Trong tưới nông nghiệp, máy bơm vận động cân bằng nhu cầu nước và tiêu thụ năng lượng như thế nào?

Trong bối cảnh tình trạng thiếu nước và khủng hoảng năng lượng toàn cầu, các hệ thống tưới nông nghiệp đang phải đối mặt với những thách thức kép của bảo đảm cung cấp nước và kiểm soát tiêu thụ năng lượng. Là nguồn năng lượng cốt lõi của hệ thống tưới tiêu, hiệu quả hoạt động của Động cơ bơm ảnh hưởng trực tiếp đến tính bền vững kinh tế và sinh thái của sản xuất nông nghiệp.
1. Thiết kế tối ưu hóa hệ thống theo hướng chính xác
Các hệ thống tưới truyền thống thường có hiện tượng "con ngựa lớn kéo xe nhỏ". Theo nghiên cứu của Bộ Nông nghiệp Hoa Kỳ, hệ thống bơm nước sử dụng công nghệ phù hợp với năng lượng có thể giảm 23%mức tiêu thụ năng lượng. Các trạm bơm hiện đại tính toán chính xác nhu cầu nước thực tế của từng chu kỳ tưới bằng cách thiết lập mô hình nhu cầu nước cây trồng và kết hợp dữ liệu giám sát độ ẩm của đất. Ví dụ, hệ thống tưới nhỏ giọt của Israel áp dụng cấu hình đơn vị công suất biến đổi. Trong mùa khô, máy bơm chính năng lượng cao được sử dụng để đảm bảo cung cấp nước và vào mùa mưa, nó chuyển sang bơm phụ trợ năng lượng thấp để duy trì áp suất hệ thống. Chiến lược cấu hình động này làm giảm 37%mức tiêu thụ năng lượng trên mỗi đơn vị tưới, trong khi đảm bảo rằng hiệu quả sử dụng nước của cây trồng được duy trì trên 92%.
2. Hệ thống điều khiển thông minh dưới Internet of Things Architecture
Hệ thống điều khiển bơm thông minh dựa trên Internet of Things Technology đang định hình lại mô hình quản lý tiêu thụ năng lượng thủy lợi. Bằng cách triển khai một mạng lưới giám sát bao gồm các cảm biến áp suất, đồng hồ đo và đồng hồ thông minh, hệ thống có thể thu được các thông số chính như áp suất đường ống, dòng chảy tức thời và tiêu thụ điện động trong thời gian thực. Dữ liệu thử nghiệm từ Học viện Khoa học Nông nghiệp Giang Tô cho thấy hệ thống điều chỉnh tốc độ tần số thay đổi sử dụng thuật toán điều khiển PID mờ có thể tăng hiệu quả vận hành bơm lên 88,6%, tiết kiệm 31% năng lượng so với các trạm bơm tốc độ cố định truyền thống. Khi hệ thống phát hiện áp suất dư ở cuối, bộ điều khiển sẽ tự động điều chỉnh tốc độ động cơ để mạng cấp nước luôn hoạt động trong phạm vi hiệu quả tối ưu. Cơ chế điều chỉnh thích ứng này làm tăng 15% sử dụng năng lượng và giảm 15% chất thải nước.
3. Hệ thống quản lý năng lượng bổ sung đa năng lượng
Ứng dụng tích hợp của công nghệ lưu trữ năng lượng và năng lượng tái tạo đã mở ra một con đường mới để tiết kiệm năng lượng trong các trạm bơm. Dự án bơm nước mặt trời ở Punjab, Ấn Độ đã chứng minh rằng hệ thống lai-diesel quang điện có thể làm giảm mức tiêu thụ năng lượng hóa thạch 45%. Hệ thống quản lý năng lượng tiên tiến phối hợp trình tự cung cấp các nguồn năng lượng khác nhau thông qua các thuật toán dự đoán: Năng lượng mặt trời được sử dụng để lái máy bơm nước vào những ngày nắng, pin lưu trữ năng lượng được bắt đầu bổ sung nguồn điện vào những ngày mây và năng lượng dự phòng điện năng hoặc điện diesel được chuyển sang thời tiết khắc nghiệt. Chế độ tổng hợp đa năng lượng này cho phép Chỉ số hiệu quả năng lượng toàn diện (CEEI) của hệ thống tưới đạt 0,89, cao hơn 18 điểm phần trăm so với một hệ thống năng lượng.
Trong dự án trình diễn của Khu Thủy lợi Yanghuang ở Ningxia, hệ thống trạm bơm thông minh tích hợp các công nghệ trên đã đạt được mức độ hàng đầu trong ngành là 0,38kWh mỗi tấn tiêu thụ năng lượng nước, giảm 42% từ trước khi chuyển đổi. Thực tiễn đã chỉ ra rằng bằng cách xây dựng một vòng kín kỹ thuật của "Cấu hình tối ưu hóa năng lượng chính xác về nhận dạng nhu cầu chính xác", các hệ thống động cơ bơm hiện đại hoàn toàn có khả năng đạt được kiểm soát tiêu thụ năng lượng chuyên sâu trong khi đảm bảo chất lượng tưới. Với việc áp dụng các công nghệ mới như cặp song sinh kỹ thuật số và điện toán cạnh, các hệ thống tưới nông nghiệp sẽ tiếp tục phát triển theo hướng thông minh hơn, hiệu quả hơn và bền vững hơn. Sự đổi mới công nghệ này không chỉ liên quan đến lợi ích sản xuất nông nghiệp mà còn là một hỗ trợ quan trọng cho việc thực hiện các mục tiêu phát triển thực phẩm toàn cầu và phát triển carbon thấp.