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风能取水对牧业生态的必要性

2012/09/25 阅读:

本文作者:查咏单位:水利部牧区水利科学研究所

在我国,牧区面积约占国土面积的44.4%,有2.25亿hm2可利用的草地。牧区所处的区域主要分布在干旱或半干旱地带,由于受地理环境和自然条件的影响,水资源严重短缺,水土流失严重,加之人畜数量的增加。天然草地超载放牧和不合理的开发利用,导致草地植被破坏,草原退化、沙化。以内蒙古为例,到目前,退化、沙化的草原面积为0.32亿hm2,占牧区可利用草原面积的61%。导致草地产草量下降,沙尘暴等灾害的频繁发生,使畜牧业经济不能稳定发展,草原生态难以维持平衡。这些问题已引起人们的极大关注。以新时期“以水为中心,以水定发展”的新思路,开展草原建设。最终达到发展畜牧业和保护生态环境的双赢目标。在我国牧区,可控制利用的水以开发可补给的浅层地下水为主,水源设施一般为机井和筒井。从水源到用水终端,中间必须有一个动力系统以保证水可靠的输送。但牧区幅员辽阔,且居住分散,电网覆盖的区域有限,灌溉动力只能靠内燃机,这就加大了提水成本,这种提水方式经济效益低,难以在牧区推广应用。在牧区,人工草场得不到发展的地区只能进行放养,当地群众的生活用能大部分来源于植物和家畜的粪便,破坏了生物链,造成土地大量缺氮,使植物难以生存。如果利用这些地区丰富的风能资源(80%地区年平均有效风能密度为400~2480kW•h/m2•a)进行提水灌溉,将是发展农牧业经济和改善生态环境的一条重要途径。

1风力提水服务于牧区水利建设的切入点

1.1多元化牧场风能节水灌溉

随着牧业生产的发展,现代化家庭畜牧业已不再是单一的畜牧业生产,而是集农、林、牧各业为一体的多元化牧场,在牧区利用风能,对于促进牧业生产的发展,是很有必要的。1kW的风力提水机,在4~8月间可提水2.5万m3(20m3/h×10h×25d/月×5月),每灌1次水每公顷耗水按750m3计算,植物生长期灌水5次,1kW的风力提水机可灌溉人工草场33.3hm2,解决300只羊季节性圈养的饲草料问题,同时使天然草场得到季节性的休养。

1.2利用风能净化水质

大部分牧区水质较差,人畜饮水质量不能得到保证,利用风力提水,结合中小型的水处理设备,进行水质处理,以提高牧区人畜饮水的数量和质量,提高人民的生活水平。

2利用风能进行沙漠绿化工程建设

就目前我国沙漠及半沙漠化的土地而言,多数是由于林木超量采伐、过渡放牧等人为原因引起的,在这些土地资源丰富的区域,水资源能满足沙漠治理生物工程建设、牧业生产、人畜供水条件的地区约占总数的20%,如能保障能源的稳定供给,在这些地区建设沙漠绿洲生态农业是完全可能的,为保证沙漠绿洲建设的成功,必须采用经济实用的风力提水机来进行灌溉,否则又会走到“年年种树不见树,年年种草不见草”的老路上。

3风力提水的经济性分析

以可灌牧场33.3hm2,单机容量为1kW的风力提水设备,在Ⅱ类风资源地区(占牧区面积的70%)的经济性进行分析如下:投资:8400元/kW;设备费:8000元(其中1kW风力发电机1台4200元);BOS系统(主要指控制、变频、变压或逆变)2500元;专用水泵:800元;配件:500元;安装费:400元;年维护费:250元。在Ⅱ类风能资源区,4~8月间(灌水期)可提水2.5万t,设备折旧按10年计算,每立方米水的成本为0.04元,而柴油在同样条件下提取每立方米水则需成本0.2元。

4典型风力提水机型介绍

FS-4型风力发电提水机,是由风力发电机、控制器、直流潜水电泵3大部件组成的提水系统,没有逆变、升压和储能系统。风轮由三枚FX60-126翼型的叶片,构成了直径4m的水平轴、上风向、尾翼对风的高速风轮系统。风轮额定转速300r/mint。Cp值0.35。叶片为木芯,外包玻璃钢结构。泵水装置是由直流稀土永磁潜发电机和多级离心泵组成一体的泵水系统。该泵水装置因没有直接接触的运动部件,所以起动力矩非常小。且离心泵与风轮动力学特性极为吻合,实现了负载扭矩与风轮转速的二次方成比例即:M=f(n2)的理想匹配模式。主要性能参数与技术指标:风轮直径4,浆叶数3,起动风速2.5m/s,切入风速3m/s,额定风速8m/s,额定扬程20m,额定流量20m3/h,抗大风能力50m/s,塔高8m。FS-4风力发电提水机,在20m扬程,年平均风速为3m/s的地区,1台机组可灌溉农田5hm2,每台机组每年可增产粮食7500kg,产值约4000元。该设备用于人工草场灌溉,可灌草场7hm2,年增产优质干草8万余kg,其产值为1.5万余元,这些牧草如用作冬储抗灾,其经济效益是不可简单估算的。FS-4型风力发电提水机用于供水,可解决1000人的村镇人畜饮水。同时FS-4风力提水系统,还具有较好的社会效益,它可以节约矿物燃料(年节燃油750L或节电3000kW•h),有利于我国的可持续发展,它不排CO2、不污染环境,有利于环保和缓解温室效应。

5结束语

能源作为国民经济发展的重要基础因素之一,对经济的发展起着非常重要的作用,牧区生态建设和牧区水利事业,都离不开丰富、廉价、实用的风能来作保证。充分利用当地丰富、便利的风能,来解决能源短缺或代替输送不便、不经济的常规能源,是实现牧区水利现代化,促进环境的改善和畜牧业的发展,保证西部开发顺利进行的一项重要措施。

风能取水对牧业生态的必要性

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