智慧农业综合能源服务生态圈研究与应用

刘晓艳 靳晓楷 杜林森 潘云仙

【摘 要】国网衡水供电公司搭建智慧农业-乡村振兴综合能源服务生态圈，将乡村振兴智慧农业能源服务平台、“源网荷储”系统和智慧农业控制系统集聚一身，实现农网不间断供电，推动设施农业产业化，开辟了国网公司从传统电能供应商向综合能源服务商转型的新领域。

【关键词】乡村振兴;脱贫攻坚;综合能源;智慧農业

1研究背景

优化营商环境深入开展、增量配电市场放开、持续降低一般工商业电价等，电网企业利润空间持续压缩。“坐商”模式不适应新发展需求，倒逼公司主动创新创效，拓展新的利润增长点。近两年，全国8000余家售电公司涌入售电市场，对国家电网的售电模式、售电量带来前所未有的挑战，传统的坐商模式已不能适应市场经济的快速发展趋势，倒逼电网企业创新创效、拓展盈利模式。

“民以食为天”，中国是农业大国，近几年，中国农业信息化建设已向智慧农业方向发展。农业大数据监测体系、田间管理自动化控制技术、智能化农业机械设备研发及农产品追溯系统均是智慧农业发展的方向。设施农业是智慧农业发展的重点区域，因此衡水地区农业大棚综合能效研究与分析是当前乡村振兴重要工作。电网企业需要在“实现乡村振兴，促进农业发展”道路上和农户寻找利益共同点，探索综合能源在设施农业发展方向上的商业模式，实现双方共赢。

2项目整体情况

一是在农排变台区应用“源-网-荷-储”技术，利用风能、太阳能及电能储存等新能源技术优势，解决了农排变轻载和闲置期设备利用率低及用电低谷期电网“小电量、大高损”问题，实现蔬菜大棚连续“N-1”不间断供电、新能源发电自发自用及余电上网得到收益。二是在棚内布局各类作物生长环境感知器，实时感知作物生长状态，将温湿度、土壤肥度等微环境数据传送到智慧农业云服务平台分析，指导农户智能化管理大棚。三是人工或自动对棚内施肥、浇水、卷帘机、补光灯等设备远程下达控制指令，实现精准、无人作业。

3研究成果

智慧农业综合能源服务生态圈平台在棚区内农排配变应用“风光储”技术，改变农排配变“单向用电”模式，实现“双向供用电”运行。解决农排变轻载闲置、设备利用率低的问题，平衡了电网设备自身损耗。在温室大棚国内首例应用“多表合采”低压载波技术实现棚内各类数据实时感知、全时空数据全方位传输、云服务平台信息全面分析、棚内作业电气设备精准控制，减少农户安装自动温室大棚自动控制设备购置费，增强数据可靠性，全面打造综合能效分析、云平台服务、智慧能源托管、电能替代综合运行等多维一体的智慧农业综合能源服务生态圈。

3.1数据实时感知

通过在棚内综合布局空气温湿度传感器、基质温度传感器、CO2传感器、光照传感器、风速风向传感器等感知设备，实现对棚外设备、棚内作物生长环境的实时感知，达到实时监测生态环境的目的。

3.2数据全方位传输

一是国内首创利用“多表合采”低压载波技术手段，实现台区集中器收集棚内环境农作物监测数据、风电、光伏发电监测等数据的实时汇总与传输。二是台区集中器通过无线传输技术传送到云服务管理平台，目前采取无线传输模式。

3.3信息全面分析

将传送至云平台的各类数据进行综合分析处理，通过设定空气温湿度、基质温度、CO2含量、光照强度、风速风向等设定红色和黄色预警阀值，对各位棚内棚外环境数据进行全面解析，判定大棚卷帘装置、灌溉系统、肥料供给装置等设备运行状态，根据阀值进行动作预判。

3.4任务精准下发

通过云平台分析结果，将系统分析报告和预定动作通过手机App告知用户，用户可根据自身需求选择平台分析结果全自动下发各类装置控制指令;或是用户自身根据系统平台推送的辅助任务清单，进一步修正任务指令，按照自身意愿决定设备运行状态，使用户享受足不出户、远程控制、高效种植的便捷服务。

3.5能效综合应用

充分发挥万亩棚区融合传统电网资源和光伏、风机等现代清洁能源优势，利用能源路由器，将传统电网资源和棚区绿色能源柔性指挥、消纳，利用分布式能源解决电网短时间停电后棚区不间断供电问题，在电网资源紧张时缓解电网运行压力;电网低谷时，清洁能源全额上网发电，利用“源网荷储”四位一体的能源生产消费模式，实现能源综合利用，打造低碳、绿色、安全的智慧农业能源互联网服务生态圈。

4项目成效

4.1经济效益

结合该项目农排配变负荷特征和运行时间，以50kVA配变为例，配置及预算涉及：光伏发电容量11KVA，发电风机容量5KVA，储能柜20kWH，可为20个棚提供清洁能源，根据试点台区运行状况，结合当前光伏、风力电价，充分考虑近两年日照周期和风力分布特点（光伏日均按3.5小时计算，11KW日发电量38.5kWh，风电日均按15小时计算，5KW日发电量75kWh）。年直接经济效益估算如下：

1.发电量收入：

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

2.大棚环境监控技术服务：

按200元/年，前期规划20个大棚，技术服务费200元*20棚户=4000元。

3.棚内设备运维服务费（含传感器、自动控制设备、小型电动农机设备等运维）：按100元/月，20户大棚/台区监测服务费100元*20棚户*10个月=20000元。

4.充电服务费（1辆车充1次电平均75元，1月充4次，100辆绿色物流电动汽车）

75*100*4=30000元

5.当年棚内传感器及自动控制设备销售：

一个棚内各类传感器、灌溉、施肥、卷帘机等自动控制合计约2万元，利润10%，20个棚/台区利润：

20*20000*0.1=40000元。

每年收入约：

15096.18+4000+20000+30000=69086.18元。依据推广应用台区投资20万元测算（含棚内设备、风光储充设备投资），预计3年收回台区投资成本。

万亩棚区有1000个大棚，扩大推广规模后，可形成产业链，通过该平台可提供农器具电商产品、农产品销售、农产品物流、农业政策宣传等增值服务，增值服务收益可观。

4.2社会效益

带动农业产业链上下游共同发展，尤其是在挖掘数据价值方面，可帮助农户提质增效、是一种新型的农业大棚商业创新模式。

提供综合能效服务套餐定制化服务，客户依据自身需求定制服务套餐，公司按照套餐类别收取运行维护费，实现公司从传统电能供应商向综合能源服务商转型升级。

搭建国网公司助力脱贫攻坚、服务乡村振兴、支持农业电气化宣传展示阵地，作为智慧农业电商平台，宣传、推广、展示国网农业电气化设备，成为农产品展示、农村政策宣传推广的有效平台。

5应用前景

在电力系统内部，可极大提高农网安全可靠供电能力，有效利用各方资源，实现能源、资源高效、协同利用。

利用泛在电力物联网思维和市场化理念，打造智慧能源综合服务体系，以“平台”和“生态”两手都要抓、两手都要硬的理念，实现“引流”和“赋能”。

构建了公司综合能源服务转型升级的新思路、新实践，以该平台为阵地，国网公司影响力、引领力会继续提升，公司在转型升级、拓宽利润渠道的同时，也完成了国网品牌宣传推广。

参考文献：

[1] 参考文献：内容：GB/T19001-ISO9001标准建立的质量保证体系

[2] 参考文献：内容：光伏发电站接入电力系统技术规定（GB/Z 19964-2005）

[3] 参考文献：内容：《国家电网办〔2013〕1781号-国家电网公司关于印发分布式电源并网相关意见和规范（修订版）的通知》

（作者单位：国网衡水供电公司）