易游娱乐城- YY易游体育官方网站- 体育APP内蒙古工业大学：设施农业太阳能土壤储热技术暖“棚”行动
2025-05-14 13:29:02
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设施农业是一种利用太阳能来满足作物生长需求的高效、节能、低成本的园艺设施，通过人工创造有利的生长条件（温度、湿度、养分等）以实现作物反季生产，可打破传统农业地域和季节的自然限制，是可以解决严寒地区冬季蔬果供应的重要载体，也成为了偏远贫困地区实现农民增收和农业增产的主要途径。我国设施农业集中连片种植区域多集中在北纬35°-42°，属于寒冷、严寒地区，冬季气温达到-20℃甚至更低，导致茄果类作物在设施农业内连续生长难、供能能耗大、投资风险高、种植收益差。而采用传统增温技术（燃煤锅炉、燃油锅炉、燃油热风机和电加热炉等）均会对自然环境造成污染，同时需要对基础设施进行改造，增加了设施农业冬季种植投入，容易造成种植户“增产不增收、勤劳不致富”。
内蒙古工业大学常泽辉教授带领科研团队立足内蒙古自治区太阳能资源禀赋，聚焦严寒地区设施农业冬季绿色低碳供能技术缺乏的实际需求，发挥高校人才集聚、服务社会功能，历时5年，行程2万多公里，从呼伦贝尔到鄂尔多斯，从阿拉善到赤峰，深入重点帮扶旗县调研，研发出设施农业太阳能土壤储热技术，即以太阳为热源、以空气为介质、以土壤为“储罐”，利用自主研发的先进太阳能聚光集热系统将空气加热，热空气经深埋于设施农业种植土壤中换热管对土壤增温，鉴于土壤比热容大、导热系数小，太阳能以热能形式储存在土壤中，当设施内温度降低时，储存在土壤中的热量向设施内传输，从而保障作物冬季连续生长所需。团队自筹资金完成了技术的中试、熟化，成功在严寒C区的示范基地实现了茄果类作物的越冬种植。
基于前期科学研究、技术熟化、工程示范等工作，团队于2019年6月对“具有自动除霜功能的复合多曲面槽式太阳能聚光集热器”及“一种光热光伏耦合供能免跟踪太阳能聚光器”等专利技术实施了科技成果转化，转化到校金额为300万元，同期，与合作企业联合建成太阳能应用技术工程中心及校企太阳能光热产业示范基地。并在呼和浩特市赛罕区七圪台村（严寒C区）建成设施农业太阳能土壤储热技术示范工程3座，在无其他任何辅助能源条件下，种植土壤温度可以保持在12℃以上，实现了冬季西红柿、网纹瓜、黄瓜等作物的连续生长和集中上市。团队结合技术需求及应用效果，于2022年7月对授权专利“可调节集热量的复合多曲面聚光器”、“一种实现储热、供热和灭虫的设施农业土壤换热装置”实现科技成果再次转化，转化总金额为175万元。
2023年4月26日，牵头起草制定的内蒙古自治区地方标准《太阳能聚光设施农业跨季度储热工程技术规范》正式发布，成为了第一个将先进太阳能聚光集热技术应用于设施农业的地方标准。于2024年5月30日，再次获批立项起草内蒙古自治区地方标准《节能畜舍太阳能空气集热土壤储热工程技术规范》。团队结合严寒、寒冷地区设施农业种植特点、产业优势、地域分布，于2020年-2024年期间，在北京市、黑龙江省、山西省、内蒙古自治区等6省区分别建成设施农业太阳能土壤储热示范工程38处，太阳能温室乡村振兴产业园3座（占地1238亩），经济规模1.1亿元，覆盖了武川县、科尔沁右翼前旗等重点帮扶旗县。2023年7月1日，在呼伦贝尔市新巴尔虎左旗甘珠尔苏木，由中国科学院院士何雅玲教授为组长的专家组现场对设施农业太阳能土壤储热技术及产业化进行现场鉴定，结论为：该技术达到了国际领先水平。成果获得了2022年中国发明协会发明创业奖创新奖“二等奖”，2023年中国可再生能源学会技术发明“二等奖”。
科技助力巩固拓展脱贫攻坚成果同乡村振兴有效衔接。团队结合县域主导产业、特色优势产业，分别在内蒙古自治区呼和浩特市武川县、和林格尔县、兴安盟科尔沁右翼前旗、科尔沁右翼中旗、突泉县、呼伦贝尔市新巴尔虎左旗等重点帮扶旗县开展技术服务、示范应用、政策宣讲、科技指导等工作，建成设施农业、设施牧业太阳能土壤储热示范工程23栋，结合示范应用情况，对驻村书记、致富带头人、合作社经纪人、农业科技特派员等进行技术培训，累计培训500余人次，覆盖10余旗县区。其中2022年在内蒙古自治区呼和浩特市武川县耗赖山乡建成的设施农业太阳能土壤跨季储热示范工程，实现了严寒地区早春洋葱育苗，占地1.5亩的温室出棚6万余株洋葱苗，种植户增加收入6000余元，为当地脱贫人口增收致富探索了新模式。
科技助力农牧业一二三产高效融合发展。如何利用太阳能土壤储热技术助力设施农业集中连片区域形成产业优势，加速带动当地经济发展，实现乡村全面振兴？一直都是团队思考的重中之重。在内蒙古自治区乡村振兴局的大力支持下，于2022年在内蒙古自治区巴彦淖尔市临河区白脑包镇永胜村建成的太阳能温室乡村振兴产业园，占地363亩，总投资4307万元，冬季种植串收番茄、鲜食玉米等高附加值果蔬，安排当地就业岗位60余个，增加农闲时节脱贫人口收入一万余元，园区销售额约200余万元。于2023年在内蒙古自治区巴彦淖尔市城关镇建成的北纬41°甜玉米种植农业产业园，占地375亩，总投资3168万元，建有太阳能土壤储热温室13栋，安排当地就业岗位50余个，增加人均收入200元/日，园区日销售额2-3万元。同时，团队结合内蒙古自治区设施畜牧业冬季养殖供能实际需求，积极开展有组织科研，将设施农业太阳能土壤储热技术应用经验向设施牧业拓展。
设施农业太阳能土壤储热技术暖“棚”行动适合于严寒、寒冷地区设施农业集中连片或分布式应用，技术特点是将复合抛物面太阳能聚光集热系统集热加热的空气进行梯级温升，然后送入埋于种植土壤内的管道中，与土壤进行高效换热，从而提高土壤温度并完成储热，实现了太阳热能在“零能耗、零投资、零维护”的储能材料土壤中的高效率、低成本传输、换热和储存。与其他同类型设施农业冬季增温补热技术相比，其具有如下特点：一是采用太阳能聚光集热、土壤跨季储热、空气多级回热、管道湍流传热等先进的工程热力学技术，实现了太阳能捕获转化系统、大长径比管道热输运系统、水热耦合多孔介质储能系统的集成并低成本应用；二是系统仅由太阳能聚光集热系统供能提高土壤温度，无需其他辅助能源，对种植园区基础设施特别是电力供应等要求低，可以与在建的设施农业高效匹配，也可以对已建设施农业进行改造，占地面积小，无需配置额外集热场建设土地；三是匹配太阳能聚光集热系统的设施农业种植品种以高附加值的茄果类作物为主，提高了设施农业亩产量以及农产品品质，经济效益显著，投资回报周期短，更适合于集中连片现代农业产业园规模化应用；四是该技术还具备利用太阳热能对设施内种植土壤进行物理高温灭杀的功能，在休棚期间，可有效对土壤进行灭虫除菌，减少冬季设施农业生产造成的土壤面源污染，保障“菜篮子”供应的绿色、环保、安全。建在北纬40°的设施农业太阳能土壤储热系统连年运行成效显示，在无辅助能源补热条件下，连续运行可保障冬季设施农业种植土壤温度＞12℃，太阳能平均聚光集热效率＞45%，投资回报周期约为1.5年，可增加亩产15-20%，实现了设施农业太阳能绿色供能冬季连续高效生产以及科技助力乡村振兴的目标。
在设施农业太阳能土壤储热技术实施及助力乡村振兴过程中，为了凝聚“政-校-企”三方资源，团队构建了“政产学研用”五位一体的科技助力乡村振兴机制，于2023年7月首次提出了具有工科院校服务乡村振兴特色的“科技小站”新模式，具体措施经验为：一是将已经中试、大试后的熟化自主研发技术在重点帮扶旗县进行示范和实施，验证科技成果在实施地的效果，对产业从业人员进行科技服务和培训，提升设施农业科技含量和助农效能；二是结合创新技术应用，对县域主导产业和特色产业进行调研，梳理困扰产业发展的技术痛点和难点，依托技术需求反馈机制，以需求为导向，实施有组织科研，实施技术攻关，协助当地政府实现一二三产高效融合；三是打通高校科研人员，特别是引育的高层次人才与产业直接对接的渠道，协助相关领域科研人员与县域主导产业发展需求精准对接，引导科研人员将实验室建在田间地头，将科学研究做在生产一线；四是完善在项目实施地开展博士、硕士研究生长期培养的机制，培养研究生的家国情怀和报效祖国的理想信念，提升研究生培养质量和创新实践能力。
首个内蒙古工业大学党委“科技小站”在呼伦贝尔市新巴尔虎左旗成立，团队在兴安盟科尔沁右翼前旗等重点帮扶旗县陆续建成“科技小站”6个，派出师生100余人次，结合县域主导产业，为当地政府建言献策，对农牧民开展技术指导和政策宣讲百余场，在科技服务乡村振兴中团结各族群众，推进铸牢中华民族共同体意识教育走深走实。团队研究生结合所开展的工作，凝练了“驱寒送暖——寒冷地区设施农业土壤增温的‘领航者’”项目，参加中国国际大学生创新大赛（2023）“青年红色筑梦之旅”赛道全国总决赛，获得了“银奖”，工作经验于2024年被《高教学刊》（双一流·中文核心期刊）刊出，相关事迹被新华网、学习强国、内蒙古日报、内蒙古电视台等媒体报道。
在学校专项资金支持下，团队多方筹措，于2024年对建在重点帮扶旗县的10余个示范工程或产业园区安装自行设计的“设施农牧业智慧数据平台”，实时采集各地区设施农业产业数据、运行数据、气象数据，并对不同应用场景进行对比分析，为技术创新优化、为政府建言献策、为助推产业升级提供基础数据和参考依据，同时，也实现了产业端和科技端、应用端和研发端、需求端和供给端之间零距离、零门槛、零时差的互动，为科技成果“串珠成链、集链成面”提供了必要的条件，2024年7月10日内蒙古电视台新闻联播对此项工作做了头条报道。
基于前期在科技助力巩固拓展脱贫攻坚成果同乡村振兴有效衔接过程中所开展的科学研究、成果转化、工程示范、产业化应用等系列工作，团队将继续在设施农业产业优势凸显的地域，特别是重点帮扶旗县，开展设施农业太阳能土壤储热技术的迭代研发、科技服务、产业帮扶、智能升级等工作，有针对性地开展有组织科研，组织团队、平台优势科研力量，与相关龙头企业积极结合，吸纳产业投资基金，做大做强产业化应用规模，同时，加快将设施农业太阳能应用成熟技术、工程经验向设施畜牧业、设施渔业等产业的拓展，立足内蒙古，辐射“三北”，面向全国，为我国现代农牧业高质量发展、端牢能源和粮食两个“饭碗”注入“太阳能”自主科技的力量。