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摘要:针对宁夏中卫兴仁地区的区域条件和气候条件,在西北干旱地区压砂地持续利用关键技术研究与示范项目中,引入了一套风光互补发电扬水系统,通过对该系统的流量测试以及对该系统所控制的瓜地产量的测定,得出该系统在西北山区农业发展中具有巨大的社会效益和经济效益。
关键词:风光互补发电系统;产量;效益
长期以来,宁夏中卫兴仁地区,干旱少雨和缺水问题一直制约着农业生产和农村经济的发展。针对该地区的区域条件和气候条件,以及特别适宜瓜类生长的特点,采用地面铺砂的方式,摸索出一种独特的蓄水保墒的旱作种植模式,在这种模式下逐渐形成了种植压砂瓜技术[1]。西瓜虽是耐热耐旱的农作物,但要夺取高产优质,仍以充足的水分供应为基本条件。兴仁地区的农业灌溉没有形成系统,只是在瓜地旁边建一个大水池,农户用水泵从水池中抽水进行灌溉。该地区虽然铺设有电网,但从电网直接接线到水池给水泵供电,不容易实现,且费用很高。该地区太阳能、风能资源非常丰富,利用这些天然的可再生能源发电,即方便实用,又经济环保。
1材料与方法
1.1试验地点概况
试验地点位于宁夏中卫兴仁地区,该地区年平均日照时数达到4.59h,年平均风速是4.83m/s[2]。因此,无论是太阳能发电也好,还是风力发电也好,对这一地区都非常适用。
1.2试验方案选择
太阳能发电系统和风力发电系统,就各自独立的系统来说,二者的造价相差甚远。据市场调查,以2000W的峰值发电功率为例,独立的太阳能发电系统总造价是4.8万元,独立的风力发电系统的总造价是2.2万元,风光互补发电系统的总造价是3.5万元。由此可见,独立的太阳能发电系统造价最高。
再者,独立的太阳能发电系统受天气的影响很大,夜间和阴雨天,该系统就不能正常发电;独立的风力发电系统受风速的影响很大,当风速很小或没风的时候,该系统也不能正常工作[3]。因此这两个独立的系统受天气的影响很不稳定。
由于该地区太阳能与风能的互补性强,风光互补发电系统在资源上弥补了风电和光电独立系统在资源上的缺陷。同时,风电和光电系统在蓄电池组和逆变环节是可以通用的,所以风光互补发电系统的造价可以降低,系统成本趋于合理。并且,无论是怎样的环境和怎样的用电要求,风光互补发电系统都可作出最优化的系统设计方案来满足用户的要求[4]。应该说,风光互补发电系统是最合理的独立电源系统。因此,在西北干旱地区压砂地持续利用关键技术研究与示范项目中,引入了一套1000W的太阳能发电和1000W的风力发电相结合的风光互补发电扬水系统。
1.3系统组成
风光互补发电扬水系统由太阳能光电板、风力发电机、控制器、蓄电池、逆变器及潜水泵组成,该系统的总造价是3.5万元。1000W的太阳能光电板和1000W的风力发电机分别将太阳能、风能转换成电能后,经控制器将不稳定的电压控制在48V,然后将电量储存在蓄电池内,最后经逆变器将48V的直流电转换成220V的交流电给水泵供电,将低位大水池的水提升到50m3的高位水池,利用重力对瓜地进行补罐。
2结果分析
2.1系统运行情况
风光互补发电扬水系统自2010年5月中旬在兴仁地区安装调试完成后,全面投入使用。该系统在白天晚上均可使用,几乎不受天气的影响。系统可以边充电边给水泵供电,水泵的功率是550W,扬程是18m,流量是3m3。但由于实际安装地点的扬程超过18m,因此经过测试,水泵的实际流量是2.5m3,50m3的水池经过20h可以充满。如果水泵每天只工作5h,那么剩余的电量可供瓜农夜间照明、看电视等。
2.2田间试验效果
风光互补发电扬水系统共灌溉3.2hm2试验田,其中0.53hm2地灌水4次,每次50m3;剩余2.67hm2地,灌水1次,共250m3。经过2010年这个西瓜生育期的试验测试,这3.2hm2瓜地在未使用该扬水系统之前,每公顷产值在1.5万元左右。使用了该系统后,其每公顷产量及每公顷产值对比如表1所示。
3经济效益分析
该风光互补发电扬水系统一天可将50m3的水池灌满,而50m3的水池一次可灌溉0.53hm2地。该地区的灌溉周期为15d,即在一个灌溉周期内,该系统可控制8hm2地。一个西瓜生育期一般可灌水3～4次,则每公顷增产值按3万元计算,8hm2地的总增产值是24万元。
表1补水前后试验田产值对比表
Tab.1Theoutputvaluecomparisonoftheexperimentalfieldbeforeandafterreplenishment <
