探索“漁光互補”發展光伏農業——以鄂州20MWp農業光伏科技示范園為例

探索“漁光互補” 發展光伏農業
——以鄂州20MWp農業光伏科技示范園為例

趙軼潔1，2， 孟憲學2*， 王聚博3

(1.中國農業科學院研究生院,北京 100081;2.中國農業科學院農業信息研究所,北京 100081;3.中電投科學技術研究院有限公司,北京 100011)

摘要建設生態農業、促進能源供應是我國經濟建設的重要命題。“漁光互補”模式充分利用水面資源，以發展生態農業為核心，以水產養殖業為主體，配套建設光伏發電系統，具有生態、能源、社會多重收益，具有巨大發展空間。

關鍵詞光伏農業;漁光互補;生態農業

中圖分類號S9-9

作者簡介趙軼潔(1985- )，女，河北張家口人，在讀博士研究生，助理研究員，從事農業信息資源管理研究。*通訊作者，研究員，博士，從事農業信息管理研究。

收稿日期2015-06-04

Explore the Complementary Model of Fishery and Photovoltaic Power to Promote Eco-agriculture—A Case Study of Ezhou Agricultural Demonstrative of 20MWp Photovoltaic Power Station

ZHAO Yi-jie1,2, MENG Xian-xue2*, WANG Ju-bo3(1.Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081; 2.Agricultural Information Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081; 3.Institute of Science and Technology of China Power Investments, Beijing 100011)

AbstractTo construct eco-agriculture and to promote energy supply is a significant issue for national economy.The “Complementary Model of Fishery and Photovoltaic Power” makes the best use of the vast surface of fishing ponds to produce clean energy.It centers on the development of eco-agriculture, depends on aquaculture industry, and constructs a photovoltaic power system.It is beneficial in terms of ecology, energy and society, and thus has a huge room for development.

Key words Photovoltaic agriculture; Complementary model of fishery and photovoltaic power; Eco-agriculture

農業是國民經濟基礎，能源是國民經濟的命脈。繼提出并開始執行“資源節約型”和“環境友好型”社會建設任務后，黨的“十八大”進一步強調了生態文明建設的重要性，生態農業的發展上升到了空前的高度。同時電力產業作為國民經濟發展支柱產業，已引起黨中央、國務院的高度重視，其發展受到更為廣泛的關注。如何建設生態農業、促進能源供應成為我國經濟建設的重要命題。

2014年9月2日，國家能源局發布的《關于進一步落實分布式光伏發電有關政策的通知》中提到，應因地制宜利用廢棄土地、荒山荒坡、農業大棚、灘涂、魚塘、湖泊等建設就地消納的分布式光伏電站，鼓勵分布式光伏發電與農戶扶貧、新農村建設、農業設施相結合，促進農村居民生活改善和農業農村發展。這樣既可以發展規模設施農業，又可解決能源不足造成的經濟發展“瓶頸”問題，促進農業、工業共同發展，利用農業建設工業，借助工業促進農業。

1光伏農業與“漁光互補”

光伏農業是光伏電站開發投資與農業開發投資運營的跨界合作項目，它包括光伏農業大棚與“漁光互補”2項重要內容。其中，光伏農業大棚利用的是農業大棚的棚頂放置太陽能板發電，而“漁光互補”則是利用魚塘水面或灘涂濕地，支上光伏組件進行發電。在豐富的養殖水面上架設光伏組件進行發電，形成“上可發電、下可養魚”的創新發展模式，既能充分利用空間、節約土地資源，又能利用光伏電站調節養殖環境，還能優化地區能源結構、改善環境，并可提高單位魚塘產量、增產增收，在水產養殖和光伏產業上實現領域共享。這種模式，即被稱為“漁光互補”模式[1]。

在我國中、東部地區大力發展“漁光互補”，具有廣闊的水面資源，又可就地并網，減少電能輸送帶來的損耗。尤其是人口稠密、土地資源稀缺的東部地區，讓大規模建設光伏電站成為難題，而“漁光互補”模式充分利用水面資源，具有巨大發展空間，在東部地區大規模發展光伏電站切實可行。“漁光互補”模式將以發展生態農業為核心，以水產養殖業為主體，配套建設光伏發電系統，具有生態、能源、社會多重收益，運用新技術，推動科學技術進步，保護自然資源和生態環境。

2項目簡介

鄂州位于湖北省東部，長江中游南岸。全市國土總面積1 504 km2，總人口105萬人，轄鄂城區、華容區、梁子湖區3個市轄區和葛店經濟開發區、鄂州經濟開發區2個市轄省級開發區。隨著負荷的增長，鄂州市電力缺口將不斷增大。“十二·五”期間，鄂州市電力缺額在42萬～65萬kW，“十三·五”期間預計達到75萬～118萬kW[2]。

鄂州20 MWp農業光伏科技示范園發電項目采用“漁光互補”模式，在鄂州市汀祖鎮汀祖村結合水產養殖業建設20 MWp的光伏發電系統，形成一個光伏產業帶動水產業及相關產業發展的示范園區和多功能光伏農業產業基地，大力發展清潔能源，促進生態農業發展，帶動當地就業和產業升級，成為鄂州市、武漢城市圈乃至湖北經濟發展的一個重要增長點，促進社會穩定發展，具有良好的經濟和環境效益。

2.1水產養殖現狀湖北省是農業大省，也是水產大省，多項農產品和水產品的生產規模和產量居全國第一。湖北省具有得天獨厚的漁業資源優勢，全省現有水域總面積166.67萬hm2(2 500萬畝)，宜養水面90.67萬hm2(1 360萬畝)，居全國第一。養殖水面種類涵蓋淡水漁業的所有類型，水質良好，水生生物資源極其豐富，不僅提供了優質的種質資源，而且還提供了優質低廉的餌料資源。眾多的江河湖庫是魚類天然的種質資源庫，全省共有魚類176種，占全國四分之一，水生植物164種，種類占全國的50%以上；底棲動物86種；國家重點保護一級水生野生動物5種(白鰭豚、中華鱘、白鱘、達氏鱘、黿)；國家重點保護的二級水生野生動物8種；省級重點保護的水生野生動物30種。湖北省涉及農業科研和技術推廣的部、省級高等學校和科研所有20余家，近年來他們在生態農業技術研發和推廣上做出了突出貢獻，一批可以促進生態農業發展的科技成果正在全面推廣。大力推進現代生態漁業建設，有助于實現湖北省漁業經濟發展的第2次飛躍，建設漁業經濟強省防控體系，保障水產養殖的順利開展。鄂州市有“百湖之市”的美譽，水域面積4.34萬hm2(65.06萬畝)，大中小型湖泊119個。全市放養面積達到4萬hm2(60萬畝)[3]。2015年全市水產品產量計劃完成47.5萬t，產值70億元，漁民人均年收入達16 000元，分別比上年增長4.72%、8.53%和6.67%，力爭位居全省同行業第一方陣[4]。

然而，傳統的水產養殖僅收獲水產品，收入單一，對土地資源匱乏的我國來說，是一種極大的資源浪費。珍惜和合理利用每一寸土地是我國的基本國策。如何合理充分利用水產養殖土地資源，進行立體化作業，值得重視和思考。

2.2氣候條件太陽能是干凈的、清潔的、儲量極為豐富的可再生能源，太陽能發電是目前世界上先進的能源利用技術。建設農業光伏項目，不消耗煤、石油、天然氣、水、大氣等自然資源；亦不產生有害氣體、污染粉塵，不引起溫室效應、酸雨現象等，可有效的保護生態環境。

鄂州市屬亞熱帶季風氣候，冬冷夏熱，四季分明，雨水充沛，日照充足，初夏多雨，伏秋干旱，無霜期長，年平均氣溫17.0 ℃，極端最高氣溫40.7 ℃，極端最低氣溫-12.4 ℃；大于10 ℃年平均積溫5 424 ℃，無霜期260～270 d，年平均日照2 038.4 h，日照率46%，太陽輻射能110.27 kJ/cm2[5]。

根據湖北省氣象局評審,在區域分布上，湖北省太陽能資源鄂西南最少，鄂東北及鄂西北部分地區最多，詳見圖1[5]。在時間分布上，太陽能資源夏季最豐富，冬季最少，春季多，秋季少，太陽總輻射主要集中在 7、8、9 3個月，詳見圖2，與湖北省電力緊張的夏季同期。鄂州市處于湖北省東部，依據武漢氣象站各經驗系數推算出了鄂州逐月太陽總輻射序列，近30年間鄂州太陽輻射數值區間在4 048～4 941 MJ/m2之間，年日照小時數在1 960～1 980 h之間，光資源豐富，適合建設光伏電站，更能充分利用光資源，實現社會、環境和經濟效益。

圖1　湖北省太陽能資源區域分布

圖2　鄂州市太陽總輻射月際變化

2.3當地電網情況根據鄂州電網供區國民經濟及電力負荷歷史發展水平，并參考《湖北電網“十二·五”發展規劃》專題研究之二《負荷預測專題研究報告》及《鄂州市“十二·五”電網規劃設計報告》，對鄂州負荷進行預測。鄂州電網負荷水平如下：2015年全社會用電量、全社會最大負荷分別達到71億kWh、122萬kW，“十二·五”期間年均增長率分別為5.2%、5.3%；2015年統調用電量、統調最大負荷分別達到62億kWh、113萬kW，“十二·五”期間年均增長率分別為5.4%、6.0%；2020年全社會用電量、全社會最大負荷分別達到100億kWh、170萬kW，“十二·五”期間年均增長率分別為7.1%、6.9%；2020年統調用電量、統調最大負荷分別達到88億kWh、160萬kW，“十二·五”期間年均增長率分別為7.1%、7.3%。隨著負荷的增長，鄂州市電力缺口將不斷增大,“十三·五”達到75萬～118萬kW。

2.4發電情況該工程光伏發電系統主要由太陽能電池板(組件)、匯流電纜、匯流箱、逆變器及升壓系統五大部分組成。工程選用245 Wp多晶硅電池組件，逆變器采用500 kW級逆變器。組件全部采用固定傾角安裝方式，組件支架為三角形鋼支架。

該工程為不可調度式并網太陽能光伏發電系統。太陽能通過太陽能電池組成的光伏陣列轉換成直流電，經過三相逆變器(DC-AC)轉換成三相交流電，再通過升壓變壓器轉換成符合公共電網要求的交流電，直接接入公共電網。

光伏電場除發電外，各生產所需的水泵、加熱器、燈具、2次屏柜等負荷還存在自用電、臨時施工及檢修用電等。站用變設計時按20 MW光伏電場選擇，站用變容量為125 kVA。假定每天滿負荷時間為10 h，負荷率為0.5，則項目持續自用電電量考慮為22.813萬度。

年發電量實際受多方面因素影響，只能在年理論發電量基礎上進行估算。對理論電量總利用率的取值，具體分析如下：太陽電池雜損考慮為3%，太陽電池的接線損耗3.3%，逆變器的運行損耗為5%，交流系統運行損耗共計5%，光伏電場年利用率為97%，光伏電場太陽輻射利用率為95%。年發電量總利用率，為上述分析的各損耗和利用率綜合作用的結果。實際可利用電量為2 613.14×78%=2 038.25萬Wh。在計算光伏電場實際每年上網電量時，需考慮多晶硅太陽電池組件的衰減情況，該光伏電站年均上網電量為1 783.077萬KWh。

該工程采用綠色能源——太陽能，并在設計中采用先進可行的節電、節水及節約原材料的措施，能源和資源利用合理，設計中嚴格貫徹了節能、環保的指導思想，總體布置、技術方案和設備、材料選擇、建筑結構等方面，充分考慮了節能的要求，減少了線路投資，節約了土地資源，并能夠適應地區電網的發展。本工程符合國家的節能政策，符合可持續發展戰略。

2.5效益工程建成后，年平均可為電網提供清潔電能1 783.077萬kWh，按湖北省2011年發電標準煤耗水平為0.332 kgce/kWh 進行折算[6]，該工程年可節約標煤5 370.71 t，減少了不可再生能源——煤的消耗。同時，相應每年可減少粉塵量約為32.46 t/a、二氧化硫量約118.66 t/a、二氧化碳量約270.52 t/a、灰渣渣量約2 154.23 t/a等多種大氣污染物的排放，節能減排效益顯著。

同時，該項目屬于“漁光互補”類型，建成后，原有的小池塘養殖方式將變為大池塘規模化養殖方式，光伏項目也會相應增加漁業產量。考慮光伏板對太陽光遮擋，改變以往的養殖品種和技術，較多集中于喜陰的名特優養殖品種，養殖適合在電池板下“躲太陽”的喜陰魚類，如沙塘鱧、河蟹、黃顙魚等，養殖效益較高。據報道，沙塘鱧和河蟹混養的33.33 hm2(500畝)水面產量螃蟹超過900 kg/hm2(60 kg/畝)[7]。根據實際調研，原漁業收益為(1 200元/畝×700畝)84萬元，該項目建成后漁業收益可達到(700畝×2 500元/畝)175萬元。光伏項目給漁業帶來收益共計91萬元，實現了養殖業的規模化經營和高附加值產出，同時保障了光伏電站的專業運轉與維護。

3“漁光互補”發展前景

自黨的“十四中”五中全會以來，陸續出臺了一系列促進新能源發展的綱領性文件，積極鼓勵開發利用新能源和可再生能源。“漁光互補”模式的發展是新型工業與現代設施農業的完美結合，如配合開發垂釣等休閑服務業，可以實現1、2、3產業的疊加，充分發揮土地的綜合利用效益。提高養殖管理水平，有效利用土地資源，又可破解光伏發電用地困局，達到增加收入，節能減排的目的，從而使水產養殖業與光伏發電互相促進、支撐發展。因此，“漁光互補”是一種經濟環保的新型模式，具有廣闊的發展前景。

用工業理念謀劃水產發展，大力發展低碳、循環漁業，拓展多維發展空間，不斷實現由傳統漁業向現代漁業質的飛躍，符合科教興漁、不斷創新的原則。充分發揮科技作為第一生產力的先導性、全局性和基礎性作用，加快科技創新步伐，促進可持續發展戰略與科教興漁戰略的緊密結合。通過科技進步和制度創新，提高科技對經濟增長的貢獻率，變資源型經濟為效益型經濟，變粗放型經營為集約型經營，實現經濟增長由量的擴張向質的提高轉變。

4結語

光伏農業是個新生事物，國內的光伏農業還處于非常初級的發展階段。只有立足農業，才能推進光伏農業、“漁光互補”模式的積極健康發展。光伏農業在增加農村缺能地區的能源供應量，降低農村生產、生活用能造成的環境污染，在提高農業生產力的同時促進農民增收、增加就業機會等方面將會發揮更大的作用。

參考文獻

[1] 劉漢元，鐘雷，謝偉，等.“漁光互補”在江蘇地區發展前景及應用思考[J].當代畜牧，2014(11)：94-95.

[2] 湖北省電力勘測設計院.賽維鄂州20MWp 農業光伏科技示范園發電工程可行性研究報告書[R].武漢，2013.

[3] 湖北省鄂州水產局.水產養殖如何轉型—轉變“四大支柱”產業發展方式(二)[EB/OL].[2015-04-21].http://www.ezhou.gov.cn/201002/c2437171.htm.

[4] 湖北省鄂州市水產局.2015年水產工作要點[EB/OL].[2015-04-21].http://www.ezscj.cn/SCJ/html/201504/20150403160906.html.

[5] 湖北省氣象局.湖北省太陽能資源的推算、區劃與對策研究[R].武漢，2014.

[6] 湖北省質量技術監督局.火力發電供電煤耗計算方法及限額 [R].武漢，2012.

[7] 韓世成,郭常有,蔣樹義,等.工廠化水體LED光照沉水植物對氨氮的吸收[J].水產學雜志，2013(4)：47-50.