的复合增长率超过60%。但海上风电产业也存在一些限制其产业发展速度的问题，例如运维成本高、过多依赖政府补助、自然环境风险及产业冲突等。
海上风电与海洋牧场融合发展，两者可以实现产业优势互补与互利共赢。通过海洋牧场的生态修复、资源增殖作用，吸引民间资本，开展渔业生产活动，创造经济效益，同时利用风电平台构建休闲垂钓与旅游观光平台，发展第三产业，增加收益。甚至可以利用风电持续稳定的电源，长期开展科研观测及自动化生产等建设，促进相关产业转型升级，最终达到“政产学研用”多方参与、多方共赢的发展格局。
4 发展瓶颈
海上风电和海洋牧场融合发展存在着复杂性，需要开展进一步的研究。
4.1 环境影响
尽管任何类型的海洋牧场对近岸和近海区域生态系统的风险是可以评估和预测的，然而与海洋风电融合发展后的潜在风险是未知的，特别是涉及海上风电施工期间的累积效应时。目前国内外有关海洋风能设施对海床及其相关生物的生态影响方面，已经开展了一些研究，比如珊瑚礁及其相关生物（无脊椎动物、鱼类、哺乳动物及鸟类等），研究结果也表明，其对生态系统的影响可能是多种多样的。海上风电和海洋牧场融合发展过程中，特别需要考虑海上风电施工过程中的环境影响和噪声污染，是否可逆并且能够达到平衡状态，以及使用材料的耐久性和可持续性等。
4.2 技术与运维
海上风电和海洋牧场作为2种海上工程的结合，需要对特定地点海洋环境的各项数据进行大量的采集分析，同时对主要增养殖的关键物种进行研究。
考虑到深远海复杂多变的海洋环境，风电桩机作为主要的固泊设施，如何在保障风电安全正常运行的同时，满足海洋牧场构建条件，显得尤为关键，同时根据海洋牧场构建类型和增养殖物种特性，应当充分考虑运维成本和产出效益。由于目前尚无这些融合发展案例或仅处于试点规模，因此只能停留在理论研究的基础上，亟须开展生物适应性、融合发展布局以及运维保障等相关研究。
4.3 权属和保险
海上风电和海洋牧场融合发展权属问题，目前尚未得到解决。海洋空间规划还没有海上风电和海洋牧场融合发展利用的相关规定，亟须研究制定适用于融合发展的海洋空间分配方案，以避免海域权属、项目投入和私有财产的复杂混合。需要解决海上风电和海洋牧场建设和运行过程中人员、设备等保险方面的问题。海洋牧场设施或者增养殖对象，均会对风电场正常运行产生影响。例如人工海藻场对风电运维船航行，可能会造成风险。
5 展望
国际上虽然有一些海上风电和海洋牧场融合发展项目正在规划，但大多数项目规模较小，基本上是对现有尚未实现项目的假设情景。海上风电和海洋牧场融合发展相关技术，研发时间长、费用高，需要整合多种资源。
我国具有制度优势，在海上风电和海洋牧场融合发展的技术研发与产业发展方面与其他国家相比，更容易整合资源，快速推进，形成在世界上具有特色的中国模式和中国方案。产生效益方面，海上风电和海洋牧场融合直接经济效益有待考证，但生态与社会效益巨大是可以预期的。海上风电和海洋牧场融合契合我国绿色发展与生态文明的需求，可为实现“碳达峰”“碳中和”作出重要贡献。
来源：《水产养殖》2022 年第 11 期
