智慧農業綜合能源服務生態圈研究與應用

劉曉艷 靳曉楷 杜林森 潘云仙

【摘?要】國網衡水供電公司搭建智慧農業-鄉村振興綜合能源服務生態圈，將鄉村振興智慧農業能源服務平臺、“源網荷儲”系統和智慧農業控制系統集聚一身，實現農網不間斷供電，推動設施農業產業化，開辟了國網公司從傳統電能供應商向綜合能源服務商轉型的新領域。

【關鍵詞】鄉村振興;脫貧攻堅;綜合能源;智慧農業

1研究背景

優化營商環境深入開展、增量配電市場放開、持續降低一般工商業電價等，電網企業利潤空間持續壓縮。“坐商”模式不適應新發展需求，倒逼公司主動創新創效，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，對國家電網的售電模式、售電量帶來前所未有的挑戰，傳統的坐商模式已不能適應市場經濟的快速發展趨勢，倒逼電網企業創新創效、拓展盈利模式。

“民以食為天”，中國是農業大國，近幾年，中國農業信息化建設已向智慧農業方向發展。農業大數據監測體系、田間管理自動化控制技術、智能化農業機械設備研發及農產品追溯系統均是智慧農業發展的方向。設施農業是智慧農業發展的重點區域，因此衡水地區農業大棚綜合能效研究與分析是當前鄉村振興重要工作。電網企業需要在“實現鄉村振興，促進農業發展”道路上和農戶尋找利益共同點，探索綜合能源在設施農業發展方向上的商業模式，實現雙方共贏。

2項目整體情況

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

3研究成果

智慧農業綜合能源服務生態圈平臺在棚區內農排配變應用“風光儲”技術，改變農排配變“單向用電”模式，實現“雙向供用電”運行。解決農排變輕載閑置、設備利用率低的問題，平衡了電網設備自身損耗。在溫室大棚國內首例應用“多表合采”低壓載波技術實現棚內各類數據實時感知、全時空數據全方位傳輸、云服務平臺信息全面分析、棚內作業電氣設備精準控制，減少農戶安裝自動溫室大棚自動控制設備購置費，增強數據可靠性，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業綜合能源服務生態圈。

3.1數據實時感知

通過在棚內綜合布局空氣溫濕度傳感器、基質溫度傳感器、CO2傳感器、光照傳感器、風速風向傳感器等感知設備，實現對棚外設備、棚內作物生長環境的實時感知，達到實時監測生態環境的目的。

3.2數據全方位傳輸

一是國內首創利用“多表合采”低壓載波技術手段，實現臺區集中器收集棚內環境農作物監測數據、風電、光伏發電監測等數據的實時匯總與傳輸。二是臺區集中器通過無線傳輸技術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據進行綜合分析處理，通過設定空氣溫濕度、基質溫度、CO2含量、光照強度、風速風向等設定紅色和黃色預警閥值，對各位棚內棚外環境數據進行全面解析，判定大棚卷簾裝置、灌溉系統、肥料供給裝置等設備運行狀態，根據閥值進行動作預判。

3.4任務精準下發

通過云平臺分析結果，將系統分析報告和預定動作通過手機App告知用戶，用戶可根據自身需求選擇平臺分析結果全自動下發各類裝置控制指令;或是用戶自身根據系統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，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

充分發揮萬畝棚區融合傳統電網資源和光伏、風機等現代清潔能源優勢，利用能源路由器，將傳統電網資源和棚區綠色能源柔性指揮、消納，利用分布式能源解決電網短時間停電后棚區不間斷供電問題，在電網資源緊張時緩解電網運行壓力;電網低谷時，清潔能源全額上網發電，利用“源網荷儲”四位一體的能源生產消費模式，實現能源綜合利用，打造低碳、綠色、安全的智慧農業能源互聯網服務生態圈。

4項目成效

4.1經濟效益

結合該項目農排配變負荷特征和運行時間，以50kVA配變為例，配置及預算涉及：光伏發電容量11KVA，發電風機容量5KVA，儲能柜20kWH，可為20個棚提供清潔能源，根據試點臺區運行狀況，結合當前光伏、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日發電量38.5kWh，風電日均按15小時計算，5KW日發電量75kWh）。年直接經濟效益估算如下：

1.發電量收入：

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

2.大棚環境監控技術服務：

按200元/年，前期規劃20個大棚，技術服務費200元*20棚戶=4000元。

3.棚內設備運維服務費（含傳感器、自動控制設備、小型電動農機設備等運維）：按100元/月，20戶大棚/臺區監測服務費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.當年棚內傳感器及自動控制設備銷售：

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

20*20000*0.1=40000元。

每年收入約：

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

萬畝棚區有1000個大棚，擴大推廣規模后，可形成產業鏈，通過該平臺可提供農器具電商產品、農產品銷售、農產品物流、農業政策宣傳等增值服務，增值服務收益可觀。

4.2社會效益

帶動農業產業鏈上下游共同發展，尤其是在挖掘數據價值方面，可幫助農戶提質增效、是一種新型的農業大棚商業創新模式。

提供綜合能效服務套餐定制化服務，客戶依據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，實現公司從傳統電能供應商向綜合能源服務商轉型升級。

搭建國網公司助力脫貧攻堅、服務鄉村振興、支持農業電氣化宣傳展示陣地，作為智慧農業電商平臺，宣傳、推廣、展示國網農業電氣化設備，成為農產品展示、農村政策宣傳推廣的有效平臺。

5應用前景

在電力系統內部，可極大提高農網安全可靠供電能力，有效利用各方資源，實現能源、資源高效、協同利用。

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

構建了公司綜合能源服務轉型升級的新思路、新實踐，以該平臺為陣地，國網公司影響力、引領力會繼續提升，公司在轉型升級、拓寬利潤渠道的同時，也完成了國網品牌宣傳推廣。

參考文獻：

[1] 參考文獻：內容：GB/T19001-ISO9001標準建立的質量保證體系

[2] 參考文獻：內容：光伏發電站接入電力系統技術規定（GB/Z 19964-2005）

[3] 參考文獻：內容：《國家電網辦〔2013〕1781號-國家電網公司關于印發分布式電源并網相關意見和規范（修訂版）的通知》

（作者單位：國網衡水供電公司）