风电技术在远洋鱿钓渔船上的可行性研究

屠璐琼， 王化明， 郭 欣， 刘俊梅

(浙江海洋学院 浙江省海洋渔业装备技术研究重点实验室， 浙江 舟山 316004)

风电技术在远洋鱿钓渔船上的可行性研究

屠璐琼， 王化明， 郭 欣， 刘俊梅

(浙江海洋学院 浙江省海洋渔业装备技术研究重点实验室， 浙江 舟山 316004)

随着近海渔业资源日渐匮乏，远洋渔业正蓬勃发展，其中的远洋鱿钓产业更是远洋捕捞的重要项目之一。本文主要根据远洋鱿钓渔船作业时所处海上环境以及远洋鱿钓渔船的作业特点、作业情况等，综合分析风力发电系统在远洋鱿钓渔船上运用的可行性，以期改变渔船传统能源消耗结构，保护海洋环境。

远洋鱿钓渔船 捕捞环境 作业特点 风电技术

1 引言

近年来，随着我国近海渔业资源日渐匮乏，远洋渔业正蓬勃发展。由于鱿鱼具有较高的市场价值，远洋鱿钓渔业成为我国海洋渔业的重要组成部分。然而随着世界能源危机的日益迫近，燃油价格不断高涨，各类传统远洋渔业捕捞要消耗大量燃油，渔民收入受到燃油成本的严重影响，如何有效降低燃油成本已成为我国远洋渔业可持续发展的关键所在。随着当今世界风力发电技术的日益成熟，如能结合远洋鱿钓渔业的捕捞环境和作业方式，充分利用捕捞海域丰富的海洋风能，将现代风电技术广泛应用于远洋鱿钓渔船(见图1)，必将为我国远洋鱿钓渔业带来革命性的发展，显著提高渔民收入。

图1 远洋鱿钓渔船

2 世界风电技术发展概况

近年来，世界各国竞相开展了风力资源的研究与利用工作，世界风电总装机容量快速增长。据世界风能理事会的统计数据显示，2012年底世界风电总装机容量达282.6 GW。2012年世界风电新增装机容量为44.8 GW，同比增长19%[1]。美国作为世界上最大的发达国家是现代联网型风机的起源地，由于美国政府对风能开发利用的重视，美国也是最早制定鼓励风电发展相关法规的国家。早在2000年，美国已拥有超过2 000万台风电机组，总装机容量达2 500 MW以上。至2004年初，美国的总装机容量已达6 300 MW，较2000年增加了152%，美国的风电发展速度由此可见一斑。丹麦作为具有丰富风力资源的国家，早在19世纪末就率先研制出了风力发电机组，世界上第一座风力发电站也由此诞生，开启了风力发电的新纪元。丹麦主要通过政府对购买发电机组的用户进行一定经济补贴来发展国内风电行业。至2003年，丹麦全国的海上风力发电量已经占到了全国发电量的50%[2]。印度是亚洲利用风能资源最好的国家，2004年印度新装风力发电容量为875 MW, 累计装机容量达到3 000 MW, 位居世界第四位[3]。印度政府通过实施一系列财政支持政策，促进风电产业的发展。截至2008年，印度风电设备的国产化率已经达到80%。印度风电产业的蓬勃发展，不仅使本国获得了大量清洁的可再生能源，在一定程度上也促进了本国经济的发展。

虽然我国对风能的开发利用较早，但一直未能形成规模化的风电产业，因而我国的风电技术较欧美国家相对落后。20世纪90年代，我国开始有了规模化的风力发电场。近年来我国的风电发展较为迅速，“十一五”期间，我国风电产业无论是在装机容量还是在风电技术方面，都有了良好的发展，风电产业的服务体系也已初步建立。风电装机容量从2005 年的126万kW迅速增长到2010 年的3 100 万kW，部分风电设备也已开始进入国际市场。根据风电发展“十二五”规划，到2015 年，我国投入运行的风电装机容量达到1 亿kW，年发电量达到1 900亿kW时，风电发电量在全部发电量中的比重超过3%。2015 年后继续推动风电以较大规模持续发展，到2020年，风电总装机容量超过2 亿kW，其中海上风电装机容量达到3 000 万kW，风电年发电量达到3 900 亿kW·h[4]。

从发电效率方面，风力发电效率不断提升，发电成本不断下降，已日渐接近当前市场电价。目前的垂直轴风力发电机风能利用率可达57%，较一般火力发电效率的38%左右有较大的提高。最重要的是风力发电通过对清洁的风能加以利用，有环保、无污染、能源成本为零等优势。相较于火力发电的大量燃烧不可再生资源煤炭，产生严重烟气污染及粉尘污染，风力发电不仅节能高效，还保护环境，具有较高的推广价值。迄今为止我国风能利用主要是在陆地上，海上风能应用起步较晚，远洋渔船上的风能利用更是处于起步阶段，尚有相当大的潜力可挖。

3 远洋渔船上的风能利用及对鱿钓渔船的适应性分析

近几年来，我国部分沿海地区远洋渔船已开始利用海洋风能发电作为对传统柴油发电机的有益补充。浙江宁波象山正在推行的一种新型小型风力发电机，它能够替代渔船上的柴油发电机，为渔船海上照明、导航提供电源，而且对海洋环境不会造成污染。据渔民粗略估算，一艘渔船用上这样一台小型风力发电机，每年可以节约燃油消耗10 t左右，约8万元。除了宁波象山地区，浙江台州、舟山普陀的部分渔船也开始尝试安装风力发电装置，以解决船上的生活用电和部分生产用电。

相比于其他渔船，远洋鱿钓渔船对电能的消耗尤为巨大。在进行鱿鱼的捕捞作业时通常是利用鱿鱼的趋光性，开启多达一百多盏集鱿灯，进行灯光诱捕作业，如图2所示。相对于传统的远洋鱿钓渔船而言，其捕鱼作业期间所需的大量电能需要消耗大量的燃油，因此捕捞时燃油成本相当高。

图2 鱿钓渔船照明捕捞原理

远洋鱿钓渔船作业海域风力通常在7级以上，这样的环境有利于风力发电装置的有效工作。由于鱿钓作业期间渔船处于随风漂流状态，这种状态能保证风机安装在船上后正对风向，因此可有效提高风机发电效率。另外，相对于拖网渔船、围网渔船等其他类型的渔船而言，捕捞作业时螺旋桨几乎满负荷工作并且还要经常进行相应的操舵动作，由于鱿钓渔船在钓鱼作业时螺旋桨处于停车状态，风力发电装置的运行对渔船的航行阻力和操纵安全没有任何不利影响，因此，从对船舶性能影响的角度来分析，风力发电装置的安装不存在不利影响。

此外，远洋鱿钓渔船的捕捞生产周期较长，有利于风力发电系统的长时间工作。以早期鱿钓渔船到日本海作业为例，一般的鱿钓船从上海或舟山出发，3至4天航程即可到达渔场。原船的储油量，加上增加的油柜，可坚持生产50 多天[1]，这样渔船约有84%的时间漂流在海上进行鱿钓作业。现在，部分鱿钓船经过约50天横渡太平洋。在旺季来临前到达指定海域，此后转战秘鲁海域，进行为期两年的海上生产活动，渔船海上作业的时间更长，使风力发电系统具有充足的时间来进行风力发电，由此可以预见其发电量的可观。

从上述分析不难看出，如果风力发电系统在远洋渔船上得以充分应用，将在很大的程度上减少柴油机的发电量，降低柴油用量，实现远洋鱿钓渔船的节能减排，显著提高渔船的经济效益。

4 远洋鱿钓渔船风电经济与环保效益分析

由于西南大西洋公海渔场具有丰富的鱿鱼资源，目前的远洋鱿钓渔船出海作业海域主要集中在西南大西洋阿根廷、秘鲁附近海域，本文以西南大西洋位于42°～47°S的公海渔场的海况为例进行分析。42°～ 47°S的西南大西洋公海海域位于西风带，来自南极大陆的冷空气与其相遇会形成锋面和气旋，渔场海面大风天气较多，风力一般也都较大，海面上的风速经常在7～8级以上。正是渔场海面上的大风天气为风力发电系统的正常工作提供了基础的风能保障。以主机功率551 kW的普通远洋鱿钓渔船为例，根据上海市2009年下半年渔业油价补助用油量测算标准 ，北太平洋鱿鱼钓船作业时间超过三个月的，耗油系数为0.6642 t/kW，结合主机功率551 kW，计算可得其年耗油量约366 t，以柴油价格7元/kg计，则一艘远洋鱿钓渔船一年的油费约合人民币256万元。由此可见远洋渔船出海作业时，油费的开销较大，若能在船上安装风力发电系统进行风力发电，减少传统柴油机发电量，降低柴油消耗量，将有效降低远洋鱿钓渔船的营运成本。

在一艘设计排水量为958 t的远洋渔船上安装一台额定功率为10 kW的垂直轴风力发电机，假设其一天正常发电时间为20 h，其一天时间将发电200 kW·h。若这些电量用一台额定功率为100 kW的柴油发电机来发电，取其净输出效率为23%，需耗时8.6 h。取这台发电机的燃油消耗率为240 g/kW·h，则需消耗柴油量为：W= 100×240×8.6= 206 400 g=206.4 kg。根据柴油密度0.84 kg/L， 206.4 kg柴油有173.4 L，取柴油价格7元/L，折合现金约1 213.8元。按鱿钓船到秘鲁海域作业200天来算，鱿钓作业期间将节省柴油发电机的油费24.28万元。由此可见，在远洋鱿钓渔船上安装风电装置，其经济效益相当可观。

此外，由于渔船每燃烧一吨柴油排放约40 kg SO2、1.2 kg烟尘以及大量废气。因此，通过安装风力发电装置减少柴油消耗同时具有重大环保意义。

5 结束语

当前远洋鱿钓渔业日益受到不可再生能源危机的影响，传统柴油发电进行远洋鱿钓渔业生产面临着燃油消耗成本不断上升的问题。全球风电技术的迅猛发展，再加上远洋鱿钓渔船作业海域风能资源充沛且没有鸟类等干扰，具有良好的风力发电条件，因此在远洋鱿钓渔船上安装先进的风力发电设备，具有得天独厚的优势。将风力发电系统应用到远洋鱿钓渔船上，不但能减少燃油消耗，有效降低渔船的营运成本，同时可降低渔船的燃油携带量，即提高了渔船的载货能力，因此可显著提高渔民经济收入。另外，其废气排放量的减少对海洋大气环境的保护也具有重要意义。可以预见在不远的将来，风力发电技术必将在远洋鱿钓渔船上得到更加广泛地应用，为人类造福。

[1] 张峰，张建华.风电发展现状与关键技术研究[J].科技与企业，2013，15:137.

[2] 蒙如玲，白先慎，鲍亦和.海上风力发电[C]. 海南科学技术协会，海南省机械工程协会,2007:12-20.

[3] 关伟，卢岩.国内外风力发电概况及发展方向[J].吉林电力，2008,36(1):47-50.

[4] 国家能源局.风电发展“十二五”规划[S].2012.

[5] 胡明堉.鱿钓渔船及其装备的探讨[J].上海水产大学学报，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

国家大学生创新创业训练计划项目(2013103 40005)；浙江省新苗人才计划项目(2014R411001)；国家自然科学基金项目(51109186)；国家星火计划项目(2013 GA700256)；浙江省科技计划项目(2013D40039)；舟山市科技计划项目(2013C11004)。

屠璐琼(1992-)，女，本科。

U674

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