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“渔光一体”的逻辑原理

2021-5-5 10:35| 发布者: 太阳城唯一官方网站| 查看: 41853| 评论: 1|来自: 水产前沿

摘要: 中国水产频道原创报道,这样养鱼,最高亩产超3000斤,还额外收益23000元/亩,你不想吗?
  文/图 通威新能源公司 欧建华、通威股份 张璐

  中国水产频道原创报道,“渔光一体”模式由通威股份有限公司2013年提出,它是指在合理保证池塘基本渔业生产性能前提下,在水面一定高度架设光伏电站,实现水上发电有效运行,水下渔业生产正常开展的一种新型立体高效的生产方式。通过多年研究实践,这一方案日臻完善,综合成效显著。

  水上发电水下养鱼,这是大家对“渔光一体”最朴素简单的认识,但渔业与光伏发电如何有效协同,池塘渔业养殖性能如何保障,其理论依据和逻辑原理是怎么回事?可能大家不一定有清晰的认知。由于个别公司“渔光互补”项目在渔业养殖的不良影响,部分同行又将“渔光一体“等同于“渔光互补”,对其效果持有疑虑。本文将向大家介绍渔光一体池塘在渔业上的逻辑原理,呈现“渔光一体“的实际应用效果。

  一、决定渔光一体池塘生产力的四大关键要素

  安装光伏电站后的池塘,在原有结构和配套条件未做大的改变情况下,只要以下四个关键因素变化不大或能较好解决,其生产能力就能得到较好维持和保障。具体是:

  光照性能:指渔光一体池塘正常渔业生产应具有的光照通量,简称“光通性”。

  水温性能:指渔光一体池塘水体热交换(水温变化)通畅性,简称“温通性”。

  气通性能:指渔光一体池塘与环境气体交换通畅性,简称“气通性”。

  生产便利性:指渔光一体池塘渔业生产作业畅通性或方便性,简称“便通性”。

  针对以上四要素(简称“四通性”),通威提供了较好的解决方案,特别是创新成功柔性支架技术的运用,池塘生产作业的畅通性进一步提高,“四通性”更加完善。

  二、渔光一体池塘的“四通性”逻辑原理

  1、光通性

  1.1渔业对光的需求

  “万物生长靠太阳,组件横架于水面上方,直接遮挡阳光,应该影响渔业生产”,这是许多同行担心的最主要问题。那么,渔光一体池塘光通性能怎么样,能否满足养殖生产对光的需求呢?为此,我们首先必须弄清楚养鱼对光的需求量。

  从鱼类(包括虾、蟹)本身来讲,其生长过程对光的需求强度并不大,只要采食光照得以满足,水质清新溶氧丰富,能够正常摄食,鱼类就能正常生长。工厂化养殖车间,普通的灯源照明已能很好满足,此时的光通量在200-500lux左右。

  池塘养殖中,鱼类需要的溶氧,部分鱼类(鲢鳙鱼)的初级饵料,以及排泄物的生物分解耗氧等需要池塘藻类光合作用提供,藻类光合作用在池塘生产力方面发挥着主要作用。因此,池塘藻类对光的需求水平就代表着渔业对光的需求水平。

  那么,藻类对光的正常需求是多少呢?我们先了解一下池塘常见藻类对光照的适应值。

部分藻类对光照强度的适应性


注:以上资料来源于《环境工程》第37卷第5期:光照对我国常见藻类影响机制及其应用

  从表中数据看出,大部分藻类对光照适应范围在1000-8000lux。喜好强光的藻类较少,只有如蓝藻中的“钝螺旋藻”、(可能还有部分裸藻)、绿藻中的“海洋小球藻”、“小球藻XQ”等少数几种,其适应性高达80000lux以上。池塘中经常爆发的蓝藻(包括部分裸藻)是大型有害的耐强光藻类,对渔业生产不利,是控制对象。

  藻类生活在水中,呈不同深度立体分布,长期进化适应了水下低光照环境,同样,沉水植物也具有适应水下低光照环境的特点。

  很多藻类有纤毛,具有一定运动能力,可以根据光照强度调整其在水体中的位置和深度,以趋光或避光,有一定的光选择主动性,这也是池塘水色一天三变的主要原因。

  1.2植物的光抑制现象

  强光能使许多植物冠层表面的叶片(包括水体藻类)发生光抑制现象:一是“晒伤”,强光导致光合作用的光系统破坏,恢复过程一般要十几个小时甚至几天;二是“午睡现象”:在强光条件下通过叶黄素循环耗散过剩光能,形成自我保护机制。因此过多的光辐射对植物有害。

被晒伤的植物

被晒死的水草(伊乐藻)

  事实上,种植业和水产养殖业为防止强光危害搭建遮阳网的现象十分普遍


  1.3渔光一体池塘的光分配

  为了简明阐述渔光一体在光资源分配方面的具体情况,这里将渔光一体池塘光伏组件安装分布后养殖水面能接受的光照情况做如下分析:

渔光一体池塘光伏组件安装结构示意图

  为了弄清楚渔光一体池塘的光通性,我们对通威南京龙袍渔光一体基地光伏组件上方20厘米区域(如图所示L区)、组件垂直投射区域(如图所示的D1区)水面上10㎝位置和两排组件之间的间隔垂直投射区域(如图所示D2区)水面上10㎝位置光照强度进行监测,数据如下:

南京龙袍渔光一体池塘组件上方光照强度值 光照强度单位:lux

组件上方(L区)测定时点光照强度加权平均值41653lux

南京龙袍池塘光伏组件投影区(D1) 光照强度值单位:lux


  光伏组件垂直投影区(D1区)测定时点光照强度加权值为9375lux,主要为散射光,其强度与组件离水面的高度成正相关,这一判断得到安徽宿县农光互补项目组件下不同高度光照强度测量结果的证实,因此组件离水面高度是光分配的一个重要措施。

南京龙袍池塘组件间隔投影区(D2) 光照强度值单位:lux

组件间隔投影区(D2区)测定时点光照强度加权值为36812lux

  光伏组件安装区域水面上10㎝(如图所示D区)光照强度值

  =(D1区光照加权值+D2光照区加权值)÷总测天数

  =(10712337×4+2672011×3)lux÷(291×4+285×3)天

  ≈25193(lux/天)

  算式中的“×4、×3”是D1、D2投影区的平面宽度,不同地区因光照倾角不同,示意图中D、D1、D2的值有所差异。

  从以上观测数据可以看出:

  a、在类似南京龙袍光照较好的地区,对渔业生产而言,池塘接收天然的光照量存在大量过剩现象。

  b、光伏区(D区)水面光照强度÷正常光照强度=25193÷41653≈60%,是藻类光照适应值(8000lux)的2-3倍。即使光照强度下降2-3倍(如早晨、傍晚光照偏弱),也可能基本满足绝大部分藻类光合作用需求(目前尚无早晨、傍晚时段光通量数据,有待进一步观测,结合安徽宿县“农光互补”项目类似D区地表辐射能为全年47.3%的资料数据判断,光伏区光照通量也平均在20000lux-25000lux)。

  c、当然,在阴雨天气,光照不足的程度要比非光伏池塘表现更突出。通过合理分布的组合式增氧系统(叶轮式增氧机、微孔增氧机、水车式增氧机)增加这一时段的水体溶氧即可解决这一短时问题。

  d、在渔业“光过剩”认知基础上,通威通过合理的组件排列间距和组件离水面高度进行光资源的初步分配,为养殖留足的投喂捕捞区及其他未安装组件的零散区域是对光资源的补充分配,基本满足了先保障渔业用光,再考虑发电用光的“先渔后光”分配原则,满足了渔光一体池塘“光通性”需求,这主要基于通威对渔业高度认知和长期技术积累。

  为了便于大家更好理解,可将重庆山区山间地农作物种植所能接受的光照量作类比:重庆黔江地区日照小时数为963,南京龙袍为1489,是南京地区65%。在山间凹地种植的农作物,只有正午前后能得到阳光普照,其余时间因高山遮挡,主要接受低强度的散射光,其类比接受的光通量低于65%,但其作物产量水平与南京地区没有太大差距。由此可见,在我国光资源比较丰富、光伏电站分布较多的地区,对于植物、藻类生长需求而言,自然光资源是远过剩的。这就是渔光一体光资源分配逻辑的参照依据。

  2、温通性

  为了弄清渔光一体池塘水温变化规律,分别对江苏龙袍渔光一体基地和河北丰南渔光一体基地10cm深度水温进行全养殖周期观测,结果为光伏区水温和非光伏池塘水温同时点平均相差分别为0.61℃和0.48℃;为了再次测定温差滞后时间,在江苏泗洪天岗湖(3万亩)基地升温期连续20天观测,结果是光伏区水温滞后非光伏池塘水温基本1天时间。对整个渔业养殖生产周期而言,滞后一天,温差0.55℃左右,其影响并不大,对养殖品种的产量和生长速度等完全可以通过养殖方式和管理措施进行有效调节。

南京龙袍基地光伏区与非光伏区5-9月水温监测数据

注:监测其非光伏区水温平均为26.63,光伏区为26.02,测期平均值相差0.61℃。

测温期内:水温上升期平均低0.42℃,水温下降期高0.6℃,平均滞后0.48℃。

泗洪天岗湖光伏区水温与池塘水温滞后时间观测记录


春季湖泊水温回升幅度慢于池塘水温回升,4月温差平均值0.8℃,滞后期1天左右

  以上的数据和一般人的经验判断差异较大,但却在情理之中。池塘水温变化,主要依赖于环境温度的变化,即气温变化,水温主要跟随气温的变化节奏。太阳辐射直接导致水温升高的幅度和持续时间是有限的,这是因热辐射的传导作用,水、大气环境不停进行热交换的结果。

  这种光伏池塘短时间的缓温效果对渔业生产也带来好处,一是夏季高温中午时段,光伏组件遮阴可抑制水温短时间的急剧升高,减缓一天之中12-15时水温过热(32℃以上)对养鱼的危害;二是面对气温急剧下降天气,连片的光伏组件与水面之间形成短时间的缓温区(与前述光伏池塘水温滞后非光伏池塘水温基本1天时间情况类似),光伏池塘水温下降速度和幅度相对平缓。这两个方面促成水温稳定性比非光伏池塘强,可减少养殖鱼虾蟹的应急反应。这一现象与下图“林里林外的霜”极其类似。

林里林外的霜

  3、气通性

  池塘与大气的气体交换有两个维度,一是水面与大气接触面(水气界面)之间发生的气体交换,主要指空气的溶解和池塘水体内产生气体向大气释放溢出。二是水面上方气体与大气环境的交换对流。

  3.1水泥桩对水气界面的影响

  光伏电站对水气界面的影响主要是安装水泥桩对水面占用,根据工程设计,每亩池塘打桩数量为12根,水泥桩直径为300mm,占用水面面积0.848㎡,占亩面积0.13%,对水体占用为1.7立方米,在蓄水量不减少的情况下,水位有微小升高(2.5㎜),因此,其对水气界面影响微乎其微。


  3.2组件系统对池塘上方空气对流的影响

  渔光一体池塘组件朝南呈阵列排布,南北向有相对较少贯通道,东西向贯通道较多。因地理位置和池塘形状等差异,组件的安装排布也有明显差异,通风性也随之变化。总体来看,组件下方与水面之间和组件上方的大量空间是畅通的,只是组件排布位置略1-1.5米纵向区间通风性能有一定阻挡。测算风阻的计算比较复杂,这里不做相关运算。通威电站设计人员运算数据,组件系统一般风阻率15%左右。也就说,对水体上方气体流动有15%的影响,这也是光伏池塘水温稳定性增加的形成原因,但仍保持了85%的通风性能,池塘与大气环境之间能够实现通温通气的有效互动。

  4、便通性

  4.1日常工作便利性

  渔业养殖日常主要操作工作有饲料投喂、巡塘检查、施用调水产品和外用防治药物等,需要在埂上、水面船上或下水操作。安装光伏电站一般不破坏塘埂通过性能,反而有所优化;组件最低点离水面超过1米,高点达2.5米,还有纵横交错的3-4米宽的间距通道,划船、施药等作业非常畅通。

  4.2捕捞便利性

  早期的渔光一体池塘,因大量使用水泥桩作为组件承载支撑结构,对池塘捕捞全塘拉网形成明显影响,为解决这一问题,通威给出了以下方案:

  养虾养蟹池塘:采用地笼多次捕捞,对虾起捕效果好、品质好,其便利性和灵活性收到养殖户认同。地笼是河蟹捕捞单一而传统方式。

  养鱼池塘:留有专门投喂捕捞区,日常饲料投喂主要集中于此,该区未安装组件,池底深度低于组件区域1米,是池水汇集地。需要轮捕卖鱼时,在料台使用罾网、围网捕捞,这是常规池塘多批次卖鱼普遍使用的捕捞方式。需要全起捕上市时,逐步排放池水,让鱼汇集到捕捞区拉网捕捞,直至干塘清理。

  4.3柔性支架的便利性革命

  通威工程技术人员结合渔业生产特点,创新性设计出柔性支架组件安装方案,与传统的固定桩组件安装方案相比,水泥桩数量减少85%,每亩由原12根减为1.8根。池塘桩基可优化设置在池埂边缘,架空高度提升,拉网捕捞和池塘维护十分方便,是通威今后的渔光一体项目主要的安装方案。


  三、渔光一体模式的类型和渔业生产效果

  通威渔光一体渔业养殖模式可简单分为四大类,一是普通淡水鱼塘,主要养殖品种有草鱼、鲫鱼、鲤鱼、鲈鱼、青鱼、泥鳅等,目前已涵盖大部分养殖品种,实现主养品种2500斤/亩,加上套养品种产量,越过3000斤/亩产量大关,同周边同类型池塘产量无差异。在实际生产中发现,渔光一体池塘很少出现蓝藻泛滥现象,这与光伏组件降低水面光照强度,适宜的光照量适合大多数有益藻类生长,抑制耐光强度较高的蓝藻泛滥密切相关,这对池塘水质管控非常有益。二是淡水养蟹池塘,目前产量280斤/亩,比同类型池塘产量更高,规格更大,这与光伏池塘能缓解江苏地区过高水温,避免高温强光期水草衰亡密不可分。三是海水渔光一体池塘,主要养殖南美白对虾,套养龙胆石斑等,其对虾产量700斤/亩左右,与周边同类型虾塘成功率提高,单产略高,这与套养模式和渔光一体池塘水温变化相对稳定,对虾应急减少有紧密关系。四是湖泊型渔光一体,围网精养区产量1500斤/亩,精养区外的大水面生态养殖区产量150斤/亩。从多年的生产实践结果可以看出,渔光一体池塘基本的养殖性能得到维持,在水温稳定性、水质稳定性方面还表现出一定的积极作用。

  随着通威柔性支架的广泛运用,渔光一体池塘的便利性与普通鱼塘差异大幅度减小,池塘的综合性能得到进一步完善。在环保渔业方面,通威渔光一体河蟹养殖模式已成为多地政府治理农业污染的参观学习样板;将现代工厂化渔业养殖技术与渔光一体池塘建立经济型湿地净化系统有机组合,可实现环境零污染、鱼类高品质、产能不下降、效益更稳定等诸多诉求目标,是通威探索治理渔业养殖污染又一新路径新方法。

  四、渔光一体模式的综合意义

  水上持续生产清洁能源,无环境污染、无温室气体排放,对实现习主席2060年碳中和目标意义重大;初步测算,每亩池塘可实现年发电收益23000元,税收近4500元。水下继续从事渔业生产,运用通威现代渔业智能化设备、环保渔业技术措施和综合的水产发展平台,每亩可提供优质无公害鱼虾蟹产品280-3000斤/亩,实现利润2000-6000元/亩,对稳定市场优质水产品供应,促进农民增收致富持续发挥重要作用。“一地双用、立体开发、绿色发展、效益倍增”是通威“渔光一体模式”所表现出的突出的经济特征和良好的社会效益。水上光伏发电,水下鱼虾成群,深蓝方阵望不尽,翠绿池水粼光灿,好一幅美丽乡村新画卷。

  【关键字】:光伏发电    “渔光一体模式”    水产养殖
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引用 鱼大夫 2021-5-25 17:21
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