电力赋能智慧农业，助力乡村振兴——以新疆吐鲁番葡萄为例

陈 军，王珊珊，菅东祥，樊小朝，史瑞静，朱荣伍，李 坚

(1.国网吐鲁番供电公司，吐鲁番 838000；2.新疆工程学院能源工程学院，乌鲁木齐 830023；3.哈尔滨工业大学(深圳)，机电工程与自动化学院，深圳 518055；4.电子科技大学，成都 6100311)

0 引 言

以葡萄干为代表的干果是水果通过太阳能加热或人工加热脱水而形成的食物。它含糖量高，是典型的高能营养素，便于运输和储存。世界上大约95%的葡萄集中在北半球。中国的主要产区：新疆的吐鲁番和和田、山东的烟台和河北的张家口[1-2]。仅吐鲁番地区葡萄种植面积达56.94万亩，年产量为122.1万吨，具有悠久的葡萄干加工历史，因特殊的气候和环境条件，吐鲁番葡萄干在国内外干果市场具有重要影响力[3]。然而，葡萄产业的机械化程度较低，产地初加工标准化程度低，产业标准体系不健全，导致果品质量参差不齐，难以达到中、高端市场的果品标准，缺乏市场竞争力，产业发展弱的问题没有得到有效解决，亟待采取切实有力的举措加以改进。

随着消费升级，客户对葡萄干等干果的质量要求越来越高，迫使行业在生产中用标准化、自动化的生产设备取代传统的手工车间生产模式。生产中的种植、清洗、烘焙、包装、质检等工序均采用自动化生产方式，不仅可以显著提高生产效率，同时可以在整个生产过程中进行安全生产和质量控制，确保干果质量达到优质标准[4]。

《2021年中央一号文件》提出，国家要复兴，农村必须复兴。我们要把解决“三农”问题作为全党工作的重中之重，把全面推进农村振兴作为实现中华民族伟大复兴的重大任务，用全党和全社会的力量加快农业和农村现代化建设，让农民过上更美好的生活[5]。国网吐鲁番供电公司以“电力赋能智慧农业，助力乡村振兴”为指引，结合地区农业特色提出新思路、新目标，将智慧农业作为乡村振兴，助力农村现代化的重要举措，推进“碳达峰、碳中和”，致力于当好能源清洁低碳转型的“引领者”、“推动者”、“先行者”[6]。在国家大力推进乡村振兴加快农业农村现代化建设的同时，干果市场也伴随着快速的发展，智能清洁低碳的干果种植和加工方式必将成为新趋势，市场具有广阔的潜在发展空间和规模。

国内机械制造业蓬勃发展，也为葡萄干的工业化生产注入了科技力量。目前可用于葡萄干生产的食品机械包括清洗设备、干燥设备、分选设备、杀菌设备等，但行业还缺少能够贯穿于从葡萄种植到加工的全周期自动化生产模式，相关市场具有广阔的发展空间。本文针新疆吐鲁番地区葡萄干从种植到加工的风险对抗能力弱、葡萄干加工周期长、食品卫生安全存在隐患等问题，智能控制可移动式厂房的光、储、充、用各部分工作状态，精准控制新型葡萄“晾房”温、湿度和循环风力，打造多能互补的零碳排农业生产模式。

1 电力赋能新疆吐鲁番葡萄干产业

电力赋能智慧农业，助力乡村振兴，“电‘靓’一串葡萄干”主要包括：

(1)多维数据监控，环境状态实时感知；

(2)配电网柔性控制，自动灌溉实时管理；

(3)可移动式智慧晾房，降低成本提升效率；

(4)光伏+储能微电网，效益收入双提升。

1.1 多维数据监控，环境状态实时感知

智能监控系统中传感器实时采集空气温湿度、光照强度、土壤PH值等12种环境监测数据，由无线网络技术将数据汇聚至网关，通过HPLC及4G通信技术上送至智能配变终端，发挥配电连接客户最后一米优势。传感器实时采集12种环境监测数据，数据汇聚至网关送至智能配变终端，发挥配电连接客户最后一米优势。

1.2 配电网柔性控制，自动灌溉实时管理

自动灌溉实时管理系统采用无线技术，实现阀门的遥控启闭和定时轮灌。对机井有序管理，及时发布缺水预警，避免水泵水压不足和变压器重过载。实现无人职守自动灌溉，分片控制，预防人为误操作。配电网柔性控制，实现灌溉阀门的遥控启闭和定时轮灌。

1.3 可移动式智慧晾房，降低成本提升效率

可移动式智慧晾房如图1所示，晾房可按需停放任何位置，减少葡萄在途80%的运输损耗，节省人力物力。利用光伏板储能的密封无尘晾房与风机、温、湿度传感装置进行融合，实现能源系统的设备状态全感知，提升能源系统利用率。可根据各种干果的自身特性通过电力侧边缘计算，研发其农产品烘干数据模型，将烘干技术推广应用于多种干果的加工。

图1 可移动式智慧晾房

1.4 光伏+储能微电网，效益收入双提升

光伏+储能微电网系统如图2所示，加工季节利用光伏发电实现生产零碳排，自发自用余量上网，解决新能源消纳，调节负荷用电峰谷。非加工季节实现分布式能源台区就近消纳，解决季节性重、过载配变问题，提高供电质量的同时，为农民创收创效。密封无尘晾房与风机、温、湿度传感装置进行融合，实现能源系统的设备状态全感知，提升能源系统利用率。

图2 光伏+储能微电网系统

2 经济效益分析

以吐鲁番地区得到试点应用，将在以下方面取得显著的经济成效：

2.1 葡萄干产值提升3倍

根据吐鲁番高昌区贝勒克齐坎儿村实地生产结果证实，一亩无核白葡萄地年产鲜葡萄约3 000 kg，通过传统晾晒，产葡萄干600 kg，而通过绿电葡萄干加工，大大减少了生产过程中的浪费，产量达到710 kg，提升18.3%。传统葡萄干售价在14～16元/kg，产值约9 600元/亩，绿电葡萄干售价在50～60元/kg，产值约29 000元/亩，产值提升约300%。

2.2 单晾房单日增收75元

目前，单个晾房的光伏发电功率为3千瓦/小时，吐鲁番光热资源丰富，光照时间长，单日按10个小时计算，日发电量30千瓦，按目前0.25元/千瓦上网电价计算，单日收益75元。可争取政府电价补贴，收益会更多。葡萄产区在非种植期间，用电负荷小，公变利用率低，通过分布式光伏电源上网，提升公变利用率。

2.3 降低人力成本90%

葡萄种植管理由传统的人工变为智能化管理，葡萄品质得到大幅提升，大大节省人工成本。以往每生产100公斤葡萄干需投入人力工时2人/天，每人单日成本200元，每生产100公斤需投入400元，而项目产品仅需一次性的购买费用即可实现自动化作业，同比降低人力成本60%。

3 结束语

本文研究应用于实际情况，一亩无核白葡萄地年产鲜葡萄3 000 kg，通过传统晾晒，产葡萄干600 kg，而通过新型蔔萄干加工方式，大大减少了中间加工环节的浪费，亩产葡萄干达710 kg，提升了18.3%。经与吐鲁番高昌区贝勒克齐坎儿村葡萄种植农户交流，中间环节浪费主要体现在以下几方面：一是由于传统晾房需要自然通风良好，一般修建在山顶，鲜葡萄采摘后，需要长距离运输至晾房，葡萄自然辣落、磕碰、蚊虫叮咬遭成浪费。二是传统葡萄晾房晾晒，需要将鲜葡萄人工悬挂在晾房内支架上，自然阴干，此过程造成葡萄皮损伤、掉落造成浪费。三是传统晾房晾晒葡萄干需要50天左右，期间葡萄处于自然敞开状态，蚊虫町咬、自然掉落造成浪费。综合上述各环节，传统晾晒工艺浪费比一般20%左右。

本文研究受市场开放、竞品抢占市场等因素影响，存在一定的市场开拓风险。一是构建完善的市场售前和售后体系，为潜在目标客户提供优质的服务体验；二是进行科学化的客户需求和行为分析，出具最优市场营销解决方案，大幅缩短目标客户的等待时间，提高目标客户群体的满意度。本文研究应用由于涉及终端架构与电网数据对接采集，对于数据来源采集需进行更高级的安全管控与准入制度。一是项目产品系统应定期进行渗透测试和安全代码检测，实现可控、能控、在控；二是敏感数据、机密数据必须实施脱敏处理并建立数据屏蔽层，规避内部数据被盗用、滥用的风险。