科技助抗旱“陽光”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余萬農村人口缺水，部分家畜被渴死。連續三年的大旱，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，幾年來已在云南多地取得顯著效果。為此，《中國扶貧》雜志特采訪了云南省農村科技服務中心周自瑋研究員和王健敏副研究員，請他們介紹利用太陽能發電直接驅動水泵工作的技術，看看如何發揮太陽能的作用，讓“陽光”變“雨露”，以期幫助水低田高的貧困地區走出因水而困的局面。

135項工程累計解決了20余萬人、近6萬頭大牲畜的飲水問題。

《中國扶貧》：光伏發電是國家精準扶貧十大工程之一，近年來已在多省開展并為貧困群眾帶來穩定的經濟收入，但對光伏技術還可應用于抗旱，很多人恐怕并不了解。請您介紹一下太陽能光伏水泵供水技術目前的應用情況和經濟價值。

周自瑋：鑒于云南省地處低緯高原，廣大農村村寨位置高而水源位置低的實際，為充分發揮科技進步在惠及民生和促進社會發展中的支撐引領作用，由云南省科技廳組織，云南省農村科技服務中心牽頭，聯合省內外多家光伏企業開展了光伏提水技術研發及規模化示范推廣工作，研究開發出利用太陽能發電直接驅動水泵工作的應用光伏系統，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個州（市）建成光伏提水示范工程135項，累計解決了20余萬人、近6萬頭大牲畜飲水及4.5萬畝田地的保苗灌溉用水問題。

該系統能適應云南當地太陽輻射快速變化的獨特氣候，具有跟蹤及時、不掉線、自動啟動停機、水干和水滿保護停機等特點。系統不需要儲能蓄電池，光照條件好多抽水，光照條件不好少抽水，是光伏利用的一個絕好領域。截至2016年11月底，云南省投入科技經費1931.7萬元（主要為設備經費），先后在云南省昆明市等15個州（市）共建成光伏陣列5-60 KW、水泵功率3.5-44 KW，凈揚程50-700 M的科技減災抗旱太陽能光伏取水示范工程75項，擬建在建工程26項，總光伏陣列功率1501.8 KW，年提水量221萬M3，年直接經濟效益762.45萬元。我們開展光伏取水技術培訓2040人次，示范推廣工作惠及民生，成果被評為“2013年度云南十大科技進展”，并獲2014年度云南省科技進步獎三等獎。

光伏水泵可低成本地提高水位。

《中國扶貧》：光伏取水技術的原理是什么？

周自瑋：太陽能光伏提水系統也稱為光伏水泵、太陽能水泵或太陽水泵，是利用太陽能電池發出的電力，通過最大功率點跟蹤以及變換、控制等裝置驅動高效水泵，將水從低位提至高位，供農田灌溉或人畜飲用。光伏提水是涉及太陽能采集與變換、電力電子、電機、水泵等多門學科專業綜合配套的技術，具有低碳環保、就地開發、個性化設計、全自動運行、日出而作、日落而息、無需人看守、不受電網限制、運行成本低、使用壽命長等特點。

具體來說，就是將原有的傳統太陽能揚水技術通過智能控制系統和傳感技術等在不儲能的前提下進行優化升級，形成一套全新的光伏提水系統。該系統不僅能解決原有太陽能揚水技術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題，還比原有光伏揚水系統提高了近25%的工作效率，同時在無市電接入的情況下可將原有的有效工作時間從原來的每天5-6小時提高到每天10-11小時。

該技術原理是通過對原有的光伏揚水逆變控制器進行改造，拓寬系統運行的電壓和頻率范圍值，同時增加數個數據收集模塊，收集整個光伏揚水系統中各類數據的實時運行狀況，然后將收集數據通過智能化數據分析系統對以往和實時各類系統數據進行分析比較，得出最優化的系統運行方式，達到最佳輸出功率。該系統還具備自動配合多種不同類型水泵運行特點，進行系統自動修復調整，使得該系統適用于各類型號水泵，并提高水泵效能。

可自動運行，手機可實現遠程實時監控。

《中國扶貧》：這項技術具有怎樣的特點？

王健敏：太陽能光伏提水系統從技術應用的角度看，有幾大特點：

（1）自動運行與遠程實時監控：該系統已完全實現自動開關機、自動運行、自動跟蹤水泵運行情況并調節達到最優的運行模式，建立了基于移動通訊GSM/GPRS網絡的無線遠程監控系統，通過申請GSM/GPRS的數據通訊業務或SMS短信息業務，綁定客戶的目標手機（最多可綁定5部手機），系統報警或停止時，將信號及時發送至指定手機即可實現遠程實時監控；

（2）最大功率跟蹤運行：通過最大點功率跟蹤（MPPT）技術實現各類光照條件下保證系統最有效地利用太陽能，使得光伏提水系統能夠克服當太陽光輻照突然降低導致系統突然停機的問題，提高了出水量，降低了光伏組件的裝機容量；

（3）飽和多泵聯動技術：將原來的一臺運行的大功率水泵由多臺中小功率的水泵代替，保證了在無市電補充時陰天或云層較厚的天氣條件下也可以有水供應，能將太陽能所發電高效利用，在原來基礎上可以提高20%的工作效率，實現了無儲能全天11小時不間斷提水和陰天弱光性下正常運行提水的高效功能，同時大大延長了整套光伏提水系統的運行時間，增加了水泵的使用壽命；

（4）多種水泵適應性：系統可適用目前市面上所有型號、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，對很多偏遠地區的泵站節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用。

《中國扶貧》：目前來看，這項取水技術的應用范圍有哪些地區？

王健敏：這項技術運用范圍非常廣泛，特別是在多山、日照條件充足的地區，從云南的推廣使用來看，其使用范圍從人畜飲水到農業灌溉，從人跡罕至的石漠化治理到綜合水利工程，都憑借其優于傳統光伏提水的智能化、自動化、高效化性能取得了明顯的成效。

我們認為，這項技術可有效運用在：

1）高原、石漠化地區水利基礎設施不足或難以進行水利工程建設、電網難于覆蓋地區的人飲、提灌工程；

2）適用于各類規模灌區泵站的節能改造；

3）運行維護成本低，建成后25年內無需能耗費用，特別適用于落后、貧困、邊遠地區的綜合水利建設；

4）由于其后期的低成本，可用于部分地區的水價改革項目；

5）可配合節水灌溉工程，為滴灌、微噴等技術提供動力；

6）對原有的光伏提水工程進行改造，優化系統，增加效率，提高出水量；

7）適用各類型地區性調水工程，大幅度降低調水成本。

發揮科技力量，幫助更多貧困群眾早日解決用水難題。

《中國扶貧》：請您介紹幾個案例。

王健敏：先來介紹云南省富民縣赤鷲鎮的光伏取水項目。赤鷲鎮是典型的滇中高寒山區，近年來，由于受氣候變暖影響，赤鷲鎮許多山區的地下水位急劇下降，多處出水點干枯，土壤干旱嚴重，部分群眾和牲畜飲水困難，用電抽水或機械拉水費用昂貴，極大影響了群眾的生產生活。2013年，由云南省農村科技服務中心組織，云南伏施特科技有限公司在赤鷲鎮承建了赤鷲鎮的太陽能光伏取水科技抗旱示范工程，該項目設計使用年限25年，配備80塊1×1.6平方米的太陽能光伏板，水泵功率13千瓦，晴天日可提水100立方米。工程的建成使用，解決了當地村民408人、600多頭大牲畜的飲水問題，部分緩解了當地的農業用水困難，每年可節省電費約4萬元，25年可節約電費100萬元，深受當地群眾歡迎。

再來看一個文山州富寧縣光伏取水項目。文山州富寧縣是云南省科技廳的定點掛鉤扶貧點，2013年7月，克服了艱苦的施工條件，云南省農村科技服務中心組織，由云南伏施特科技有限公司在該縣的皈朝鎮龍門村采用當時世界最先進的太陽能光伏水泵供水系統（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米的光伏取水項目，通過原有已建連體水窖和地面管網入戶工程，直接將水供送到龍門山瑤群眾家中，共有117戶群眾及龍門小學受益，可徹底解決800余人、330頭大牲畜的飲水困難及部分農田灌溉問題。此項目建成后，是當時亞洲最大的太陽能光伏取水單體項目，被《云南日報》等多家媒體及網站報道。

在此基礎上，2014-2016年云南省科技廳繼續在掛鉤扶貧點富寧縣木央鎮、睦倫鎮、洞波鄉等鄉鎮的13個村開展太陽能光伏取水項目建設，通過項目的實施，極大地緩解了石漠化嚴重的邊遠貧困山區的人畜飲水和農田灌溉難題，取得了較好的社會效益，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、副廳長婁垂新一行前往木央鎮扶貧點，現場調研考察了已投入使用和在建的太陽能光伏取水系統，充分肯定了太陽能光伏取水項目對解決當地缺電少電情況下飲水難的重要作用，并希望能進一步加大項目建設力度，加快施工進度，爭取早日讓更多的貧困群眾喝上干凈放心的飲用水。