蘇丹　劉天朝

摘要：文章以歷城區(qū)西營鎮(zhèn)節(jié)水灌溉工程為背景，為改善濟南市歷城區(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)能力和抗御自然災害能力，創(chuàng)建了風光能互補發(fā)電提水系統(tǒng)，從項目背景、主要經(jīng)濟技術指標、主要設備選型、效益分析等方面闡述了風光互補發(fā)電提水系統(tǒng)的運行情況，有效地降低了灌溉勞動強度，提高勞動生產(chǎn)效率，取得較好的社會效益及經(jīng)濟效益。

關鍵詞：風光互補；發(fā)電系統(tǒng)；提水泵站；節(jié)水灌溉工程 文獻標識碼：A

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

1 項目概況

在缺水山區(qū)，農(nóng)作物及經(jīng)濟林果灌溉用水保證率較低，通常采用人工挑運及泵站提水的方式解決。提水泵站的運行需要架設電纜，對于山區(qū)電線線路架設較為困難，長期運行費用較高，農(nóng)民負擔較重，風光能互補發(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)能力和抗御自然災害能力，解決農(nóng)田水利建設長期以來存在的“投入少、項目散、成效差”問題，在歷城區(qū)西營鎮(zhèn)節(jié)水灌溉工程中應用風光能互補發(fā)電提水系統(tǒng)。

2 建設的必要性

2.1 面臨水利發(fā)展新形勢的需要

加強末級渠系高效節(jié)水工程和田間工程配套建設，形成旱澇保收高標準基本農(nóng)田，成為當前水利發(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

實施農(nóng)田水利建設，加強和改善項目區(qū)的農(nóng)業(yè)基礎設施，有利于進一步挖掘農(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 有利于推進農(nóng)業(yè)結構的戰(zhàn)略性調整

節(jié)水灌溉項目的建設將有利的支持項目區(qū)結構的調整，從而提高農(nóng)業(yè)綜合效益。

2.4 有利于推進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進程

加強節(jié)水灌溉項目的投入，有利于改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)基本條件，保護和改善生態(tài)環(huán)境，調整優(yōu)化農(nóng)業(yè)結構，推進農(nóng)業(yè)科技進步和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)營。

2.5 有利于涵養(yǎng)水源、進行水資源優(yōu)化配置

節(jié)水灌溉項目的建設必將涵養(yǎng)和補充地下水源，對濟南的各大名泉起著重要作用的補源作用。

3 設計標準

設計灌溉保證率75%，小型灌區(qū)灌溉水利用系數(shù)不低于0.8。

根據(jù)《泵站設計規(guī)范》（GB/T 50265-97）及《水利水電工程等級劃分及洪水標準》（SL252-2000）之規(guī)定，小型灌溉泵站設計防洪標準10年一遇，20年校核。泵站裝置效率不低于75%；灌溉水質應符合GB5084-92《農(nóng)田灌溉水質標準》。

排澇標準的設計暴雨重現(xiàn)期采用5～10年，主要建筑物防洪設計標準不低于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規(guī)范》（GB/T20203-2006），管道工作壓力一般不超過0.4MPa；山區(qū)PE主管道工作壓力不超過0.8MPa。

4 主要經(jīng)濟技術指標

（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)儲能約13200kW；（3）為提高設備的效率，提水機械采用普通潛水電泵；（4）系統(tǒng)平均無故障時間大于1萬小時；（5）抽水蓄能高位水池容積500m3。

5 風光互補發(fā)電提水主要設備選型

系統(tǒng)的主要設備為風力發(fā)電機組、太陽能電池方陣、風電充電控制器、太陽能充放電控制器、專匯流保護模塊、太陽能專用蓄電池組和水泵控制器、提水電

泵等。

5.1 風力發(fā)電機組

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

5.2 太陽能電池方陣

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

5.3 風電充電控制器

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

5.3.2 匯流控制保護裝置。匯流保護模塊是將12組太陽能組件和2路風力發(fā)電機并接在一起，實現(xiàn)匯流后給儲能裝置充電。

5.4 開關電源模塊

風力發(fā)電機發(fā)出的三相交流電，經(jīng)風電控制器轉變DC36V-DC72V直流電壓，并存儲在由超級電容組成的風電前級能量采集器中，再由開關電源模塊提升成DC135V電壓對電池組充電。

5.5 超級電容和免維護蓄電池混合儲能裝置

太陽能專用蓄電池具有儲存能量密度大、成本低和投資小等特點。

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

5.6 提水電泵和專用控制器

選用200QJ20-81/6潛水電泵，其最佳流量20t/h，揚程81m，電機額定功率7.5kW，額定電壓AC380V，頻率50Hz。提水電泵控制器可為水泵提供過壓、過流、欠壓等有效的多種保護。

本次項目共規(guī)劃建設6處風光能泵站，分別是東邱1號泵站，設計流量10m3/h，揚程70m，控制面積365畝；西邱1號泵站，設計流量10m3/h，揚程100m，控制面積205畝；南邱1號泵站，設計流量10m3/h，揚程80m，控制面積350畝；北邱1號泵站，設計流量10m3/h，揚程100m，控制面積210畝；位置均在仲宮高而辦事處。東崖1號泵站，設計流量10m3/h，揚程80m，控制面積370畝；北崖1號泵站，設計流量10m3/h，揚程，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

風光互補發(fā)電提水泵站建成后，灌溉周期縮短，澆水及時，肥料利用率提高，促使了作物增產(chǎn)，項目區(qū)糧食畝均增產(chǎn)60公斤左右。按每公斤2元計，年新增產(chǎn)值6萬元。

6.2 節(jié)能效益

項目實施后，最大限度地利用太陽能和風能進行提水。最大提水量約20m3/h，泵機功率18kW·h，據(jù)測算，總節(jié)電7.2萬kW·h，每kW·h按0.56元計，年節(jié)能效益4.03萬元。

6.3 省工效益

項目建成后灌溉用水量普遍降低、灌溉時間減少，灌溉機械化程度大幅度提高，降低了勞動強度。畝年灌溉用工量可節(jié)省2個，項目區(qū)年省工1000個，省工效益10萬元。

6.4 節(jié)水效益

項目實施節(jié)水灌溉后，與土渠灌溉相比，項目區(qū)年總節(jié)水1萬m3。按每立方綜合價0.3元計，共0.3萬元。

項目實施后，灌溉增加效益及節(jié)水節(jié)能效益每年約20.33萬元。

7 結語

風光能互補發(fā)電提水系統(tǒng)是利用風能和太陽能資源的互補性，將太陽能電池和風力發(fā)電機有機地組成一個系統(tǒng)，有效地利用風能和太陽能在能量及時間上的互補性，充分發(fā)揮各自的特性和優(yōu)勢，最大限度地利用太陽能和風能進行提水，是具有較高性價比的一種新型能源發(fā)電系統(tǒng)，具有很好的應用前景。

參考文獻

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作者簡介：蘇丹（1982-），女，濟南黃河河務局槐蔭黃河河務局工程師，研究生，研究方向：工程管理。

（責任編輯：陳 倩）