風電技術在遠洋魷釣漁船上的可行性研究

屠璐瓊， 王化明， 郭 欣， 劉俊梅

(浙江海洋學院 浙江省海洋漁業裝備技術研究重點實驗室， 浙江 舟山 316004)

風電技術在遠洋魷釣漁船上的可行性研究

屠璐瓊， 王化明， 郭 欣， 劉俊梅

(浙江海洋學院 浙江省海洋漁業裝備技術研究重點實驗室， 浙江 舟山 316004)

隨著近海漁業資源日漸匱乏，遠洋漁業正蓬勃發展，其中的遠洋魷釣產業更是遠洋捕撈的重要項目之一。本文主要根據遠洋魷釣漁船作業時所處海上環境以及遠洋魷釣漁船的作業特點、作業情況等，綜合分析風力發電系統在遠洋魷釣漁船上運用的可行性，以期改變漁船傳統能源消耗結構，保護海洋環境。

遠洋魷釣漁船 捕撈環境 作業特點 風電技術

1 引言

近年來，隨著我國近海漁業資源日漸匱乏，遠洋漁業正蓬勃發展。由于魷魚具有較高的市場價值，遠洋魷釣漁業成為我國海洋漁業的重要組成部分。然而隨著世界能源危機的日益迫近，燃油價格不斷高漲，各類傳統遠洋漁業捕撈要消耗大量燃油，漁民收入受到燃油成本的嚴重影響，如何有效降低燃油成本已成為我國遠洋漁業可持續發展的關鍵所在。隨著當今世界風力發電技術的日益成熟，如能結合遠洋魷釣漁業的捕撈環境和作業方式，充分利用捕撈海域豐富的海洋風能，將現代風電技術廣泛應用于遠洋魷釣漁船(見圖1)，必將為我國遠洋魷釣漁業帶來革命性的發展，顯著提高漁民收入。

圖1 遠洋魷釣漁船

2 世界風電技術發展概況

近年來，世界各國競相開展了風力資源的研究與利用工作，世界風電總裝機容量快速增長。據世界風能理事會的統計數據顯示，2012年底世界風電總裝機容量達282.6 GW。2012年世界風電新增裝機容量為44.8 GW，同比增長19%[1]。美國作為世界上最大的發達國家是現代聯網型風機的起源地，由于美國政府對風能開發利用的重視，美國也是最早制定鼓勵風電發展相關法規的國家。早在2000年，美國已擁有超過2 000萬臺風電機組，總裝機容量達2 500 MW以上。至2004年初，美國的總裝機容量已達6 300 MW，較2000年增加了152%，美國的風電發展速度由此可見一斑。丹麥作為具有豐富風力資源的國家，早在19世紀末就率先研制出了風力發電機組，世界上第一座風力發電站也由此誕生，開啟了風力發電的新紀元。丹麥主要通過政府對購買發電機組的用戶進行一定經濟補貼來發展國內風電行業。至2003年，丹麥全國的海上風力發電量已經占到了全國發電量的50%[2]。印度是亞洲利用風能資源最好的國家，2004年印度新裝風力發電容量為875 MW, 累計裝機容量達到3 000 MW, 位居世界第四位[3]。印度政府通過實施一系列財政支持政策，促進風電產業的發展。截至2008年，印度風電設備的國產化率已經達到80%。印度風電產業的蓬勃發展，不僅使本國獲得了大量清潔的可再生能源，在一定程度上也促進了本國經濟的發展。

雖然我國對風能的開發利用較早，但一直未能形成規模化的風電產業，因而我國的風電技術較歐美國家相對落后。20世紀90年代，我國開始有了規模化的風力發電場。近年來我國的風電發展較為迅速，“十一五”期間，我國風電產業無論是在裝機容量還是在風電技術方面，都有了良好的發展，風電產業的服務體系也已初步建立。風電裝機容量從2005 年的126萬kW迅速增長到2010 年的3 100 萬kW，部分風電設備也已開始進入國際市場。根據風電發展“十二五”規劃，到2015 年，我國投入運行的風電裝機容量達到1 億kW，年發電量達到1 900億kW時，風電發電量在全部發電量中的比重超過3%。2015 年后繼續推動風電以較大規模持續發展，到2020年，風電總裝機容量超過2 億kW，其中海上風電裝機容量達到3 000 萬kW，風電年發電量達到3 900 億kW·h[4]。

從發電效率方面，風力發電效率不斷提升，發電成本不斷下降，已日漸接近當前市場電價。目前的垂直軸風力發電機風能利用率可達57%，較一般火力發電效率的38%左右有較大的提高。最重要的是風力發電通過對清潔的風能加以利用，有環保、無污染、能源成本為零等優勢。相較于火力發電的大量燃燒不可再生資源煤炭，產生嚴重煙氣污染及粉塵污染，風力發電不僅節能高效，還保護環境，具有較高的推廣價值。迄今為止我國風能利用主要是在陸地上，海上風能應用起步較晚，遠洋漁船上的風能利用更是處于起步階段，尚有相當大的潛力可挖。

3 遠洋漁船上的風能利用及對魷釣漁船的適應性分析

近幾年來，我國部分沿海地區遠洋漁船已開始利用海洋風能發電作為對傳統柴油發電機的有益補充。浙江寧波象山正在推行的一種新型小型風力發電機，它能夠替代漁船上的柴油發電機，為漁船海上照明、導航提供電源，而且對海洋環境不會造成污染。據漁民粗略估算，一艘漁船用上這樣一臺小型風力發電機，每年可以節約燃油消耗10 t左右，約8萬元。除了寧波象山地區，浙江臺州、舟山普陀的部分漁船也開始嘗試安裝風力發電裝置，以解決船上的生活用電和部分生產用電。

相比于其他漁船，遠洋魷釣漁船對電能的消耗尤為巨大。在進行魷魚的捕撈作業時通常是利用魷魚的趨光性，開啟多達一百多盞集魷燈，進行燈光誘捕作業，如圖2所示。相對于傳統的遠洋魷釣漁船而言，其捕魚作業期間所需的大量電能需要消耗大量的燃油，因此捕撈時燃油成本相當高。

圖2 魷釣漁船照明捕撈原理

遠洋魷釣漁船作業海域風力通常在7級以上，這樣的環境有利于風力發電裝置的有效工作。由于魷釣作業期間漁船處于隨風漂流狀態，這種狀態能保證風機安裝在船上后正對風向，因此可有效提高風機發電效率。另外，相對于拖網漁船、圍網漁船等其他類型的漁船而言，捕撈作業時螺旋槳幾乎滿負荷工作并且還要經常進行相應的操舵動作，由于魷釣漁船在釣魚作業時螺旋槳處于停車狀態，風力發電裝置的運行對漁船的航行阻力和操縱安全沒有任何不利影響，因此，從對船舶性能影響的角度來分析，風力發電裝置的安裝不存在不利影響。

此外，遠洋魷釣漁船的捕撈生產周期較長，有利于風力發電系統的長時間工作。以早期魷釣漁船到日本海作業為例，一般的魷釣船從上海或舟山出發，3至4天航程即可到達漁場。原船的儲油量，加上增加的油柜，可堅持生產50 多天[1]，這樣漁船約有84%的時間漂流在海上進行魷釣作業。現在，部分魷釣船經過約50天橫渡太平洋。在旺季來臨前到達指定海域，此后轉戰秘魯海域，進行為期兩年的海上生產活動，漁船海上作業的時間更長，使風力發電系統具有充足的時間來進行風力發電，由此可以預見其發電量的可觀。

從上述分析不難看出，如果風力發電系統在遠洋漁船上得以充分應用，將在很大的程度上減少柴油機的發電量，降低柴油用量，實現遠洋魷釣漁船的節能減排，顯著提高漁船的經濟效益。

4 遠洋魷釣漁船風電經濟與環保效益分析

由于西南大西洋公海漁場具有豐富的魷魚資源，目前的遠洋魷釣漁船出海作業海域主要集中在西南大西洋阿根廷、秘魯附近海域，本文以西南大西洋位于42°～47°S的公海漁場的海況為例進行分析。42°～ 47°S的西南大西洋公海海域位于西風帶，來自南極大陸的冷空氣與其相遇會形成鋒面和氣旋，漁場海面大風天氣較多，風力一般也都較大，海面上的風速經常在7～8級以上。正是漁場海面上的大風天氣為風力發電系統的正常工作提供了基礎的風能保障。以主機功率551 kW的普通遠洋魷釣漁船為例，根據上海市2009年下半年漁業油價補助用油量測算標準 ，北太平洋魷魚釣船作業時間超過三個月的，耗油系數為0.6642 t/kW，結合主機功率551 kW，計算可得其年耗油量約366 t，以柴油價格7元/kg計，則一艘遠洋魷釣漁船一年的油費約合人民幣256萬元。由此可見遠洋漁船出海作業時，油費的開銷較大，若能在船上安裝風力發電系統進行風力發電，減少傳統柴油機發電量，降低柴油消耗量，將有效降低遠洋魷釣漁船的營運成本。

在一艘設計排水量為958 t的遠洋漁船上安裝一臺額定功率為10 kW的垂直軸風力發電機，假設其一天正常發電時間為20 h，其一天時間將發電200 kW·h。若這些電量用一臺額定功率為100 kW的柴油發電機來發電，取其凈輸出效率為23%，需耗時8.6 h。取這臺發電機的燃油消耗率為240 g/kW·h，則需消耗柴油量為：W= 100×240×8.6= 206 400 g=206.4 kg。根據柴油密度0.84 kg/L， 206.4 kg柴油有173.4 L，取柴油價格7元/L，折合現金約1 213.8元。按魷釣船到秘魯海域作業200天來算，魷釣作業期間將節省柴油發電機的油費24.28萬元。由此可見，在遠洋魷釣漁船上安裝風電裝置，其經濟效益相當可觀。

此外，由于漁船每燃燒一噸柴油排放約40 kg SO2、1.2 kg煙塵以及大量廢氣。因此，通過安裝風力發電裝置減少柴油消耗同時具有重大環保意義。

5 結束語

當前遠洋魷釣漁業日益受到不可再生能源危機的影響，傳統柴油發電進行遠洋魷釣漁業生產面臨著燃油消耗成本不斷上升的問題。全球風電技術的迅猛發展，再加上遠洋魷釣漁船作業海域風能資源充沛且沒有鳥類等干擾，具有良好的風力發電條件，因此在遠洋魷釣漁船上安裝先進的風力發電設備，具有得天獨厚的優勢。將風力發電系統應用到遠洋魷釣漁船上，不但能減少燃油消耗，有效降低漁船的營運成本，同時可降低漁船的燃油攜帶量，即提高了漁船的載貨能力，因此可顯著提高漁民經濟收入。另外，其廢氣排放量的減少對海洋大氣環境的保護也具有重要意義。可以預見在不遠的將來，風力發電技術必將在遠洋魷釣漁船上得到更加廣泛地應用，為人類造福。

[1] 張峰，張建華.風電發展現狀與關鍵技術研究[J].科技與企業，2013，15:137.

[2] 蒙如玲，白先慎，鮑亦和.海上風力發電[C]. 海南科學技術協會，海南省機械工程協會,2007:12-20.

[3] 關偉，盧巖.國內外風力發電概況及發展方向[J].吉林電力，2008,36(1):47-50.

[4] 國家能源局.風電發展“十二五”規劃[S].2012.

[5] 胡明堉.魷釣漁船及其裝備的探討[J].上海水產大學學報，1996,5(4):226-233.

Feasibility Study of Wind Power Technology on the Deep-sea Squid Jigging Vessels

TU Lu-qiong, WANG Hua-ming, GUO Xin, LIU Jun-mei

(Zhejiang Ocean University, Key Laboratory of Marine Fishery Equipment and Technology of Zhejiang， Zhoushan Zhejiang 316000, China)

With the offshore fishery resource becoming increasingly scarce, the deep-sea fishing is booming, in which the deep-sea squid fishing is one of the most important items. In the present paper, the feasibility of wind power technology applied to the deep-sea squid jigging vessels is analyzed comprehensively based on the marine environment in which the deep-sea squid jigging vessels operating and the fishing characteristics,, so as to change the structure of traditional energy consumption in fishing vessels and protect the marine environment.

Deep-sea squid jigging vessel Fishing environment Operating features Wind power technology

國家大學生創新創業訓練計劃項目(2013103 40005)；浙江省新苗人才計劃項目(2014R411001)；國家自然科學基金項目(51109186)；國家星火計劃項目(2013 GA700256)；浙江省科技計劃項目(2013D40039)；舟山市科技計劃項目(2013C11004)。

屠璐瓊(1992-)，女，本科。

U674

A