摘要:針對寧夏中衛(wèi)興仁地區(qū)的區(qū)域條件和氣候條件,在西北干旱地區(qū)壓砂地持續(xù)利用關(guān)鍵技術(shù)研究與示范項目中,引入了一套風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電揚(yáng)水系統(tǒng),通過對該系統(tǒng)的流量測試以及對該系統(tǒng)所控制的瓜地產(chǎn)量的測定,得出該系統(tǒng)在西北山區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展中具有巨大的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。 

　　關(guān)鍵詞:風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng);產(chǎn)量;效益 

　　長期以來,寧夏中衛(wèi)興仁地區(qū),干旱少雨和缺水問題一直制約著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。針對該地區(qū)的區(qū)域條件和氣候條件,以及特別適宜瓜類生長的特點,采用地面鋪砂的方式,摸索出一種獨(dú)特的蓄水保墑的旱作種植模式,在這種模式下逐漸形成了種植壓砂瓜技術(shù)[1]。西瓜雖是耐熱耐旱的農(nóng)作物,但要奪取高產(chǎn)優(yōu)質(zhì),仍以充足的水分供應(yīng)為基本條件。興仁地區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉沒有形成系統(tǒng),只是在瓜地旁邊建一個大水池,農(nóng)戶用水泵從水池中抽水進(jìn)行灌溉。該地區(qū)雖然鋪設(shè)有電網(wǎng),但從電網(wǎng)直接接線到水池給水泵供電,不容易實現(xiàn),且費(fèi)用很高。該地區(qū)太陽能、風(fēng)能資源非常豐富,利用這些天然的可再生能源發(fā)電,即方便實用,又經(jīng)濟(jì)環(huán)保。 

　　1材料與方法 

　　1.1試驗地點概況 

　　試驗地點位于寧夏中衛(wèi)興仁地區(qū),該地區(qū)年平均日照時數(shù)達(dá)到4.59h,年平均風(fēng)速是4.83m/s[2]。因此,無論是太陽能發(fā)電也好,還是風(fēng)力發(fā)電也好,對這一地區(qū)都非常適用。 

　　1.2試驗方案選擇 

　　太陽能發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),就各自獨(dú)立的系統(tǒng)來說,二者的造價相差甚遠(yuǎn)。據(jù)市場調(diào)查,以2000W的峰值發(fā)電功率為例,獨(dú)立的太陽能發(fā)電系統(tǒng)總造價是4.8萬元,獨(dú)立的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的總造價是2.2萬元,風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的總造價是3.5萬元。由此可見,獨(dú)立的太陽能發(fā)電系統(tǒng)造價最高。 

　　再者,獨(dú)立的太陽能發(fā)電系統(tǒng)受天氣的影響很大,夜間和陰雨天,該系統(tǒng)就不能正常發(fā)電;獨(dú)立的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)受風(fēng)速的影響很大,當(dāng)風(fēng)速很小或沒風(fēng)的時候,該系統(tǒng)也不能正常工作[3]。因此這兩個獨(dú)立的系統(tǒng)受天氣的影響很不穩(wěn)定。 

　　由于該地區(qū)太陽能與風(fēng)能的互補(bǔ)性強(qiáng),風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)在資源上彌補(bǔ)了風(fēng)電和光電獨(dú)立系統(tǒng)在資源上的缺陷。同時,風(fēng)電和光電系統(tǒng)在蓄電池組和逆變環(huán)節(jié)是可以通用的,所以風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)的造價可以降低,系統(tǒng)成本趨于合理。并且,無論是怎樣的環(huán)境和怎樣的用電要求,風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)都可作出最優(yōu)化的系統(tǒng)設(shè)計方案來滿足用戶的要求[4]。應(yīng)該說,風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)是最合理的獨(dú)立電源系統(tǒng)。因此,在西北干旱地區(qū)壓砂地持續(xù)利用關(guān)鍵技術(shù)研究與示范項目中,引入了一套1000W的太陽能發(fā)電和1000W的風(fēng)力發(fā)電相結(jié)合的風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電揚(yáng)水系統(tǒng)。 

　　1.3系統(tǒng)組成 

　　風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電揚(yáng)水系統(tǒng)由太陽能光電板、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、控制器、蓄電池、逆變器及潛水泵組成,該系統(tǒng)的總造價是3.5萬元。1000W的太陽能光電板和1000W的風(fēng)力發(fā)電機(jī)分別將太陽能、風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能后,經(jīng)控制器將不穩(wěn)定的電壓控制在48V,然后將電量儲存在蓄電池內(nèi),最后經(jīng)逆變器將48V的直流電轉(zhuǎn)換成220V的交流電給水泵供電,將低位大水池的水提升到50m3的高位水池,利用重力對瓜地進(jìn)行補(bǔ)罐。 

　　2結(jié)果分析 

　　2.1系統(tǒng)運(yùn)行情況 

　　風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電揚(yáng)水系統(tǒng)自2010年5月中旬在興仁地區(qū)安裝調(diào)試完成后,全面投入使用。該系統(tǒng)在白天晚上均可使用,幾乎不受天氣的影響。系統(tǒng)可以邊充電邊給水泵供電,水泵的功率是550W,揚(yáng)程是18m,流量是3m3。但由于實際安裝地點的揚(yáng)程超過18m,因此經(jīng)過測試,水泵的實際流量是2.5m3,50m3的水池經(jīng)過20h可以充滿。如果水泵每天只工作5h,那么剩余的電量可供瓜農(nóng)夜間照明、看電視等。 

　　2.2田間試驗效果 

　　風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電揚(yáng)水系統(tǒng)共灌溉3.2hm2試驗田,其中0.53hm2地灌水4次,每次50m3;剩余2.67hm2地,灌水1次,共250m3。經(jīng)過2010年這個西瓜生育期的試驗測試,這3.2hm2瓜地在未使用該揚(yáng)水系統(tǒng)之前,每公頃產(chǎn)值在1.5萬元左右。使用了該系統(tǒng)后,其每公頃產(chǎn)量及每公頃產(chǎn)值對比如表1所示。 

　　3經(jīng)濟(jì)效益分析 

　　該風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電揚(yáng)水系統(tǒng)一天可將50m3的水池灌滿,而50m3的水池一次可灌溉0.53hm2地。該地區(qū)的灌溉周期為15d,即在一個灌溉周期內(nèi),該系統(tǒng)可控制8hm2地。一個西瓜生育期一般可灌水3～4次,則每公頃增產(chǎn)值按3萬元計算,8hm2地的總增產(chǎn)值是24萬元。 

　　表1補(bǔ)水前后試驗田產(chǎn)值對比表 

　　Tab.1Theoutputvaluecomparisonoftheexperimentalfieldbeforeandafterreplenishment  <