我國是海洋大國，海洋牧場和海上風電產業(yè)作為海洋經(jīng)濟的重要組成部分近年來發(fā)展迅速。海洋牧場與海上風電融合發(fā)展作為現(xiàn)代高效農業(yè)和新能源產業(yè)跨界融合發(fā)展的典型代表，對推動新舊動能轉換具有重要意義，但在我國尚無試點先例。文章通過綜述海洋牧場、海上風電的研究進展和發(fā)展現(xiàn)狀，闡述了海洋牧場和海上風電融合發(fā)展的必要性，提出了具有我國特色的海洋牧場和海上風電融合發(fā)展的理念與途徑，論述了融合發(fā)展的關鍵科學問題、亟待解決的技術瓶頸與重點研究內容，以期為建立兼顧清潔能源生產、漁業(yè)資源持續(xù)產出的現(xiàn)代化海洋牧場新模式提供參考。

我國是海洋大國，海洋資源得天獨厚，海岸線綿長。我國海岸線長約18000公里，島嶼6000多個，擁有300萬平方公里的藍色國土。海洋牧場與海上風電作為海洋經(jīng)濟的重要組成部分，在提供優(yōu)質蛋白和清潔能源，改善國民膳食結構和促進能源結構調整，推動供給側結構性改革和新舊動能轉換等方面具有重要意義。

海洋牧場研究進展和發(fā)展現(xiàn)狀

海洋牧場是基于海洋生態(tài)學原理和現(xiàn)代海洋工程技術，充分利用自然生產力，在特定海域科學培育和管理漁業(yè)資源而形成的人工漁場。海洋牧場發(fā)展經(jīng)歷了以漁業(yè)資源增殖放流、人工魚礁投放和海洋牧場系統(tǒng)化建設為標志的3個主要發(fā)展階段：

① 建設試驗期（1979—2006年）。期間在東南沿海地區(qū)共建立了 23個人工魚礁試點，投放人工魚礁 28000多個，建設面積為10萬立方米。

② 建設推進期（2006—2015年）。期間發(fā)布了《中國水生生物養(yǎng)護行動綱要》，投入資金 22.96億元人民幣，建設魚礁 3152萬立方米，形成海洋牧場 464平方公里。

③ 建設加速期（2015年之后）。近年來我國已完成了以島礁型、海灣型、灘涂型、離岸深水型為主要類別，覆蓋渤海、黃海、東海與南海四大海域的 86個國家級海洋牧場示范區(qū)建設；計劃到2025年將達到 178個國家級海洋牧場示范區(qū)，這標志著我國海洋牧場的產業(yè)基礎初具雛形。

當前，為了建設適宜我國海域特點及漁業(yè)發(fā)展特性的牧場，我國科研工作者在海洋牧場建設理念、建設技術原理、集成應用實踐上都取得了最新進展。

① 在海洋牧場建設理念方面，提出了以“生態(tài)優(yōu)先、陸海統(tǒng)籌、三產貫通、四化同步”為核心的原創(chuàng)性發(fā)展理念；

② 在海洋牧場構建技術與原理方面，建立了以恢復近海海草（藻）床、產卵場為核心的牧場生境構建技術，以提高重要牧場經(jīng)濟種資源量為核心的物種擴繁、修復與行為解析技術，以保障牧場生境安全、資源安全為核心的環(huán)境-資源綜合預警預報監(jiān)測網(wǎng)絡，以及以保障牧場可持續(xù)性利用為核心的生態(tài)承載力評估技術等綜合技術體系；

③ 在海洋牧場建設實踐方面，構建了國際領先的“互聯(lián)網(wǎng)+海洋牧場”生產體系，創(chuàng)建了“科研院所+企業(yè)+合作社+漁戶”相結合的“澤潭模式”生產方式，實現(xiàn)了牧場企業(yè)發(fā)展與漁民收入同步提升、海域生態(tài)與產出效益同步改善。

經(jīng)過 50年的努力，我國海洋牧場建設從理念構想到初具規(guī)模，其形式和內涵不斷發(fā)展豐富：從以人工魚礁為基礎的海洋牧場，逐步形成重視理念、設備、技術和管理現(xiàn)代化的海洋牧場。

海上風電研究進展和發(fā)展現(xiàn)狀

截至 2018年，按照海上風電技術成熟度，國內外海上風電發(fā)展大致經(jīng)歷了 3個階段：（1）百千瓦級機組示范階段（1970—2000 年）。在 20 世紀70年代初，歐洲國家就提出了利用海上風能發(fā)電的設想。

1991—1997年，丹麥、荷蘭和瑞典完成了樣機的試制并獲得了海上風力發(fā)電機組（500—700 kW）的工作經(jīng)驗。（2）兆瓦級機組商業(yè)應用階段（2000—2010年）。期間歐洲完成了功率為1.5—2MW 的海上風電場的建設并成功向公共電網(wǎng)輸送電力，這標志著海上風電發(fā)展進入了商用新階段。（3）數(shù)兆瓦級機組商業(yè)應用階段（2010年至今）。以德國市場為代表的數(shù)兆瓦級風力發(fā)電機組的應用，標志著風力發(fā)電機組向大型化發(fā)展的趨勢，目前市場主流風機的功率為3—6MW。

目前，我國海上風電已經(jīng)進入了規(guī)模化、商業(yè)化發(fā)展階段，且呈現(xiàn)由近海到遠海、由淺水到深水、由小規(guī)模示范到大規(guī)模集中開發(fā)的特點。為獲取更多的海上風能資源，未來海上風電項目將逐漸向深遠海發(fā)展。根據(jù)《風電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，“十三五”期間將以江蘇、浙江、福建、廣東、天津、河北、上海、海南、遼寧、山東、廣西等省份為試點積極穩(wěn)妥推進海上風電建設；計劃到 2020年，全國海上風電開工建設規(guī)模達到 107kW，力爭累計并網(wǎng)容量達到 5×106kW 以上。

海洋牧場與海上風電融合發(fā)展現(xiàn)狀

1）案例

海洋牧場與海上風電融合發(fā)展是節(jié)約集約用海的重要新型產業(yè)模式與未來發(fā)展方向（圖1）。目前，以德國、荷蘭、比利時、挪威等為代表的歐洲國家已于2000年實施了海上風電和海水增養(yǎng)殖結合的試點研究，其原理為將魚類養(yǎng)殖網(wǎng)箱、貝藻養(yǎng)殖筏架固定在風機基礎之上，以達到集約用海的目標，為評估海上風電和多營養(yǎng)層次海水養(yǎng)殖融合發(fā)展?jié)摿μ峁┝说湫桶咐Ｒ皂n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)殖結合項目，其結果表明雙殼貝類和海藻等重要經(jīng)濟生物資源量在海上風電區(qū)都出現(xiàn)增加。


圖1 海洋牧場與海上風電結合示意圖

但我國尚未有海洋牧場與海上風電融合發(fā)展的先例，亟待通過實驗研究海上風電與海洋牧場的互作機制，查明海上風電對海洋牧場的影響機理，建立海洋牧場與海上風電融合發(fā)展新模式，實現(xiàn)清潔能源與安全水產品的同步高效產出。

2）海上風電對資源環(huán)境影響研究進展

海上風電建設期對資源環(huán)境的影響海上風電建設期間對海洋資源與環(huán)境的影響較弱。德國和瑞典海上風電場的研究結果表明，風電建設期間，海豚和海豹可以探測到 80km 內打樁產生的噪聲，在20km內噪聲可能對其行為產生一定影響；鱈魚和鯡魚可以感知到80km以內打樁產生的噪聲；但在施工期產生的海洋環(huán)境改變?yōu)榫植康摹簳r的，隨著工程施工的結束，影響會逐步減小，并逐漸恢復到平衡狀態(tài)。

海上風電運行期對資源環(huán)境影響海上風電運行期間，風機運行所產生的噪聲可被 4km 以內的鱈魚和鯡魚與1km 以內的鰈魚和鮭魚感知到，風電場噪聲可能對魚類行為和生理狀態(tài)產生一定影響，但會局限在非常近的距離范圍內。在荷蘭Egmond aan Zee的OWEZ公司海上風電場，以底棲生物、魚類、鳥類和海洋哺乳動物多樣性為評價對象，通過2年實地調查，研究發(fā)現(xiàn)OWEZ海上風電場已經(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。在我國相關研究較少，但根據(jù)江蘇省林業(yè)局消息，攝影愛好者在江蘇如東海上風電場拍攝到了瀕危鳥類棲息在風電場的珍貴畫面。這表明海上風電場運行所產生的噪音、磁場等對鳥類也不存在明顯負面影響，但機組運行時可能存在“鳥撞”現(xiàn)象。

海洋牧場與海上風電融合發(fā)展必要性

1）海洋牧場與海上風電產業(yè)發(fā)展得到高度重視

清潔能源產業(yè)一直是國家發(fā)展的熱點，黨的十九大報告指出：“構建市場導向的綠色技術創(chuàng)新體系，發(fā)展綠色金融，壯大節(jié)能環(huán)保產業(yè)、清潔生產產業(yè)、清潔能源產業(yè)。推進能源生產和消費革命，構建清潔低碳、安全高效的能源體系。”習近平總書記強調：“發(fā)展清潔能源是改善能源結構、保障能源安全、推進生態(tài)文明建設的重要任務。”

黨和國家對現(xiàn)代化海洋牧場建設寄予厚望，2017年和2018年中央一號文件分別強調發(fā)展和建設現(xiàn)代化海洋牧場。建設現(xiàn)代化海洋牧場已經(jīng)是修護近海生態(tài)環(huán)境、養(yǎng)護生物資源，實現(xiàn)新舊動能轉換的重要抓手之一。2018年4月，習總書記在海南時也強調支持海南建設現(xiàn)代化海洋牧場。2018年6月，習近平總書記在山東考察工作時又再次作出重要指示：“海洋牧場是發(fā)展趨勢，山東可以搞試點。”

集約節(jié)約用海是持續(xù)、高效、綠色發(fā)展的重要途徑。提高海洋資源開發(fā)能力，著力推動海洋經(jīng)濟向質量效益型轉變；保護海洋生態(tài)環(huán)境，著力推動海洋開發(fā)方式向循環(huán)利用型轉變；堅持集約節(jié)約用海，提高海域資源使用效率。

2）現(xiàn)代化海洋牧場建設技術體系亟待完善

海洋牧場是當前實現(xiàn)海洋環(huán)境保護和漁業(yè)資源高效產出的新業(yè)態(tài)，是推動漁業(yè)開發(fā)、海洋生態(tài)保護、海洋生境修復與海洋生物資源可持續(xù)利用協(xié)調發(fā)展的重要舉措。但根據(jù)相關企業(yè)調研結果表明，目前在海洋牧場生產實踐中卻出現(xiàn)了一些“卡脖子”問題：① 因海洋牧場內存在“供電難、供電不足”的現(xiàn)狀，導致大型現(xiàn)代化牧場增養(yǎng)殖設備、資源環(huán)境監(jiān)測設施等無法使用、維持，導致海洋牧場生產過程中普遍存在增養(yǎng)殖效率低、捕撈效率低、勞動強度大、危險系數(shù)高等綜合性難題。② 因海洋牧場內海洋空間開發(fā)不足，目前僅水下部分空間通過增養(yǎng)殖得以開發(fā)，而水上空間無法得到有效利用。因此，伴隨我國海洋牧場產業(yè)規(guī)模日益擴大，以海上供電難、立體開發(fā)技術模式缺乏為核心的現(xiàn)代化海洋牧場建設技術體系落后問題已經(jīng)成為制約海洋牧場產業(yè)升級的關鍵技術瓶頸，成為當前最突出和急需解決的問題。

3）清潔能源產業(yè)發(fā)展模式亟待拓展

清潔能源是推進供給側結構性改革和保障國家能源安全的戰(zhàn)略需要。而海上風電是清潔能源發(fā)展的重要方向。我國海上風能資源豐富，根據(jù)全國普查成果，我國5—25m 水深、50m高度海上風電開發(fā)潛力約2×108kW；5—50m水深、70m高度海上風電開發(fā)潛力約5×108kW。即在我國大部分近海海域70m高度內都具備較好的風能資源條件，適合大規(guī)模開發(fā)建設海上風電場。

根據(jù)相關企業(yè)調研結果，表明海上風電生產出現(xiàn)了一些限制因素：① 因海上風電機組離岸距離遠，導致電力在輸送過程中普遍存在損耗大、電網(wǎng)運維成本高的現(xiàn)狀。② 因海上風電風機基礎占地面積大，導致海上風電建設過程中存在風電基礎造價高、運維成本高卻無法得到有效利用的現(xiàn)狀。因此，以運維成本高、水下風機基礎無法得到有效利用為核心的單一發(fā)展模式落后問題已經(jīng)成為制約海上風電產業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關鍵技術瓶頸，成為當前亟待解決的問題。

海洋牧場與海上風電融合發(fā)展作為現(xiàn)代高效農業(yè)和新能源產業(yè)跨界融合發(fā)展的典型案例，是綜合利用海洋空間的創(chuàng)新思路。通過節(jié)約集約使用有限海洋空間，統(tǒng)籌海洋漁業(yè)資源開發(fā)，建設現(xiàn)代化海洋牧場，從而開創(chuàng)“水下產出綠色產品，水上產出清潔能源”的新局面，探索出一條可復制、可推廣的海域資源集約生態(tài)化開發(fā)的“海上糧倉+藍色能源”新模式。這將為我國新舊動能轉換綜合試驗區(qū)建設提供新思路，為國家海岸帶地區(qū)可持續(xù)綜合利用提供科學依據(jù)和典型范例，實現(xiàn)生態(tài)、經(jīng)濟和社會效益的統(tǒng)一。

海洋牧場與海上風電融合的發(fā)展理念與機制

1）融合理念與機制

根據(jù)我國海洋牧場與海上風電產業(yè)特征與技術限制瓶頸，二者融合理念與機制包括3個方面。

①空間融合。水上水下、集海面與海底空間立體開發(fā)，綜合利用海面風能與海洋生物資源，可實現(xiàn)清潔發(fā)電與無公害漁業(yè)產品生產空間耦合。融合途徑為：利用海上風機的穩(wěn)固性，將牧場平臺、休閑垂釣載體、海上救助平臺、智能化網(wǎng)箱、貝類筏架、藻類筏架、海珍品礁、集魚礁、產卵礁等與風機基礎相融合，降低牧場運維成本、提高經(jīng)濟生物養(yǎng)殖容量，從而實現(xiàn)海域空間資源的集約高效利用的海洋開發(fā)新模式。

②結構融合。通過開發(fā)增殖型風機基礎，實現(xiàn)風電基礎底樁與人工魚礁的構型有機融合，進而達到資源養(yǎng)護、環(huán)境修復的功能融合。融合途徑為：以單樁式風機底樁為基礎，結合生態(tài)型牡蠣殼海珍品礁、多層板式集魚礁、抗風浪藻類繩式礁等，打造新型海上風電-人工魚礁融合構型，提高海上風電場建設區(qū)域初級生產力，實現(xiàn)底播型海珍品與戀礁性魚類生態(tài)增殖，且進一步保障建設區(qū)域關鍵生態(tài)種繁殖、產卵、仔稚魚發(fā)育，維護建設區(qū)域食物網(wǎng)穩(wěn)定，從而實現(xiàn)生境養(yǎng)護、高值海珍品增殖、關鍵生態(tài)種保護與清潔能源產出的多元目標。

③功能融合。綜合利用季節(jié)性漁業(yè)生產高峰（春季、夏季、秋季）與風力發(fā)電高峰（冬季），實現(xiàn)海洋牧場內生物資源與風力資源周年持續(xù)利用生產時間耦合。耦合途徑為：通過建立海上智能微網(wǎng)，保障海洋牧場電力長久持續(xù)供應，在季節(jié)性漁業(yè)生產高峰期，將海上風電直接用于海洋牧場平臺、增養(yǎng)殖設施、資源環(huán)境監(jiān)測設施、捕撈設施等，提高牧場生產效率，提高海洋牧場對赤潮、綠潮、高溫、低氧以及臺風等環(huán)境災害的抵御能力，保障牧場生態(tài)與生產安全；在風力發(fā)電高峰期，將清潔風電并入建設區(qū)域電網(wǎng)，緩解火電壓力、減小環(huán)境污染、保障居民生產生活，進而實現(xiàn)兼顧清潔能源產出與漁業(yè)資源持續(xù)開發(fā)的周年綠色生產新模式。通過海洋空間利用模式耦合、結構耦合與漁業(yè)周年生產模式耦合，打造“海上風電功能圈”，實現(xiàn)現(xiàn)代化海洋牧場產業(yè)與清潔能源產業(yè)雙贏升級。

2）科學問題

海上風電與海洋牧場的互作過程和機制是二者融合發(fā)展的核心科學問題，主要包括：風機基礎部分是否具有人工魚礁的集魚作用？浪花飛濺區(qū)等對海上風機的腐蝕如何作用？海洋牧場生產管理和海上風機運營應該保持怎樣的協(xié)調機制？海上風電建設與運維期間所產生的噪音、震動與電磁場會對牧場生物造成何種影響？

3）技術瓶頸

海洋牧場與海上風電融合發(fā)展新模式創(chuàng)新是二者融合發(fā)展的主要技術瓶頸，即在海上風電建設的過程中必須重視與海洋牧場的融合發(fā)展問題，依托海上風電能源、結構優(yōu)勢，探索發(fā)展海上休閑垂釣、海上智能微網(wǎng)、潛水觀光、海上住宿等相關產業(yè)，實現(xiàn)海洋牧場與海上風電融合發(fā)展，拉長產業(yè)鏈，實現(xiàn)產業(yè)多元化拓展，而不是僅關注風電效益。

4）研究內容

當前，海洋牧場與海上風電融合發(fā)展亟待開展的工作，包括海洋牧場與海上風機融合布局設計、環(huán)境友好型海上風機研發(fā)與應用、增殖型風機基礎研發(fā)與應用、環(huán)保型施工和智能運維技術的研發(fā)與應用、海洋牧場與海上風電配套設施研發(fā)及應用，以及海上風電對海洋牧場資源環(huán)境影響觀測與綜合評價等。

①海洋牧場與海上風機融合布局設計。開展海上風機布設目標海域內資源環(huán)境本底調查與承載力評估，建立海洋牧場中海上風機布局適宜性評價體系；評估不同底質對海上風機工作穩(wěn)定性的影響，建立海洋牧場中海上風機布設底質選擇技術；優(yōu)化不同海洋牧場構建設施與海上風機協(xié)同布局方式；構建海洋牧場與海上風機融合互作模型，完善海洋牧場與海上風機融合布局設計。

②環(huán)境友好型海上風機研發(fā)與應用。系統(tǒng)評估風機設計、施工、運行和維護等全過程對牧場資源環(huán)境的影響；明確風機在施工、運行和維護中的噪聲污染來源，研發(fā)綜合降噪控噪技術；研發(fā)低噪聲施工工具和工藝，降低風機和基礎施工噪聲；優(yōu)化海上風電機組設計，提升風機的運行可靠性，減少運維頻率，降低風機運維對牧場資源環(huán)境的影響，建立環(huán)保型海上風機標準化施工技術體系。

③增殖型風機基礎研發(fā)與應用。開發(fā)環(huán)保型風機基礎防腐技術；評估風機基礎融合構型對海洋初級生產力的影響機制；開展風機基礎融合構型對戀礁性魚類、甲殼類、大型底棲動物等海洋牧場經(jīng)濟動物的行為和生理特征的影響；研究風機基礎融合構型對腹足類卵袋附著、頭足類產卵、仔稚魚發(fā)育等重要牧場經(jīng)濟動物繁殖、增殖的效果；綜合行為、生理、繁殖等多元數(shù)據(jù)，開發(fā)兼具漁業(yè)資源增殖功能的新型海上風機基礎。

④環(huán)保型施工和智能運維技術的研發(fā)與應用。

比較不同打樁作業(yè)方式對海洋牧場內的環(huán)境因子、噪聲產生、震動、牧場生物及保護動物（如鳥類、哺乳類等）的綜合影響機制，優(yōu)化海上環(huán)保施工技術；建立海上氣泡墻隔離技術，比較不同氣泡墻密度對施工海域內環(huán)境因子、噪聲產生、震動的隔離效果，降低海上施工對海洋牧場的綜合影響；開發(fā)海上風電智能運維技術，降低運維成本；建立風電運維數(shù)據(jù)庫，提高風場單機可利用率和風場可利用率。

⑤海洋牧場與海上風電配套設施研發(fā)及應用。

建立海洋牧場海上自供電與能源供給融合發(fā)展新技術；充分利用海上風電能源和結構優(yōu)勢，開發(fā)與海洋牧場運行、監(jiān)測、管理等相配套的能源供應、監(jiān)測、管理設施；探索升降式筏架、智能網(wǎng)箱、觀光垂釣平臺、監(jiān)測系統(tǒng)等設施裝備與海上風機的融合機制，創(chuàng)新海洋牧場與海上風電融合發(fā)展新模式。

⑥海上風電對海洋牧場資源環(huán)境影響觀測與綜合評價。研究海上風電工程建設期、運行期對海洋牧場資源環(huán)境的影響，闡明海上風電場建設所產生的聲音、震動、電磁場、光照等因素對海洋牧場內的環(huán)境因子、初級生產力、牧場生物（生長、行為、生理與存活）和保護動物（如鳥類、哺乳類等）的行為、生理等綜合作用機制，客觀評價海洋牧場與海上風電融合發(fā)展的科研、生態(tài)、經(jīng)濟和社會價值。

海洋牧場與海上風電融合發(fā)展對策與展望

1）生態(tài)優(yōu)先，創(chuàng)新海洋牧場與海上風電融合發(fā)展技術體系

在遠離生態(tài)保護紅線區(qū)域，嚴格控制規(guī)模，因地制宜開展海洋牧場與海上風電融合發(fā)展試點試驗；堅持生態(tài)優(yōu)先，優(yōu)化風機基礎與人工魚礁的融合方式，

為牧場生物資源繁殖、生長構建優(yōu)質生態(tài)環(huán)境；堅持技術創(chuàng)新，加強環(huán)境友好型海上風機研制、生態(tài)型運維技術研發(fā)；制定海洋牧場與海上風電融合發(fā)展標

準、規(guī)范，為新技術推廣應用提供良好市場環(huán)境；提高海洋牧場與海上風電融合發(fā)展技術原理研究水平以支撐核心技術創(chuàng)新，提高核心技術競爭力；推動形成

科研院所與企業(yè)、農（漁）民密切合作的產業(yè)技術創(chuàng)新聯(lián)盟，促進成果轉化應用。

2）科學布局，構建海洋牧場與海上風電融合發(fā)展監(jiān)測體系

加強調研學習，總結國際海水增養(yǎng)殖與海上風電融合發(fā)展案例，結合本底調查和模型評估，科學選擇適于海洋牧場與海上風電融合發(fā)展的區(qū)域；加強長期跟蹤監(jiān)測調查研究，構建海洋環(huán)境和海洋生物長期監(jiān)測數(shù)據(jù)資料庫，突出監(jiān)測群體與監(jiān)測方式的多樣化，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性，科學評價海上風電生態(tài)效應；科學布局，優(yōu)化實施方案，保障生態(tài)環(huán)境，降低海上風電對海洋牧場生物資源的影響；堅持科學發(fā)展，穩(wěn)步推進，探索出一條可復制、可推廣的海域資源集約生態(tài)化開發(fā)之路。

3）明確定位，完善風險預警防控和應急預案管理體系

明確海洋牧場與海上風電融合發(fā)展試點目標定位，依法、依規(guī)、依政策穩(wěn)步推進，嚴格遵守海岸線開發(fā)利用規(guī)劃、重點海域海洋環(huán)境保護規(guī)劃等政策要求；加強融合發(fā)展試點與海洋功能區(qū)劃、海岸線開發(fā)利用規(guī)劃、重點海域海洋環(huán)境保護規(guī)劃、產業(yè)布局等統(tǒng)籌協(xié)調；明確各級政府、科研院所和相關企業(yè)的發(fā)展責任，并作為約束性指標進行考核；加強海上風機建設、運行過程對牧場環(huán)境資源的實時監(jiān)測，健全海洋牧場與海上風電融合發(fā)展風險預警防控體系和應急預案機制。