科技助抗旱“陽(yáng)光”變“雨露”

王曉霞

2010年，百年一遇的大旱炙烤云南大地，僅楚雄市即有20余萬(wàn)農(nóng)村人口缺水，部分家畜被渴死。連續(xù)三年的大旱，把富水卻缺水的難題擺在了云南人民面前。在抗旱中，云南省探索出了光伏取水的好辦法，幾年來(lái)已在云南多地取得顯著效果。為此，《中國(guó)扶貧》雜志特采訪了云南省農(nóng)村科技服務(wù)中心周自瑋研究員和王健敏副研究員，請(qǐng)他們介紹利用太陽(yáng)能發(fā)電直接驅(qū)動(dòng)水泵工作的技術(shù)，看看如何發(fā)揮太陽(yáng)能的作用，讓“陽(yáng)光”變“雨露”，以期幫助水低田高的貧困地區(qū)走出因水而困的局面。

135項(xiàng)工程累計(jì)解決了20余萬(wàn)人、近6萬(wàn)頭大牲畜的飲水問(wèn)題。

《中國(guó)扶貧》：光伏發(fā)電是國(guó)家精準(zhǔn)扶貧十大工程之一，近年來(lái)已在多省開展并為貧困群眾帶來(lái)穩(wěn)定的經(jīng)濟(jì)收入，但對(duì)光伏技術(shù)還可應(yīng)用于抗旱，很多人恐怕并不了解。請(qǐng)您介紹一下太陽(yáng)能光伏水泵供水技術(shù)目前的應(yīng)用情況和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

周自瑋：鑒于云南省地處低緯高原，廣大農(nóng)村村寨位置高而水源位置低的實(shí)際，為充分發(fā)揮科技進(jìn)步在惠及民生和促進(jìn)社會(huì)發(fā)展中的支撐引領(lǐng)作用，由云南省科技廳組織，云南省農(nóng)村科技服務(wù)中心牽頭，聯(lián)合省內(nèi)外多家光伏企業(yè)開展了光伏提水技術(shù)研發(fā)及規(guī)模化示范推廣工作，研究開發(fā)出利用太陽(yáng)能發(fā)電直接驅(qū)動(dòng)水泵工作的應(yīng)用光伏系統(tǒng)，先后在云南省昆明市、曲靖市、昭通市、文山州、楚雄州、麗江市、玉溪市、大理市、保山市、臨滄市等15個(gè)州（市）建成光伏提水示范工程135項(xiàng)，累計(jì)解決了20余萬(wàn)人、近6萬(wàn)頭大牲畜飲水及4.5萬(wàn)畝田地的保苗灌溉用水問(wèn)題。

該系統(tǒng)能適應(yīng)云南當(dāng)?shù)靥?yáng)輻射快速變化的獨(dú)特氣候，具有跟蹤及時(shí)、不掉線、自動(dòng)啟動(dòng)停機(jī)、水干和水滿保護(hù)停機(jī)等特點(diǎn)。系統(tǒng)不需要儲(chǔ)能蓄電池，光照條件好多抽水，光照條件不好少抽水，是光伏利用的一個(gè)絕好領(lǐng)域。截至2016年11月底，云南省投入科技經(jīng)費(fèi)1931.7萬(wàn)元（主要為設(shè)備經(jīng)費(fèi)），先后在云南省昆明市等15個(gè)州（市）共建成光伏陣列5-60 KW、水泵功率3.5-44 KW，凈揚(yáng)程50-700 M的科技減災(zāi)抗旱太陽(yáng)能光伏取水示范工程75項(xiàng)，擬建在建工程26項(xiàng)，總光伏陣列功率1501.8 KW，年提水量221萬(wàn)M3，年直接經(jīng)濟(jì)效益762.45萬(wàn)元。我們開展光伏取水技術(shù)培訓(xùn)2040人次，示范推廣工作惠及民生，成果被評(píng)為“2013年度云南十大科技進(jìn)展”，并獲2014年度云南省科技進(jìn)步獎(jiǎng)三等獎(jiǎng)。

光伏水泵可低成本地提高水位。

《中國(guó)扶貧》：光伏取水技術(shù)的原理是什么？

周自瑋：太陽(yáng)能光伏提水系統(tǒng)也稱為光伏水泵、太陽(yáng)能水泵或太陽(yáng)水泵，是利用太陽(yáng)能電池發(fā)出的電力，通過(guò)最大功率點(diǎn)跟蹤以及變換、控制等裝置驅(qū)動(dòng)高效水泵，將水從低位提至高位，供農(nóng)田灌溉或人畜飲用。光伏提水是涉及太陽(yáng)能采集與變換、電力電子、電機(jī)、水泵等多門學(xué)科專業(yè)綜合配套的技術(shù)，具有低碳環(huán)保、就地開發(fā)、個(gè)性化設(shè)計(jì)、全自動(dòng)運(yùn)行、日出而作、日落而息、無(wú)需人看守、不受電網(wǎng)限制、運(yùn)行成本低、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

具體來(lái)說(shuō)，就是將原有的傳統(tǒng)太陽(yáng)能揚(yáng)水技術(shù)通過(guò)智能控制系統(tǒng)和傳感技術(shù)等在不儲(chǔ)能的前提下進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，形成一套全新的光伏提水系統(tǒng)。該系統(tǒng)不僅能解決原有太陽(yáng)能揚(yáng)水技術(shù)中的弱光天氣上不了水、電壓降低水泵驟停和水泵選型限制等問(wèn)題，還比原有光伏揚(yáng)水系統(tǒng)提高了近25%的工作效率，同時(shí)在無(wú)市電接入的情況下可將原有的有效工作時(shí)間從原來(lái)的每天5-6小時(shí)提高到每天10-11小時(shí)。

該技術(shù)原理是通過(guò)對(duì)原有的光伏揚(yáng)水逆變控制器進(jìn)行改造，拓寬系統(tǒng)運(yùn)行的電壓和頻率范圍值，同時(shí)增加數(shù)個(gè)數(shù)據(jù)收集模塊，收集整個(gè)光伏揚(yáng)水系統(tǒng)中各類數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀況，然后將收集數(shù)據(jù)通過(guò)智能化數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)對(duì)以往和實(shí)時(shí)各類系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較，得出最優(yōu)化的系統(tǒng)運(yùn)行方式，達(dá)到最佳輸出功率。該系統(tǒng)還具備自動(dòng)配合多種不同類型水泵運(yùn)行特點(diǎn)，進(jìn)行系統(tǒng)自動(dòng)修復(fù)調(diào)整，使得該系統(tǒng)適用于各類型號(hào)水泵，并提高水泵效能。

可自動(dòng)運(yùn)行，手機(jī)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

《中國(guó)扶貧》：這項(xiàng)技術(shù)具有怎樣的特點(diǎn)？

王健敏：太陽(yáng)能光伏提水系統(tǒng)從技術(shù)應(yīng)用的角度看，有幾大特點(diǎn)：

（1）自動(dòng)運(yùn)行與遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控：該系統(tǒng)已完全實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)機(jī)、自動(dòng)運(yùn)行、自動(dòng)跟蹤水泵運(yùn)行情況并調(diào)節(jié)達(dá)到最優(yōu)的運(yùn)行模式，建立了基于移動(dòng)通訊GSM/GPRS網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)申請(qǐng)GSM/GPRS的數(shù)據(jù)通訊業(yè)務(wù)或SMS短信息業(yè)務(wù)，綁定客戶的目標(biāo)手機(jī)（最多可綁定5部手機(jī)），系統(tǒng)報(bào)警或停止時(shí)，將信號(hào)及時(shí)發(fā)送至指定手機(jī)即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控；

（2）最大功率跟蹤運(yùn)行：通過(guò)最大點(diǎn)功率跟蹤（MPPT）技術(shù)實(shí)現(xiàn)各類光照條件下保證系統(tǒng)最有效地利用太陽(yáng)能，使得光伏提水系統(tǒng)能夠克服當(dāng)太陽(yáng)光輻照突然降低導(dǎo)致系統(tǒng)突然停機(jī)的問(wèn)題，提高了出水量，降低了光伏組件的裝機(jī)容量；

（3）飽和多泵聯(lián)動(dòng)技術(shù)：將原來(lái)的一臺(tái)運(yùn)行的大功率水泵由多臺(tái)中小功率的水泵代替，保證了在無(wú)市電補(bǔ)充時(shí)陰天或云層較厚的天氣條件下也可以有水供應(yīng)，能將太陽(yáng)能所發(fā)電高效利用，在原來(lái)基礎(chǔ)上可以提高20%的工作效率，實(shí)現(xiàn)了無(wú)儲(chǔ)能全天11小時(shí)不間斷提水和陰天弱光性下正常運(yùn)行提水的高效功能，同時(shí)大大延長(zhǎng)了整套光伏提水系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間，增加了水泵的使用壽命；

（4）多種水泵適應(yīng)性：系統(tǒng)可適用目前市面上所有型號(hào)、功率大小的水泵，如各種功率的容積泵、葉片泵、潛水泵和管道泵等，對(duì)很多偏遠(yuǎn)地區(qū)的泵站節(jié)能改造有著重大意義。

從石漠化治理到綜合水利工程均可應(yīng)用。

《中國(guó)扶貧》：目前來(lái)看，這項(xiàng)取水技術(shù)的應(yīng)用范圍有哪些地區(qū)？

王健敏：這項(xiàng)技術(shù)運(yùn)用范圍非常廣泛，特別是在多山、日照條件充足的地區(qū)，從云南的推廣使用來(lái)看，其使用范圍從人畜飲水到農(nóng)業(yè)灌溉，從人跡罕至的石漠化治理到綜合水利工程，都憑借其優(yōu)于傳統(tǒng)光伏提水的智能化、自動(dòng)化、高效化性能取得了明顯的成效。

我們認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)可有效運(yùn)用在：

1）高原、石漠化地區(qū)水利基礎(chǔ)設(shè)施不足或難以進(jìn)行水利工程建設(shè)、電網(wǎng)難于覆蓋地區(qū)的人飲、提灌工程；

2）適用于各類規(guī)模灌區(qū)泵站的節(jié)能改造；

3）運(yùn)行維護(hù)成本低，建成后25年內(nèi)無(wú)需能耗費(fèi)用，特別適用于落后、貧困、邊遠(yuǎn)地區(qū)的綜合水利建設(shè)；

4）由于其后期的低成本，可用于部分地區(qū)的水價(jià)改革項(xiàng)目；

5）可配合節(jié)水灌溉工程，為滴灌、微噴等技術(shù)提供動(dòng)力；

6）對(duì)原有的光伏提水工程進(jìn)行改造，優(yōu)化系統(tǒng)，增加效率，提高出水量；

7）適用各類型地區(qū)性調(diào)水工程，大幅度降低調(diào)水成本。

發(fā)揮科技力量，幫助更多貧困群眾早日解決用水難題。

《中國(guó)扶貧》：請(qǐng)您介紹幾個(gè)案例。

王健敏：先來(lái)介紹云南省富民縣赤鷲鎮(zhèn)的光伏取水項(xiàng)目。赤鷲鎮(zhèn)是典型的滇中高寒山區(qū)，近年來(lái)，由于受氣候變暖影響，赤鷲鎮(zhèn)許多山區(qū)的地下水位急劇下降，多處出水點(diǎn)干枯，土壤干旱嚴(yán)重，部分群眾和牲畜飲水困難，用電抽水或機(jī)械拉水費(fèi)用昂貴，極大影響了群眾的生產(chǎn)生活。2013年，由云南省農(nóng)村科技服務(wù)中心組織，云南伏施特科技有限公司在赤鷲鎮(zhèn)承建了赤鷲鎮(zhèn)的太陽(yáng)能光伏取水科技抗旱示范工程，該項(xiàng)目設(shè)計(jì)使用年限25年，配備80塊1×1.6平方米的太陽(yáng)能光伏板，水泵功率13千瓦，晴天日可提水100立方米。工程的建成使用，解決了當(dāng)?shù)卮迕?08人、600多頭大牲畜的飲水問(wèn)題，部分緩解了當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)用水困難，每年可節(jié)省電費(fèi)約4萬(wàn)元，25年可節(jié)約電費(fèi)100萬(wàn)元，深受當(dāng)?shù)厝罕姎g迎。

再來(lái)看一個(gè)文山州富寧縣光伏取水項(xiàng)目。文山州富寧縣是云南省科技廳的定點(diǎn)掛鉤扶貧點(diǎn)，2013年7月，克服了艱苦的施工條件，云南省農(nóng)村科技服務(wù)中心組織，由云南伏施特科技有限公司在該縣的皈朝鎮(zhèn)龍門村采用當(dāng)時(shí)世界最先進(jìn)的太陽(yáng)能光伏水泵供水系統(tǒng)（26kw水泵及38kw光伏陣列），建成提水高程為300米，日抽水量60立方米，輸水距離2900米的光伏取水項(xiàng)目，通過(guò)原有已建連體水窖和地面管網(wǎng)入戶工程，直接將水供送到龍門山瑤群眾家中，共有117戶群眾及龍門小學(xué)受益，可徹底解決800余人、330頭大牲畜的飲水困難及部分農(nóng)田灌溉問(wèn)題。此項(xiàng)目建成后，是當(dāng)時(shí)亞洲最大的太陽(yáng)能光伏取水單體項(xiàng)目，被《云南日?qǐng)?bào)》等多家媒體及網(wǎng)站報(bào)道。

在此基礎(chǔ)上，2014-2016年云南省科技廳繼續(xù)在掛鉤扶貧點(diǎn)富寧縣木央鎮(zhèn)、睦倫鎮(zhèn)、洞波鄉(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)的13個(gè)村開展太陽(yáng)能光伏取水項(xiàng)目建設(shè)，通過(guò)項(xiàng)目的實(shí)施，極大地緩解了石漠化嚴(yán)重的邊遠(yuǎn)貧困山區(qū)的人畜飲水和農(nóng)田灌溉難題，取得了較好的社會(huì)效益，村民們都稱贊：“黨的扶貧政策好”“光伏取水解決了困擾祖祖輩輩的吃水難”“吃水不忘共產(chǎn)黨”……

2016年10月13日，省科技廳黨組書記李紅民，廳黨組成員、副廳長(zhǎng)婁垂新一行前往木央鎮(zhèn)扶貧點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研考察了已投入使用和在建的太陽(yáng)能光伏取水系統(tǒng)，充分肯定了太陽(yáng)能光伏取水項(xiàng)目對(duì)解決當(dāng)?shù)厝彪娚匐娗闆r下飲水難的重要作用，并希望能進(jìn)一步加大項(xiàng)目建設(shè)力度，加快施工進(jìn)度，爭(zhēng)取早日讓更多的貧困群眾喝上干凈放心的飲用水。