李亮 吳永忠 朱俊峰 劉文兵

摘要 以干旱荒漠草原為背景對(duì)牧區(qū)太陽(yáng)能與內(nèi)燃機(jī)提水機(jī)具的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行估算。在實(shí)測(cè)及調(diào)查資料的基礎(chǔ)上，分析提水機(jī)具應(yīng)用方便程度，比較投資與費(fèi)用。結(jié)果表明，在25年的使用期中太陽(yáng)能提水可節(jié)約81.43萬(wàn)元，是內(nèi)燃機(jī)組總費(fèi)用的80.94%；年均節(jié)余3.26萬(wàn)元，是內(nèi)燃機(jī)組年度使用費(fèi)的92.61%。經(jīng)濟(jì)效益的分析比較為太陽(yáng)能提水在牧區(qū)的推廣提供依據(jù)，對(duì)改善牧區(qū)供水機(jī)具和保護(hù)草原生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

關(guān)鍵詞 太陽(yáng)能提水；牧場(chǎng)供水；經(jīng)濟(jì)效益；干旱荒漠草原

中圖分類號(hào) S214 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2014）16-05336-02

水利經(jīng)濟(jì)計(jì)算是從經(jīng)濟(jì)上對(duì)工程方案進(jìn)行選優(yōu)的依據(jù)，是研究水利工程建設(shè)是否可行的前提。牧場(chǎng)供水工程的經(jīng)濟(jì)效益，是指興建牧場(chǎng)供水工程，改善供水條件，節(jié)約能源，合理供水，提高經(jīng)濟(jì)效益[1]。

太陽(yáng)能提水作為新能源的一種提水形式，已經(jīng)得到普遍的利用，在牧場(chǎng)供水中的利用已得到示范推廣。目前針對(duì)太陽(yáng)能提水系統(tǒng)的研究已有很多成果，但對(duì)牧場(chǎng)供水太陽(yáng)能提水經(jīng)濟(jì)效益的研究仍處于空白。研究針對(duì)現(xiàn)狀提水機(jī)具和太陽(yáng)能提水的經(jīng)濟(jì)效益和方便程度，利用效益分析的方法，對(duì)錫林郭勒干旱荒漠草原的太陽(yáng)能提水系統(tǒng)與原有的內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力提水系統(tǒng)，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益比較。

研究顯示，太陽(yáng)能提水比現(xiàn)狀利用內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力提水機(jī)具方便程度大大提高，且運(yùn)行費(fèi)用較小。該研究對(duì)提高牧區(qū)生活水平，節(jié)約能源，保護(hù)草原生態(tài)環(huán)境具有重要作用，對(duì)改善牧場(chǎng)提水機(jī)具具有重要意義。

1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2012年5月1日～2013年5月1日進(jìn)行，試驗(yàn)期分為夏季期為5月1日～10月1日153 d和冬季期10月1日～次年5月1日212 d。試驗(yàn)區(qū)位于錫林郭勒盟蘇尼特右旗賽罕塔拉鎮(zhèn)西13 km處。

1.1 概況 蘇尼特右旗是一個(gè)以畜牧業(yè)為主的邊境旗，屬于典型的大陸性干旱氣候，是錫林郭勒草原乃至全國(guó)干旱荒漠草原草場(chǎng)發(fā)育的典型地區(qū)。其特點(diǎn)是冬季漫長(zhǎng)寒冷，夏季酷熱干旱少雨，春、秋季多風(fēng)。多年平均降雨量為179.88 mm，多年平均蒸發(fā)量長(zhǎng)達(dá)2 000 mm，年平均氣溫3.9 ℃，最高氣溫達(dá)38.2 ℃，最低氣溫-35 ℃。該地區(qū)以西北風(fēng)為主，年平均風(fēng)速5.9 m/s，年平均風(fēng)速5.9 m/s，最大風(fēng)速11 m/s；日照充足，年日照時(shí)數(shù)為3 000多h，無(wú)霜期為132 d；土壤平均凍結(jié)日期11月3日左右，解凍日期為次年春季4月中間左右，年封凍期為160多d，最大凍土層2.8 m左右。水資源時(shí)空和地域分布不均且埋藏較深，境內(nèi)無(wú)常年性河流，地表水貧乏，地下水的補(bǔ)給源主要靠天氣降水。

1.2 用水現(xiàn)狀 試驗(yàn)對(duì)現(xiàn)狀試驗(yàn)區(qū)周圍15戶牧民的用水情況，抽水費(fèi)用，器具使用年限等進(jìn)行了調(diào)查。根據(jù)實(shí)際調(diào)查，試驗(yàn)區(qū)內(nèi)牧戶用水采用水源井—內(nèi)燃機(jī)提水—汽車?yán)褍?chǔ)水的用水模式。

試驗(yàn)水源井為筒井，與旁邊對(duì)照筒井為地下水串聯(lián)。井臺(tái)高0.5 m，圓形，內(nèi)徑1.2 m，外徑1.5 m，塊石砌筑，水泥砂漿灌漿抹面。井壁為直上直下形式，混凝土井壁至水面附近。井深10.5 m，水面至井臺(tái)頂7.5 m，出水量20 m3/h時(shí)筒井水位基本保持不變。井口有井蓋防止污染水質(zhì)。

現(xiàn)狀牧民提水機(jī)具主要為汽油內(nèi)燃機(jī)動(dòng)力機(jī)械帶動(dòng)抽水泵提水。試驗(yàn)井供給牧戶15戶，最遠(yuǎn)距離18 km，最近距離1.5 km，均采用汽車攜帶水罐拉水，水罐為2 m312戶、3、4、5各1戶。牧戶水窖為4～10 m3，是生活和牲畜用水的取水水源。

2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)區(qū)有2個(gè)筒井，為試驗(yàn)井和對(duì)照井，水源情況一致。試驗(yàn)井安裝太陽(yáng)能提水設(shè)備1套，配套逆變器和潛水泵；安裝水表，記錄出水量、抽水次數(shù)及抽水時(shí)間。對(duì)照井保持原樣，利用現(xiàn)狀內(nèi)燃機(jī)具提水；安裝水表，記錄出水量、抽水次數(shù)、安裝時(shí)間，抽水時(shí)間及耗油量。

3 水量分析

3.1 需水量 試驗(yàn)區(qū)15戶50人牧民草場(chǎng)總面積14 973.33 hm2（22.46萬(wàn)畝），夏季牲畜量0.72×104羊單位，載畜量為2.075 hm2/羊單位，冬季牲畜量0.45×104羊單位。依據(jù)《內(nèi)蒙古行業(yè)用水標(biāo)準(zhǔn)》人飲水定額45 L/m3，需水量為2.25 m3；夏季羊飲水定額8 L/m3，需水量為57.6 m3；總需水量為59.85 m3。冬季羊飲水定額6 L/m3，需水量為25.2 m3；總需水量為27.45 m3。

3.2 供水量 試驗(yàn)井采用太陽(yáng)能提水的配套水泵，出水定額15 m3/h，日平均抽水時(shí)間6 h，可供出水量90 m3/d；對(duì)照井內(nèi)燃機(jī)供水配套水泵，出水定額15 m3/h，夏季日平均抽水時(shí)間4 h，安裝時(shí)間1.5 h，可供出水量60 m3/d，冬季日平均抽水時(shí)間2 h，安裝時(shí)間0.75 h，可供出水量30 m3/d，見表2。

3.3 供需水量分析 太陽(yáng)能提水方便程度較高，減少安裝時(shí)間；但受到自然條件制約，最佳抽水時(shí)間為每日10時(shí)至16時(shí)，其他時(shí)間出水量減少，同時(shí)易受到陰天或云的遮擋，降低提水效率。當(dāng)試驗(yàn)區(qū)供水保證率夏季達(dá)到66.5%，冬季達(dá)到30.5%，設(shè)備即可滿足試驗(yàn)區(qū)用水需求。針對(duì)太陽(yáng)能提水的保證率低，易損壞的特性，及內(nèi)燃機(jī)提水保證率高，不受時(shí)間限制的特點(diǎn)，內(nèi)燃機(jī)提水可作為太陽(yáng)能提水的備用設(shè)備。

4 經(jīng)濟(jì)費(fèi)用分析

4.1 一次性投資 現(xiàn)狀試驗(yàn)區(qū)牧戶每戶配備雅馬哈2 kW EF2600汽油內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組1臺(tái)，2寸便攜式自吸小型水泵1臺(tái)，根據(jù)調(diào)查市場(chǎng)報(bào)價(jià)分別為0.23萬(wàn)元和0.05萬(wàn)元；15戶牧民提水設(shè)備合計(jì)4.2萬(wàn)元。

試驗(yàn)區(qū)安裝太陽(yáng)能提水總費(fèi)用4.17萬(wàn)元（安裝設(shè)備全部以到場(chǎng)價(jià)格計(jì)），其中太陽(yáng)能板1.1 kW，支架2套，太陽(yáng)能提水控制器1臺(tái)，水泵1臺(tái)，電線200 m，混凝土地基2個(gè)，防護(hù)網(wǎng)50 m，人工安裝3 d。太陽(yáng)能提水設(shè)備所需費(fèi)用為太陽(yáng)能板0.77萬(wàn)元，支架0.72萬(wàn)元，控制器0.53萬(wàn)元，水泵0.15萬(wàn)元，電線0.12萬(wàn)元；土建費(fèi)用0.13萬(wàn)元，安裝人工費(fèi)用0.15萬(wàn)元，合計(jì)4.17萬(wàn)元。內(nèi)燃機(jī)組與太陽(yáng)能提水機(jī)組一次性投資基本相同，但內(nèi)燃機(jī)組使用年限8a，太陽(yáng)能提水機(jī)組使用壽命25a，是發(fā)電機(jī)組的3.13倍。

4.2 使用費(fèi)用 試驗(yàn)結(jié)果顯示，現(xiàn)狀試驗(yàn)區(qū)牧戶配備內(nèi)燃機(jī)組抽水，內(nèi)燃機(jī)每次安裝機(jī)械時(shí)間為3 min，抽水時(shí)間4 min/m3，花費(fèi)油量0.3 L/m3，以當(dāng)?shù)赜蛢r(jià)和考慮運(yùn)輸費(fèi)按7.5元/L計(jì)，使用費(fèi)用折合約2.25元/m3。

對(duì)照井夏季每戶用水量4 m3/d，出水量60 m3/d，抽水時(shí)間4 h/d，安裝時(shí)間1.5 h/d，使用時(shí)間4.5 h/d，花費(fèi)油量18 L/d，使用費(fèi)用夏季折合約135元/d，試驗(yàn)期153 d合計(jì)費(fèi)用2.07萬(wàn)元。

對(duì)照井冬季每戶用水量2 m3/d，出水量30 m3/d，抽水時(shí)間2 h/d，安裝時(shí)間0.75 h/d，使用時(shí)間2.75 h/d，花費(fèi)油量9 L/d，使用費(fèi)用冬季折合約67.5元/d。試驗(yàn)期212 d合計(jì)費(fèi)用1.43萬(wàn)元。

內(nèi)燃機(jī)年度使用費(fèi)用3.5萬(wàn)元，8年期使用費(fèi)用28萬(wàn)元，25年期使用費(fèi)用87.5萬(wàn)元。太陽(yáng)能無(wú)使用費(fèi)用。

4.3 維修及管理費(fèi)用 根據(jù)實(shí)際調(diào)查內(nèi)燃機(jī)組使用年限平均每年檢修費(fèi)用0.02萬(wàn)元，8年期0.16萬(wàn)元，25年期0.5萬(wàn)元；內(nèi)燃機(jī)組使用完后，牧戶隨水車攜帶走，無(wú)管理費(fèi)用。

太陽(yáng)能置于野外，易受到牛馬等牲畜損壞影響，雖有圍欄防護(hù)但損壞事件常有發(fā)生。據(jù)國(guó)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)，太陽(yáng)能提水每年維修1次，費(fèi)用為0.5萬(wàn)元，8年期4萬(wàn)元，25年期12.5萬(wàn)元；管理費(fèi)用為0.1萬(wàn)元，8年期0.8萬(wàn)元，25年期2.5萬(wàn)元。管理是太陽(yáng)能提水設(shè)施使用的關(guān)鍵，管理得當(dāng)可大大降低維修費(fèi)用，節(jié)約成本。

4.4 經(jīng)濟(jì)效益分析 一次性投資太陽(yáng)能提水8年期投資4.17萬(wàn)元，是內(nèi)燃機(jī)組投資4.2萬(wàn)元的99%，基本相同。而太陽(yáng)能提水25年期是發(fā)電機(jī)組投資12.6萬(wàn)元的33.10%，說(shuō)明一次性投資長(zhǎng)期比較太陽(yáng)能提水投資效益明顯（未考慮經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)帶來(lái)的費(fèi)用）。

使用費(fèi)用主要是內(nèi)燃機(jī)組耗費(fèi)燃料，內(nèi)燃機(jī)組耗費(fèi)燃料18 L/d，使用費(fèi)用高，對(duì)草原環(huán)境污染嚴(yán)重。而太陽(yáng)能提水節(jié)約能源，同時(shí)不存在使用費(fèi)用和環(huán)境問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益明顯。

維修及管理費(fèi)用是內(nèi)燃機(jī)組和太陽(yáng)能機(jī)組每年必須耗費(fèi)的費(fèi)用，太陽(yáng)能提水年費(fèi)用0.6萬(wàn)元，是內(nèi)燃機(jī)組投資0.02萬(wàn)元的30倍，說(shuō)明太陽(yáng)能提水維修及管理費(fèi)用較高。

從年度費(fèi)用考慮，太陽(yáng)能提水年費(fèi)用0.6萬(wàn)元，是內(nèi)燃機(jī)組年費(fèi)用3.52萬(wàn)元的17.14%，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

結(jié)果顯示，太陽(yáng)能提水設(shè)備具有較高經(jīng)濟(jì)效益，總費(fèi)用8年期太陽(yáng)能機(jī)組費(fèi)用8.97萬(wàn)元，是內(nèi)燃機(jī)組費(fèi)用32.36萬(wàn)元的27.72%，年均節(jié)約3.46%；25年期太陽(yáng)能機(jī)組費(fèi)用19.17萬(wàn)元，是內(nèi)燃機(jī)組費(fèi)用100.6萬(wàn)元的19.06%，年均0.08%。研究顯示，太陽(yáng)能機(jī)組總費(fèi)用比現(xiàn)狀內(nèi)燃機(jī)組8年期節(jié)約23.39萬(wàn)元，年均2.92萬(wàn)元；25年期節(jié)約81.43萬(wàn)元，年均3.26萬(wàn)元（表3）。

5 結(jié)論

研究針對(duì)牧區(qū)供電困難，內(nèi)燃機(jī)具費(fèi)用高的特點(diǎn)，提出費(fèi)用變化曲線利用太陽(yáng)能解決牧區(qū)供水問(wèn)題，并對(duì)太陽(yáng)能與現(xiàn)狀內(nèi)燃機(jī)使用的費(fèi)用效益進(jìn)行分析。研究顯示，太陽(yáng)能提水機(jī)組是牧區(qū)供水實(shí)用性較強(qiáng)的機(jī)組，在25年的使用期中可節(jié)約81.43萬(wàn)元，是內(nèi)燃機(jī)組總費(fèi)用的80.94%，年均節(jié)余3.26萬(wàn)元，是內(nèi)燃機(jī)組年度使用費(fèi)的92.61%。

太陽(yáng)能提水設(shè)備的使用降低牧民提水費(fèi)用和體力勞動(dòng)，提高提水方便程度，減少牧區(qū)燃料的使用，每年可節(jié)約燃料4 662 L，對(duì)牧區(qū)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。

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責(zé)任編輯 徐寧 責(zé)任校對(duì) 況玲玲