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漁業LED集魚燈具技術發展現況與趨勢

台灣經濟研究院/許家銘 助理研究員

近年來環保意識抬頭,節能減碳已成為世界發展趨勢,這股熱潮亦蔓延至漁業燈具產業。自2012年起,許多國家陸續禁止生產及進口高耗能之白熾燈泡,逐漸由LED取而代之。LED具有發光效能高、使用壽命長及可回收等特性,有效降低遠洋漁船經長途航行所耗費之高電量與高油料成本。本文即以亞洲國家漁業燈具發展現況,洞悉未來趨勢,探討LED燈具與傳統燈具之技術差異,藉由漁民使用意願,切入企業與漁民期許政策補貼之需求,導引智慧科技應用於智能化集魚燈具開發,促進產業永續發展。

LED集魚燈具向上發展,仰賴光學、機械及電力科技之整合進步,為創造漁民最大收益,產業界不斷在燈具規格與應用面追求創新。光源指向性、特定波長及色溫,為導引研究人員持續探索魚類生理與魚種誘集光型之重要關鍵因素。

亞洲國家漁業燈具發展現況

傳統火誘網漁船常使用的鹵素燈具,雖於功率方面領先LED集魚燈,但由於光強度的大幅提升,易造成人體視網膜之危害,而漁船用電量過高導致火燒船之意外亦時有耳聞,使漁船作業增添不少潛在危險,由此可見,開發LED集魚燈是燈火漁業國家刻不容緩的發展目標,為此,本文整理台灣、日本及中國之漁業燈具發展現況如下。

(一)臺灣

國內光電與製造業者相中漁業燈具之龐大商機,以模組化、輕量化為設計目標,根據水下生物趨光特性,研發具誘魚效果之發光二極體(Light-Emitting Diode, LED)節能燈具,並實際應用於海上實船測試,成功達到瞬間啟滅與輕負載等設計特性。在應用方面,莊哲豪(2018)研究指出,比較傳統高強度氣體放電燈(High Intensive Discharge, HID)之效能,換裝LED燈約可減少80%之耗電量與20%油耗成本,所捕撈之漁獲量與HID燈相當。

放眼我國遠洋集魚燈具研發成果,2018年台灣國際漁業展展出燈具以玉晶光電股份有限公司所研發之產品最為顯眼,該公司推出1,500W高功率雙色秋刀魚燈具,採用鋼化玻璃罩減少輻射熱能,為增進誘魚與集魚效果,研發可調變控制系統,可依作業環境切換燈色。另展示1,800W高功率魷魚燈燈具,結構以鋁合金材質搭配陽極工藝,通過抗鹽害與抗腐蝕測試,以水冷式專利設計增強燈具散熱性,並利用智能溫控系統防止燈體過熱,其IP68防水等級亦合乎海上作業需求。以高雄市前鎮區漁港約100艘遠洋漁船為例,已有30多艘安裝LED燈具;此外,該公司積極拓展中國市場,銷售版圖已遍布千餘艘漁船,為目前領先業界之創新產品(王中一,2018)。

(二)日本

日本當局宣布,2020年將全面廢除白熾燈泡與螢光燈具,面對國際環保與趨勢,漁業集魚燈具將由LED取而代之,利用LED集魚燈特定波長之穿透性與高度指向性,將光線穿透海水深層,對魚群產生誘集效果(蔡佩玲,2016)。根據日刊水產經濟新聞(2015)報導指出,東和電機所研發之LED集魚燈已廣泛使用於漁業界,並頗受好評;經海上實船試驗成果顯示,單艘19噸級漁船若將燈具全數更換為LED燈,相對於傳統白熾燈而言,約可省下將近90%之耗電量,相當於傳統漁船在漁撈作業上所產生的耗電量,其經濟效益相當可觀。在技術創新方面,研發可調光操作面板與電源裝置,船長可依操作習慣進行燈具分組,並可調整多個燈具光線明暗度,其電源最多可控制八組200W燈具,該公司LED集魚燈不僅節能效果良好,亦可提升漁獲效率。

(三)中國

中國遠洋漁業以秋刀魚棒受網與魷釣船隊居多,其中,遠洋魷釣漁船已達600多艘,惟目前作業漁船所使用之燈具主要以2,000~4,000瓦的大功率鹵素燈為主;然而,近幾年有賴中國當局推動節能減排政策,業者陸續投入節能環保LED集魚燈開發,由上海佛德照明設備有限公司所研發之LED集魚燈具,單盞燈具包含五個模組,每個模組可封裝適合魚種之LED,並可任意切換燈色及亮度,正常使用壽命可達五年以上,相較於金屬鹵素燈約可節省60%的耗油量,並可降低燈具維修成本。浙江省海洋與漁業局(2017)指出,目前遠洋漁船常以鹵素燈及LED集魚燈之混合誘集方式出海作業,為突顯LED燈具優勢,2017年寧泰76號漁船率先全面換裝LED燈具,並出航至南太平洋祕魯群島進行魷釣作業,相較於傳統漁船,油耗量約節省40%,漁獲量亦提升30%,效益十分可觀。

由於LED發光效率與燈具設計結構之進步,各國業者推出燈具之瓦數從100~1,500W皆可迎合市場需求(表1)。綜整市面上LED集魚燈具產品概況,平板型模式化燈具為目前市場主流,可依實際需求串接多盞燈具,以擴大海面照射範圍;發光效率與色溫取決於所封裝之LED燈粒效率;冷卻方式多以燈具背面搭載鰭片做自然對流散熱,惟玉晶光電係以水冷方式進行燈體降溫;基於海上作業困難,燈具重量追求輕量化、機構材質耐久性更佳依然是客戶所期待之目標,而燈具利用可調變系統切換燈色作業亦是具有創新性之新選擇。

表1 LED商用集魚燈具產品概況

A-I-M航太工具機產業技術大聯盟推動概況
資料來源:成功大學漁船中心、本研究整理(2018)。

LED燈具與傳統燈具技術差異

我國四面環海,擁有豐富的海洋生態資源,以燈火照明演進歷程來說,古早焚寄網捕魚工法,於火船上點燃火束,利用漁火趨光性吸引魚群躍出水面,再以圍網將一躍而上之魚兒迅速捕撈至作業船。隨著燈具產業之興起,多數漁民裝設鎢絲、鹵素燈泡或高壓汞燈等傳統燈具進行漁撈作業,然而多數傳統燈具之光波長穿透力低,需要提供大功率來增加其水中穿透能力,但當瓦數大幅提升將會消耗過多的電力,造成能源的浪費,而傳統燈具所產生的高溫,以及燈座接頭長期裸露在外,若不慎造成漏電,容易危害操作人員的生命安全,嚴重者更導致漁船失火,相對也衍生出許多國際漁業糾紛等問題。

LED集魚燈具向上發展,仰賴光學、機械及電力科技之整合進步,為創造漁民最大收益,產業界不斷在燈具規格與應用面追求創新,係漁業照明市場詢問度最高之燈具產品。另外,光源指向性、特定波長及色溫,更是在LED波長技術純熟下,導引研究人員持續探索魚類生理與魚種誘集光型之重要關鍵因素。

以遠洋漁業為例,秋刀魚對於光源具有趨光性,當漁船抵達作業漁場時,先開啟船舷所架設之白光、紅光LED燈,將光線照射至海面,讓魚群聚集於漁船附近,方便利用洋流將漁網張開擺動;當魚群密集群聚時,依序將下風處的白光LED燈關掉,將魚群導引至上風處,並將上風處切換為紅光LED,此時魚群會被紅光吸引,開始集中跳動,即可揚起漁網進行收網作業。魷魚誘集光型則與秋刀魚明顯不同,魷魚喜愛聚集於陰暗處,必須設計明暗交替的誘集光型;當漁船抵達作業漁場時,開啟固定側船舷白光、綠光LED燈,將光線照射至海面,以吸引魷魚聚集於魷釣機的下釣處,此時即啟動自動魷釣機,將掛有餌物之捲輪,以滾輪方式深入海中,吸引船舷陰暗處之魷魚依序上勾,進入網台後則可滑入船艙進行選別及冷凍處理(郭正元等,2013)。

影響漁民選用LED集魚燈之因素,以漁獲量及燈具價格為主要關鍵因素。可藉由各部會相關創新研發計畫扮演委託研究的角色,由企業主導燈具研發,漁民進行海上實船試驗,以垂直分工之運作模式,加速漁民對產品的應用。

漁獲量統計分析

依據聯合國糧農組織(FAO)資料,2016年全球捕撈漁業與養殖漁業總生產量約1億7,090萬公噸,其中全球捕撈漁業約9,090萬公噸,占世界總產量53.2%。2016年中國持續蟬聯海洋捕撈產量大國,其次為印尼、印度、美國及俄羅斯,我國海洋捕撈產量約75萬公噸,全球排名第23位,比2015年產量減少23.9萬公噸,並下降三個名次。

根據2017年台閔地區漁業統計概要資料顯示,目前具有高經濟之漁業種類可分為近海扒網、近海棒受網、遠洋魷釣漁業及遠洋秋刀魚漁業等(表2)。其中,遠洋漁業漁產量為55.6萬公噸,與2016年漁產量58.4萬公噸比較,減產約28萬公噸,減量比率4.75%。魷魚總產量為8.2萬公噸,雖然比2016年2.9萬公噸明顯成長,但與2014年、2015年動輒超過20多萬公噸之漁獲量相較已大不如前;而秋刀魚總產量為10.4萬公噸,與2015年、2016年相比,減量超過4萬公噸,減量比率與近一年比較約為28.5%。

表2 我國主要漁業種類漁獲量比較表

我國主要漁業種類漁獲量比較表
資料來源:中華民國台閩地方「漁業統計年報」、本研究整理(2018)。

目前我國動力漁船約1.2萬艘,作業漁場遍及台灣沿近海與三大洋,由於海洋生態資源日漸匱乏,每年漁獲量呈現不穩定狀態,在高油價的時代若非能滿載而歸,將直接衝擊漁民出海成本。為將資源利用極大化,亦有船東基於季節交替之便,採用「兼營」方式,意指上半年度啟程前往阿根廷、福克蘭群島捕撈魷魚,年中回台卸貨並進行定期保養後,下半年度出航前往北海道外海捕撈秋刀魚,於年底返航。經高雄市政府海洋局統計,目前兼營秋刀魚與魷魚漁船在高雄港約有100艘;若以單艘CT-7(500噸以上未滿1,000噸)等級以上之動力漁船而言,約可裝設500盞300W燈具,以每盞售價新台幣四萬元估算,整船LED燈具約有2,000萬商業價值,若可順利推廣至我國總體動力漁船,估計可達數十億之市場商機,由此可見,燈火漁業在我國漁業產業扮演極重要的角色。

漁民使用意願

過去十年LED產業蓬勃發展,帶動周邊產業的營運成長,而走進漁港,仍會發現傳統燈具的占有率大於LED燈具。張家銓(2017)研究指出,影響漁民選用LED集魚燈之因素可分為價格、漁獲量、操作方便性、冷卻、光照穿透度與照明範圍、節能環保與職業災害及使用意願等七大項,其中船東認為,漁獲量多寡將直接衝擊當年度的總收益,間接影響換裝LED燈具之意願,因此,漁獲是否豐收乃是漁民目前最為關心之重點指標。

面對漁獲量的不穩定,不僅影響魚市場價格,更使漁民對於LED燈具是否能帶來豐碩的漁獲量感到存疑。Yamashita (2012)研究指出,利用九艘同時裝設總耗能為9kW之藍色LED燈具實驗船,分別於日本對馬海峽及北海道外海進行海上實船測試,以及Kuo (2018)以透鏡強化LED燈具,其研究結果均顯示,燈具之亮度為影響捕撈能力之首要原因,燈具功率愈強者捕撈能力愈強,其次原因則為月齡朔望及月分季節之差異,顯示漁民憑藉高亮度即能獲得高漁獲量之捕撈經驗並非毫無根據。但由於科普知識未能有效傳遞,雖HID燈瓦數與光強度較大,其光源並無具有非指向性(圖1、圖2),且水中光線傳導距離不及LED燈,不但浪費70%的發光能源,亦徒增非必要之能源成本,甚至對操作人員的健康(視力、皮膚)造成嚴重的威脅。

圖1   LED燈具照射光幕為指向性,光場集中度較高
▲ 圖1 LED燈具照射光幕為指向性,光場集中度較高。
資料來源:成功大學漁船中心提供(2018)。
圖2   傳統HID燈具照射光幕較無指向性,光場較為發散
▲ 圖2 傳統HID燈具照射光幕較無指向性,光場較為發散。
資料來源:成功大學漁船中心提供(2018)。

其次,燈具價格亦為影響漁民換裝LED燈具之關鍵因素之一,廣義來說,價格取決於發光效率與消耗功率而有所差異。比較燈具價格(表3)可知,單盞傳統HID燈具耗電量約2,000~4,000W,市售價格約新台幣5~7萬元不等;單盞LED集魚燈耗電量約100~1,500W,市售價格約1~15萬元不等。雖LED燈具單價略高於傳統HID燈,但LED燈壽命長,於正常使用之下,LED燈粒可維持發光三萬小時以上,相較於HID燈每航次需重新購置燈泡及其備品,亦省下不少耗材成本與船體空間。

表3 燈具價格比較表

我國主要漁業種類漁獲量比較表
注:幣別為新台幣。
資料來源:本研究整理(2018)。

由於LED燈具價格不菲,多數燈具製造業者希望政府能建立獎勵機制,比照節能家電補助方式,實質補貼LED集魚燈具,以強化漁民購買意願,達到節能減碳之目的。而LED燈具非屬農糧署地區性農機補助計畫補助項目,難以適用於政策性補貼,惟可依據農業金融局「輔導漁業經營貸款要點」依申請人條件辦理貸款,隨著每年漁獲量波動不穩定情況下,難免使漁民望之卻步。為增進漁民對於LED燈具使用意願,可藉由各部會相關創新研發計畫扮演委託研究的角色,如行政院農業委員會(農委會)農業科專補助計畫,由企業主導燈具研發,漁民進行海上實船試驗,以垂直分工之運作模式,加速漁民對產品的應用,亦促使業者將技術成果快速商品化,以達產業推動之效益。

智慧科技應用於智能化集魚燈具開發

農委會於2017年正式啟動智慧農業4.0計畫,以智慧生產與數位服務為主軸,推動範疇包含養殖漁產業等十大領航產業(楊智凱等,2016),顛覆傳統漁業以人力為導向之作業方式,逐漸導入智能管理及自動化技術研發。目前漁業署投入遠洋集魚燈具與智能化系統相關計畫,擬透過工程領域與漁業科技結合,讓產業界與學界共同合作開發,使LED集魚燈具更精進於燈具模組效能之優化。在網路資通訊發展之基礎下,利用物聯網(IoT)技術之提升,發展自動化魚體選別與搬運系統及魚種辨識系統,並結合電子觀察員可自動傳輸漁獲資料,以提升回報準確率,係目前漁業署所推動海洋漁產業之重要政策,期望產業達到省工、省時、省能源及降低成本之效益,邁向智慧聯網新世代(陳玟妤,2018)。

展望未來,以科技領航遠洋漁產業,發展高效能LED節能燈具是開啟全球漁業市場之鎖鑰,透過智慧化科技之整合應用,朝向全面智能化雲端監控管理,可精準掌握燈具作業效能與漁獲數量,不僅能提供漁政單位即時資訊,亦能創造新興藍海市場。然海洋生物並非取之不盡、用之不竭,推廣LED節能燈具雖可降低石化燃油之耗用,產業鏈亦應恪遵環保政策與漁獲管制措施,共同善盡身為地球公民之社會責任。

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