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            风力提水技术

            发布时间: 2016-07-01 17:14:40   作者:无   来源:

             

            第一部分:概述
            第二部分:技术原理
            第三部分:国内应用和发展
            第四部分:国外应用和发展
            第五部分:供应商信息
            第六部分:经典案例
            第七部分:参考文献
             
            概述
            风力提水的方式可以是利用风能发出的电力驱动水泵,还可以是用风力产生压缩空气后抽水的方式,但广泛使用的还是直接利用风力提水。风力提水比发电更容易实现,因为风力提水是依靠天然风资源完成向上提水作业,机械结构简单、成本低廉、操纵和维护方便。风力提水作为一种节能无污染的可再生能源的提水方式,已越来越受到欢迎和重视。
            风力提水是一个汇集空气动力学、结构力学和材料科学等综合性学科的技术。它可以广泛运用在边远缺水地区解决农村饮水问题,进行天然草场灌溉;也可以和微滴灌系统配套,发展节水灌溉;在沙地荒漠腹地运用风力提水,建立综合防护林,可防止沙漠对绿洲的吞噬,有效地促进沙区生态环境的建设;在地下水水位较高的地区,利用风力提水可以及时排除土壤中多余有害的水,使地下水水位降低到一定的深度,从而改良土壤,控制土壤的盐碱化,让作物在适宜的土壤含水量中生长。还可以利用风力提水进行活水养鱼、海水晒盐等。
             
            技术原理
            根据提水方式的不同,现代风力提水机可分为风力直接提水和风力发电提水2大类,风力提水机又可分为高扬程小流量型、中扬程大流量型和低扬程大流量型。
            1)低扬程大流量风力提水机组
            该系统是由低速或中速风力机与钢管链式水车或螺旋泵相匹配形成的一类提水机组。它可以提取河水、海水等地表水, 用于盐场制盐、农田排水、灌溉和水产养殖等作业。机组扬程为: 0. 5 3 m , 流量可达50 100m3ö h。风力提水机的风轮直径5 7 m , 风轮轴的动力通过两对锥齿轮传递给水车或螺旋泵, 从而带动水车或水泵提水。这类风力机的风轮能够自动迎风, 一般采用侧翼——配重调速机构进行自动调速。
            2)中扬程大流量风力提水机组:
            该系统是由高速桨叶匹配容积式水泵组成的提水机组,这类风力提水机组的风轮直径5 6 m , 扬程为10 20 m , 流量为15 25 m 3ö h。这类风力提水机用于提取地下水, 进行农田灌溉或人工草场的灌溉。一般均为流线型升力桨叶风力机,性能先进, 适用性强。但造价高于传统式风车。
            3)高扬程小流量风力提水机组:
            该系统是由低速多叶式风力机与单作用或双作用活塞式水泵相匹配形成的提水机组。这类风力提水机组的风轮直径为26m , 扬程为10100m , 流量为0. 55m3/h。这类机组可以提取深井地下水, 在我国西北部、北部草原牧区为人畜提供清洁饮用水或为小面积草场提供灌溉用水。这类风力提水机通过曲柄连杆机构, 把风轮轴的旋转运动力转变为活塞泵的往复运动进行提水作用。这类风力机的风轮能够自动对风,并采用风轮偏置——尾翼挂接轴倾斜的方法进行自动调速。
            4)风力发电提水机组
            风力发电提水是近几年才出现的一种新的风力提水方式,它有2种基本形式:一种为风力发电、储能、电泵提水;另一种是风力发电机在有效风速范围内发电,由控制器来调节电泵的工作状态,直接驱动电泵提水。后者较前者省去了蓄电池和逆变系统,减少了中间环节,降低了提水系统的费用,可谓是真正意义上的风力发电提水。
            风力发电提水和传统的风力直接提水相比具有如下优点:1、适用范围广。用户可根据井深、井径和需水量的不同,选择不同的常规电泵,弥补了传统风力提水机之不足。2、能量转换效率较高。虽然风力发电提水机多了一级能量转换,但由于风力发电机的风轮采用的是现代流线型桨叶,它的风能利用系数Cp值较高,风力发电机的效率一般都在30%左右,提水用的电动机与通用水泵的效率乘积约为50%,所以风力发电提水系统的整体效率为10%~15%,达到或超过了传统风力提水机组的效率(10%左右)。3、安装、维修方便。由于风力发电提水机组的电泵均为通用定型产品,配件易购,维护修理及更换零件简单容易。目前风力发电提水技术还处在推广示范阶段,有些关键技术还不完全过关,预计在不久的将来风力发电提
            水技术将成为风力提水家族的新贵。
            目前,在我国工、农、牧业等各项生产活动中运行的各类风力提水机约有3000余台,主要在东南沿海用于养殖、制盐,在江苏、宁夏、河北和吉林等地用于农田灌排,在三北地区用于提供人畜饮水与人工草场的灌溉。
             
             国内发展和应用现状
            低扬程大流量提水机因扬程太低(一般小于3 m ) , 其使用范围受到限制。中扬程大流量风力提水机主要是用于中西部的农业灌溉, 因当地的经济条件所限, 进展步履艰难, 有待国家的进一步扶持。高扬程小流量低速风轮拉杆泵型, 在成本及可靠性方面几乎一直是不可替代的。
            目前,在我国工、农、牧业等各项生产活动中运行的各类风力提水机约有! """ 余台,主要在东南沿海用于养殖、制盐,在江苏、宁夏、河北和吉林等地用于农田灌排,在三北地区用于提供人畜饮水与人工草场的灌溉。
             
            国外发展和应用现状
            人类利用风力提水有着悠久的历史, 18世纪传统式的风力提水机为美洲大平原的开发立下了不朽的功绩。目前, 在世界各国运行的风能利用机械中, 50%以上的是用来提水。近年来, 风力提水机在世界各国, 特别是在发展中国家重新得到了重视和发展。由于用风力提水在经济效益上可以与常规能源相竞争, 画而不断受到欢迎, 使用范围日益扩大, 未来的发展远景十分可观。本文对国外风力提水机械的发展水平和特点进行了粗略分析, 大体上将它们归结为五种类型。
            1)传统式的多叶片农用风力提水机
            2)现代的轻型农用风力提水机
            3)低成本的风力提水机
            4)风方发电-提水系统
            5)非常规的风力提水机
             
            供应商信息
            水利部牧区水利科学研究所
            沈庆风能研究所
            北京净技佳环保技术研究所
            内蒙电管局锡盟风能研究所
            黑龙江省大庆风能研究所
              
            经典案例
            九星山庄风力提水工程
            ①概况
            台儿庄区位于枣庄市最南部,地处韩庄运河、伊家河两岸。九星山庄位于台儿庄区泥沟镇西北10 km 处的白山东侧,地势西高东低,北高南低,该村现有人口708人,平原耕地100 hm2,坡耕地140 hm2,土地比较贫瘠,干旱季节,农村饮用水和农作物灌溉依靠山脚下的佟庄小型水库,多年来受干旱的影响,农民生产、生活没有多大的改善。该地区年内主导风向为东北风,一般风力为34级,最大风力可达11级,夏、冬季常发生56级西北风,年平均3 级以上风的天数可达190天。利用风能优势在山区丘陵发展风力提水灌溉非常适宜;针对这种情况,该村借助“民办公助”项目实施的机遇,依靠村西北的佟庄水库和三面环山的自然优势,投资投劳74 万元,修建了梯田、拦水坝、蓄水池;在佟庄水库北岸修建风力提水工程,引水上山,栽植水保生态林、经济林,农业生产结构有了较大的调整,粮经比例达到46。同时,借助自然环境优势,对风力提水设备中的动力设备———风车进行科学布局,为当地发展生态旅游增添了一道靓丽的风景线,工程建设取得了一举两得的效果。目前,丘陵坡耕地的果园是该村发展致富的主导产业,生产的苹果、桃子远销省外。昔日光秃秃的穷山变成了花果山。观光农业日渐繁荣,农业产值和农民收入有了较大提高。风力提水和生态旅游业的紧密结合取得了较大的经济效益和社会效益。
            ②工程规划建设情况
            九星山庄风力提水工程于20075月开工,当年10月建成。工程结合当地自然地理环境和农业生产发展规划及生态旅游规划实施,以引水上山为目的,以风车布局为亮点,科学布置拦水坝,蓄水池采用梯级布设的地下结构,表面采用仿真岩体技术,水从岩体中自然喷涌,涓涓细流汇成小溪,使群山充满生机和活力。该工程项目共包括新建小型风力扬水站8处,设计总扬程50 m,从水库的北岸到山坡建50 m3 蓄水池3处,150 m3蓄水池5处;控制灌溉面积80 hm2,果园灌溉采取分级轮灌的运行管理方式,铺设输水管道5.8 km,新建小拦水坝5处,漫水桥6处,共完成土石方1.1m3砌石1 870 m3,混凝土101 m3。完成投资74 万元。
            ③工程原理
            该工程采用QZYF4 型风力气压自控扬水设备。该装置由风力空压机与气压机自控扬水机两部分组成,其工作过程是由风车转动直接带动空气压缩机,产生压动力,通过气管传导动力给水源中的气压自控扬水机直接扬水。该装置利用双体气压自控扬水机和风力机分开安装,便于风车和周围景点结合。设备塔高9 m,启动风速2.23 ms工作风速315 m/s扬程一般在20 m 左右。以风速5m/s 时计算,其出水量在7 m3/h 左右。设计压力0.20.6 Pa,风速413 m/s,扬程1060 m
            ④工程实施效果
            该工程不用油不用电,利用风力使水库水上高山,栽植了80 hm2果园,治理水土流失面积50 hm2。同时,风力提水工程也带动了当地旅游业的发展。风力提水彻底改善了山边80 hm2果园的灌溉条件,该工程当年实施当年见效,年增产12.5kg,人均年增收353元。
             
            参考文献
            [1] 李彦德. 风力提水在山区水土保持综合治理工程中的开发与应用[J].山东水利,2009,(9):13-14
            [2] 沈德昌,马金琪. 当代风力提水机的发展[J].粮油加工与食品机械,1987,(6):13-15.