光伏发电与传统电力暗管排水系统应用范文

摘要：对采用光伏发电和传统电力电源的暗管排水系统运行成本进行分析，结果表明：光伏发电应用于暗管排水系统比传统电力可节约大量运行成本，推广应用前景十分广阔。

关键词：暗管排水；光伏发电；成本分析

暗管排水技术是降低农田地下水位、控制和治理土壤盐渍化的有效途径之一。20多年来，宁夏引黄灌区已有超过3.35万hm2盐渍化耕地应用了暗管排水技术。实践证明，暗管排水在改良土壤水分条件、改善作物生长环境、促进农业增产增收等诸多方面均有积极作用，是农田排水技术的发展趋势和未来方向。近年来，宁夏农业综合开发土地治理项目在不断发展和优化暗管排水技术的基础上，将太阳能光伏发电技术与暗管排水技术相结合，探索使用光伏发电作为暗管排水泵站的供电来源，不仅简化了暗管排水系统的施工难度，还节约了工程的运行成本，取得了良好的经济效益和社会效益。本文选取农业综合开发平罗县陶乐镇马太沟项目区为典型样本，测算光伏发电和传统电力条件下的暗管排水系统的运行成本，比较得出光伏发电在投资和效益等方面的优势。

1项目区概况

该项目区位于平罗县陶乐镇马太沟村，总面积367hm2，耕地面积340hm2。项目的主要建设内容为布设暗管排水系统和光伏发电系统，重点解决该区域非灌溉期内地下水位高、土壤盐渍化严重的问题。项目区位于六大沟下游，地下水位受黄河水位顶托影响，排水困难，非灌溉期内地下水位埋深平均1.0～1.2m，已形成了较为严重的土壤次生盐渍化，给项目区农业生产带来极为不利的影响。加之项目实施以前，明沟系统中的农沟绝大多数已淤积，不能有效排降地下水位，而骨干沟道间距过大、部分沟段边坡滑塌严重，造成了沟道淤积，进一步加大了排水难度。项目实施后，田间排水系统采用二级暗管排水，取代了田间农沟排水，即在田间埋设深度为1.6～1.8m、间距为80m的吸水管，埋设深度为2.3～2.5m的集水管，暗管排水系统的控制排水面积为300hm2。农田田间径流、土壤重力水和地下水由田间吸水管汇集排入集水管，再通过集水管排入集水井，最终通过光伏排水泵站排入明沟或蓄水池。

2运行成本分析

二级暗管排水系统在运行过程中吸水管和集水管均为自流管道，不需要消耗电能等能源，只在集水井通过潜水泵强排至明沟或蓄水池的过程中才会消耗电能。所以本文只对太阳能光伏和传统电力在强排过程中产生的运行费用进行对比。马太沟项目区的暗管排水系统共有5个集水井，每个集水井安装功率为4kW的潜水泵1台，设计流量80m3/h，同时配备了功率为0.32kW的单晶太阳能光伏板18块，每个泵站的光伏发电系统装机容量为5.76kW，完全满足潜水泵和机电设备的供电需求。集水井设计直径为4m，设计深度为30m，设计容量376.8m3。项目区设计排涝排渍模数为q=2.145m3/s/万hm2（s为时间单位秒），按300hm2排水面积和1天时间计算，灌溉期内每1天当中通过暗管排水系统产生的排水量为：q×300hm2×86400s=5560m3，即平均每个集水井的日均排水流量为1112m3。由于潜水泵的设计流量为80m3/h，单个潜水泵的理论工作时间为：1112m3÷80m3/h=13.9h，考虑到集水井自身容积376.8m3，单个泵的设计工作时间定为12h/d。若使用传统电力，按照2018年度宁夏最新农业用电价光伏发电与传统电力暗管排水系统运行成本分析吴昊1，张凌智21.宁夏回族自治区农业综合开发办公室，宁夏银川750001；2.河海大学，江苏南京210098格1～10kW0.463元/kW·h计算，单个潜水泵每天的用电费用为：0.436元/kW·h×12h×4kW=20.9元，项目区5台水泵每日电费总计为104.5元。项目区每年的排水排渍期为3～9月，共7个月，按210天计，全年的用电费用为2.19万元。项目设计使用年限为15年，15年间仅排水系统产生的电费将高达32.85万元，而且这还仅仅是用电的成本，未计算输电线路的建设费用。若采用光伏发电作为暗管排水系统的电力来源，单个的光伏发电系统仅需要太阳能电池板、电池板支架、逆变器和电缆组成，该项目单个光伏发电系统实际的造价仅为4.29万元，整个项目区5套光伏发电系统造价为21.45万元。光伏发电系统一旦安装完成，使用年限同样为15年，但运行成本几乎为零。

3结论

在农业综合开发平罗县陶乐镇马太沟项目区暗管排水系统中，光伏发电系统在设计年限之内的运行成本要远比使用传统电力的运行成本要低。特别是在国家投资建设的农田水利项目中，财政投入几乎囊括了工程建设的大部分内容，后期的运行成本就成了影响项目效益的重要因素。光伏发电系统在暗管排水运行过程中的“零成本”优势，极大地减轻了乡镇村队和农业经营主体的后期运行成本，值得在今后的盐碱地治理和农田水利建设中推广应用。

作者：吴昊 张凌智 单位：宁夏回族自治区农业综合开发办公室 河海大学