中国深远海养殖的技术经济分析

落实“大食物观”保障粮食安全,推进中国海洋渔业产业转型升级,拓展海水养殖新空间,采用什么样的发展路径和发展方式是急需回答的关键问题。文章深入分析重力式网箱、桁架类网箱、养殖工船等3种深远海养殖典型生产方式的关键环节技术特点,并在此基础上,运用工程技术经济学原理与方法,进行全产业链技术经济分析与经济效果评价。解析评估表明:重力式网箱是深远海养殖的初步生产方式,也是当前产业发展的主体,但难以适合更深的开放性水域安全性要求。桁架类网箱在北方水域的应用空间有限,而在水温在相对稳定的南方海域,则有较大的发展空间,是特定水域养殖设施走向深远海的发展途径。养殖工船是未来海上工业化养殖的发展方向,但一次性投入强度大,产业链配套是需要逐步完善。文章的分析结果可为深远海养殖渔场建设提供理论参考与借鉴。

基于“船载舱养”模式国内养殖工船的大气和水污染排放控制研究

基于“船载舱养”的养殖工船模式构建理念,结合10万吨级大型养殖工船建造项目,阐述目前法规、国标对养殖工船防止大气污染和防止水污染的控制措施,并对养殖工船设计、建造和营运给出建议。

大型养殖工船氧锥设计与运行效果试验

保证养殖水体适宜的溶氧浓度对养殖鱼类的健康生长至关重要。为满足养殖工船超大封闭水体及高密度养殖的需氧要求,以氧锥作为研究对象,建立氧锥尺寸模型,根据双膜理论与菲克定律以及增氧机增氧能力试验标准,开展氧锥增氧性能试验。结果显示:氧锥出口的溶氧质量浓度能达到40 mg/L,超饱溶氧接近400%,实现超高溶氧饱和度;在氧气进气量为7.6 m^(3)/h,氧锥操作压力为0.07~0.25 MPa条件下,增氧能力受操作压力影响不明显,但是最佳进气量范围受操作压力影响显著。操作压力越大,当氧气进气量增大时,越不容易形成大气泡析出水面,从而保持较高的氧气利用率;在氧气进气量大于6.5 m^(3)/h,操作压力为0.07~0.25 MPa,每个养殖舱配置1个氧锥能满足养殖舱氧量需求。该研究为大型养殖工船增氧设备的工程设计及稳定高效运行提供了基础数据。

养殖工船养殖舱清洁系统的设计与清洁能力分析

为解决养殖工船养殖舱壁固体废料附着堆积、人工清洁效率低、不能及时清理等问题,设计了一种适用于养殖工船养殖舱的清洁系统。该清洁系统结合养殖舱的养殖特点,设计有清洁装置、绕行装置、传动装置以及排污装置。通过仿真试验分析,得到系统合适的运行速度以及清洁装置不同工况下的清洁效率。结果显示,系统的运行速度应该控制在0.5 m/s以内,运行速度越慢,系统的清洁效率越高,提高毛刷的转速能够有效提高清洁效率。毛刷在单位路径下的工作圈数与清洁效率正相关,当运行速度为0.2 m/s、转速为190 r/min时,清洁效果比较理想。清污刮板为30°时,可有效清除残留附着物。研究表明,该清洁系统可解决养殖舱在养殖过程中的清洁问题,且结构紧凑有效,具有较高的工作效率和性价比,有较好的推广价值。

横摇晃荡对矩形工船养殖舱内流场与颗粒物去除的影响

深远海养殖工船游弋式养殖是现代海洋渔业发展的一个重要的方向。基于FLOW-3D软件探究了横摇运动对舱内流场特征的影响,并在此基础上计算了不同横摇工况下流场中废弃颗粒物的去除情况。结果显示:控制横摇周期一定,随着横摇角度从0°增加到2°,舱内流速略有增加。而当横摇角度从2°增加到7°时,舱内流速出现大幅增加,v_(50%)从0.171 m/s增加到0.477 m/s;同时横摇角度的增大也使流速的整体分布更加离散。横摇角度幅值2°以内工况的流动均匀性指数主要集中在0.8~0.85,当横摇角度幅值增加到3°后,养殖舱流动均匀性显著降低,养殖舱内水体流动均匀性指数均小于0.8。当横摇角度幅值一定时,横摇周期缩短,养殖舱内流速急剧增大,各工况流速的v_(50%)与其他分位数呈线性增长趋势而舱内水体的流动均匀性变化并不显著。对于养殖舱内废弃固体颗粒物的去除,在横摇周期和颗粒物自身属性一定时,整个过程分为效果相反的前后两个阶段:从颗粒物投放进入流场至投放后的1 000 s内,横摇角度幅值越小,其去除速率越高;此后直至整个算例的计算结束,横摇角度越大,颗粒物去除速率越高。而横摇周期对养殖舱内颗粒物的去除排出基本没有影响,各个工况颗粒物去除的达标时间极为接近。

基于“船载舱养”模式大型养殖工船制氧系统的设计和应用

基于“船载舱养”的养殖工船模式,结合10万吨级大型养殖工船项目的设计建造过程,研究分析养殖工船制氧系统的设计和应用现状和要点。分析结果表明,虽然制氧技术方面已经较为成熟,但是养殖工船上的制氧系统的设计和应用缺乏船上使用的标准和规范,目前只能参考陆地行业的相关标准,其应用环境和安全条件具有差异性。希望本研究能够引起学者与政策制定者的关注,促进该制氧系统在船舶领域的规范和标准化进程,从而为深海养殖制氧技术的深入研究提供指引。

折角比对养殖工船舱内流场特性的影响

为改善带有顶、底边舱且低径深比的养殖工船养殖舱内流场特性,以提高水产养殖动物福利与经济效益,提出一种结构优化参数折角比(a/B,a为角壁边长,B为养殖舱壁边长),以评估养殖舱内流场的改善效果。基于计算流体动力学(CFD)仿真技术,研究折角比参数a/B(0~0.4)和进水速度(0.8~1.2 m/s)对养殖舱内流场特性的影响。结果显示:不同进水速度下,养殖舱内流体特性的变化趋势一致;养殖舱水力停留时间一致的条件下,当折角比参数0.25≤a/B≤0.40时,养殖舱内流场均匀性较好,平均流速较原方形养殖舱提高35%,能量有效利用率提高70%;角壁附近低流速区域减少,养殖舱中间排水口区域有明显涡柱形成,有助于提高养殖舱系统的自清洁性能。研究表明,折角比参数a/B控制在0.25~0.40时,有助于提高养殖舱系统的能量有效利用率和养殖空间利用率。研究结果可为养殖工船养殖舱的结构设计和优化提供参考依据。

潜水推流器作用下大型圆形养殖池的流场特性

为了探究潜水推流器作用下大型圆形养殖池内的水动力特性,利用研发的无人船搭载声学多普勒流速剖面仪(acoustic doppler current profiler,ADCP)系统现场测定了潜水推流器数量(n=2、4)对圆形养殖池不同水层(h=1.5,2.0,2.5 m)流场分布特性的影响。结果表明:当推流器数量为2个时,大型圆形养殖池1.5、2.0、2.5 m水层池边流速分别为0.4、0.3、0.1 m/s,当推流器数量为4个时,1.5、2.0、2.5 m水层池边流速分别为0.6、0.4、0.3 m/s;水平方向上,养殖池流速随着池边缘距池中心距离的减小而逐渐减小,垂直方向上,流速随着水层深度的增加而逐渐降低;平均流速分布显示,无论利用2个还是4个推流器推流,都能在养殖池内产生旋转流,但高流速仅仅在养殖池边缘附近,且养殖池中心附近的流速接近于0,导致污物很难到达养殖池中心的排污口。研究表明,推流器数量与大型圆形养殖池不同水层流场分布特性密切相关,养殖池内不同水层的平均流速均随着推流器数量的增加而增大;圆形养殖池由中心到池壁均产生较为明显的流场分区现象,高流速区域分布在养殖池表层池壁附近;大尺寸圆形养殖池在初始水动力条件、推流器数量一定时,环流仅在池边产生,池塘中间位置产生环流较小。本研究结果可为大型圆形养殖池内潜水推流器布设方式的改进提供参考依据。

水产养殖领域智能导航无人船关键技术研究

计算机科学与技术、自动控制技术、人工智能技术的快速发展,为智能无人船的开发提供了技术可行性,继无人机、无人驾驶汽车后,无人船也成为研究的热点。传统的水产养殖需要大量的人力劳作,而且人工撒料很容易不均匀,造成饵料的浪费,剩余饵料容易引起水质的恶化,危害水产品的安全。本文设计一种基于差速转向无人船体的水产养殖智能导航无人船系统,采用模块化设计,整合GNSS定位器、姿态传感器、图像采集装置、采样与投放装置、4G通信模块和ARM主控制器技术,通过组合导航信息融合处理,进行路径规划和路径跟踪控制,完成巡航和避障、水质检测、水面异物检测、物料投放等任务。

不同工况下养殖工船纯稳性分析

为增强养殖工船的稳性,保证其在不同工况下的安全性,基于国际海事组织(International Maritime Organization,IMO)的纯稳性丧失衡准,对极端海况下养殖工船的稳性进行计算,并分析相应影响因素。研究成果可为养殖工船纯稳性分析提供一定参考。

我国渔业节能减排研究与发展建议

在实地采样调研和数据分析的基础上,得出我国每年海洋捕捞渔船的燃油消耗为637万t,其中拖网和刺网渔船分别占58.8%和22.2%,是渔船燃油消耗的主体;推算出每年渔船总燃油消耗为790万t,渔业生产领域总能源消耗为1 754万t标准煤,其中水产捕捞、养殖和加工所占的比重分别为66%、21%和13%,并以万元产值能耗为指标对渔业及其主要领域的能源利用水平进行比较分析。在对渔业节能减排总体水平进行全面分析的基础上,指出降低渔业能耗的主要领域是拖网渔船和刺网渔船,控制渔业排放的主要领域是池塘养殖和工厂化养殖;标准化渔船技术、玻璃钢渔船技术、循环水养殖技术等是推进渔业节能减排的主要技术支撑;参考国外渔业节能减排技术状况,提出发展目标和主要措施等方面的建议。

中国深远海养殖发展方式研究

在渔业转型发展进程中,发展深远海养殖是突破生态环境和自然资源约束性挑战,实现新时期中国海水养殖业可持续发展的战略方向。基于联合国粮食及农业组织(FAO)关于深远海养殖发展的定义,结合中国海水养殖业发展水平和海域条件,对中国深远海养殖概念进行了界定。提出养殖品种选择、养殖系统构建、养殖海域规划是关系深远海养殖产业稳步有序发展的重要因素。在养殖品种选择方面,应重点考虑经济潜力、适应水温和养殖技术;在养殖系统构建上,分析比较了不同养殖系统应用于深远海养殖的适宜性、安全性和经济性;在养殖海域规划方面,应重点考虑养殖排放、环境承载力和海域条件。

深远海养殖装备系统方案研究

随着海洋捕捞产量的萎靡、近海生态系统的恶化,人们对健康绿色海产品的需求不断增长,促使了海洋养殖业逐渐迈入深蓝海域,国际社会对开发大洋渔业资源的竞争将变得越来越激烈。利用深远海优质水资源大批量养殖良好经济效益鱼类的深远海养殖,是拓展养殖区域、提高海产品产量的重要方式。通过对现有几个比较成功案例的回顾和比较,针对海上运输业萧条、运输船队过剩等现况,利用项目前期成功经验,对一条30万吨级的矿砂船改造为养殖工船展开技术研究:改造其船体结构,规划养殖方案,设计养殖配套的鱼群调拨、深层测温取水、投饲、排污换水、起捕等系统。总结并归纳待解决的问题,以推动深远海养殖可应用可复制可推广,为构建深蓝渔业战略提供参考。

我国深远海养殖装备发展现状及趋势分析

海水养殖向外海、大型化方向发展是国内外海水养殖的共同趋势。发展深远海养殖对于拓展养殖海域,减轻环境压力,加快推进水产养殖业绿色发展,促进产业转型升级具有重要意义。围绕深远海养殖装备技术,对国内外主要的深水大型网箱和养殖工船的发展现状、技术装备进行分析和比较,并指出目前国内发展存在的差距,展望了我国深远海养殖以后的发展方向。

我国离岸养殖工程发展策略

发展离岸养殖工程对于保障水产品供给、开发蓝色国土资源、实现海洋水域资源的合理利用与有效开发具有重大意义。本文阐述了我国网箱养殖工程发展现状和面临的主要问题,介绍了国外在深水抗风浪网箱和养殖工船方面的研发进展,指出未来离岸养殖工程发展趋势是养殖设施系统大型化、养殖环境生态化、养殖地域外向化、养殖过程低碳化,提出了我国离岸养殖工程发展战略目标是:至2020年,全面形成面向深海、合理分布于主权海域的海上水产品养殖生产与流通体系,实现海洋渔业由"捕"向"养"的根本性转变,建立领先于世界的工业化蓝色农业生产体系。

封闭式养殖工船研发历程回顾

封闭式养殖工船是具有自主航行功能的海上封闭式养殖系统,也是一种综合的海上渔业生产平台,其生产功能以深远海封闭式“船载舱养”为主体,兼具水产品初加工与储运功能。文章回顾了大型封闭式养殖工船研发历经的孕育构想、积极探索和创新研发三个阶段,总结了研发过程中采取的以工业化理念构建现代水产养殖新模式、注重现代装备技术与水产养殖技术的深度融合、加强相关研究成果的专利战略布局等经验做法。中国大型封闭式养殖工船经历了30多年的探索研发,终于从梦想变成为现实,其具有封闭式养殖,环境可控,是高质量绿色养殖方式;游弋式养殖,可充分利用自然条件,是高效的生产模式;大型化发展,发挥规模经济效益,构建综合生产平台等技术特点。未来,围绕养殖工船将形成渔业航母船队,搭建深远海养殖全流程、全周期、全链条的养殖体系,实现海水养殖走向深蓝。

中国深远海养殖装备发展探议及思考

深远海养殖是拓展水产养殖发展新空间、减轻近海生态环境压力的重要途径,对实现水产养殖提质增效、实现渔业现代化、保障世界食物安全和水产养殖业可持续发展具有重要意义,而深远海养殖装备与技术是支撑和实现深远海养殖发展壮大的关键。文章简要介绍了国内外大型桁架式养殖网箱和深远海养殖工船的研究应用现状,指出中国深远海养殖与国外渔业发达国家相比在机械装备自动化、智能化方面仍有较大差距。主要探讨了大型桁架式养殖网箱和深远海养殖工船当前面临的主要问题和未来的研究发展方向,并对未来深远海养殖的发展做了相应的探议及思考,特别是对深远海养殖装备的发展定位、功能拓展、科技支撑等进行了探索和建议。本研究以期为中国深远海养殖装备与技术研发及未来海洋建设提供参考。

基于底层冷海水的船载扇贝保鲜系统设计及性能试验

该文针对船载扇贝的保鲜问题,调查了黄海冷水团在獐子岛集团股份有限公司确权海域的变化,提出了利用养殖海域底层海水保鲜虾夷扇贝(Patinopecten yessoensis)的方式。通过对捕贝作业船保鲜方式的研究,设计了底层冷海水提取系统,并进行了实船改造试验得出以下结论:提取底层冷海水保鲜可使捕捞上来的虾夷扇贝更接近其长期生存的海底环境,减少温度及盐度波动对虾夷扇贝鲜活度的影响,使扇贝缩边及死亡率显著降低;同时底层海水提取系统具有投资小、改造容易及耗能低等优势,改造费用仅为安装制冷机组费用的1/6,耗能仅为制冷装置的1/24,对于受舱室限制而无法安装制冷机组的扇贝采捕船,可以在不占用大量空间的前提下进行改造,对于扇贝运输船可以利用冷水团对扇贝进行保鲜,可大量减少耗能,提高虾夷扇贝鲜活度,符合绿色环保企业发展需求。

利用CFD技术对养殖工船养鱼水舱温度场和流场模拟及验证

为给养殖对象提供适宜生长条件,本文探究了冷水团养殖工船养鱼水舱水体温度、舱底流态与进水流速的关系。利用CFD(Computational fluid dynamics)技术模拟养鱼水舱的传热和流态,设计水舱保温方案,确定最佳进水流速,通过理论计算分析水舱保温效果。研究表明:在无保温层情况下,养殖水体温度与进水流速呈现函数关系:y=-1.75lnx+293.25,外界环境对舱内水体温度影响较大;保温层厚度为30和50mm时,两者均有良好的保温效果。流态模拟表明,该进排水条件下,池中心存在一定规模死水区,最小进水流量为76.3m3/h,此时池底水体旋转速度为17.2cm/s。经分析,可采用硬质聚氨酯泡沫作为水舱保温材料,玻璃钢内衬作为养殖舱壁。理论计算表明设计的保温方案可长时间满足养殖对象对水温的需求,但在高温时段舱盖板应及时关闭。通过温度场和流场数值模拟验证,模拟值与实测值对比,温度误差小于9.1%,速度模拟值和实验值可较好吻合。研究结果表明,所选湍流模型能对养鱼水舱温度场和流场准确模拟,外界温差13℃条件下,养鱼水舱保温层厚度为30mm,设计的保温方案具有良好保温效果,养殖水体水力停留时间应小于1.9h。

大型养殖工船的结构设计

大型养殖工船主要在深远海海域养殖作业,在满足各种作业工况及养鱼布置的条件下要保证船体结构具有足够的强度,需要对养殖工船进行结构设计工作。由于养殖工船船型和使用工况比较特殊,目前还没有根据其特殊性而专门编写的现行规范。本船根据养殖工船总体布置和装载等特点,参照双壳油船规范中适用章节要求计算出船体结构的基本尺寸和规格,再根据其实际装载情况建立有限元模型,采用有限元方法计算其结构强度。计算和分析结果显示:通过双壳油船规范计算的结构尺寸、规格基本满足要求;局部结构强度达不到强度衡准要求的,通过结构加强后,可满足强度衡准要求。通过采用规范中相似船进行船体结构基本设计,再利用有限元方法分析校核结构强度,经验证该计算方法满足结构设计要求。