蘇丹　劉天朝

摘要：文章以歷城區(qū)西營(yíng)鎮(zhèn)節(jié)水灌溉工程為背景，為改善濟(jì)南市歷城區(qū)北部平原和南部山區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力和抗御自然災(zāi)害能力，創(chuàng)建了風(fēng)光能互補(bǔ)發(fā)電提水系統(tǒng)，從項(xiàng)目背景、主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)、主要設(shè)備選型、效益分析等方面闡述了風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電提水系統(tǒng)的運(yùn)行情況，有效地降低了灌溉勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，取得較好的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：風(fēng)光互補(bǔ)；發(fā)電系統(tǒng)；提水泵站；節(jié)水灌溉工程 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TM614 文章編號(hào)：1009-2374（2015）24-0053-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.24.026

1 項(xiàng)目概況

在缺水山區(qū)，農(nóng)作物及經(jīng)濟(jì)林果灌溉用水保證率較低，通常采用人工挑運(yùn)及泵站提水的方式解決。提水泵站的運(yùn)行需要架設(shè)電纜，對(duì)于山區(qū)電線線路架設(shè)較為困難，長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用較高，農(nóng)民負(fù)擔(dān)較重，風(fēng)光能互補(bǔ)發(fā)電提水系統(tǒng)有效地解決了這一大難題。

為改善歷城區(qū)北部平原和南部山區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力和抗御自然災(zāi)害能力，解決農(nóng)田水利建設(shè)長(zhǎng)期以來(lái)存在的“投入少、項(xiàng)目散、成效差”問(wèn)題，在歷城區(qū)西營(yíng)鎮(zhèn)節(jié)水灌溉工程中應(yīng)用風(fēng)光能互補(bǔ)發(fā)電提水系統(tǒng)。

2 建設(shè)的必要性

2.1 面臨水利發(fā)展新形勢(shì)的需要

加強(qiáng)末級(jí)渠系高效節(jié)水工程和田間工程配套建設(shè)，形成旱澇保收高標(biāo)準(zhǔn)基本農(nóng)田，成為當(dāng)前水利發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

2.2 有利于提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力

實(shí)施農(nóng)田水利建設(shè)，加強(qiáng)和改善項(xiàng)目區(qū)的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施，有利于進(jìn)一步挖掘農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)潛能，提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力。

2.3 有利于推進(jìn)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整

節(jié)水灌溉項(xiàng)目的建設(shè)將有利的支持項(xiàng)目區(qū)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，從而提高農(nóng)業(yè)綜合效益。

2.4 有利于推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程

加強(qiáng)節(jié)水灌溉項(xiàng)目的投入，有利于改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本條件，保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境，調(diào)整優(yōu)化農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)，推進(jìn)農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營(yíng)。

2.5 有利于涵養(yǎng)水源、進(jìn)行水資源優(yōu)化配置

節(jié)水灌溉項(xiàng)目的建設(shè)必將涵養(yǎng)和補(bǔ)充地下水源，對(duì)濟(jì)南的各大名泉起著重要作用的補(bǔ)源作用。

3 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

設(shè)計(jì)灌溉保證率75%，小型灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)不低于0.8。

根據(jù)《泵站設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50265-97）及《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000）之規(guī)定，小型灌溉泵站設(shè)計(jì)防洪標(biāo)準(zhǔn)10年一遇，20年校核。泵站裝置效率不低于75%；灌溉水質(zhì)應(yīng)符合GB5084-92《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》。

排澇標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)暴雨重現(xiàn)期采用5～10年，主要建筑物防洪設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不低于10～20年一遇。

農(nóng)田低壓管道輸水灌溉工程符合《農(nóng)田低壓管道輸水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》（GB/T20203-2006），管道工作壓力一般不超過(guò)0.4MPa；山區(qū)PE主管道工作壓力不超過(guò)0.8MPa。

4 主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

（1）控制灌溉面積約500畝，提水高差60m，最大提水量約20m3/h，一般日均提水量100m3；（2）蓄電系統(tǒng)儲(chǔ)能約13200kW；（3）為提高設(shè)備的效率，提水機(jī)械采用普通潛水電泵；（4）系統(tǒng)平均無(wú)故障時(shí)間大于1萬(wàn)小時(shí)；（5）抽水蓄能高位水池容積500m3。

5 風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電提水主要設(shè)備選型

系統(tǒng)的主要設(shè)備為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、太陽(yáng)能電池方陣、風(fēng)電充電控制器、太陽(yáng)能充放電控制器、專(zhuān)匯流保護(hù)模塊、太陽(yáng)能專(zhuān)用蓄電池組和水泵控制器、提水電

泵等。

5.1 風(fēng)力發(fā)電機(jī)組

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組由4臺(tái)2000W水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成，為了滿足提水蓄能灌溉的需要，還可以增進(jìn)工程的宏偉景觀效果。

5.2 太陽(yáng)能電池方陣

根據(jù)歷城地區(qū)平均日照強(qiáng)度和日照量，按日累計(jì)提水量100m3、最大提水量20m3/h和揚(yáng)程60m的設(shè)計(jì)要求，選用高效270W轉(zhuǎn)換功率為15.2%的多晶硅太陽(yáng)能組件40只，方陣二組尺寸均為20.0m×20.0m×0.04m。

5.3 風(fēng)電充電控制器

5.3.1 太陽(yáng)能充電控制器。太陽(yáng)能控制器是整個(gè)電源系統(tǒng)中十分重要的核心部件，它在太陽(yáng)能電池陣列、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、蓄電池組和負(fù)載之間起到相互匹配、相互保護(hù)和“承前啟后”的關(guān)鍵作用，要求其應(yīng)具有可靠性高、工作穩(wěn)定、壽命長(zhǎng)以及功耗低等特性。

5.3.2 匯流控制保護(hù)裝置。匯流保護(hù)模塊是將12組太陽(yáng)能組件和2路風(fēng)力發(fā)電機(jī)并接在一起，實(shí)現(xiàn)匯流后給儲(chǔ)能裝置充電。

5.4 開(kāi)關(guān)電源模塊

風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)出的三相交流電，經(jīng)風(fēng)電控制器轉(zhuǎn)變DC36V-DC72V直流電壓，并存儲(chǔ)在由超級(jí)電容組成的風(fēng)電前級(jí)能量采集器中，再由開(kāi)關(guān)電源模塊提升成DC135V電壓對(duì)電池組充電。

5.5 超級(jí)電容和免維護(hù)蓄電池混合儲(chǔ)能裝置

太陽(yáng)能專(zhuān)用蓄電池具有儲(chǔ)存能量密度大、成本低和投資小等特點(diǎn)。

采用96F/140V超級(jí)電容和45只55AH/12V免維護(hù)蓄電池科學(xué)匹配，利用超級(jí)電容超低串聯(lián)等效電阻的優(yōu)點(diǎn)和免維護(hù)蓄電池具有儲(chǔ)存能量密度大的優(yōu)點(diǎn)，構(gòu)成理想的混合儲(chǔ)能裝置。

5.6 提水電泵和專(zhuān)用控制器

選用200QJ20-81/6潛水電泵，其最佳流量20t/h，揚(yáng)程81m，電機(jī)額定功率7.5kW，額定電壓AC380V，頻率50Hz。提水電泵控制器可為水泵提供過(guò)壓、過(guò)流、欠壓等有效的多種保護(hù)。

本次項(xiàng)目共規(guī)劃建設(shè)6處風(fēng)光能泵站，分別是東邱1號(hào)泵站，設(shè)計(jì)流量10m3/h，揚(yáng)程70m，控制面積365畝；西邱1號(hào)泵站，設(shè)計(jì)流量10m3/h，揚(yáng)程100m，控制面積205畝；南邱1號(hào)泵站，設(shè)計(jì)流量10m3/h，揚(yáng)程80m，控制面積350畝；北邱1號(hào)泵站，設(shè)計(jì)流量10m3/h，揚(yáng)程100m，控制面積210畝；位置均在仲宮高而辦事處。東崖1號(hào)泵站，設(shè)計(jì)流量10m3/h，揚(yáng)程80m，控制面積370畝；北崖1號(hào)泵站，設(shè)計(jì)流量10m3/h，揚(yáng)程，100m，控制面積350畝，位置均在仲宮繡川辦事處。

6 效益分析

6.1 增產(chǎn)效益

風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電提水泵站建成后，灌溉周期縮短，澆水及時(shí)，肥料利用率提高，促使了作物增產(chǎn)，項(xiàng)目區(qū)糧食畝均增產(chǎn)60公斤左右。按每公斤2元計(jì)，年新增產(chǎn)值6萬(wàn)元。

6.2 節(jié)能效益

項(xiàng)目實(shí)施后，最大限度地利用太陽(yáng)能和風(fēng)能進(jìn)行提水。最大提水量約20m3/h，泵機(jī)功率18kW·h，據(jù)測(cè)算，總節(jié)電7.2萬(wàn)kW·h，每kW·h按0.56元計(jì)，年節(jié)能效益4.03萬(wàn)元。

6.3 省工效益

項(xiàng)目建成后灌溉用水量普遍降低、灌溉時(shí)間減少，灌溉機(jī)械化程度大幅度提高，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。畝年灌溉用工量可節(jié)省2個(gè)，項(xiàng)目區(qū)年省工1000個(gè)，省工效益10萬(wàn)元。

6.4 節(jié)水效益

項(xiàng)目實(shí)施節(jié)水灌溉后，與土渠灌溉相比，項(xiàng)目區(qū)年總節(jié)水1萬(wàn)m3。按每立方綜合價(jià)0.3元計(jì)，共0.3萬(wàn)元。

項(xiàng)目實(shí)施后，灌溉增加效益及節(jié)水節(jié)能效益每年約20.33萬(wàn)元。

7 結(jié)語(yǔ)

風(fēng)光能互補(bǔ)發(fā)電提水系統(tǒng)是利用風(fēng)能和太陽(yáng)能資源的互補(bǔ)性，將太陽(yáng)能電池和風(fēng)力發(fā)電機(jī)有機(jī)地組成一個(gè)系統(tǒng)，有效地利用風(fēng)能和太陽(yáng)能在能量及時(shí)間上的互補(bǔ)性，充分發(fā)揮各自的特性和優(yōu)勢(shì)，最大限度地利用太陽(yáng)能和風(fēng)能進(jìn)行提水，是具有較高性價(jià)比的一種新型能源發(fā)電系統(tǒng)，具有很好的應(yīng)用前景。

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作者簡(jiǎn)介：蘇丹（1982-），女，濟(jì)南黃河河務(wù)局槐蔭黃河河務(wù)局工程師，研究生，研究方向：工程管理。

（責(zé)任編輯：陳 倩）