智慧農(nóng)業(yè)綜合能源服務生態(tài)圈研究與應用

劉曉艷 靳曉楷 杜林森 潘云仙

【摘?要】國網(wǎng)衡水供電公司搭建智慧農(nóng)業(yè)-鄉(xiāng)村振興綜合能源服務生態(tài)圈，將鄉(xiāng)村振興智慧農(nóng)業(yè)能源服務平臺、“源網(wǎng)荷儲”系統(tǒng)和智慧農(nóng)業(yè)控制系統(tǒng)集聚一身，實現(xiàn)農(nóng)網(wǎng)不間斷供電，推動設施農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化，開辟了國網(wǎng)公司從傳統(tǒng)電能供應商向綜合能源服務商轉(zhuǎn)型的新領(lǐng)域。

【關(guān)鍵詞】鄉(xiāng)村振興;脫貧攻堅;綜合能源;智慧農(nóng)業(yè)

1研究背景

優(yōu)化營商環(huán)境深入開展、增量配電市場放開、持續(xù)降低一般工商業(yè)電價等，電網(wǎng)企業(yè)利潤空間持續(xù)壓縮?！白獭蹦Ｊ讲贿m應新發(fā)展需求，倒逼公司主動創(chuàng)新創(chuàng)效，拓展新的利潤增長點。近兩年，全國8000余家售電公司涌入售電市場，對國家電網(wǎng)的售電模式、售電量帶來前所未有的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的坐商模式已不能適應市場經(jīng)濟的快速發(fā)展趨勢，倒逼電網(wǎng)企業(yè)創(chuàng)新創(chuàng)效、拓展盈利模式。

“民以食為天”，中國是農(nóng)業(yè)大國，近幾年，中國農(nóng)業(yè)信息化建設已向智慧農(nóng)業(yè)方向發(fā)展。農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)監(jiān)測體系、田間管理自動化控制技術(shù)、智能化農(nóng)業(yè)機械設備研發(fā)及農(nóng)產(chǎn)品追溯系統(tǒng)均是智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向。設施農(nóng)業(yè)是智慧農(nóng)業(yè)發(fā)展的重點區(qū)域，因此衡水地區(qū)農(nóng)業(yè)大棚綜合能效研究與分析是當前鄉(xiāng)村振興重要工作。電網(wǎng)企業(yè)需要在“實現(xiàn)鄉(xiāng)村振興，促進農(nóng)業(yè)發(fā)展”道路上和農(nóng)戶尋找利益共同點，探索綜合能源在設施農(nóng)業(yè)發(fā)展方向上的商業(yè)模式，實現(xiàn)雙方共贏。

2項目整體情況

一是在農(nóng)排變臺區(qū)應用“源-網(wǎng)-荷-儲”技術(shù)，利用風能、太陽能及電能儲存等新能源技術(shù)優(yōu)勢，解決了農(nóng)排變輕載和閑置期設備利用率低及用電低谷期電網(wǎng)“小電量、大高損”問題，實現(xiàn)蔬菜大棚連續(xù)“N-1”不間斷供電、新能源發(fā)電自發(fā)自用及余電上網(wǎng)得到收益。二是在棚內(nèi)布局各類作物生長環(huán)境感知器，實時感知作物生長狀態(tài)，將溫濕度、土壤肥度等微環(huán)境數(shù)據(jù)傳送到智慧農(nóng)業(yè)云服務平臺分析，指導農(nóng)戶智能化管理大棚。三是人工或自動對棚內(nèi)施肥、澆水、卷簾機、補光燈等設備遠程下達控制指令，實現(xiàn)精準、無人作業(yè)。

3研究成果

智慧農(nóng)業(yè)綜合能源服務生態(tài)圈平臺在棚區(qū)內(nèi)農(nóng)排配變應用“風光儲”技術(shù)，改變農(nóng)排配變“單向用電”模式，實現(xiàn)“雙向供用電”運行。解決農(nóng)排變輕載閑置、設備利用率低的問題，平衡了電網(wǎng)設備自身損耗。在溫室大棚國內(nèi)首例應用“多表合采”低壓載波技術(shù)實現(xiàn)棚內(nèi)各類數(shù)據(jù)實時感知、全時空數(shù)據(jù)全方位傳輸、云服務平臺信息全面分析、棚內(nèi)作業(yè)電氣設備精準控制，減少農(nóng)戶安裝自動溫室大棚自動控制設備購置費，增強數(shù)據(jù)可靠性，全面打造綜合能效分析、云平臺服務、智慧能源托管、電能替代綜合運行等多維一體的智慧農(nóng)業(yè)綜合能源服務生態(tài)圈。

3.1數(shù)據(jù)實時感知

通過在棚內(nèi)綜合布局空氣溫濕度傳感器、基質(zhì)溫度傳感器、CO2傳感器、光照傳感器、風速風向傳感器等感知設備，實現(xiàn)對棚外設備、棚內(nèi)作物生長環(huán)境的實時感知，達到實時監(jiān)測生態(tài)環(huán)境的目的。

3.2數(shù)據(jù)全方位傳輸

一是國內(nèi)首創(chuàng)利用“多表合采”低壓載波技術(shù)手段，實現(xiàn)臺區(qū)集中器收集棚內(nèi)環(huán)境農(nóng)作物監(jiān)測數(shù)據(jù)、風電、光伏發(fā)電監(jiān)測等數(shù)據(jù)的實時匯總與傳輸。二是臺區(qū)集中器通過無線傳輸技術(shù)傳送到云服務管理平臺，目前采取無線傳輸模式。

3.3信息全面分析

將傳送至云平臺的各類數(shù)據(jù)進行綜合分析處理，通過設定空氣溫濕度、基質(zhì)溫度、CO2含量、光照強度、風速風向等設定紅色和黃色預警閥值，對各位棚內(nèi)棚外環(huán)境數(shù)據(jù)進行全面解析，判定大棚卷簾裝置、灌溉系統(tǒng)、肥料供給裝置等設備運行狀態(tài)，根據(jù)閥值進行動作預判。

3.4任務精準下發(fā)

通過云平臺分析結(jié)果，將系統(tǒng)分析報告和預定動作通過手機App告知用戶，用戶可根據(jù)自身需求選擇平臺分析結(jié)果全自動下發(fā)各類裝置控制指令;或是用戶自身根據(jù)系統(tǒng)平臺推送的輔助任務清單，進一步修正任務指令，按照自身意愿決定設備運行狀態(tài)，使用戶享受足不出戶、遠程控制、高效種植的便捷服務。

3.5能效綜合應用

充分發(fā)揮萬畝棚區(qū)融合傳統(tǒng)電網(wǎng)資源和光伏、風機等現(xiàn)代清潔能源優(yōu)勢，利用能源路由器，將傳統(tǒng)電網(wǎng)資源和棚區(qū)綠色能源柔性指揮、消納，利用分布式能源解決電網(wǎng)短時間停電后棚區(qū)不間斷供電問題，在電網(wǎng)資源緊張時緩解電網(wǎng)運行壓力;電網(wǎng)低谷時，清潔能源全額上網(wǎng)發(fā)電，利用“源網(wǎng)荷儲”四位一體的能源生產(chǎn)消費模式，實現(xiàn)能源綜合利用，打造低碳、綠色、安全的智慧農(nóng)業(yè)能源互聯(lián)網(wǎng)服務生態(tài)圈。

4項目成效

4.1經(jīng)濟效益

結(jié)合該項目農(nóng)排配變負荷特征和運行時間，以50kVA配變?yōu)槔?，配置及預算涉及：光伏發(fā)電容量11KVA，發(fā)電風機容量5KVA，儲能柜20kWH，可為20個棚提供清潔能源，根據(jù)試點臺區(qū)運行狀況，結(jié)合當前光伏、風力電價，充分考慮近兩年日照周期和風力分布特點（光伏日均按3.5小時計算，11KW日發(fā)電量38.5kWh，風電日均按15小時計算，5KW日發(fā)電量75kWh）。年直接經(jīng)濟效益估算如下：

1.發(fā)電量收入：

（38.5+75）kwh*365天*0.3644元/kwh=15096.18元;

2.大棚環(huán)境監(jiān)控技術(shù)服務：

按200元/年，前期規(guī)劃20個大棚，技術(shù)服務費200元*20棚戶=4000元。

3.棚內(nèi)設備運維服務費（含傳感器、自動控制設備、小型電動農(nóng)機設備等運維）：按100元/月，20戶大棚/臺區(qū)監(jiān)測服務費100元*20棚戶*10個月=20000元。

4.充電服務費（1輛車充1次電平均75元，1月充4次，100輛綠色物流電動汽車）

75*100*4=30000元

5.當年棚內(nèi)傳感器及自動控制設備銷售：

一個棚內(nèi)各類傳感器、灌溉、施肥、卷簾機等自動控制合計約2萬元，利潤10%，20個棚/臺區(qū)利潤：

20*20000*0.1=40000元。

每年收入約：

15096.18+4000+20000+30000=69086.18元。依據(jù)推廣應用臺區(qū)投資20萬元測算（含棚內(nèi)設備、風光儲充設備投資），預計3年收回臺區(qū)投資成本。

萬畝棚區(qū)有1000個大棚，擴大推廣規(guī)模后，可形成產(chǎn)業(yè)鏈，通過該平臺可提供農(nóng)器具電商產(chǎn)品、農(nóng)產(chǎn)品銷售、農(nóng)產(chǎn)品物流、農(nóng)業(yè)政策宣傳等增值服務，增值服務收益可觀。

4.2社會效益

帶動農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈上下游共同發(fā)展，尤其是在挖掘數(shù)據(jù)價值方面，可幫助農(nóng)戶提質(zhì)增效、是一種新型的農(nóng)業(yè)大棚商業(yè)創(chuàng)新模式。

提供綜合能效服務套餐定制化服務，客戶依據(jù)自身需求定制服務套餐，公司按照套餐類別收取運行維護費，實現(xiàn)公司從傳統(tǒng)電能供應商向綜合能源服務商轉(zhuǎn)型升級。

搭建國網(wǎng)公司助力脫貧攻堅、服務鄉(xiāng)村振興、支持農(nóng)業(yè)電氣化宣傳展示陣地，作為智慧農(nóng)業(yè)電商平臺，宣傳、推廣、展示國網(wǎng)農(nóng)業(yè)電氣化設備，成為農(nóng)產(chǎn)品展示、農(nóng)村政策宣傳推廣的有效平臺。

5應用前景

在電力系統(tǒng)內(nèi)部，可極大提高農(nóng)網(wǎng)安全可靠供電能力，有效利用各方資源，實現(xiàn)能源、資源高效、協(xié)同利用。

利用泛在電力物聯(lián)網(wǎng)思維和市場化理念，打造智慧能源綜合服務體系，以“平臺”和“生態(tài)”兩手都要抓、兩手都要硬的理念，實現(xiàn)“引流”和“賦能”。

構(gòu)建了公司綜合能源服務轉(zhuǎn)型升級的新思路、新實踐，以該平臺為陣地，國網(wǎng)公司影響力、引領(lǐng)力會繼續(xù)提升，公司在轉(zhuǎn)型升級、拓寬利潤渠道的同時，也完成了國網(wǎng)品牌宣傳推廣。

參考文獻：

[1] 參考文獻：內(nèi)容：GB/T19001-ISO9001標準建立的質(zhì)量保證體系

[2] 參考文獻：內(nèi)容：光伏發(fā)電站接入電力系統(tǒng)技術(shù)規(guī)定（GB/Z 19964-2005）

[3] 參考文獻：內(nèi)容：《國家電網(wǎng)辦〔2013〕1781號-國家電網(wǎng)公司關(guān)于印發(fā)分布式電源并網(wǎng)相關(guān)意見和規(guī)范（修訂版）的通知》

（作者單位：國網(wǎng)衡水供電公司）