作者:李晨 来源:中国科学报 发布时间:2022/11/27 17:54:29
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航行在“深海粮仓”的梦之养殖船

 

 “国信1号”在海上航行。受访者供图

接近年底,中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所(简称渔机所)深远海养殖装备创新团队首席崔铭超副研究员像往年那样忙碌以外,多了一份喜悦和欣慰。自从今年5月全球首艘10万吨级智慧渔业大型封闭式养殖工船“国信1号”正式交付运营,新的工船设计方案让他忙不暇接。

不少企业纷纷表示意向,将投资数亿元的10万吨级封闭式养殖工船,首艘工船的客户国信集团也追加了30万吨级巨型封闭式养殖“航母”的订单。

“第一艘10万吨级封闭式养殖工船的成果转化金额已经超过千万元,这是我们所历史上最大的成果转化单子。”崔铭超告诉《中国科学报》,“国信1号”养殖的海鱼已经上市,摆上了老百姓的餐桌。

梦船:一张蓝图引发的科研

海产是备受人们欢迎的一种食品。与牛、猪和禽类养殖相比,鱼类养殖具有更高的蛋白转化效率,其饲料转化率分别约为牛、猪和禽类的6倍、3倍和1.5倍。

水产养殖为人们提供了品种丰富、质量优良的水产品,已经成为应对粮食安全及优质动物蛋白保障供给的重要发展方向。然而目前,中国的海水养殖主要集中于沿岸近海,由于养殖密度过大、病害频发和环境恶化等问题,生存空间受到严重挤压。

深远海有广阔空间和优质水源,发展潜力巨大。据估算,中国在深远海适合鱼类养殖的面积有7万多平方公里,几乎未进行任何开发利用。“如果在这些深海海域开展人工鱼类养殖,年产量可达3900万吨。”渔机所科研处处长刘晃研究员说,走向深远海,拓展新空间,发展绿色工业化养殖已经成为必然趋势。

随着科技创新与产业化快速发展,以大型桁架类网箱、养殖工船等为代表的各种类型的大型养殖设施竞相投入产业化应用探索,深远海养殖设施的工业化水平得到显著提高,有望加快深远海养殖产业化发展。

然而,深海养殖在哪里养?养什么?怎么养?这是对深海养殖的“灵魂拷问”。

早在20世纪70年代,中国工程院院士、中国水产科学研究院黄海水产研究所研究员雷霁霖在构想“未来海洋牧场”建设蓝图中提出了海上养鱼工厂的初步设想和愿景。

“他当时画了一张图,在海洋牧场上有一艘养殖船。”中国水产科学研究院黄海水产研究所研究员庄志猛回忆说,养殖工船的构想和雏形大致可以追溯到四五十年前。从此,几代科学家接力完成了大型封闭式养殖工船的研发历程。

当时,中国水产科学研究院渔业机械仪器研究所研究员丁永良长期跟踪海上工业化养鱼研发进程。他梳理总结提出了养殖工船的概念,并指出养殖工船需要构建全过程“完全养殖”,自成体系“独立生产”,要实现机械化、自动化、信息化,以及需要注重“结合旅游”“绿色食品”“全年生产”“后勤保障”等技术方向,为中国封闭式养殖工船技术研发构建了基本的体系框架。

与他们并跑的还有国际渔业“大亨”们。

20世纪90年代到21世纪前叶的近20年期间,世界水产养殖把发展的目光转到公海大洋,提出了海上工业化养鱼以及基于船舶平台养殖的大型养殖工船的概念。

欧美渔业发达国家先后提出了养殖工船设计方案,围绕工船结构、养殖系统、养殖方式等方面开展积极探索研究。

西班牙提出了一种游弋式金枪鱼养殖工船的创意性设想,设计了一艘半潜式养殖工船,养殖舱底可打开,以刚性网箱扩展养殖空间,可航行至地中海、几内亚湾、澳大利亚等海域的渔场接运活捕金枪鱼幼鱼,在10个月内将蓝鳍金枪鱼养成,最后到达日本海域出售。

荷兰发布了船载养殖可行性研究报告,围绕大西洋鲑孵化、繁育、养成与加工,开展了船载养殖的经济可行性分析,结果表明年产量要在1000吨以上才具有经济可行性。

不过,由于欧美发达国家海洋捕捞资源较为丰富,缺乏大规模发展水产养殖的动力,这些研究大多仅停留在概念设计和可行性研究阶段。

改船:机遇与挑战并存

2003年,为了减少油轮漏油对环境造成污染,国际海事组织(IMO)通过了MARPOL73/78防污公约附则Ⅰ修正案,为淘汰单壳油轮制定了时间表,有大量的单壳油轮将被淘汰。在此背景之下,利用便宜的淘汰的单壳油轮改造养殖工船的方案进入了业界视野。

欧洲国家开展了养殖工船的可行性试验验证。土耳其某航运公司将一艘散货船改造成养鱼工船,设有12个养鱼舱和5台海水泵,配备了投饲、增氧、进排水管、照明等设备以及水温、pH、水位和流速等测试仪器,开展了虹鳟的养殖试验,并取得了一定成功。

挪威某公司提出了一种海上浮式生产平台设计方案,将载重15万吨的旧船改造后开展大西洋鲑循环水养殖,年生产量将达到1万~1.5万吨。

航运界传奇人物挪威的John Fredrisksen在2016年希腊海事展上提出,将致力于散货船改装成养殖工船的研发和推广思路。挪威Marine Harvest公司作为世界最大的大西洋鲑生产商,也有计划利用废旧的巴拿马型散装船改造后开展大西洋鲑养殖。

同一时期,中国也瞄准了深远海养殖产业发展态势,中国工程院先后启动实施多项重大、重点咨询研究课题,围绕深远海养殖,提出了大型养殖工船发展策略。

丁永良很快注意到单壳油轮淘汰带来的机遇,同时也观察到国际上渔业强国的研发动向。他向渔机所科研团队建议,应当加紧相关研究,或许将来有机会实现深海封闭式养鱼的梦想。

刘晃介绍,渔机所于2012年立项开展利用油轮改建养殖工船的可行性研究,提出了10万吨级阿芙拉型油轮的养殖工船改建方案。当时设计的养殖水体7.5万立方米,可形成年产4000吨以上海水鱼的养殖能力,并创新研发了一种船载海洋养殖系统,可以选择在水温合适、水质优良的海域进行养殖,还可以应急躲避台风,降低养殖风险。

依托上海市创新行动计划“大型海上渔业综合服务平台总体技术研究(2015~2017)”项目,渔机所的团队开展了大型养殖工船系统功能与总体设计、安全保障和综合性能优化等关键技术研究,完成了国内首艘具备自航能力,集养殖、繁育、加工、物流补给等多功能于一体的10万吨级大型游弋式渔业综合生产平台的工程化总体技术方案。

团队成员研讨设计方案。受访者供图

他们没有“纸上谈兵”,随后又依托青岛海洋科学与技术试点国家实验室鳌山创新计划课题,完成了3000吨级科研示范养殖工船“鲁岚渔61699”的研制改造,并开展了部分功能性试验验证。

刘晃说,就是这个过程中,团队成员不断与不同的企业沟通交流,既了解了生产实际问题,又反复在设计方案上改进和创新。围绕养殖工船总体研究和系统构建等方向,他们进行了不断地探索和尝试,形成了具有自主知识产权的集养殖、繁育、加工、物流补给等多功能于一体的规模化养殖工船技术方案,还先后为企业完成了10万、20万和30万吨级等系列旧船改造养殖工船的可行性研究。

2014 年底,原农业部在北京召开了深远海大型养殖平台构建研讨会,深入讨论了发展深远海养殖的重大意义、海上养殖功能区装备研发以及如何完善辅助功能设施建设等。与会各方都认为用旧船改造成养殖工船的方案可以实现。

2016年,中国水产科学研究院和青岛海洋科学与技术国家实验室联合多家单位一起成立深蓝渔业科技创新联盟。深远海水产养殖是该联盟重点任务之一。这也大大推动了相关研发工作的进展。

然而,当渔机所与合作方准备引进阿芙拉型单壳油轮进行改造时,却发现受到各种国际法规的限制,引进油轮改造的方案难以实现。

造船:遇知音梦想成真

就在改造方案按下暂停键的时候,2017年,渔机所团队通过合作方青岛海洋科学与技术试点国家实验室认识了青岛国信集团的负责人。

作为青岛市人民政府授权青岛市国资委履行出资人职责的国有独资公司,国信集团当时正在考虑向海洋产业拓展业务,然而苦于找不到合适的项目。

深海养殖工船的概念一经托出,就引起了国信集团很大的兴趣。“我们花了一年多时间,让国信集团理解和接受深海封闭式养殖工船的概念和设计理念。最终,他们认为可行,并决定投资建造这艘大型封闭式养殖工船。”崔铭超说。

当时,国际渔业强国也开始了自主建造大型养殖工船的实践。

以挪威为代表的大西洋鲑网箱养殖生产国,深受海虱病害的伤害和环境养殖容量的限制,走出近岸峡湾,走向深远海开放水域成为必然选择。集养殖生产各环节为一体的大型深远海养殖平台成为研发热点。

挪威NSK船舶设计公司设计的开放式养殖工船,拥有6个养殖网箱,养殖水体达40万立方米,还配备了鱼苗输送、饲料投喂、水下增氧、死鱼回收、成鱼收获等养殖装备,将锚泊在离岸开放海域开展生产,每年可养殖1万吨大西洋鲑。

挪威公司研发的封闭式养殖工船设计了6个密闭式养殖舱,养殖总水体6.9万立方米,采用水泵抽取下层海水,能有效将海虱阻挡在外。这艘在建工船预期产能将达到5000吨以上。

2018年,受青岛国信集团委托,渔机所承担了10万吨级大型养殖工船“国信1号”的总体设计任务。从设计方案完成开始造船,到交付给青岛国信集团,“大约用了18个月的时间,克服了多种困难,终于顺利建成”。崔铭超说,他们还同时开展了5000吨级中试船“国信101”的改装设计和大黄鱼船载舱养中试试验。通过两个生长期的养殖试验,实现了大黄鱼集约化船载舱养,养殖密度达到20千克/立方米,养成存活率达到95%以上,生长性能明显优于传统网箱养殖。

2022年5月,全球首艘10万吨级大型养殖工船“国信1号”交付运营,标志着可以适应无限航区要求的海上工业化养殖的开端。

养殖舱水下情况。受访者供图

刘晃介绍,封闭式养殖工船是以“船载舱养”为主体,通过抽取下层优质海水在隔离的鱼舱中进行集约化养殖,单舱水体数千至数万立方米,相当于在海上建立了一座超大型的工厂化养殖车间。它具有游弋功能,规模化的封闭式养殖及综合生产平台,除具有封闭式养殖系统的基本特点之外,还可以游弋在更开放的远海,利用不同海域季节性水文条件,构建全程适宜、水质优良的水温环境,可主动躲避台风侵袭,达到高效安全生产的效果。

国信1号大型养殖工船,载重量10万吨,养殖水体近8万立方米,养殖产能达到3000~5000吨/年,等同于一个5000亩以上的池塘养殖场的鱼产量,相当于50栋以上占地2000平方米的工厂化循环水养殖车间,可以替代3000个以上的近岸“鱼排”。“封闭式养殖工船将引领海水养殖进入规模化、工业化、自动化、智能化的现代渔业阶段。”渔机所所长徐皓研究员说。

徐皓强调,未来,该团队将围绕“在哪养?养什么?怎样养?怎么实现盈利?”等科技问题和产业需求,注重现代装备技术与水产养殖技术的深度融合,一方面选育针对不同海域特点、不同养殖环境、满足市场需求的适养品种,加强船载舱养条件下鱼类行为机理研究,通过对养殖小环境的精准调控,实现可持续福利养殖;另一方面突破工程装备与养殖工艺耦合度较低的问题,研发针对性强、适用性好的精准智能投喂、自动起捕作业、连续生态捕捞、船载加工等技术装备,大力提升养殖工船的机械化、信息化和智能化水平。

 
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