1. 成果名稱
多能源互補驅(qū)動低能耗噴灌機系列產(chǎn)品研發(fā)與應用
2. 成果簡介
針對噴灌機組能耗高、灌溉均勻性差和配套產(chǎn)品缺乏等問題,該項目在“十二五”國家科技支撐計劃課題支持下,充分發(fā)揮旱區(qū)光照資源豐富的優(yōu)勢并考慮系統(tǒng)經(jīng)濟性,通過集成創(chuàng)新和核心部件的原始創(chuàng)新,提出了移動式噴灌機組多能源(光電油)互補驅(qū)動理論與優(yōu)化決策技術、節(jié)能降耗協(xié)同技術和精準灌溉技術,研發(fā)創(chuàng)制出2種多能源互補驅(qū)動噴灌機組(卷盤式和渠喂式)和3種配套產(chǎn)品(太陽能牽引機、太陽能驅(qū)動施肥裝置和田間灌溉多功能作業(yè)機),機組運行能耗降低20.0%-28.6%,灌水均勻度不低于85%。主要創(chuàng)新成果如下:
(1)提出灌溉系統(tǒng)多能源互補驅(qū)動理論與優(yōu)化決策技術。提出以充分利用太陽能為前提,采用多能源互補驅(qū)動,實現(xiàn)灌溉系統(tǒng)節(jié)能降耗綠色運行的科學設想,構建區(qū)域光伏發(fā)電與噴灌機組動力匹配預測方法;以供電系統(tǒng)年費用為目標函數(shù),以負載虧電率和灌水需求為約束條件,以參考作物蒸發(fā)蒸騰量、作物系數(shù)、發(fā)電量等為輸入變量,以光伏、蓄電池和柴油機容量為決策變量,建立光電油多能源互補驅(qū)動優(yōu)化決策模型,實現(xiàn)適時適地適量能源動力配置。
(2)構建了灌溉機組節(jié)能降耗協(xié)同技術。通過理論分析構建了機組通用能耗計算模型,明確了機組各部分能耗占比,以降低移動式噴灌機組能耗為目標,提出了以光伏電機驅(qū)動、管道參數(shù)優(yōu)化、降低噴頭工作壓力為核心內(nèi)容的噴灌機組節(jié)能降耗協(xié)同技術,使機組能耗降低20.0%-28.6%,有效解決了傳統(tǒng)移動式噴灌機組運行能耗較高的行業(yè)難題。
(3)研發(fā)出移動式噴灌機組精準灌溉、導航和行走控制裝置。研發(fā)出基于土壤水分和卷管層間差速補償?shù)臋C組速度調(diào)控技術,實現(xiàn)了適時適量灌溉,灌溉均勻度不低于85%,提高了灌溉質(zhì)量,解決了傳統(tǒng)噴灌機組灌溉均勻性差的難題;開發(fā)出多源傳感器融合機組導航與自動行走控制技術,實現(xiàn)了噴灌機組多源傳感器精準、連續(xù)導航,路徑橫向大偏移量不超過0.2m,有效解決了傳統(tǒng)噴灌機組單一導航方式引發(fā)的導航精度不高的問題。
(4)開發(fā)出單/雙/多噴頭3種型式的多能源互補驅(qū)動卷盤式噴灌機組和50m/70m桁架2種規(guī)格的多能源互補驅(qū)動渠喂式噴灌機組,以及太陽能牽引機、太陽能驅(qū)動施肥裝置、田間灌溉多功能作業(yè)機3種配套產(chǎn)品,在生產(chǎn)中應用。
獲批專利14件,其中,發(fā)明專利7件、實用新型7件,登記計算機軟件著作權5件,制定地方標準2項,發(fā)表論文45篇,其中SCI和EI收錄30篇,培養(yǎng)博士和碩士研究生15名,研發(fā)創(chuàng)制的一種適于移動式噴灌機的低壓噴頭在全國水利創(chuàng)新大賽中獲得特等獎。
項目組與江蘇天水灌排設備有限公司、河北潤農(nóng)節(jié)水科技有限公司、安徽艾瑞德農(nóng)業(yè)裝備股份有限公司、徐州立新灌排設備有限公司和楊凌潤沃節(jié)水灌溉設備有限公司等企業(yè)展開密切合作,實現(xiàn)了研發(fā)產(chǎn)品的批量生產(chǎn),已在內(nèi)蒙古、寧夏、陜西、安徽等地進行示范推廣,據(jù)不完全統(tǒng)計,推廣應用面積60.06萬畝,產(chǎn)生經(jīng)濟社會效益1.18億元,具有良好的推廣應用前景。
該項目研制的多能源互補驅(qū)動低能耗噴灌機組及其配套產(chǎn)品,對提升我國噴灌技術水平,促進產(chǎn)品更新?lián)Q代,增強產(chǎn)品國際競爭力,具有重要的推動作用。
3. 主要完成人情況(需列出所有完成人)
姓名 |
吳普特 |
排名 |
1 |
行政職務 |
校長 |
技術職稱 |
研究員 |
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工作單位 |
西北農(nóng)林科技大學 |
完成單位 |
西北農(nóng)林科技大學 |
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對本項目 貢獻 |
負責項目總體技術方案設計與組織實施,對科技創(chuàng)新中第1~4項做出創(chuàng)造性貢獻,提出多能源互補驅(qū)動移動式噴灌技術,研發(fā)了機組自主行走控制技術,研制了噴灌機組及配套產(chǎn)品,投入工作量占本人工作總量的50%,旁證材料為:10項專利(附件1-1~1-8、1-11和1-13),9篇論文(附件3-1、3-2、3-4、3-7、3-8、3-9、3-12、3-14和3-21)和2項地方標準(附件4-1和4-2)。 |
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姓名 |
朱德蘭 |
排名 |
2 |
行政職務 |
無 |
技術職稱 |
教授 |
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工作單位 |
西北農(nóng)林科技大學 |
完成單位 |
西北農(nóng)林科技大學 |
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對本項目 貢獻 |
對該成果科技創(chuàng)新中第1~4項科技創(chuàng)新做出了創(chuàng)造性貢獻,構建了機組節(jié)能降耗協(xié)同技術,研制了多能源互補驅(qū)動低能耗噴灌機系列產(chǎn)品,投入的工作量占本人工作總量的80%,其旁證材料為:13項國家專利(附件1-1~1-11、1-13、1-14),2項軟件(附件2-2、2-5),27篇論文(附件3-1~3-4、3-7~3-29)和2項地方標準(見附件4-1和4-2)。 |
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姓名 |
張林 |
排名 |
3 |
行政職務 |
無 |
技術職稱 |
副研究員 |
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工作單位 |
西北農(nóng)林科技大學 |
完成單位 |
西北農(nóng)林科技大學 |
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對本項目 貢獻 |
對該成果主要科技創(chuàng)新中所列第2和4項科技創(chuàng)新做出了創(chuàng)造性貢獻,闡明了機組噴灑水量分布規(guī)律,參與研發(fā)了低壓噴頭和噴灌機組,投入的工作量占本人工作總量的80%,其旁證材料為:5項國家專利(附件1-1~1-5)和6篇論文(附件3-1、3-5、3-6、3-8、3-15和3-30)。 |
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姓名 |
葛茂生 |
排名 |
4 |
行政職務 |
無 |
技術職稱 |
講師 |
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工作單位 |
西北農(nóng)林科技大學 |
完成單位 |
西北農(nóng)林科技大學 |
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對本項目 貢獻 |
對該成果主要科技創(chuàng)新中所列第2和4項科技創(chuàng)新做出了創(chuàng)造性貢獻,構建了卷盤式噴灌機組能耗計算模型,明確了機組各部分能耗占比,提出機組卷管參數(shù)和噴頭工作壓力優(yōu)化方案,投入的工作量占本人工作總量的80%,其旁證材料為:3項國家專利(附件1-4、1-11、1-13),1項軟件著作權(附件2-2),7篇論文(附件3-1、3-2、3-4、3-8、3-11、3-14、3-21)。 |
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姓名 |
王斌 |
排名 |
5 |
行政職務 |
無 |
技術職稱 |
副教授 |
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工作單位 |
西北農(nóng)林科技大學 |
完成單位 |
西北農(nóng)林科技大學 |
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對本項目 貢獻 |
對該成果主要科技創(chuàng)新中所列第3項科技創(chuàng)新做出了創(chuàng)造性貢獻,實現(xiàn)了機組行走速度與土壤含水量的動態(tài)匹配,研發(fā)出卷管層間差速補償技術,投入的工作量占本人工作總量的60%,其旁證材料為:4項國家專利(附件1-6、1-7、1-8和1-12),3項軟件著作權(附件2-1、2-3和2-4)和4篇論文(附件3-3、3-22、3-23、3-27)。 |
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姓名 |
陳俊英 |
排名 |
6 |
行政職務 |
無 |
技術職稱 |
副教授 |
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工作單位 |
西北農(nóng)林科技大學 |
完成單位 |
西北農(nóng)林科技大學 |
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對本項目 貢獻 |
對該成果主要科技創(chuàng)新中所列第2項科技創(chuàng)新做出貢獻,參與機組噴灌質(zhì)量研究,投入的工作量占本人工作總量的40%,其旁證材料為:1篇論文(附件3-30)。 |
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姓名 |
侯俊才 |
排名 |
7 |
行政職務 |
無 |
技術職稱 |
副教授 |
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工作單位 |
西北農(nóng)林科技大學 |
完成單位 |
西北農(nóng)林科技大學 |
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對本項目 貢獻 |
對該成果主要科技創(chuàng)新中所列第3項科技創(chuàng)新做出貢獻,參與實現(xiàn)了土壤水分的實時遠程采集與傳輸,投入的工作量占本人工作總量的40%,其旁證材料為:1項軟件著作權(附件2-5)。 |
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姓名 |
姚一飛 |
排名 |
8 |
行政職務 |
無 |
技術職稱 |
講師 |
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工作單位 |
西北農(nóng)林科技大學 |
完成單位 |
西北農(nóng)林科技大學 |
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對本項目 貢獻 |
對該成果主要科技創(chuàng)新中所列第3項科技創(chuàng)新做出貢獻,參與實現(xiàn)了土壤水分的實時遠程采集與傳輸,投入的工作量占本人工作總量的40%,其旁證材料為:1項軟件著作權(附件2-5)。 |
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姓名 |
李慶立 |
排名 |
9 |
行政職務 |
無 |
技術職稱 |
高級工程師 |
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工作單位 |
江蘇天水灌排設備有限公司 |
完成單位 |
江蘇天水灌排設備有限公司 |
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對本項目 貢獻 |
協(xié)助西北農(nóng)林科技大學將卷盤式噴灌機推廣到黑龍江、河南、陜西、內(nèi)蒙古等省份,累積控制灌溉面積28.4萬畝。對該成果主要科技創(chuàng)新中所列第4項科技創(chuàng)新做出了創(chuàng)造性貢獻,投入的工作量占本人工作總量的30%,其旁證材料為:應用證明(附件9-1)。 |
4. 主要完成單位情況表(需列出所有完成單位)
主要完成單位 |
西北農(nóng)林科技大學 |
排名 |
1 |
對本成果科技創(chuàng)新和推廣應用情況的貢獻: 作為該項目完成單位,在本項研究中,西北農(nóng)林科技大學在人力、物力。財力等方面給予了大力支持。提供了實驗室、實驗設備以及試驗地等,保證了人員的配備,積極組織申報課題研究經(jīng)費,并嚴格審查材料、組織申報品種審定等。在項目實施期間主持完成了農(nóng)業(yè)部國家小麥產(chǎn)業(yè)技術體系,科技部863項目、農(nóng)業(yè)部轉(zhuǎn)化資金項目、陜西省科技計劃小麥育種技術及灌區(qū)品種選育,陜西省13115工程中心陜西省小麥工程技術研究中心,國家自然基金3項等項目。選育出陜253、陜627、陜715、西農(nóng)538、西農(nóng)558優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)抗病節(jié)水小麥新品種,制訂出了相應品種標準化優(yōu)質(zhì)栽培技術規(guī)程,并開展了饅頭、面條、面皮的加工研究形成產(chǎn)業(yè)鏈,整體達到國內(nèi)先進水平。同時創(chuàng)建適于抗旱節(jié)水、優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗病優(yōu)異新種質(zhì)28份,并進一步選育出西農(nóng)556、西農(nóng)528、西農(nóng)583、西農(nóng)188、西農(nóng)364、西農(nóng)6151等小麥新品種進行推廣與應用。該項目獲省部級科技獎 3 項,植物新品種保護權1項,制定地方標準3項,發(fā)表論文85篇。攻克了產(chǎn)量高、品質(zhì)佳、抗病強、耐旱好、適應廣等對立性狀不能同時選擇的難題,對整體我國小麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)抗病節(jié)水的育種研究水平和創(chuàng)新能力做出了重大貢獻。 |
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