風能取水對牧業生態的必要性范文
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本文作者：查詠單位：水利部牧區水利科學研究所
在我國,牧區面積約占國土面積的44.4%,有2.25億hm2可利用的草地。牧區所處的區域主要分布在干旱或半干旱地帶,由于受地理環境和自然條件的影響,水資源嚴重短缺,水土流失嚴重,加之人畜數量的增加。天然草地超載放牧和不合理的開發利用,導致草地植被破壞,草原退化、沙化。以內蒙古為例,到目前,退化、沙化的草原面積為0.32億hm2,占牧區可利用草原面積的61%。導致草地產草量下降,沙塵暴等災害的頻繁發生,使畜牧業經濟不能穩定發展,草原生態難以維持平衡。這些問題已引起人們的極大關注。以新時期“以水為中心,以水定發展”的新思路,開展草原建設。最終達到發展畜牧業和保護生態環境的雙贏目標。在我國牧區,可控制利用的水以開發可補給的淺層地下水為主,水源設施一般為機井和筒井。從水源到用水終端,中間必須有一個動力系統以保證水可靠的輸送。但牧區幅員遼闊,且居住分散,電網覆蓋的區域有限,灌溉動力只能靠內燃機,這就加大了提水成本,這種提水方式經濟效益低,難以在牧區推廣應用。在牧區,人工草場得不到發展的地區只能進行放養,當地群眾的生活用能大部分來源于植物和家畜的糞便,破壞了生物鏈,造成土地大量缺氮,使植物難以生存。如果利用這些地區豐富的風能資源(80%地區年平均有效風能密度為400～2480kW•h/m2•a)進行提水灌溉,將是發展農牧業經濟和改善生態環境的一條重要途徑。
1風力提水服務于牧區水利建設的切入點
1.1多元化牧場風能節水灌溉
隨著牧業生產的發展,現代化家庭畜牧業已不再是單一的畜牧業生產,而是集農、林、牧各業為一體的多元化牧場,在牧區利用風能,對于促進牧業生產的發展,是很有必要的。1kW的風力提水機,在4～8月間可提水2.5萬m3(20m3/h×10h×25d/月×5月),每灌1次水每公頃耗水按750m3計算,植物生長期灌水5次,1kW的風力提水機可灌溉人工草場33.3hm2,解決300只羊季節性圈養的飼草料問題,同時使天然草場得到季節性的休養。
1.2利用風能凈化水質
大部分牧區水質較差,人畜飲水質量不能得到保證,利用風力提水,結合中小型的水處理設備,進行水質處理,以提高牧區人畜飲水的數量和質量,提高人民的生活水平。
2利用風能進行沙漠綠化工程建設
就目前我國沙漠及半沙漠化的土地而言,多數是由于林木超量采伐、過渡放牧等人為原因引起的,在這些土地資源豐富的區域,水資源能滿足沙漠治理生物工程建設、牧業生產、人畜供水條件的地區約占總數的20%,如能保障能源的穩定供給,在這些地區建設沙漠綠洲生態農業是完全可能的,為保證沙漠綠洲建設的成功,必須采用經濟實用的風力提水機來進行灌溉,否則又會走到“年年種樹不見樹,年年種草不見草”的老路上。
3風力提水的經濟性分析
以可灌牧場33.3hm2,單機容量為1kW的風力提水設備,在Ⅱ類風資源地區(占牧區面積的70%)的經濟性進行分析如下:投資:8400元/kW;設備費:8000元(其中1kW風力發電機1臺4200元);BOS系統(主要指控制、變頻、變壓或逆變)2500元;專用水泵:800元;配件:500元;安裝費:400元;年維護費:250元。在Ⅱ類風能資源區,4～8月間(灌水期)可提水2.5萬t,設備折舊按10年計算,每立方米水的成本為0.04元,而柴油在同樣條件下提取每立方米水則需成本0.2元。
4典型風力提水機型介紹
FS-4型風力發電提水機,是由風力發電機、控制器、直流潛水電泵3大部件組成的提水系統,沒有逆變、升壓和儲能系統。風輪由三枚FX60-126翼型的葉片,構成了直徑4m的水平軸、上風向、尾翼對風的高速風輪系統。風輪額定轉速300r/mint。Cp值0.35。葉片為木芯,外包玻璃鋼結構。泵水裝置是由直流稀土永磁潛發電機和多級離心泵組成一體的泵水系統。該泵水裝置因沒有直接接觸的運動部件,所以起動力矩非常小。且離心泵與風輪動力學特性極為吻合,實現了負載扭矩與風輪轉速的二次方成比例即:M=f(n2)的理想匹配模式。主要性能參數與技術指標:風輪直徑4,漿葉數3,起動風速2.5m/s,切入風速3m/s,額定風速8m/s,額定揚程20m,額定流量20m3/h,抗大風能力50m/s,塔高8m。FS-4風力發電提水機,在20m揚程,年平均風速為3m/s的地區,1臺機組可灌溉農田5hm2,每臺機組每年可增產糧食7500kg,產值約4000元。該設備用于人工草場灌溉,可灌草場7hm2,年增產優質干草8萬余kg,其產值為1.5萬余元,這些牧草如用作冬儲抗災,其經濟效益是不可簡單估算的。FS-4型風力發電提水機用于供水,可解決1000人的村鎮人畜飲水。同時FS-4風力提水系統,還具有較好的社會效益,它可以節約礦物燃料(年節燃油750L或節電3000kW•h),有利于我國的可持續發展,它不排CO2、不污染環境,有利于環保和緩解溫室效應。
5結束語
能源作為國民經濟發展的重要基礎因素之一,對經濟的發展起著非常重要的作用,牧區生態建設和牧區水利事業,都離不開豐富、廉價、實用的風能來作保證。充分利用當地豐富、便利的風能,來解決能源短缺或代替輸送不便、不經濟的常規能源,是實現牧區水利現代化,促進環境的改善和畜牧業的發展,保證西部開發順利進行的一項重要措施。
