面对未来平价发电、集约用海的需求，在“双碳”和“海洋强国”战略背景下，海上风电与海洋牧场协同开发的构想应运而生。如何在有限的资源下实现多能互补、降本增效，形成海上能源水产养殖业的跨界合作与多元化模式将成为未来关注的重要议题。
一、协同开发的必要性
海洋资源是我国沿海地区经济发展的重要载体和战略空间，海洋经济建设必须从集约用海入手，寻求开发与保护的协调和平衡，促进海岸资源可持续利用的新理念。从发展趋势来看，海上风电与海洋牧场在适宜海域实行集中连片、适度规模的开发利用，有助于提升海域利用效率，打造以海上风电为核心的多元化海洋经济生态圈，为风电深远海发展产生的高昂运维成本和复杂运营管理提供解决思路。
(一)水上和水下空间的融合
传统风电场在选址时主要遵循4个准则：风能资源、自然环境、交通环境和风机条件。在传统观念中，海上风电场的选址需要避开敏感海域，特别是远离海洋自然保护区、重要渔业水域，减少对航运与渔业捕捞的影响。但从开发利用的角度，海空、海面到海底均可作为实践对象，不同层次对应不同的自然地理与生态环境条件，可形成水上和水下、海面和海底的综合利用格局。海上风电场可为大型底栖生物提供平静清洁的水域环境和硬底质栖息场所，提高附近物种数和丰度。此外，休闲观光型海洋牧场被视作空间融合的另一方向，形成推动沿海省份发展的海洋经济综合圈。
(二)风电降本与牧场增效的融合
随着海上风电向深远海海域发展，运维成本占比将持续上升，需要兼顾经济性和安全性，可考虑从4个方面着手：提高风电机组的可靠性、建立智慧运维体系、提高运维方式效率与运维人员专业性，以及海上功能集群化开发。其中，海上功能集群化开发的思路另辟蹊径，体现了产业融合、学科交叉的理念。融合适宜的产业链有利于海上风电产业的深度发展，通过充分利用水上和水下、海面和海底空间开展海洋牧场养殖而获取的利润收入可持续性覆盖风电项目的建设和运维成本，促进风电电力的高效产出、利用和消纳，有效降低重复的出海运维成本，进而实现海上资源价值最大化。此外，实现协同开发模式下的大规模建设，还可以改善风电场的生态环境，修复海上风电建设对于海洋生态的破坏。已有研究表明，如果将海上风电运营部门和海洋牧场养殖部门适当合并，联合经营的协同开发模式能缩短运营维修技术人员及配件的运输时间，降低运维成本。
(三)风电与牧场功能的融合
风电渔场综合平台的研究目前处于初步阶段。现代海洋牧场的发展方向面向信息化和智能化，为了提高生产效率，海洋牧场建设需引入现代化养殖设备、监测系统和网络基础设施。在海洋牧场建设区域引入海上风电机组能保障海上电力的持续供应，提供电力解决方案，实现协同区域自给自足，使海洋牧场向远洋发展成为可能。
二、现阶段协同开发面临的技术难点与系统挑战
海上风电和海洋牧场有各自独立的选址评价体系。海上风电对海域地理条件有极高的要求，在海洋规划、海域管理、气象条件以及环境保护等方面需协调各部门；而海洋牧场的选址属于空间管理范畴，不仅需要考虑生态学、海洋学、水文学、海洋动力学特征，还要考虑对投资者及渔民等相关利益方的社会影响。我国南北方存在着巨大差异，二者协同开发时需综合考虑风电的选址与海珍品种类，在能源、经济、生态、社会目标之间取得平衡，实现兼顾发展。就目前而言，协同开发项目的选址宜以风电机组为主、海洋牧场为辅，充分发挥二者在海域使用上的共通性。此外，协同开发中还面临诸多其他技术难点，包括但不限于：海珍品种类的甄选(包含增殖性风机基础和海珍品养殖系统的配套设施搭建)，以及增殖式风机基础对于大型底栖动物、鱼类、贝壳类等经济生物生存环境和生理行为的影响评估。
尽管山东、江苏、浙江等省份已就二者协同发展进行了初步探索，国家海洋局在《关于进一步规范海上风电用海管理的意见》中明确，目前尚不具备从国家层面出台相关政策的基础条件，需加紧建立协同开发项目的评价体系，评估协同开发项目的技术可行性、对海洋生态系统的潜在影响、项目的经济可行性、风电与养殖规模的融合建议，以及不同部门协调、企业利益关联等。
三、协同开发模式在实践中的初步尝试
目前，以德国、荷兰等为代表的欧洲国家开展了协同开发的试点研究，将鱼类养殖网箱、贝藻养殖筏架固定于风机基础，为评估二者的协同发展潜力提供了经验。德国启动了“海水养殖-风电场多用途先驱项目”，在北海不同海域进行了贻贝和牡蛎与海上风电协同开发试验，涉及养殖品类、生态、技术、法规、市场等方面，包含多个子项目。
在欧盟第七框架计划中成员国发起“The Ocean of Tomorrow”号召，其中一个主题是“多用途海上平台”，包含H2OCEAN、MERMAID和TROPOS。TROPOS即“多用途模块化深水离岸平台”，旨在开发用于深水的浮动多用途模块化平台系统，并针对性地将风机浮式基础和鱼类藻类养殖相结合。韩国是最早开展风-渔结合研究的亚洲国家，2013年针对西南海上风电场开发提出二者结合的构想，是第一个大规模与海藻、蚌类养殖相融合的风电项目。国内方面，我国的昌邑海洋牧场与三峡300MW海上风电融合试验示范项目于2019年开始建设，位于山东省潍坊昌邑市境内北部莱州湾海域，预计2024年6月完工。2020年6月，明阳阳江沙扒300WM科研示范项目海上风电场也正式投入建设，包含周长为80m的网箱，是项目中首个抗台风型实验养殖网箱。
在“双碳”及“海洋强国”战略背景下，我国围绕海洋经济领域的开发和建设迅猛发展。另一方面，部分地区用海矛盾及工程运维成本增加等问题严重制约着海洋经济的高质量发展。海洋经济产业的开发是一项复杂的系统工程。我国海上风电场的开发潜力巨大，目前已经步入平稳快速增长期，并且朝着深远海、大规模化方向发展。海洋牧场作为我国修复海洋生态环境、提高海洋经济效益和社会效益的一种重要手段，也在积极布局建设。针对海上风电场与海洋牧场的开发现状、技术瓶颈及协同开发等问题，分析项目规划选址、风电基础及海珍品种类筛选、配套设施开发等方面的技术难点，结合工程实例分析表明：现阶段的协同开发项目选址宜以风电机组为主、海洋牧场为辅，充分发挥二者在海域使用上的共通性，利用现有海上风电和海洋牧场建设技术提高综合效益。
文章来源：节选自《“双碳”背景下我国海上风电与海洋牧场协同开发初探》，原刊于《能源环境保护》2022年第5期
作者：张嘉祺，系同济大学地下建筑与工程系硕士；王琛，系同济大学地下建筑与工程系助理教授；梁发云，同济大学地下建筑与工程系教授
