光伏發電與傳統電力暗管排水系統應用范文

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摘要：對采用光伏發電和傳統電力電源的暗管排水系統運行成本進行分析，結果表明：光伏發電應用于暗管排水系統比傳統電力可節約大量運行成本，推廣應用前景十分廣闊。

關鍵詞：暗管排水；光伏發電；成本分析

暗管排水技術是降低農田地下水位、控制和治理土壤鹽漬化的有效途徑之一。20多年來，寧夏引黃灌區已有超過3.35萬hm2鹽漬化耕地應用了暗管排水技術。實踐證明，暗管排水在改良土壤水分條件、改善作物生長環境、促進農業增產增收等諸多方面均有積極作用，是農田排水技術的發展趨勢和未來方向。近年來，寧夏農業綜合開發土地治理項目在不斷發展和優化暗管排水技術的基礎上，將太陽能光伏發電技術與暗管排水技術相結合，探索使用光伏發電作為暗管排水泵站的供電來源，不僅簡化了暗管排水系統的施工難度，還節約了工程的運行成本，取得了良好的經濟效益和社會效益。本文選取農業綜合開發平羅縣陶樂鎮馬太溝項目區為典型樣本，測算光伏發電和傳統電力條件下的暗管排水系統的運行成本，比較得出光伏發電在投資和效益等方面的優勢。

1項目區概況

該項目區位于平羅縣陶樂鎮馬太溝村，總面積367hm2，耕地面積340hm2。項目的主要建設內容為布設暗管排水系統和光伏發電系統，重點解決該區域非灌溉期內地下水位高、土壤鹽漬化嚴重的問題。項目區位于六大溝下游，地下水位受黃河水位頂托影響，排水困難，非灌溉期內地下水位埋深平均1.0～1.2m，已形成了較為嚴重的土壤次生鹽漬化，給項目區農業生產帶來極為不利的影響。加之項目實施以前，明溝系統中的農溝絕大多數已淤積，不能有效排降地下水位，而骨干溝道間距過大、部分溝段邊坡滑塌嚴重，造成了溝道淤積，進一步加大了排水難度。項目實施后，田間排水系統采用二級暗管排水，取代了田間農溝排水，即在田間埋設深度為1.6～1.8m、間距為80m的吸水管，埋設深度為2.3～2.5m的集水管，暗管排水系統的控制排水面積為300hm2。農田田間徑流、土壤重力水和地下水由田間吸水管匯集排入集水管，再通過集水管排入集水井，最終通過光伏排水泵站排入明溝或蓄水池。

2運行成本分析

二級暗管排水系統在運行過程中吸水管和集水管均為自流管道，不需要消耗電能等能源，只在集水井通過潛水泵強排至明溝或蓄水池的過程中才會消耗電能。所以本文只對太陽能光伏和傳統電力在強排過程中產生的運行費用進行對比。馬太溝項目區的暗管排水系統共有5個集水井，每個集水井安裝功率為4kW的潛水泵1臺，設計流量80m3/h，同時配備了功率為0.32kW的單晶太陽能光伏板18塊，每個泵站的光伏發電系統裝機容量為5.76kW，完全滿足潛水泵和機電設備的供電需求。集水井設計直徑為4m，設計深度為30m，設計容量376.8m3。項目區設計排澇排漬模數為q=2.145m3/s/萬hm2（s為時間單位秒），按300hm2排水面積和1天時間計算，灌溉期內每1天當中通過暗管排水系統產生的排水量為：q×300hm2×86400s=5560m3，即平均每個集水井的日均排水流量為1112m3。由于潛水泵的設計流量為80m3/h，單個潛水泵的理論工作時間為：1112m3÷80m3/h=13.9h，考慮到集水井自身容積376.8m3，單個泵的設計工作時間定為12h/d。若使用傳統電力，按照2018年度寧夏最新農業用電價光伏發電與傳統電力暗管排水系統運行成本分析吳昊1，張凌智21.寧夏回族自治區農業綜合開發辦公室，寧夏銀川750001；2.河海大學，江蘇南京210098格1～10kW0.463元/kW·h計算，單個潛水泵每天的用電費用為：0.436元/kW·h×12h×4kW=20.9元，項目區5臺水泵每日電費總計為104.5元。項目區每年的排水排漬期為3～9月，共7個月，按210天計，全年的用電費用為2.19萬元。項目設計使用年限為15年，15年間僅排水系統產生的電費將高達32.85萬元，而且這還僅僅是用電的成本，未計算輸電線路的建設費用。若采用光伏發電作為暗管排水系統的電力來源，單個的光伏發電系統僅需要太陽能電池板、電池板支架、逆變器和電纜組成，該項目單個光伏發電系統實際的造價僅為4.29萬元，整個項目區5套光伏發電系統造價為21.45萬元。光伏發電系統一旦安裝完成，使用年限同樣為15年，但運行成本幾乎為零。

3結論

在農業綜合開發平羅縣陶樂鎮馬太溝項目區暗管排水系統中，光伏發電系統在設計年限之內的運行成本要遠比使用傳統電力的運行成本要低。特別是在國家投資建設的農田水利項目中，財政投入幾乎囊括了工程建設的大部分內容，后期的運行成本就成了影響項目效益的重要因素。光伏發電系統在暗管排水運行過程中的“零成本”優勢，極大地減輕了鄉鎮村隊和農業經營主體的后期運行成本，值得在今后的鹽堿地治理和農田水利建設中推廣應用。

作者：吳昊 張凌智 單位：寧夏回族自治區農業綜合開發辦公室 河海大學