风能提灌站的构成及其应用

□蒋辉霞　杨建国　李丹丹　陈　立/四川省农业机械研究设计院



风能提灌站的构成及其应用

□蒋辉霞杨建国李丹丹陈立/四川省农业机械研究设计院

摘要：本文介绍了风能提灌站的抽水原理和构成，针对应用实例进行了分析，以期为风能提灌站的应用提供参考。

关键词：风能提灌站；构成；应用

风能是以空气流做功，清洁、安全、可再生的绿色能源。风能的开发和利用对环境无污染，对生态无破坏，环保效益和生态效益良好，对于人类社会可持续发展具有重要意义。现今调整能源结构、减少温室气体排放、缓解环境污染、加强能源安全已成为国内外关注的热点。我国对可再生能源的利用，特别是对风能的开发和利用给予了高度重视，仅2015年上半年，全国风电新增并网容量达916万kW。根据国家能源战略中鼓励发展新能源的政策，风能资源非常丰富的地区，可以利用风能建设相关工程。

据统计，目前全国小型固定式提灌站的装机容量已经超过4 000万kW，其中，20%以上可以采用新能源进行提灌。在风力资源丰富的地方，采用风能提灌站是新能源技术发展的探索，可有效解决电力缺乏地区人畜饮水困难及灌溉用水不足的问题，并起到一定的示范推广作用，有利于建设节水型农业。近年，继凉山州宁南县红星乡前卫村建成了四川省首台风能提灌站，为当地超过66.67 hm2烤烟大田移栽解决了灌水难题后，德昌、冕宁等县先后修建了4座风能提灌站，风能的开发利用已逐渐成为新能源开发的热点。

1　风能提灌站抽水原理及构成

1.1风能提灌站抽水原理

工作状态下，风轮转动，带动水泵抽水工作，直接将风能转化成机械能进行抽水。风轮中心的毂与风车齿轮箱的风轮主轴连接，风轮旋转带动风轮轴转动；同时，由巴氏合金制成的轴承支撑两个驱动齿轮，这两个齿轮的旋转带动大齿轮，进而带动轮臂上下移动，轮臂带动导轮及与导轮轴上连接的所有部件上下移动，这样就完成了一次抽水周期。轮臂在冲程顶部，导轮使泵杆和冲程保持直线运动。大齿轮和轮臂可以形成两种冲程——长冲程和短冲程。长冲程较常见，短冲程适用于微风和扬程较高等特殊情况。

1.2风能提灌站构成

风能提灌站主要由风车抽水机组、风车抽水机组附属设施、水工建筑物组成。风车抽水机组包含水泵、风车、传动机构、控制机构、风力机塔架等。风车抽水机组附属设施包含输水管道、管件、配套阀门、防护网等。水工建筑物包含风车及水泵基础平台、进水池、高位蓄水池、镇墩及支墩等。

1.3风能提灌站特点

风车可以离开水源，避开障碍物，安装在山顶高坡等风源条件比较好的地方，适应地形的能力较强。

可充分利用风力资源，不耗费油、电等常规能源，避免了传统能源消耗对环境造成的污染和影响，使水利工程建设与生态环境保护有机结合，经济环保；在有效灌溉农田、发挥用水保障作用的同时，也成为亮丽的水利景观，取得了明显的经济效益、社会效益和生态效益。

2　风能提灌站工程应用实例

2.1基本概况

项目区位于凉山州宁南县华弹镇铜厂村，项目所在地干湿季分明，年降水量970 mm，风能资源丰富。根据当地气象部门提供的逐日风速统计数据表明，当地11月至次年3月，月平均风速为2.5 m/s，最大风速达11.1 m/s，能满足建设风能提灌站的要求。

根据现场勘测，提灌站水源来自七零水库大堰，经风车抽水机组提水后，输送至高位蓄水池，配置风车抽水机组2台和水工建筑物。主要包括风车及水泵基础平台、进水池、出水池等土建工程和风车抽水机组及其附属设备等。

2.2风能提灌站系统

提灌站基本参数：高程①一级站设计取水位为-1.00 m；②一级站水泵基础高程为±0.00 m；③一级站出水池水位（二级站设计取水位）为+39.0 m；④二级站水泵基础高程为+40.0 m；⑤二级站出水池水位为+84.0 m。净扬程为85 m，设计流量为7～8.5 m3/h，装机2台。

经综合考虑工程的用途、风资源条件、提水的流量及扬程、布置便利与否等因素，选择如下风车抽水机组。

宁南县华弹镇铜厂村风能提灌站（一级站）：直径6 m的风车1台，水泵扬程50 m，流量7.0～8.5 m3/h。

宁南县华弹镇铜厂村风能提灌站（二级站）：直径6 m的风车1台，水泵扬程50 m，流量7.0～8.5 m3/h。

风能提灌站的风车抽水机组布置在风车及水泵基础平台上，风车及水泵基础平台四周设砖砌围墙。水泵出水管横向布置，为直进直出布置形式，管路经过镇墩，沿地形铺设至高位蓄水池。

2.3风能提灌站的自动化措施

通过科学设计，该风能提灌站的风轮弯曲度按严格度数要求设计，确保风车在微风、强风、风暴条件下有效运转；此设计在任何风力条件下都能够抽取最大限度水量；全自动自我保护装置保障任何强风和风暴都不会损坏风车。

该站采用全自动润滑系统，所有工作部件在任何温度下都能得到润滑；箱罩经过防锈镀锌处理，可长期有效防止雨水和灰尘进入。

尾翼控制风轮方向，使风车运转不受任何风向限制；风速超过13 m/s，尾翼自动折叠保护风车，无需人工操作。

大量支撑部件增加了铁塔的牢固性，可抵挡暴风对风车的损坏；所有钢铁件均经过严格镀锌防锈处理，延长了风车的使用寿命；塔梯牢固且安全，坚实稳固的平台为安装和后期维护提供了安全保障。

2.4风能提灌站的效益

宁南县华弹镇铜厂村风能提灌站的建成，使当地水资源得到了充分利用，有利于灌区农作物灌溉以及当地群众的正常生产生活用水；改善了灌区生态环境，增强了灌区农业抗旱减灾能力，防止水土流失。同时，可使土壤得到改良，种植绿肥，提高土地肥力，有利于调整农业结构；引种优质蔬菜、瓜果、烟叶等作物，社会与经济效益良好。

3　结束语

由于风是一种取之不尽，用之不竭的优质、廉价、环保的可再生能源，风能提灌站具备安静无污染、工作可靠、维护成本低，没有断绝供应的问题等优点，风能的利用越来越受到重视，而且发展速度也在加快。在满足运行条件的区域建设风能提灌站，具有显著的社会效益、生态效益和经济效益。

中图分类号：S213

文献标识码：B

文章编号：2095-3615（2016）03-0019-02