高寒地区“渔光一体”项目技术设计和 工程建设的研究

王晓辉　刘航　张珂欣　张丽园　康萌

摘要：针对东北高纬度、高寒地区“渔光一体”项目在“冰的温度膨胀防治”技术与光伏结构设计方面，面临着行业应用空白与国家标准、规范缺失的现状。在黑龙江北鱼渔业科技有限公司青花湖基地选取标准鱼塘进行实验性研究，持续对项目数据进行采集、分析，获取到高寒地区渔光一体项目实践性资料，解决预应力管桩实施的冻胀冻拔影响，获取稳定可靠的结构设计，同时引进柔性支架技术验证其高透光、透风、高净空的渔业养殖友好性，促进探索多产融合土地复合利用的新型发展模式;“渔光一体”池塘养殖松花江鳜效果显著。

关键词：冰的温度膨胀防治;柔性支架;渔光一体;养殖;松花江鳜

中图分类号：S953.4文献标志码：A

1 综述

1.1 项目概况

肇源县通威100MW渔光一体光伏发电项目由通威新能源有限公司投资开发建设，项目位于黑龙江省大庆市肇源县大兴乡青花湖，地理中心坐标为 45.77°N，124.77°E，高程在128m～131m之间。该项目整个区域面积合计约10000亩，建设规模100.18MWp。

项目采用“渔光一体”模式进行综合开发，将光伏电站与水产养殖业相结合，在鱼塘上建设光伏电站，形成“上可发电，下可养殖”的发电模式。此复合型方式用地，有效节约土地，提高土地利用率。

1.2 技术设计和工程实施的难点、痛点

1.2.1 冰的温度膨胀防治

因项目地处东北高纬度、极寒地区，冬季冰期达6个月以上，历史极限低温达-39℃，最大冰厚可达1.0m以上;且东北地区高寒地带渔光一体项目在“冰的温度膨胀防治”技术与光伏结构设计方面，面临着行业应用空白与国家标准、规范缺失的现状。

为推动高纬度、高寒地区渔光一体项目的突破性应用，通威集团自2018年～2021年，联合清华大学水利水电工程系专家，成立专题项目组，在北鱼青花湖基地选取标准鱼塘进行实验性研究，持續对项目数据进行采集、分析，获取到高寒地区渔光一体项目实践性资料。

1.2.2 光伏与渔业的结合

通过多年研究实践，通威独特的“渔光一体”模式日臻完美，综合成效显著。“渔光一体”模式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。

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，甚至部分同行将“渔光一体”等同于“渔光互补”，对光伏与渔业的结合效果持有疑虑。

通威新能源有限公司结合渔业生产特点，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。常规池塘主要桩基设置在池埂边缘，架空高度提升，拉网捕捞和池塘维护十分方便。

2 研究分析

2.1 寒地“渔光一体”项目桩—冰作用研究

冰是物理特性十分复杂的天然材料，已有的大量研究结果表明，冰本身的结构特性、强度特性、动力特性以及破坏形式均具有高度的复杂性并对外界条件十分敏感，其中温度是对冰材料特性产生影响的重要因素之一。冰力学是一门蓬勃发展的学科，有许多问题有待深入研究，其中冰的温度应力就是其中的一个重要方面。

由水冻结成冰在相变过程中体积会膨胀;同时，冰在升温过程中，体积也会膨胀。在相变过程中，尽管材料会大幅度地膨胀，但这时材料的强度处于很低的水平上，所以不会对结构产生明显的影响。然而，冰在升温过程中的膨胀却是寒冷地区水工结构物的设计和建造中必须考虑的重要因素之一。

相比于库冰、湖冰和海冰，塘冰冰盖面积较小，受岸坡约束作用更为强烈，水体与塘底的热交换更为显著，其热力生消及膨胀应力呈现出特有的规律;尤其在布桩塘面上，冰盖在四周边界约束条件下同时受到桩群的多点密集约束，以及桩体自身的热力特性与冰温的互相耦合，均使得桩冰冻结效应和冰层热应力分布更为复杂，目前尚无相关研究，这种情形下，正确认识桩-冰作用，对于寒地“渔光一体”方案的准确设计及安全运行，具有重要意义。

2.2 通威专利柔性支架

通威聚焦更低系统成本和更为高效的土地复合利用效率，自主研发完成全新的基于“大跨度、零扰度柔性支架技术”的渔光一体结构与电气综合解决方案。通威柔性支架组件阵列下方净空较传统固定支架高3.0m+，东西桩间距不少于40m，占地面积较传统支架减少20%+，这将大大的提高土地的利用率，并且减少钢材和桩基的使用量。在通威新能源有限公司研发团队的努力下，经过研发，开创全球先河的“V”型索系具备独特的反拱工艺，突破性地实现了组件低受力的零挠度组件安装平台，7级风下无抖动和风颤以及独特的低索力+高寿命设计。

目前已获得10多项专利，其中半数为发明专利;已编写 SCI论文5篇、EI论文6篇;发布《基于预应力悬索的光伏系统设计指南》一部。通威柔性支架目前在天津杨家泊一期完成1.65MW的示范项目建设，在多次强风考验中表现优异;已建成包括杨家泊二期（19.008MW），广西东兴（9.782MW），湖南常德（23.232MW）和湖北天门（100MW），广东台山（100MW）等多个项目，技术经济效益显著，并取得行业的广泛关注和跟进。

通威柔性支架提升了以“渔光一体”为代表的光伏农业设施的光环境水平。在通威柔性场景下，组件下方直射光散射路径更长，侧面散射光补给更大，明暗条带更窄且交替更为频繁，显著提升组件下方空间的光照强度和光照均匀度;同时，组件下方水面或作物表面无光照盲区，日间可多次接受光照。为光伏下方设施渔业、设施农业的开展提供了全新的便利性和切实的可行性。每亩渔业产出最高可达传统养殖模式的300%，实现了对国土资源进一步集约化高效利用。

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几乎无差异，池塘的综合性能将得到进一步完善。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。2B8CDA3E-EC2C-4A9B-894C-4EF56567C1DE

2.3 “渔光一体”池塘养殖松花江鳜

光伏电站建设打桩和太阳能采光板遮阳对松花江鳜（Siniperca chuatsi）生长有显著的促进作用，渔业太阳能光伏发电系统具有突出的优点，在高温的夏季，可降低太阳对水体的辐射值，从而降低水中的温度，帮助水中鱼类安全度夏的功能，减少高温性疾病的爆发（见图1）。

2.3.1 解决夏季池塘水温过高问题。夏季水温过高会导致疾病发生，高于28℃很多南方引进的松花江鳜会爆发鳜虹彩病毒病，造成松花江鳜大面积死亡。光伏板遮光可减少日光射入，可防止池塘水温过高而造成疾病爆发。

2.3.2 将松花江鳜摄食高峰提前，减低夜间消化代谢耗氧率。松花江鳜为肉食性底层鱼类，喜栖息于静水或缓流水中，夜间觅食与集群而局，有喜暗怕光的生活习性，摄食高峰出现在深夜，“渔光一体”池塘可将摄食高峰提前到落日后池塘高氧区段，加速松花江鳜消化吸收速度，避免夜晚因水体溶解氧下降而导致的呼吸及消化代谢能耗增加。

2.3.3 解决水体浮游动植物比例问题。适宜的遮光能够提高浮游植物的种类数、密度、生物量和香农威纳指数。光伏组件安装比例为61.8%时，浮游植物的生物量最高，而其浮游动物量最低。

2.3.4 “浮伐”拟态太阳能板。针对没有“渔光一体”项目的池塘，可采取“浮伐”拟态太阳能板的方式，遮蔽部分水面，为松花江鳜提供充足的摄食空间和时间，使其摄食高峰有晚上提前到下午池塘高氧区段，加速松花江鳜消化吸收速度，避免夜晚因水体溶解氧下降而导致的呼吸及消化代谢能耗增加，进一步提高饵料利用率。

2.4渔光小镇模式

通威“渔光小镇”基地，优质而清洁的光伏电力正源源不断地惠及千家万户。作为中国乃至全球唯一一家同时涉足农业和新能源光伏产业的龙头企业，通威真正实现了农业和光伏高效协同发展，并将最终成为全球领先的绿色农业和绿色能源供应商。

以“渔光小镇”创新型的产业融合模式为核心，以渔光文化和当地乡村文化为主题，构建集智慧渔业、光伏发电、文化旅游为一体的产业融合小镇，在发挥核心产业的引擎带动作用同时，塑造绿色田园生态会客厅。

以渔光为核心，乡村文化为基底，织补文旅产品;整合乡村的民俗文化与山水生态文化，以生态资源为本底，以“渔光”文化为主题，以体验原乡文化为特色，打造原乡乡村文化的休闲空间。

通威将打造集新渔业、新能源、新农村为一体的“三新”示范园区，实现一种资源、三大产业的集约式发展。园区按照5A级景区标准打造，围绕“游、赏、智、盈”的园区定位打造标准，具体如下：

游-区位以电力消纳需求大的城市为中心，择一小时交通圈，直抵园区大门，园区内部以水系为动线，有始有终，从大门按部就班，直抵渔光小镇的每一优点，阡陌调畅，一览无余。

赏-园区规划分明，配套立体的观景设置：横向钓位呈“非”字点缀，鱼趣娱乐，纵向绿道青葱，充满科技感的光伏板跃然眼中，于低处设置码头低洼，泛舟深入板下，探寻太阳能的原理，于高处设置高位观景台，渔光山色尽收眼底。

智-通过科普展厅、文化展示长廊，打造文化地标。太阳能路灯、不锈钢鱼群雕塑、宣传栏的太阳能光伏板、以及全部采用太阳能发电装置作为能源供给的景观灯和灭蚊灯，将太阳能元素进行实际呈现，从硬件上将鱼文化、太阳能文化进行渗透，而科普清洁能源和智能渔业核心知识的渔文化长廊的设置，不仅满足访客的休闲垂钓需求，同时展示了园区丰厚的文化底蕴。打造高游憩价值、高文化价值、高科学价值的优质园区。

盈-融入当地元素及周边环境的建筑风格，拥揽风盛水系，感受多彩景观和光伏发电完美结合，可满足游客在此自助烧烤、桌餐等丰富多彩的用餐需求，同时，还可欣赏园区的风景，美景、美食带你度过美好时光。完备的会务场所，配备专业服务，坐拥高级商务空间：园区内配置专业的会务设备，超大的空间可容纳团队、企业在此拓展、会议。用餐的同时，还可欣赏园区的风景，美景、美食带你度過美好时光，体现极高的人文关怀。配套绿色餐厅、钓鱼台、休闲亭（含四方桌椅）、售货亭、观景台、停车场、休憩长椅、等，满足八方来客休闲、餐饮、垂钓的需求。

以“渔光小镇” 创新型的产业融合模式为核心，以渔光文化和乡村文化为主题，构建集智慧渔业、光伏发电、文化旅游为一体的产业融合小镇， 在发挥核心产业的引擎带动作用同时，塑造绿色田园生态会客厅。

3 研究结论

3.1 肇源县通威100MW渔光一体光伏发电项目的实施证明高寒地区渔光一体预应力管桩基础的合理使用，在寒冷气候下支撑结构稳定可靠。

3.2 柔性支架技术的引进减少管桩的使用量，一方面大大缩短了基础施工的作业时间，使得工程建设在东北有限的较好施工时间内得到更全面的规划部署，施工效率更高;另一方面柔性支架管桩横向跨度大（达40m）、净空高度大等明显优势，对养殖的友好性更佳，水面通透性和机械操作更便利。

3.3 在松花江鳜生长方面，61.8%的遮阳对松花江鳜的影响较小，其产量也最高。在农民增收、政府增税、就业增加、企业增效及节能减排等方面的促进作用显著。“渔光一体”项目还带动并有机融合当地产业升级，实现了一、二、三产业的有机联动发展。项目一方面增加村民的塘租收入，另一方面还增加村民的劳务收入，仅光伏发电项目，贫困户每年可增收2000至3000元。

3.4 以“渔光小镇”创新型的产业融合模式为核心，以渔光文化和当地乡村文化为主题，构建集智慧渔业、光伏发电、文化旅游为一体的产业融合小镇，结合属地有限的资源多产融合，探索出一条新的乡村振兴发展思路。

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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

文章編号：16742419（2022）03001505

作者简介：王晓辉（1986.7- ），男，肇源通威新能源科技有限公司工程师。主要从事渔光一体光伏发电项目建设管理和工程技术研究。

通讯作者：康萌（1964.4- ），男，黑龙江省水产技术推广总站副站长、研究员。研究方向：淡水增养殖。2B8CDA3E-EC2C-4A9B-894C-4EF56567C1DE