李晨 / 來源：中國科學報
“國信1號”在海上航行。受訪者供圖
接近年底，中國水產(chǎn)科學研究院漁業(yè)機械儀器研究所（簡稱漁機所）深遠海養(yǎng)殖裝備創(chuàng)新團隊首席崔銘超副研究員像往年那樣忙碌以外，多了一份喜悅和欣慰。自從今年5月全球首艘10萬噸級智慧漁業(yè)大型封閉式養(yǎng)殖工船“國信1號”正式交付運營，新的工船設(shè)計方案讓他忙不暇接。
不少企業(yè)紛紛表示意向，將投資數(shù)億元的10萬噸級封閉式養(yǎng)殖工船，首艘工船的客戶國信集團也追加了30萬噸級巨型封閉式養(yǎng)殖“航母”的訂單。
“第一艘10萬噸級封閉式養(yǎng)殖工船的成果轉(zhuǎn)化金額已經(jīng)超過千萬元，這是我們所歷史上最大的成果轉(zhuǎn)化單子。”崔銘超告訴《中國科學報》，“國信1號”養(yǎng)殖的海魚已經(jīng)上市，擺上了老百姓的餐桌。
夢船：一張藍圖引發(fā)的科研
海產(chǎn)是備受人們歡迎的一種食品。與牛、豬和禽類養(yǎng)殖相比，魚類養(yǎng)殖具有更高的蛋白轉(zhuǎn)化效率，其飼料轉(zhuǎn)化率分別約為牛、豬和禽類的6倍、3倍和1.5倍。
水產(chǎn)養(yǎng)殖為人們提供了品種豐富、質(zhì)量優(yōu)良的水產(chǎn)品，已經(jīng)成為應(yīng)對糧食安全及優(yōu)質(zhì)動物蛋白保障供給的重要發(fā)展方向。然而目前，中國的海水養(yǎng)殖主要集中于沿岸近海，由于養(yǎng)殖密度過大、病害頻發(fā)和環(huán)境惡化等問題，生存空間受到嚴重擠壓。
深遠海有廣闊空間和優(yōu)質(zhì)水源，發(fā)展?jié)摿薮蟆?jù)估算，中國在深遠海適合魚類養(yǎng)殖的面積有7萬多平方公里，幾乎未進行任何開發(fā)利用?！叭绻谶@些深海海域開展人工魚類養(yǎng)殖，年產(chǎn)量可達3900萬噸。”漁機所科研處處長劉晃研究員說，走向深遠海，拓展新空間，發(fā)展綠色工業(yè)化養(yǎng)殖已經(jīng)成為必然趨勢。
隨著科技創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化快速發(fā)展，以大型桁架類網(wǎng)箱、養(yǎng)殖工船等為代表的各種類型的大型養(yǎng)殖設(shè)施競相投入產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用探索，深遠海養(yǎng)殖設(shè)施的工業(yè)化水平得到顯著提高，有望加快深遠海養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。
然而，深海養(yǎng)殖在哪里養(yǎng)？養(yǎng)什么？怎么養(yǎng)？這是對深海養(yǎng)殖的“靈魂拷問”。
早在20世紀70年代，中國工程院院士、中國水產(chǎn)科學研究院黃海水產(chǎn)研究所研究員雷霽霖在構(gòu)想“未來海洋牧場”建設(shè)藍圖中提出了海上養(yǎng)魚工廠的初步設(shè)想和愿景。
“他當時畫了一張圖，在海洋牧場上有一艘養(yǎng)殖船。”中國水產(chǎn)科學研究院黃海水產(chǎn)研究所研究員莊志猛回憶說，養(yǎng)殖工船的構(gòu)想和雛形大致可以追溯到四五十年前。從此，幾代科學家接力完成了大型封閉式養(yǎng)殖工船的研發(fā)歷程。
當時，中國水產(chǎn)科學研究院漁業(yè)機械儀器研究所研究員丁永良長期跟蹤海上工業(yè)化養(yǎng)魚研發(fā)進程。他梳理總結(jié)提出了養(yǎng)殖工船的概念，并指出養(yǎng)殖工船需要構(gòu)建全過程“完全養(yǎng)殖”，自成體系“獨立生產(chǎn)”，要實現(xiàn)機械化、自動化、信息化，以及需要注重“結(jié)合旅游”“綠色食品”“全年生產(chǎn)”“后勤保障”等技術(shù)方向，為中國封閉式養(yǎng)殖工船技術(shù)研發(fā)構(gòu)建了基本的體系框架。
與他們并跑的還有國際漁業(yè)“大亨”們。
20世紀90年代到21世紀前葉的近20年期間，世界水產(chǎn)養(yǎng)殖把發(fā)展的目光轉(zhuǎn)到公海大洋，提出了海上工業(yè)化養(yǎng)魚以及基于船舶平臺養(yǎng)殖的大型養(yǎng)殖工船的概念。
歐美漁業(yè)發(fā)達國家先后提出了養(yǎng)殖工船設(shè)計方案，圍繞工船結(jié)構(gòu)、養(yǎng)殖系統(tǒng)、養(yǎng)殖方式等方面開展積極探索研究。
西班牙提出了一種游弋式金槍魚養(yǎng)殖工船的創(chuàng)意性設(shè)想，設(shè)計了一艘半潛式養(yǎng)殖工船，養(yǎng)殖艙底可打開，以剛性網(wǎng)箱擴展養(yǎng)殖空間，可航行至地中海、幾內(nèi)亞灣、澳大利亞等海域的漁場接運活捕金槍魚幼魚，在10個月內(nèi)將藍鰭金槍魚養(yǎng)成，最后到達日本海域出售。
荷蘭發(fā)布了船載養(yǎng)殖可行性研究報告，圍繞大西洋鮭孵化、繁育、養(yǎng)成與加工，開展了船載養(yǎng)殖的經(jīng)濟可行性分析，結(jié)果表明年產(chǎn)量要在1000噸以上才具有經(jīng)濟可行性。
不過，由于歐美發(fā)達國家海洋捕撈資源較為豐富，缺乏大規(guī)模發(fā)展水產(chǎn)養(yǎng)殖的動力，這些研究大多僅停留在概念設(shè)計和可行性研究階段。
改船：機遇與挑戰(zhàn)并存
2003年，為了減少油輪漏油對環(huán)境造成污染，國際海事組織（IMO）通過了MARPOL73/78防污公約附則Ⅰ修正案，為淘汰單殼油輪制定了時間表，有大量的單殼油輪將被淘汰。在此背景之下，利用便宜的淘汰的單殼油輪改造養(yǎng)殖工船的方案進入了業(yè)界視野。
歐洲國家開展了養(yǎng)殖工船的可行性試驗驗證。土耳其某航運公司將一艘散貨船改造成養(yǎng)魚工船，設(shè)有12個養(yǎng)魚艙和5臺海水泵，配備了投飼、增氧、進排水管、照明等設(shè)備以及水溫、pH、水位和流速等測試儀器，開展了虹鱒的養(yǎng)殖試驗，并取得了一定成功。
挪威某公司提出了一種海上浮式生產(chǎn)平臺設(shè)計方案，將載重15萬噸的舊船改造后開展大西洋鮭循環(huán)水養(yǎng)殖，年生產(chǎn)量將達到1萬~1.5萬噸。
航運界傳奇人物挪威的John Fredrisksen在2016年希臘海事展上提出，將致力于散貨船改裝成養(yǎng)殖工船的研發(fā)和推廣思路。挪威Marine Harvest公司作為世界最大的大西洋鮭生產(chǎn)商，也有計劃利用廢舊的巴拿馬型散裝船改造后開展大西洋鮭養(yǎng)殖。
同一時期，中國也瞄準了深遠海養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)發(fā)展態(tài)勢，中國工程院先后啟動實施多項重大、重點咨詢研究課題，圍繞深遠海養(yǎng)殖，提出了大型養(yǎng)殖工船發(fā)展策略。
丁永良很快注意到單殼油輪淘汰帶來的機遇，同時也觀察到國際上漁業(yè)強國的研發(fā)動向。他向漁機所科研團隊建議，應(yīng)當加緊相關(guān)研究，或許將來有機會實現(xiàn)深海封閉式養(yǎng)魚的夢想。
劉晃介紹，漁機所于2012年立項開展利用油輪改建養(yǎng)殖工船的可行性研究，提出了10萬噸級阿芙拉型油輪的養(yǎng)殖工船改建方案。當時設(shè)計的養(yǎng)殖水體7.5萬立方米，可形成年產(chǎn)4000噸以上海水魚的養(yǎng)殖能力，并創(chuàng)新研發(fā)了一種船載海洋養(yǎng)殖系統(tǒng)，可以選擇在水溫合適、水質(zhì)優(yōu)良的海域進行養(yǎng)殖，還可以應(yīng)急躲避臺風，降低養(yǎng)殖風險。
依托上海市創(chuàng)新行動計劃“大型海上漁業(yè)綜合服務(wù)平臺總體技術(shù)研究（2015~2017）”項目，漁機所的團隊開展了大型養(yǎng)殖工船系統(tǒng)功能與總體設(shè)計、安全保障和綜合性能優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)研究，完成了國內(nèi)首艘具備自航能力，集養(yǎng)殖、繁育、加工、物流補給等多功能于一體的10萬噸級大型游弋式漁業(yè)綜合生產(chǎn)平臺的工程化總體技術(shù)方案。
團隊成員研討設(shè)計方案。受訪者供圖
他們沒有“紙上談兵”，隨后又依托青島海洋科學與技術(shù)試點國家實驗室鰲山創(chuàng)新計劃課題，完成了3000噸級科研示范養(yǎng)殖工船“魯嵐?jié)O61699”的研制改造，并開展了部分功能性試驗驗證。
劉晃說，就是這個過程中，團隊成員不斷與不同的企業(yè)溝通交流，既了解了生產(chǎn)實際問題，又反復(fù)在設(shè)計方案上改進和創(chuàng)新。圍繞養(yǎng)殖工船總體研究和系統(tǒng)構(gòu)建等方向，他們進行了不斷地探索和嘗試，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的集養(yǎng)殖、繁育、加工、物流補給等多功能于一體的規(guī)?；B(yǎng)殖工船技術(shù)方案，還先后為企業(yè)完成了10萬、20萬和30萬噸級等系列舊船改造養(yǎng)殖工船的可行性研究。
2014 年底，原農(nóng)業(yè)部在北京召開了深遠海大型養(yǎng)殖平臺構(gòu)建研討會，深入討論了發(fā)展深遠海養(yǎng)殖的重大意義、海上養(yǎng)殖功能區(qū)裝備研發(fā)以及如何完善輔助功能設(shè)施建設(shè)等。與會各方都認為用舊船改造成養(yǎng)殖工船的方案可以實現(xiàn)。
2016年，中國水產(chǎn)科學研究院和青島海洋科學與技術(shù)國家實驗室聯(lián)合多家單位一起成立深藍漁業(yè)科技創(chuàng)新聯(lián)盟。深遠海水產(chǎn)養(yǎng)殖是該聯(lián)盟重點任務(wù)之一。這也大大推動了相關(guān)研發(fā)工作的進展。
然而，當漁機所與合作方準備引進阿芙拉型單殼油輪進行改造時，卻發(fā)現(xiàn)受到各種國際法規(guī)的限制，引進油輪改造的方案難以實現(xiàn)。
造船：遇知音夢想成真
就在改造方案按下暫停鍵的時候，2017年，漁機所團隊通過合作方青島海洋科學與技術(shù)試點國家實驗室認識了青島國信集團的負責人。
作為青島市人民政府授權(quán)青島市國資委履行出資人職責的國有獨資公司，國信集團當時正在考慮向海洋產(chǎn)業(yè)拓展業(yè)務(wù)，然而苦于找不到合適的項目。
深海養(yǎng)殖工船的概念一經(jīng)托出，就引起了國信集團很大的興趣?！拔覀兓艘荒甓鄷r間，讓國信集團理解和接受深海封閉式養(yǎng)殖工船的概念和設(shè)計理念。最終，他們認為可行，并決定投資建造這艘大型封閉式養(yǎng)殖工船。”崔銘超說。
當時，國際漁業(yè)強國也開始了自主建造大型養(yǎng)殖工船的實踐。
以挪威為代表的大西洋鮭網(wǎng)箱養(yǎng)殖生產(chǎn)國，深受海虱病害的傷害和環(huán)境養(yǎng)殖容量的限制，走出近岸峽灣，走向深遠海開放水域成為必然選擇。集養(yǎng)殖生產(chǎn)各環(huán)節(jié)為一體的大型深遠海養(yǎng)殖平臺成為研發(fā)熱點。
挪威NSK船舶設(shè)計公司設(shè)計的開放式養(yǎng)殖工船，擁有6個養(yǎng)殖網(wǎng)箱，養(yǎng)殖水體達40萬立方米，還配備了魚苗輸送、飼料投喂、水下增氧、死魚回收、成魚收獲等養(yǎng)殖裝備，將錨泊在離岸開放海域開展生產(chǎn)，每年可養(yǎng)殖1萬噸大西洋鮭。
挪威公司研發(fā)的封閉式養(yǎng)殖工船設(shè)計了6個密閉式養(yǎng)殖艙，養(yǎng)殖總水體6.9萬立方米，采用水泵抽取下層海水，能有效將海虱阻擋在外。這艘在建工船預(yù)期產(chǎn)能將達到5000噸以上。
2018年，受青島國信集團委托，漁機所承擔了10萬噸級大型養(yǎng)殖工船“國信1號”的總體設(shè)計任務(wù)。從設(shè)計方案完成開始造船，到交付給青島國信集團，“大約用了18個月的時間，克服了多種困難，終于順利建成”。崔銘超說，他們還同時開展了5000噸級中試船“國信101”的改裝設(shè)計和大黃魚船載艙養(yǎng)中試試驗。通過兩個生長期的養(yǎng)殖試驗，實現(xiàn)了大黃魚集約化船載艙養(yǎng)，養(yǎng)殖密度達到20千克/立方米，養(yǎng)成存活率達到95%以上，生長性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)網(wǎng)箱養(yǎng)殖。
2022年5月，全球首艘10萬噸級大型養(yǎng)殖工船“國信1號”交付運營，標志著可以適應(yīng)無限航區(qū)要求的海上工業(yè)化養(yǎng)殖的開端。
養(yǎng)殖艙水下情況。受訪者供圖
劉晃介紹，封閉式養(yǎng)殖工船是以“船載艙養(yǎng)”為主體，通過抽取下層優(yōu)質(zhì)海水在隔離的魚艙中進行集約化養(yǎng)殖，單艙水體數(shù)千至數(shù)萬立方米，相當于在海上建立了一座超大型的工廠化養(yǎng)殖車間。它具有游弋功能，規(guī)?；姆忾]式養(yǎng)殖及綜合生產(chǎn)平臺，除具有封閉式養(yǎng)殖系統(tǒng)的基本特點之外，還可以游弋在更開放的遠海，利用不同海域季節(jié)性水文條件，構(gòu)建全程適宜、水質(zhì)優(yōu)良的水溫環(huán)境，可主動躲避臺風侵襲，達到高效安全生產(chǎn)的效果。
國信1號大型養(yǎng)殖工船，載重量10萬噸，養(yǎng)殖水體近8萬立方米，養(yǎng)殖產(chǎn)能達到3000~5000噸/年，等同于一個5000畝以上的池塘養(yǎng)殖場的魚產(chǎn)量，相當于50棟以上占地2000平方米的工廠化循環(huán)水養(yǎng)殖車間，可以替代3000個以上的近岸“魚排”。“封閉式養(yǎng)殖工船將引領(lǐng)海水養(yǎng)殖進入規(guī)?；⒐I(yè)化、自動化、智能化的現(xiàn)代漁業(yè)階段?！睗O機所所長徐皓研究員說。
徐皓強調(diào)，未來，該團隊將圍繞“在哪養(yǎng)？養(yǎng)什么？怎樣養(yǎng)？怎么實現(xiàn)盈利？”等科技問題和產(chǎn)業(yè)需求，注重現(xiàn)代裝備技術(shù)與水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)的深度融合，一方面選育針對不同海域特點、不同養(yǎng)殖環(huán)境、滿足市場需求的適養(yǎng)品種，加強船載艙養(yǎng)條件下魚類行為機理研究，通過對養(yǎng)殖小環(huán)境的精準調(diào)控，實現(xiàn)可持續(xù)福利養(yǎng)殖；另一方面突破工程裝備與養(yǎng)殖工藝耦合度較低的問題，研發(fā)針對性強、適用性好的精準智能投喂、自動起捕作業(yè)、連續(xù)生態(tài)捕撈、船載加工等技術(shù)裝備，大力提升養(yǎng)殖工船的機械化、信息化和智能化水平。
來源：中國科學報
