廣西糖料蔗主產(chǎn)區(qū)太陽能光伏提水系統(tǒng)分析與研究

李文斌，吳昌洪，李新建

(1.廣西壯族自治區(qū)水利科學(xué)研究院，廣西 南寧 530023；2.廣西灌溉試驗中心站，廣西 桂林 541105)

廣西糖料蔗主產(chǎn)區(qū)位于桂中旱片、左江旱片和桂西北旱片，片區(qū)年降雨豐富但降雨集中，降雨往往不能在糖料蔗生長期需水時得到有效利用，加上全區(qū)有30%～40%糖料蔗種植在比較零星分散的區(qū)域，架線供給能源成本較高，線路維護困難。近年來，金建新[1]等人研究了太陽能光伏發(fā)電提水并采用微潤管自動灌溉發(fā)展模式；高占義[2]等人闡述了太陽能提水裝置的組成、太陽跟蹤系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、專用潛水電機和水泵的研究，以及與國內(nèi)外同類技術(shù)的比較、應(yīng)用情況及所取得的經(jīng)濟效益；查詠[3]等人進(jìn)行了光伏提水灌溉的技術(shù)和經(jīng)濟性分析。但廣西蔗區(qū)糖料蔗太陽能光伏提水系統(tǒng)未見有人研究，迫切需要在廣西蔗區(qū)充分利用太陽能光伏發(fā)電并降低提水成本，解決糖料蔗就地提水問題。

1 材料與方法

試驗地點為崇左市江州區(qū)瀨湍鎮(zhèn)丈四片太陽能光伏提水試驗區(qū)。

包括以下主要材料：

(1)安裝太陽能光伏板72塊，每塊250 W，總功率18 kW。

(2)管理房內(nèi)安裝防雷匯流箱，規(guī)格PVB-16/1。

(3)控制逆變器，型號SK18.5K；系統(tǒng)控制平臺，型號PC-H24(數(shù)顯)；逆變器，型號RS-P-4D12K；逆變器RS-P-4D3.6K。

(4)潛水泵150QJ10-50(流量10 m3/h，揚程50 m，功率3 kW)；潛水泵200QJ50-52/4(流量50 m3/h，揚程52 m，功率11 kW)。

(5)上水管安裝水表，實時記錄水泵的提水量。

試驗方法：根據(jù)實時太陽能輻射量、太陽能光伏實時產(chǎn)生的電量及其對應(yīng)的提水量，提煉三者之間的關(guān)系。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 蔗區(qū)太陽能輻射月分配

2014年，江州區(qū)瀨湍鎮(zhèn)丈四片集雨太陽能光伏提水灌溉試驗示范區(qū)太陽能總輻射量為5 371.22 MJ/m2，9月份最大，達(dá)670.38 MJ/m2；12月份最小，僅271.67 MJ/m2；其基本規(guī)律為夏季、秋季太陽能總輻射量相對較大，春季、冬季總輻射量相對較小。

圖1 蔗區(qū)太陽能輻射月分配

2.2 蔗區(qū)太陽輻射及光伏發(fā)電、提水量耦合關(guān)系

(1)太陽能輻射、發(fā)電量與提水量的關(guān)系。根據(jù)試驗區(qū)全年長系列觀測資料統(tǒng)計，在18 kW的太陽能光伏電池板發(fā)電，帶動小水泵采用150QJ10-50(流量10 m3/h，揚程50 m，功率3 kW)以及大水泵采用200QJ50-52/4(流量50 m3/h，揚程52 m，功率11 kW)的條件下，全年晴天平均日最大提水流量25.58 m3/h?？偟膩砜矗柲茌椛淞看?，光伏板產(chǎn)生的電量就越多，提水流量也隨之增加。從7∶00至12∶00，提水流量逐漸增加，9∶00時提水流量達(dá)到最大提水流量的1/3，13∶00時達(dá)到最大值；13∶00時以后，提水流量隨著太陽能輻射值和發(fā)電量的降低而減少。

圖2 太陽能輻射、功率與提水量的變化規(guī)律

(2)四季晴天平均提水情況。從季度來看，秋季的提水能力最強，夏季次之，春季和冬季最少，這也與太陽能輻射和發(fā)電量的分布規(guī)律類似。春、夏、秋、冬等晴天日均提水量分別為136.60，235.99，240.83和131.98 m3。

圖3 四季典型晴天提水量分布圖

(3)試驗?zāi)昕商崴偭?。根?jù)試驗區(qū)2014年的觀測資料，結(jié)合氣象站觀測數(shù)據(jù)，計算得到在18 kW太陽能光伏電池板發(fā)電，帶動小水泵采用150QJ10-50和大水泵采用200QJ50-52/4的條件下，全年可提水總量為37 303 m3，其中，9月份提水量最多，達(dá)到6 857 萬m3，是12月份的5倍，詳見圖4。

圖4 各月可提水量分布圖

2.3 蔗區(qū)太陽能提水量與糖料蔗需水量耦合關(guān)系

對于試驗區(qū)光伏水泵提水量與糖料蔗需水量，兩者的變化規(guī)律高度一致，均在9月份達(dá)到最高值。太陽能輻射量大時，糖料蔗生長需水也多，兩者是基本同步的，也反映了利用太陽能光伏提水灌溉糖料蔗是可行的。

圖5 太陽能水泵提水量與糖料蔗需水量耦合關(guān)系圖

3 結(jié) 語

(1)蔗區(qū)太陽能總輻射量的基本規(guī)律為夏季、秋季太陽能總輻射量相對較大，春季、冬季總輻射量相對較小，其中，9月、10月的太陽能總輻射量最大，11-2月總輻射量相對較小，其分布規(guī)律與糖料蔗需水規(guī)律基本一致，證明采用太陽能光伏提水灌溉糖料蔗在客觀上是可行性的。

(2)廣西糖料蔗主產(chǎn)區(qū)崇左市每千瓦太陽能(有逆變器)全年可提水總量為2 072 m3，其中，1月～12月分別可提水80、74、62、95、103、174、242、269、381、327、206和60 m3。

(3)廣西糖料蔗主產(chǎn)區(qū)崇左市太陽能光伏提水在9∶00時達(dá)到最大出力的1/3，12∶00時和13∶00時達(dá)到最大出力；9∶00時前和16∶00時后，基本上不能提水，即系統(tǒng)正常日工作時間為8 h。

□