高寒地區“漁光一體”項目技術設計和 工程建設的研究

王曉輝　劉航　張珂欣　張麗園　康萌

摘要：針對東北高緯度、高寒地區“漁光一體”項目在“冰的溫度膨脹防治”技術與光伏結構設計方面，面臨著行業應用空白與國家標準、規范缺失的現狀。在黑龍江北魚漁業科技有限公司青花湖基地選取標準魚塘進行實驗性研究，持續對項目數據進行采集、分析，獲取到高寒地區漁光一體項目實踐性資料，解決預應力管樁實施的凍脹凍拔影響，獲取穩定可靠的結構設計，同時引進柔性支架技術驗證其高透光、透風、高凈空的漁業養殖友好性，促進探索多產融合土地復合利用的新型發展模式;“漁光一體”池塘養殖松花江鱖效果顯著。

關鍵詞：冰的溫度膨脹防治;柔性支架;漁光一體;養殖;松花江鱖

中圖分類號：S953.4文獻標志碼：A

1 綜述

1.1 項目概況

肇源縣通威100MW漁光一體光伏發電項目由通威新能源有限公司投資開發建設，項目位于黑龍江省大慶市肇源縣大興鄉青花湖，地理中心坐標為 45.77°N，124.77°E，高程在128m～131m之間。該項目整個區域面積合計約10000畝，建設規模100.18MWp。

項目采用“漁光一體”模式進行綜合開發，將光伏電站與水產養殖業相結合，在魚塘上建設光伏電站，形成“上可發電，下可養殖”的發電模式。此復合型方式用地，有效節約土地，提高土地利用率。

1.2 技術設計和工程實施的難點、痛點

1.2.1 冰的溫度膨脹防治

因項目地處東北高緯度、極寒地區，冬季冰期達6個月以上，歷史極限低溫達-39℃，最大冰厚可達1.0m以上;且東北地區高寒地帶漁光一體項目在“冰的溫度膨脹防治”技術與光伏結構設計方面，面臨著行業應用空白與國家標準、規范缺失的現狀。

為推動高緯度、高寒地區漁光一體項目的突破性應用，通威集團自2018年～2021年，聯合清華大學水利水電工程系專家，成立專題項目組，在北魚青花湖基地選取標準魚塘進行實驗性研究，持續對項目數據進行采集、分析，獲取到高寒地區漁光一體項目實踐性資料。

1.2.2 光伏與漁業的結合

通過多年研究實踐，通威獨特的“漁光一體”模式日臻完美，綜合成效顯著。“漁光一體”模式是指在合理保證池塘基本漁業生產性能前提下，在水面一定高度架設光伏電站，實現水上發電有效運行，水下漁業生產正常開展的一種新型立體高效的生產方式。

但漁業與光伏發電如何有效協同，池塘漁業養殖性能如何保障，甚至部分同行將“漁光一體”等同于“漁光互補”，對光伏與漁業的結合效果持有疑慮。

通威新能源有限公司結合漁業生產特點，創新性設計出柔性支架組件安裝方案，與傳統的固定樁組件安裝方案相比，水泥樁數量減少85%，每畝由原12根減為1.8根。常規池塘主要樁基設置在池埂邊緣，架空高度提升，拉網捕撈和池塘維護十分方便。

2 研究分析

2.1 寒地“漁光一體”項目樁—冰作用研究

冰是物理特性十分復雜的天然材料，已有的大量研究結果表明，冰本身的結構特性、強度特性、動力特性以及破壞形式均具有高度的復雜性并對外界條件十分敏感，其中溫度是對冰材料特性產生影響的重要因素之一。冰力學是一門蓬勃發展的學科，有許多問題有待深入研究，其中冰的溫度應力就是其中的一個重要方面。

由水凍結成冰在相變過程中體積會膨脹;同時，冰在升溫過程中，體積也會膨脹。在相變過程中，盡管材料會大幅度地膨脹，但這時材料的強度處于很低的水平上，所以不會對結構產生明顯的影響。然而，冰在升溫過程中的膨脹卻是寒冷地區水工結構物的設計和建造中必須考慮的重要因素之一。

相比于庫冰、湖冰和海冰，塘冰冰蓋面積較小，受岸坡約束作用更為強烈，水體與塘底的熱交換更為顯著，其熱力生消及膨脹應力呈現出特有的規律;尤其在布樁塘面上，冰蓋在四周邊界約束條件下同時受到樁群的多點密集約束，以及樁體自身的熱力特性與冰溫的互相耦合，均使得樁冰凍結效應和冰層熱應力分布更為復雜，目前尚無相關研究，這種情形下，正確認識樁-冰作用，對于寒地“漁光一體”方案的準確設計及安全運行，具有重要意義。

2.2 通威專利柔性支架

通威聚焦更低系統成本和更為高效的土地復合利用效率，自主研發完成全新的基于“大跨度、零擾度柔性支架技術”的漁光一體結構與電氣綜合解決方案。通威柔性支架組件陣列下方凈空較傳統固定支架高3.0m+，東西樁間距不少于40m，占地面積較傳統支架減少20%+，這將大大的提高土地的利用率，并且減少鋼材和樁基的使用量。在通威新能源有限公司研發團隊的努力下，經過研發，開創全球先河的“V”型索系具備獨特的反拱工藝，突破性地實現了組件低受力的零撓度組件安裝平臺，7級風下無抖動和風顫以及獨特的低索力+高壽命設計。

目前已獲得10多項專利，其中半數為發明專利;已編寫 SCI論文5篇、EI論文6篇;發布《基于預應力懸索的光伏系統設計指南》一部。通威柔性支架目前在天津楊家泊一期完成1.65MW的示范項目建設，在多次強風考驗中表現優異;已建成包括楊家泊二期（19.008MW），廣西東興（9.782MW），湖南常德（23.232MW）和湖北天門（100MW），廣東臺山（100MW）等多個項目，技術經濟效益顯著，并取得行業的廣泛關注和跟進。

通威柔性支架提升了以“漁光一體”為代表的光伏農業設施的光環境水平。在通威柔性場景下，組件下方直射光散射路徑更長，側面散射光補給更大，明暗條帶更窄且交替更為頻繁，顯著提升組件下方空間的光照強度和光照均勻度;同時，組件下方水面或作物表面無光照盲區，日間可多次接受光照。為光伏下方設施漁業、設施農業的開展提供了全新的便利性和切實的可行性。每畝漁業產出最高可達傳統養殖模式的300%，實現了對國土資源進一步集約化高效利用。

隨著通威柔性支架的廣泛運用，漁光一體池塘的便利性與普通魚塘幾乎無差異，池塘的綜合性能將得到進一步完善。在環保漁業方面，通威漁光一體河蟹養殖模式已成為多地政府治理農業污染的參觀學習樣板;將現代工廠化漁業養殖技術與漁光一體池塘建立經濟型濕地凈化系統有機組合，可實現環境零污染、魚類高品質、產能不下降、效益更穩定等諸多訴求目標，是通威探索治理漁業養殖污染又一新路徑新方法。2B8CDA3E-EC2C-4A9B-894C-4EF56567C1DE

2.3 “漁光一體”池塘養殖松花江鱖

光伏電站建設打樁和太陽能采光板遮陽對松花江鱖（Siniperca chuatsi）生長有顯著的促進作用，漁業太陽能光伏發電系統具有突出的優點，在高溫的夏季，可降低太陽對水體的輻射值，從而降低水中的溫度，幫助水中魚類安全度夏的功能，減少高溫性疾病的爆發（見圖1）。

2.3.1 解決夏季池塘水溫過高問題。夏季水溫過高會導致疾病發生，高于28℃很多南方引進的松花江鱖會爆發鱖虹彩病毒病，造成松花江鱖大面積死亡。光伏板遮光可減少日光射入，可防止池塘水溫過高而造成疾病爆發。

2.3.2 將松花江鱖攝食高峰提前，減低夜間消化代謝耗氧率。松花江鱖為肉食性底層魚類，喜棲息于靜水或緩流水中，夜間覓食與集群而局，有喜暗怕光的生活習性，攝食高峰出現在深夜，“漁光一體”池塘可將攝食高峰提前到落日后池塘高氧區段，加速松花江鱖消化吸收速度，避免夜晚因水體溶解氧下降而導致的呼吸及消化代謝能耗增加。

2.3.3 解決水體浮游動植物比例問題。適宜的遮光能夠提高浮游植物的種類數、密度、生物量和香農威納指數。光伏組件安裝比例為61.8%時，浮游植物的生物量最高，而其浮游動物量最低。

2.3.4 “浮伐”擬態太陽能板。針對沒有“漁光一體”項目的池塘，可采取“浮伐”擬態太陽能板的方式，遮蔽部分水面，為松花江鱖提供充足的攝食空間和時間，使其攝食高峰有晚上提前到下午池塘高氧區段，加速松花江鱖消化吸收速度，避免夜晚因水體溶解氧下降而導致的呼吸及消化代謝能耗增加，進一步提高餌料利用率。

2.4漁光小鎮模式

通威“漁光小鎮”基地，優質而清潔的光伏電力正源源不斷地惠及千家萬戶。作為中國乃至全球唯一一家同時涉足農業和新能源光伏產業的龍頭企業，通威真正實現了農業和光伏高效協同發展，并將最終成為全球領先的綠色農業和綠色能源供應商。

以“漁光小鎮”創新型的產業融合模式為核心，以漁光文化和當地鄉村文化為主題，構建集智慧漁業、光伏發電、文化旅游為一體的產業融合小鎮，在發揮核心產業的引擎帶動作用同時，塑造綠色田園生態會客廳。

以漁光為核心，鄉村文化為基底，織補文旅產品;整合鄉村的民俗文化與山水生態文化，以生態資源為本底，以“漁光”文化為主題，以體驗原鄉文化為特色，打造原鄉鄉村文化的休閑空間。

通威將打造集新漁業、新能源、新農村為一體的“三新”示范園區，實現一種資源、三大產業的集約式發展。園區按照5A級景區標準打造，圍繞“游、賞、智、盈”的園區定位打造標準，具體如下：

游-區位以電力消納需求大的城市為中心，擇一小時交通圈，直抵園區大門，園區內部以水系為動線，有始有終，從大門按部就班，直抵漁光小鎮的每一優點，阡陌調暢，一覽無余。

賞-園區規劃分明，配套立體的觀景設置：橫向釣位呈“非”字點綴，魚趣娛樂，縱向綠道青蔥，充滿科技感的光伏板躍然眼中，于低處設置碼頭低洼，泛舟深入板下，探尋太陽能的原理，于高處設置高位觀景臺，漁光山色盡收眼底。

智-通過科普展廳、文化展示長廊，打造文化地標。太陽能路燈、不銹鋼魚群雕塑、宣傳欄的太陽能光伏板、以及全部采用太陽能發電裝置作為能源供給的景觀燈和滅蚊燈，將太陽能元素進行實際呈現，從硬件上將魚文化、太陽能文化進行滲透，而科普清潔能源和智能漁業核心知識的漁文化長廊的設置，不僅滿足訪客的休閑垂釣需求，同時展示了園區豐厚的文化底蘊。打造高游憩價值、高文化價值、高科學價值的優質園區。

盈-融入當地元素及周邊環境的建筑風格，擁攬風盛水系，感受多彩景觀和光伏發電完美結合，可滿足游客在此自助燒烤、桌餐等豐富多彩的用餐需求，同時，還可欣賞園區的風景，美景、美食帶你度過美好時光。完備的會務場所，配備專業服務，坐擁高級商務空間：園區內配置專業的會務設備，超大的空間可容納團隊、企業在此拓展、會議。用餐的同時，還可欣賞園區的風景，美景、美食帶你度過美好時光，體現極高的人文關懷。配套綠色餐廳、釣魚臺、休閑亭（含四方桌椅）、售貨亭、觀景臺、停車場、休憩長椅、等，滿足八方來客休閑、餐飲、垂釣的需求。

以“漁光小鎮” 創新型的產業融合模式為核心，以漁光文化和鄉村文化為主題，構建集智慧漁業、光伏發電、文化旅游為一體的產業融合小鎮， 在發揮核心產業的引擎帶動作用同時，塑造綠色田園生態會客廳。

3 研究結論

3.1 肇源縣通威100MW漁光一體光伏發電項目的實施證明高寒地區漁光一體預應力管樁基礎的合理使用，在寒冷氣候下支撐結構穩定可靠。

3.2 柔性支架技術的引進減少管樁的使用量，一方面大大縮短了基礎施工的作業時間，使得工程建設在東北有限的較好施工時間內得到更全面的規劃部署，施工效率更高;另一方面柔性支架管樁橫向跨度大（達40m）、凈空高度大等明顯優勢，對養殖的友好性更佳，水面通透性和機械操作更便利。

3.3 在松花江鱖生長方面，61.8%的遮陽對松花江鱖的影響較小，其產量也最高。在農民增收、政府增稅、就業增加、企業增效及節能減排等方面的促進作用顯著。“漁光一體”項目還帶動并有機融合當地產業升級，實現了一、二、三產業的有機聯動發展。項目一方面增加村民的塘租收入，另一方面還增加村民的勞務收入，僅光伏發電項目，貧困戶每年可增收2000至3000元。

3.4 以“漁光小鎮”創新型的產業融合模式為核心，以漁光文化和當地鄉村文化為主題，構建集智慧漁業、光伏發電、文化旅游為一體的產業融合小鎮，結合屬地有限的資源多產融合，探索出一條新的鄉村振興發展思路。

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Research on technical design and engineering construction of "Fishing-light Integration" project in alpine region

Abstract：In the aspect of "ice temperature expansion prevention and control" technology and photovoltaic structure design， the "fishing-light Integrated project" in the high latitude and extremely cold region of northeast China is facing the status quo of blank industry application and lack of national standards and specifications. In the Qinghuahu Base of Heilong Beidyu Fishery Science and Technology Co.， LTD.， the standard fish pond was selected for experimental research， and the project data were collected and analyzed continuously to obtain the practical data of the integrated fishing and light project in the alpine region， so as to solve the influence of frost heaving and freezing pulling of the implementation of prestressed pipe pile and obtain a stable and reliable structural design. At the same time， the introduction of flexible support technology to verify its high light transmission， ventilation， high clearance of fisheries aquaculture friendly， promote the exploration of productive and integrated land compound use new development mode; The effect of pond cultivation of siniperca chuatsi is remarkable.

Keywords：ice temperature expansion prevention; Flexible support; Fishing-light Integration; Breeding; Siniperca chuatsi

文章編號：16742419（2022）03001505

作者簡介：王曉輝（1986.7- ），男，肇源通威新能源科技有限公司工程師。主要從事漁光一體光伏發電項目建設管理和工程技術研究。

通訊作者：康萌（1964.4- ），男，黑龍江省水產技術推廣總站副站長、研究員。研究方向：淡水增養殖。2B8CDA3E-EC2C-4A9B-894C-4EF56567C1DE