高寒地區(qū)“漁光一體”項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計(jì)和 工程建設(shè)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(qū)“漁光一體”項(xiàng)目在“冰的溫度膨脹防治”技術(shù)與光伏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，面臨著行業(yè)應(yīng)用空白與國家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范缺失的現(xiàn)狀。在黑龍江北魚漁業(yè)科技有限公司青花湖基地選取標(biāo)準(zhǔn)魚塘進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性研究，持續(xù)對項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析，獲取到高寒地區(qū)漁光一體項(xiàng)目實(shí)踐性資料，解決預(yù)應(yīng)力管樁實(shí)施的凍脹凍拔影響，獲取穩(wěn)定可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，同時引進(jìn)柔性支架技術(shù)驗(yàn)證其高透光、透風(fēng)、高凈空的漁業(yè)養(yǎng)殖友好性，促進(jìn)探索多產(chǎn)融合土地復(fù)合利用的新型發(fā)展模式;“漁光一體”池塘養(yǎng)殖松花江鱖效果顯著。

關(guān)鍵詞：冰的溫度膨脹防治;柔性支架;漁光一體;養(yǎng)殖;松花江鱖

中圖分類號：S953.4文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 綜述

1.1 項(xiàng)目概況

肇源縣通威100MW漁光一體光伏發(fā)電項(xiàng)目由通威新能源有限公司投資開發(fā)建設(shè)，項(xiàng)目位于黑龍江省大慶市肇源縣大興鄉(xiāng)青花湖，地理中心坐標(biāo)為 45.77°N，124.77°E，高程在128m～131m之間。該項(xiàng)目整個區(qū)域面積合計(jì)約10000畝，建設(shè)規(guī)模100.18MWp。

項(xiàng)目采用“漁光一體”模式進(jìn)行綜合開發(fā)，將光伏電站與水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)相結(jié)合，在魚塘上建設(shè)光伏電站，形成“上可發(fā)電，下可養(yǎng)殖”的發(fā)電模式。此復(fù)合型方式用地，有效節(jié)約土地，提高土地利用率。

1.2 技術(shù)設(shè)計(jì)和工程實(shí)施的難點(diǎn)、痛點(diǎn)

1.2.1 冰的溫度膨脹防治

因項(xiàng)目地處東北高緯度、極寒地區(qū)，冬季冰期達(dá)6個月以上，歷史極限低溫達(dá)-39℃，最大冰厚可達(dá)1.0m以上;且東北地區(qū)高寒地帶漁光一體項(xiàng)目在“冰的溫度膨脹防治”技術(shù)與光伏結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，面臨著行業(yè)應(yīng)用空白與國家標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范缺失的現(xiàn)狀。

為推動高緯度、高寒地區(qū)漁光一體項(xiàng)目的突破性應(yīng)用，通威集團(tuán)自2018年～2021年，聯(lián)合清華大學(xué)水利水電工程系專家，成立專題項(xiàng)目組，在北魚青花湖基地選取標(biāo)準(zhǔn)魚塘進(jìn)行實(shí)驗(yàn)性研究，持續(xù)對項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析，獲取到高寒地區(qū)漁光一體項(xiàng)目實(shí)踐性資料。

1.2.2 光伏與漁業(yè)的結(jié)合

通過多年研究實(shí)踐，通威獨(dú)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(yè)生產(chǎn)性能前提下，在水面一定高度架設(shè)光伏電站，實(shí)現(xiàn)水上發(fā)電有效運(yùn)行，水下漁業(yè)生產(chǎn)正常開展的一種新型立體高效的生產(chǎn)方式。

但漁業(yè)與光伏發(fā)電如何有效協(xié)同，池塘漁業(yè)養(yǎng)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(bǔ)”，對光伏與漁業(yè)的結(jié)合效果持有疑慮。

通威新能源有限公司結(jié)合漁業(yè)生產(chǎn)特點(diǎn)，創(chuàng)新性設(shè)計(jì)出柔性支架組件安裝方案，與傳統(tǒng)的固定樁組件安裝方案相比，水泥樁數(shù)量減少85%，每畝由原12根減為1.8根。常規(guī)池塘主要樁基設(shè)置在池埂邊緣，架空高度提升，拉網(wǎng)捕撈和池塘維護(hù)十分方便。

2 研究分析

2.1 寒地“漁光一體”項(xiàng)目樁—冰作用研究

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

由水凍結(jié)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(qiáng)度處于很低的水平上，所以不會對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生明顯的影響。然而，冰在升溫過程中的膨脹卻是寒冷地區(qū)水工結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)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(qiáng)烈，水體與塘底的熱交換更為顯著，其熱力生消及膨脹應(yīng)力呈現(xiàn)出特有的規(guī)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(diǎn)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(jié)效應(yīng)和冰層熱應(yīng)力分布更為復(fù)雜，目前尚無相關(guān)研究，這種情形下，正確認(rèn)識樁-冰作用，對于寒地“漁光一體”方案的準(zhǔn)確設(shè)計(jì)及安全運(yùn)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(tǒng)成本和更為高效的土地復(fù)合利用效率，自主研發(fā)完成全新的基于“大跨度、零擾度柔性支架技術(shù)”的漁光一體結(jié)構(gòu)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(tǒng)固定支架高3.0m+，東西樁間距不少于40m，占地面積較傳統(tǒng)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(fā)團(tuán)隊(duì)的努力下，經(jīng)過研發(fā)，開創(chuàng)全球先河的“V”型索系具備獨(dú)特的反拱工藝，突破性地實(shí)現(xiàn)了組件低受力的零撓度組件安裝平臺，7級風(fēng)下無抖動和風(fēng)顫以及獨(dú)特的低索力+高壽命設(shè)計(jì)。

目前已獲得10多項(xiàng)專利，其中半數(shù)為發(fā)明專利;已編寫 SCI論文5篇、EI論文6篇;發(fā)布《基于預(yù)應(yīng)力懸索的光伏系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(xiàng)目建設(shè)，在多次強(qiáng)風(fēng)考驗(yàn)中表現(xiàn)優(yōu)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(xiàng)目，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著，并取得行業(yè)的廣泛關(guān)注和跟進(jìn)。

通威柔性支架提升了以“漁光一體”為代表的光伏農(nóng)業(yè)設(shè)施的光環(huán)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(cè)面散射光補(bǔ)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(qiáng)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(qū)，日間可多次接受光照。為光伏下方設(shè)施漁業(yè)、設(shè)施農(nóng)業(yè)的開展提供了全新的便利性和切實(shí)的可行性。每畝漁業(yè)產(chǎn)出最高可達(dá)傳統(tǒng)養(yǎng)殖模式的300%，實(shí)現(xiàn)了對國土資源進(jìn)一步集約化高效利用。

隨著通威柔性支架的廣泛運(yùn)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(jìn)一步完善。在環(huán)保漁業(yè)方面，通威漁光一體河蟹養(yǎng)殖模式已成為多地政府治理農(nóng)業(yè)污染的參觀學(xué)習(xí)樣板;將現(xiàn)代工廠化漁業(yè)養(yǎng)殖技術(shù)與漁光一體池塘建立經(jīng)濟(jì)型濕地凈化系統(tǒng)有機(jī)組合，可實(shí)現(xiàn)環(huán)境零污染、魚類高品質(zhì)、產(chǎn)能不下降、效益更穩(wěn)定等諸多訴求目標(biāo)，是通威探索治理漁業(yè)養(yǎng)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(yǎng)殖松花江鱖

光伏電站建設(shè)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(jìn)作用，漁業(yè)太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)具有突出的優(yōu)點(diǎn)，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(fā)（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(dǎo)致疾病發(fā)生，高于28℃很多南方引進(jìn)的松花江鱖會爆發(fā)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(fā)。

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(xí)性，攝食高峰出現(xiàn)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(qū)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(dǎo)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(shù)、密度、生物量和香農(nóng)威納指數(shù)。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(tài)太陽能板。針對沒有“漁光一體”項(xiàng)目的池塘，可采取“浮伐”擬態(tài)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(qū)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(dǎo)致的呼吸及消化代謝能耗增加，進(jìn)一步提高餌料利用率。

2.4漁光小鎮(zhèn)模式

通威“漁光小鎮(zhèn)”基地，優(yōu)質(zhì)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(nóng)業(yè)和新能源光伏產(chǎn)業(yè)的龍頭企業(yè)，通威真正實(shí)現(xiàn)了農(nóng)業(yè)和光伏高效協(xié)同發(fā)展，并將最終成為全球領(lǐng)先的綠色農(nóng)業(yè)和綠色能源供應(yīng)商。

以“漁光小鎮(zhèn)”創(chuàng)新型的產(chǎn)業(yè)融合模式為核心，以漁光文化和當(dāng)?shù)剜l(xiāng)村文化為主題，構(gòu)建集智慧漁業(yè)、光伏發(fā)電、文化旅游為一體的產(chǎn)業(yè)融合小鎮(zhèn)，在發(fā)揮核心產(chǎn)業(yè)的引擎帶動作用同時，塑造綠色田園生態(tài)會客廳。

以漁光為核心，鄉(xiāng)村文化為基底，織補(bǔ)文旅產(chǎn)品;整合鄉(xiāng)村的民俗文化與山水生態(tài)文化，以生態(tài)資源為本底，以“漁光”文化為主題，以體驗(yàn)原鄉(xiāng)文化為特色，打造原鄉(xiāng)鄉(xiāng)村文化的休閑空間。

通威將打造集新漁業(yè)、新能源、新農(nóng)村為一體的“三新”示范園區(qū)，實(shí)現(xiàn)一種資源、三大產(chǎn)業(yè)的集約式發(fā)展。園區(qū)按照5A級景區(qū)標(biāo)準(zhǔn)打造，圍繞“游、賞、智、盈”的園區(qū)定位打造標(biāo)準(zhǔn)，具體如下：

游-區(qū)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(qū)大門，園區(qū)內(nèi)部以水系為動線，有始有終，從大門按部就班，直抵漁光小鎮(zhèn)的每一優(yōu)點(diǎn)，阡陌調(diào)暢，一覽無余。

賞-園區(qū)規(guī)劃分明，配套立體的觀景設(shè)置：橫向釣位呈“非”字點(diǎn)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(shè)置碼頭低洼，泛舟深入板下，探尋太陽能的原理，于高處設(shè)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(biāo)。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(fā)電裝置作為能源供給的景觀燈和滅蚊燈，將太陽能元素進(jìn)行實(shí)際呈現(xiàn)，從硬件上將魚文化、太陽能文化進(jìn)行滲透，而科普清潔能源和智能漁業(yè)核心知識的漁文化長廊的設(shè)置，不僅滿足訪客的休閑垂釣需求，同時展示了園區(qū)豐厚的文化底蘊(yùn)。打造高游憩價值、高文化價值、高科學(xué)價值的優(yōu)質(zhì)園區(qū)。

盈-融入當(dāng)?shù)卦丶爸苓叚h(huán)境的建筑風(fēng)格，擁攬風(fēng)盛水系，感受多彩景觀和光伏發(fā)電完美結(jié)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(qū)的風(fēng)景，美景、美食帶你度過美好時光。完備的會務(wù)場所，配備專業(yè)服務(wù)，坐擁高級商務(wù)空間：園區(qū)內(nèi)配置專業(yè)的會務(wù)設(shè)備，超大的空間可容納團(tuán)隊(duì)、企業(yè)在此拓展、會議。用餐的同時，還可欣賞園區(qū)的風(fēng)景，美景、美食帶你度過美好時光，體現(xiàn)極高的人文關(guān)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(zhèn)” 創(chuàng)新型的產(chǎn)業(yè)融合模式為核心，以漁光文化和鄉(xiāng)村文化為主題，構(gòu)建集智慧漁業(yè)、光伏發(fā)電、文化旅游為一體的產(chǎn)業(yè)融合小鎮(zhèn)， 在發(fā)揮核心產(chǎn)業(yè)的引擎帶動作用同時，塑造綠色田園生態(tài)會客廳。

3 研究結(jié)論

3.1 肇源縣通威100MW漁光一體光伏發(fā)電項(xiàng)目的實(shí)施證明高寒地區(qū)漁光一體預(yù)應(yīng)力管樁基礎(chǔ)的合理使用，在寒冷氣候下支撐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠。

3.2 柔性支架技術(shù)的引進(jìn)減少管樁的使用量，一方面大大縮短了基礎(chǔ)施工的作業(yè)時間，使得工程建設(shè)在東北有限的較好施工時間內(nèi)得到更全面的規(guī)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(dá)40m）、凈空高度大等明顯優(yōu)勢，對養(yǎng)殖的友好性更佳，水面通透性和機(jī)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(chǎn)量也最高。在農(nóng)民增收、政府增稅、就業(yè)增加、企業(yè)增效及節(jié)能減排等方面的促進(jìn)作用顯著?！皾O光一體”項(xiàng)目還帶動并有機(jī)融合當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)升級，實(shí)現(xiàn)了一、二、三產(chǎn)業(yè)的有機(jī)聯(lián)動發(fā)展。項(xiàng)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(wù)收入，僅光伏發(fā)電項(xiàng)目，貧困戶每年可增收2000至3000元。

3.4 以“漁光小鎮(zhèn)”創(chuàng)新型的產(chǎn)業(yè)融合模式為核心，以漁光文化和當(dāng)?shù)剜l(xiāng)村文化為主題，構(gòu)建集智慧漁業(yè)、光伏發(fā)電、文化旅游為一體的產(chǎn)業(yè)融合小鎮(zhèn)，結(jié)合屬地有限的資源多產(chǎn)融合，探索出一條新的鄉(xiāng)村振興發(fā)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(fā)電項(xiàng)目建設(shè)管理和工程技術(shù)研究。

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