電力賦能智慧農業，助力鄉村振興
——以新疆吐魯番葡萄為例

陳 軍，王珊珊，菅東祥，樊小朝，史瑞靜，朱榮伍，李 堅

(1.國網吐魯番供電公司，吐魯番 838000；2.新疆工程學院能源工程學院，烏魯木齊 830023；3.哈爾濱工業大學(深圳)，機電工程與自動化學院，深圳 518055；4.電子科技大學，成都 6100311)

0 引 言

以葡萄干為代表的干果是水果通過太陽能加熱或人工加熱脫水而形成的食物。它含糖量高，是典型的高能營養素，便于運輸和儲存。世界上大約95%的葡萄集中在北半球。中國的主要產區：新疆的吐魯番和和田、山東的煙臺和河北的張家口[1-2]。僅吐魯番地區葡萄種植面積達56.94萬畝，年產量為122.1萬噸，具有悠久的葡萄干加工歷史，因特殊的氣候和環境條件，吐魯番葡萄干在國內外干果市場具有重要影響力[3]。然而，葡萄產業的機械化程度較低，產地初加工標準化程度低，產業標準體系不健全，導致果品質量參差不齊，難以達到中、高端市場的果品標準，缺乏市場競爭力，產業發展弱的問題沒有得到有效解決，亟待采取切實有力的舉措加以改進。

隨著消費升級，客戶對葡萄干等干果的質量要求越來越高，迫使行業在生產中用標準化、自動化的生產設備取代傳統的手工車間生產模式。生產中的種植、清洗、烘焙、包裝、質檢等工序均采用自動化生產方式，不僅可以顯著提高生產效率，同時可以在整個生產過程中進行安全生產和質量控制，確保干果質量達到優質標準[4]。

《2021年中央一號文件》提出，國家要復興，農村必須復興。我們要把解決“三農”問題作為全黨工作的重中之重，把全面推進農村振興作為實現中華民族偉大復興的重大任務，用全黨和全社會的力量加快農業和農村現代化建設，讓農民過上更美好的生活[5]。國網吐魯番供電公司以“電力賦能智慧農業，助力鄉村振興”為指引，結合地區農業特色提出新思路、新目標，將智慧農業作為鄉村振興，助力農村現代化的重要舉措，推進“碳達峰、碳中和”，致力于當好能源清潔低碳轉型的“引領者”、“推動者”、“先行者”[6]。在國家大力推進鄉村振興加快農業農村現代化建設的同時，干果市場也伴隨著快速的發展，智能清潔低碳的干果種植和加工方式必將成為新趨勢，市場具有廣闊的潛在發展空間和規模。

國內機械制造業蓬勃發展，也為葡萄干的工業化生產注入了科技力量。目前可用于葡萄干生產的食品機械包括清洗設備、干燥設備、分選設備、殺菌設備等，但行業還缺少能夠貫穿于從葡萄種植到加工的全周期自動化生產模式，相關市場具有廣闊的發展空間。本文針新疆吐魯番地區葡萄干從種植到加工的風險對抗能力弱、葡萄干加工周期長、食品衛生安全存在隱患等問題，智能控制可移動式廠房的光、儲、充、用各部分工作狀態，精準控制新型葡萄“晾房”溫、濕度和循環風力，打造多能互補的零碳排農業生產模式。

1 電力賦能新疆吐魯番葡萄干產業

電力賦能智慧農業，助力鄉村振興，“電‘靚’一串葡萄干”主要包括：

(1)多維數據監控，環境狀態實時感知；

(2)配電網柔性控制，自動灌溉實時管理；

(3)可移動式智慧晾房，降低成本提升效率；

(4)光伏+儲能微電網，效益收入雙提升。

1.1 多維數據監控，環境狀態實時感知

智能監控系統中傳感器實時采集空氣溫濕度、光照強度、土壤PH值等12種環境監測數據，由無線網絡技術將數據匯聚至網關，通過HPLC及4G通信技術上送至智能配變終端，發揮配電連接客戶最后一米優勢。傳感器實時采集12種環境監測數據，數據匯聚至網關送至智能配變終端，發揮配電連接客戶最后一米優勢。

1.2 配電網柔性控制，自動灌溉實時管理

自動灌溉實時管理系統采用無線技術，實現閥門的遙控啟閉和定時輪灌。對機井有序管理，及時發布缺水預警，避免水泵水壓不足和變壓器重過載。實現無人職守自動灌溉，分片控制，預防人為誤操作。配電網柔性控制，實現灌溉閥門的遙控啟閉和定時輪灌。

1.3 可移動式智慧晾房，降低成本提升效率

可移動式智慧晾房如圖1所示，晾房可按需停放任何位置，減少葡萄在途80%的運輸損耗，節省人力物力。利用光伏板儲能的密封無塵晾房與風機、溫、濕度傳感裝置進行融合，實現能源系統的設備狀態全感知，提升能源系統利用率。可根據各種干果的自身特性通過電力側邊緣計算，研發其農產品烘干數據模型，將烘干技術推廣應用于多種干果的加工。

圖1 可移動式智慧晾房

1.4 光伏+儲能微電網，效益收入雙提升

光伏+儲能微電網系統如圖2所示，加工季節利用光伏發電實現生產零碳排，自發自用余量上網，解決新能源消納，調節負荷用電峰谷。非加工季節實現分布式能源臺區就近消納，解決季節性重、過載配變問題，提高供電質量的同時，為農民創收創效。密封無塵晾房與風機、溫、濕度傳感裝置進行融合，實現能源系統的設備狀態全感知，提升能源系統利用率。

圖2 光伏+儲能微電網系統

2 經濟效益分析

以吐魯番地區得到試點應用，將在以下方面取得顯著的經濟成效：

2.1 葡萄干產值提升3倍

根據吐魯番高昌區貝勒克齊坎兒村實地生產結果證實，一畝無核白葡萄地年產鮮葡萄約3 000 kg，通過傳統晾曬，產葡萄干600 kg，而通過綠電葡萄干加工，大大減少了生產過程中的浪費，產量達到710 kg，提升18.3%。傳統葡萄干售價在14～16元/kg，產值約9 600元/畝，綠電葡萄干售價在50～60元/kg，產值約29 000元/畝，產值提升約300%。

2.2 單晾房單日增收75元

目前，單個晾房的光伏發電功率為3千瓦/小時，吐魯番光熱資源豐富，光照時間長，單日按10個小時計算，日發電量30千瓦，按目前0.25元/千瓦上網電價計算，單日收益75元。可爭取政府電價補貼，收益會更多。葡萄產區在非種植期間，用電負荷小，公變利用率低，通過分布式光伏電源上網，提升公變利用率。

2.3 降低人力成本90%

葡萄種植管理由傳統的人工變為智能化管理，葡萄品質得到大幅提升，大大節省人工成本。以往每生產100公斤葡萄干需投入人力工時2人/天，每人單日成本200元，每生產100公斤需投入400元，而項目產品僅需一次性的購買費用即可實現自動化作業，同比降低人力成本60%。

3 結束語

本文研究應用于實際情況，一畝無核白葡萄地年產鮮葡萄3 000 kg，通過傳統晾曬，產葡萄干600 kg，而通過新型蔔萄干加工方式，大大減少了中間加工環節的浪費，畝產葡萄干達710 kg，提升了18.3%。經與吐魯番高昌區貝勒克齊坎兒村葡萄種植農戶交流，中間環節浪費主要體現在以下幾方面：一是由于傳統晾房需要自然通風良好，一般修建在山頂，鮮葡萄采摘后，需要長距離運輸至晾房，葡萄自然辣落、磕碰、蚊蟲叮咬遭成浪費。二是傳統葡萄晾房晾曬，需要將鮮葡萄人工懸掛在晾房內支架上，自然陰干，此過程造成葡萄皮損傷、掉落造成浪費。三是傳統晾房晾曬葡萄干需要50天左右，期間葡萄處于自然敞開狀態，蚊蟲町咬、自然掉落造成浪費。綜合上述各環節，傳統晾曬工藝浪費比一般20%左右。

本文研究受市場開放、競品搶占市場等因素影響，存在一定的市場開拓風險。一是構建完善的市場售前和售后體系，為潛在目標客戶提供優質的服務體驗；二是進行科學化的客戶需求和行為分析，出具最優市場營銷解決方案，大幅縮短目標客戶的等待時間，提高目標客戶群體的滿意度。本文研究應用由于涉及終端架構與電網數據對接采集，對于數據來源采集需進行更高級的安全管控與準入制度。一是項目產品系統應定期進行滲透測試和安全代碼檢測，實現可控、能控、在控；二是敏感數據、機密數據必須實施脫敏處理并建立數據屏蔽層，規避內部數據被盜用、濫用的風險。