摘要:針對寧夏中衛興仁地區的區域條件和氣候條件,在西北干旱地區壓砂地持續利用關鍵技術研究與示范項目中,引入了一套風光互補發電揚水系統,通過對該系統的流量測試以及對該系統所控制的瓜地產量的測定,得出該系統在西北山區農業發展中具有巨大的社會效益和經濟效益。 

　　關鍵詞:風光互補發電系統;產量;效益 

　　長期以來,寧夏中衛興仁地區,干旱少雨和缺水問題一直制約著農業生產和農村經濟的發展。針對該地區的區域條件和氣候條件,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[1]。西瓜雖是耐熱耐旱的農作物,但要奪取高產優質,仍以充足的水分供應為基本條件。興仁地區的農業灌溉沒有形成系統,只是在瓜地旁邊建一個大水池,農戶用水泵從水池中抽水進行灌溉。該地區雖然鋪設有電網,但從電網直接接線到水池給水泵供電,不容易實現,且費用很高。該地區太陽能、風能資源非常豐富,利用這些天然的可再生能源發電,即方便實用,又經濟環保。 

　　1材料與方法 

　　1.1試驗地點概況 

　　試驗地點位于寧夏中衛興仁地區,該地區年平均日照時數達到4.59h,年平均風速是4.83m/s[2]。因此,無論是太陽能發電也好,還是風力發電也好,對這一地區都非常適用。 

　　1.2試驗方案選擇 

　　太陽能發電系統和風力發電系統,就各自獨立的系統來說,二者的造價相差甚遠。據市場調查,以2000W的峰值發電功率為例,獨立的太陽能發電系統總造價是4.8萬元,獨立的風力發電系統的總造價是2.2萬元,風光互補發電系統的總造價是3.5萬元。由此可見,獨立的太陽能發電系統造價最高。 

　　再者,獨立的太陽能發電系統受天氣的影響很大,夜間和陰雨天,該系統就不能正常發電;獨立的風力發電系統受風速的影響很大,當風速很小或沒風的時候,該系統也不能正常工作[3]。因此這兩個獨立的系統受天氣的影響很不穩定。 

　　由于該地區太陽能與風能的互補性強,風光互補發電系統在資源上彌補了風電和光電獨立系統在資源上的缺陷。同時,風電和光電系統在蓄電池組和逆變環節是可以通用的,所以風光互補發電系統的造價可以降低,系統成本趨于合理。并且,無論是怎樣的環境和怎樣的用電要求,風光互補發電系統都可作出最優化的系統設計方案來滿足用戶的要求[4]。應該說,風光互補發電系統是最合理的獨立電源系統。因此,在西北干旱地區壓砂地持續利用關鍵技術研究與示范項目中,引入了一套1000W的太陽能發電和1000W的風力發電相結合的風光互補發電揚水系統。 

　　1.3系統組成 

　　風光互補發電揚水系統由太陽能光電板、風力發電機、控制器、蓄電池、逆變器及潛水泵組成,該系統的總造價是3.5萬元。1000W的太陽能光電板和1000W的風力發電機分別將太陽能、風能轉換成電能后,經控制器將不穩定的電壓控制在48V,然后將電量儲存在蓄電池內,最后經逆變器將48V的直流電轉換成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,利用重力對瓜地進行補罐。 

　　2結果分析 

　　2.1系統運行情況 

　　風光互補發電揚水系統自2010年5月中旬在興仁地區安裝調試完成后,全面投入使用。該系統在白天晚上均可使用,幾乎不受天氣的影響。系統可以邊充電邊給水泵供電,水泵的功率是550W,揚程是18m,流量是3m3。但由于實際安裝地點的揚程超過18m,因此經過測試,水泵的實際流量是2.5m3,50m3的水池經過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夜間照明、看電視等。 

　　2.2田間試驗效果 

　　風光互補發電揚水系統共灌溉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瓜地在未使用該揚水系統之前,每公頃產值在1.5萬元左右。使用了該系統后,其每公頃產量及每公頃產值對比如表1所示。 

　　3經濟效益分析 

　　該風光互補發電揚水系統一天可將50m3的水池灌滿,而50m3的水池一次可灌溉0.53hm2地。該地區的灌溉周期為15d,即在一個灌溉周期內,該系統可控制8hm2地。一個西瓜生育期一般可灌水3～4次,則每公頃增產值按3萬元計算,8hm2地的總增產值是24萬元。 

　　表1補水前后試驗田產值對比表 

　　Tab.1Theoutputvaluecomparisonoftheexperimentalfieldbeforeandafterreplenishment  <