陳 軍，王珊珊，菅東祥，樊小朝，史瑞靜，朱榮伍，李 堅(jiān)

(1.國網(wǎng)吐魯番供電公司，吐魯番 838000；2.新疆工程學(xué)院能源工程學(xué)院，烏魯木齊 830023；3.哈爾濱工業(yè)大學(xué)(深圳)，機(jī)電工程與自動(dòng)化學(xué)院，深圳 518055；4.電子科技大學(xué)，成都 6100311)

0 引 言

以葡萄干為代表的干果是水果通過太陽能加熱或人工加熱脫水而形成的食物。它含糖量高，是典型的高能營養(yǎng)素，便于運(yùn)輸和儲(chǔ)存。世界上大約95%的葡萄集中在北半球。中國的主要產(chǎn)區(qū)：新疆的吐魯番和和田、山東的煙臺(tái)和河北的張家口[1-2]。僅吐魯番地區(qū)葡萄種植面積達(dá)56.94萬畝，年產(chǎn)量為122.1萬噸，具有悠久的葡萄干加工歷史，因特殊的氣候和環(huán)境條件，吐魯番葡萄干在國內(nèi)外干果市場具有重要影響力[3]。然而，葡萄產(chǎn)業(yè)的機(jī)械化程度較低，產(chǎn)地初加工標(biāo)準(zhǔn)化程度低，產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)體系不健全，導(dǎo)致果品質(zhì)量參差不齊，難以達(dá)到中、高端市場的果品標(biāo)準(zhǔn)，缺乏市場競爭力，產(chǎn)業(yè)發(fā)展弱的問題沒有得到有效解決，亟待采取切實(shí)有力的舉措加以改進(jìn)。

隨著消費(fèi)升級(jí)，客戶對(duì)葡萄干等干果的質(zhì)量要求越來越高，迫使行業(yè)在生產(chǎn)中用標(biāo)準(zhǔn)化、自動(dòng)化的生產(chǎn)設(shè)備取代傳統(tǒng)的手工車間生產(chǎn)模式。生產(chǎn)中的種植、清洗、烘焙、包裝、質(zhì)檢等工序均采用自動(dòng)化生產(chǎn)方式，不僅可以顯著提高生產(chǎn)效率，同時(shí)可以在整個(gè)生產(chǎn)過程中進(jìn)行安全生產(chǎn)和質(zhì)量控制，確保干果質(zhì)量達(dá)到優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)[4]。

《2021年中央一號(hào)文件》提出，國家要復(fù)興，農(nóng)村必須復(fù)興。我們要把解決“三農(nóng)”問題作為全黨工作的重中之重，把全面推進(jìn)農(nóng)村振興作為實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的重大任務(wù)，用全黨和全社會(huì)的力量加快農(nóng)業(yè)和農(nóng)村現(xiàn)代化建設(shè)，讓農(nóng)民過上更美好的生活[5]。國網(wǎng)吐魯番供電公司以“電力賦能智慧農(nóng)業(yè)，助力鄉(xiāng)村振興”為指引，結(jié)合地區(qū)農(nóng)業(yè)特色提出新思路、新目標(biāo)，將智慧農(nóng)業(yè)作為鄉(xiāng)村振興，助力農(nóng)村現(xiàn)代化的重要舉措，推進(jìn)“碳達(dá)峰、碳中和”，致力于當(dāng)好能源清潔低碳轉(zhuǎn)型的“引領(lǐng)者”、“推動(dòng)者”、“先行者”[6]。在國家大力推進(jìn)鄉(xiāng)村振興加快農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化建設(shè)的同時(shí)，干果市場也伴隨著快速的發(fā)展，智能清潔低碳的干果種植和加工方式必將成為新趨勢，市場具有廣闊的潛在發(fā)展空間和規(guī)模。

國內(nèi)機(jī)械制造業(yè)蓬勃發(fā)展，也為葡萄干的工業(yè)化生產(chǎn)注入了科技力量。目前可用于葡萄干生產(chǎn)的食品機(jī)械包括清洗設(shè)備、干燥設(shè)備、分選設(shè)備、殺菌設(shè)備等，但行業(yè)還缺少能夠貫穿于從葡萄種植到加工的全周期自動(dòng)化生產(chǎn)模式，相關(guān)市場具有廣闊的發(fā)展空間。本文針新疆吐魯番地區(qū)葡萄干從種植到加工的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)抗能力弱、葡萄干加工周期長、食品衛(wèi)生安全存在隱患等問題，智能控制可移動(dòng)式廠房的光、儲(chǔ)、充、用各部分工作狀態(tài)，精準(zhǔn)控制新型葡萄“晾房”溫、濕度和循環(huán)風(fēng)力，打造多能互補(bǔ)的零碳排農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式。

1 電力賦能新疆吐魯番葡萄干產(chǎn)業(yè)

電力賦能智慧農(nóng)業(yè)，助力鄉(xiāng)村振興，“電‘靚’一串葡萄干”主要包括：

(1)多維數(shù)據(jù)監(jiān)控，環(huán)境狀態(tài)實(shí)時(shí)感知；

(2)配電網(wǎng)柔性控制，自動(dòng)灌溉實(shí)時(shí)管理；

(3)可移動(dòng)式智慧晾房，降低成本提升效率；

(4)光伏+儲(chǔ)能微電網(wǎng)，效益收入雙提升。

1.1 多維數(shù)據(jù)監(jiān)控，環(huán)境狀態(tài)實(shí)時(shí)感知

智能監(jiān)控系統(tǒng)中傳感器實(shí)時(shí)采集空氣溫濕度、光照強(qiáng)度、土壤PH值等12種環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，由無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將數(shù)據(jù)匯聚至網(wǎng)關(guān)，通過HPLC及4G通信技術(shù)上送至智能配變終端，發(fā)揮配電連接客戶最后一米優(yōu)勢。傳感器實(shí)時(shí)采集12種環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)匯聚至網(wǎng)關(guān)送至智能配變終端，發(fā)揮配電連接客戶最后一米優(yōu)勢。

1.2 配電網(wǎng)柔性控制，自動(dòng)灌溉實(shí)時(shí)管理

自動(dòng)灌溉實(shí)時(shí)管理系統(tǒng)采用無線技術(shù)，實(shí)現(xiàn)閥門的遙控啟閉和定時(shí)輪灌。對(duì)機(jī)井有序管理，及時(shí)發(fā)布缺水預(yù)警，避免水泵水壓不足和變壓器重過載。實(shí)現(xiàn)無人職守自動(dòng)灌溉，分片控制，預(yù)防人為誤操作。配電網(wǎng)柔性控制，實(shí)現(xiàn)灌溉閥門的遙控啟閉和定時(shí)輪灌。

1.3 可移動(dòng)式智慧晾房，降低成本提升效率

可移動(dòng)式智慧晾房如圖1所示，晾房可按需停放任何位置，減少葡萄在途80%的運(yùn)輸損耗，節(jié)省人力物力。利用光伏板儲(chǔ)能的密封無塵晾房與風(fēng)機(jī)、溫、濕度傳感裝置進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)全感知，提升能源系統(tǒng)利用率?？筛鶕?jù)各種干果的自身特性通過電力側(cè)邊緣計(jì)算，研發(fā)其農(nóng)產(chǎn)品烘干數(shù)據(jù)模型，將烘干技術(shù)推廣應(yīng)用于多種干果的加工。

圖1 可移動(dòng)式智慧晾房

1.4 光伏+儲(chǔ)能微電網(wǎng)，效益收入雙提升

光伏+儲(chǔ)能微電網(wǎng)系統(tǒng)如圖2所示，加工季節(jié)利用光伏發(fā)電實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)零碳排，自發(fā)自用余量上網(wǎng)，解決新能源消納，調(diào)節(jié)負(fù)荷用電峰谷。非加工季節(jié)實(shí)現(xiàn)分布式能源臺(tái)區(qū)就近消納，解決季節(jié)性重、過載配變問題，提高供電質(zhì)量的同時(shí)，為農(nóng)民創(chuàng)收創(chuàng)效。密封無塵晾房與風(fēng)機(jī)、溫、濕度傳感裝置進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)全感知，提升能源系統(tǒng)利用率。

圖2 光伏+儲(chǔ)能微電網(wǎng)系統(tǒng)

2 經(jīng)濟(jì)效益分析

以吐魯番地區(qū)得到試點(diǎn)應(yīng)用，將在以下方面取得顯著的經(jīng)濟(jì)成效：

2.1 葡萄干產(chǎn)值提升3倍

根據(jù)吐魯番高昌區(qū)貝勒克齊坎兒村實(shí)地生產(chǎn)結(jié)果證實(shí)，一畝無核白葡萄地年產(chǎn)鮮葡萄約3 000 kg，通過傳統(tǒng)晾曬，產(chǎn)葡萄干600 kg，而通過綠電葡萄干加工，大大減少了生產(chǎn)過程中的浪費(fèi)，產(chǎn)量達(dá)到710 kg，提升18.3%。傳統(tǒng)葡萄干售價(jià)在14～16元/kg，產(chǎn)值約9 600元/畝，綠電葡萄干售價(jià)在50～60元/kg，產(chǎn)值約29 000元/畝，產(chǎn)值提升約300%。

2.2 單晾房單日增收75元

目前，單個(gè)晾房的光伏發(fā)電功率為3千瓦/小時(shí)，吐魯番光熱資源豐富，光照時(shí)間長，單日按10個(gè)小時(shí)計(jì)算，日發(fā)電量30千瓦，按目前0.25元/千瓦上網(wǎng)電價(jià)計(jì)算，單日收益75元?？蔂幦≌妰r(jià)補(bǔ)貼，收益會(huì)更多。葡萄產(chǎn)區(qū)在非種植期間，用電負(fù)荷小，公變利用率低，通過分布式光伏電源上網(wǎng)，提升公變利用率。

2.3 降低人力成本90%

葡萄種植管理由傳統(tǒng)的人工變?yōu)橹悄芑芾?，葡萄品質(zhì)得到大幅提升，大大節(jié)省人工成本。以往每生產(chǎn)100公斤葡萄干需投入人力工時(shí)2人/天，每人單日成本200元，每生產(chǎn)100公斤需投入400元，而項(xiàng)目產(chǎn)品僅需一次性的購買費(fèi)用即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化作業(yè)，同比降低人力成本60%。

3 結(jié)束語

本文研究應(yīng)用于實(shí)際情況，一畝無核白葡萄地年產(chǎn)鮮葡萄3 000 kg，通過傳統(tǒng)晾曬，產(chǎn)葡萄干600 kg，而通過新型蔔萄干加工方式，大大減少了中間加工環(huán)節(jié)的浪費(fèi)，畝產(chǎn)葡萄干達(dá)710 kg，提升了18.3%。經(jīng)與吐魯番高昌區(qū)貝勒克齊坎兒村葡萄種植農(nóng)戶交流，中間環(huán)節(jié)浪費(fèi)主要體現(xiàn)在以下幾方面：一是由于傳統(tǒng)晾房需要自然通風(fēng)良好，一般修建在山頂，鮮葡萄采摘后，需要長距離運(yùn)輸至晾房，葡萄自然辣落、磕碰、蚊蟲叮咬遭成浪費(fèi)。二是傳統(tǒng)葡萄晾房晾曬，需要將鮮葡萄人工懸掛在晾房內(nèi)支架上，自然陰干，此過程造成葡萄皮損傷、掉落造成浪費(fèi)。三是傳統(tǒng)晾房晾曬葡萄干需要50天左右，期間葡萄處于自然敞開狀態(tài)，蚊蟲町咬、自然掉落造成浪費(fèi)。綜合上述各環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)晾曬工藝?yán)速M(fèi)比一般20%左右。

本文研究受市場開放、競品搶占市場等因素影響，存在一定的市場開拓風(fēng)險(xiǎn)。一是構(gòu)建完善的市場售前和售后體系，為潛在目標(biāo)客戶提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)體驗(yàn)；二是進(jìn)行科學(xué)化的客戶需求和行為分析，出具最優(yōu)市場營銷解決方案，大幅縮短目標(biāo)客戶的等待時(shí)間，提高目標(biāo)客戶群體的滿意度。本文研究應(yīng)用由于涉及終端架構(gòu)與電網(wǎng)數(shù)據(jù)對(duì)接采集，對(duì)于數(shù)據(jù)來源采集需進(jìn)行更高級(jí)的安全管控與準(zhǔn)入制度。一是項(xiàng)目產(chǎn)品系統(tǒng)應(yīng)定期進(jìn)行滲透測試和安全代碼檢測，實(shí)現(xiàn)可控、能控、在控；二是敏感數(shù)據(jù)、機(jī)密數(shù)據(jù)必須實(shí)施脫敏處理并建立數(shù)據(jù)屏蔽層，規(guī)避內(nèi)部數(shù)據(jù)被盜用、濫用的風(fēng)險(xiǎn)。