光伏水泵系統產業化關鍵技術及示范

云南師范大學

2009年，云南多地遭遇了連續干旱，對群眾生活和生產造成極大影響，云南省科技廳2010年立項實施“光伏水泵系統產業化關鍵技術及示范”重點新產品項目，利用太陽能解決抗旱的問題，從此開始了光伏水泵的研究。2014年獲國家自然科學基金項目“現有梯級水電站加裝光伏抽水系統對光伏發電平衡能力的研究（項目編號：51367019）”的支持。

光伏水泵系統是采用太陽能光伏發電直接供電的提水系統。光伏發電及常規水泵提水是比較成熟的技術，但光伏水泵是一個新的技術方向，由于太陽輻射實時變化，導致光伏發電功率也變化，如何讓水泵適應這種變化，同時保持較高工作效率是一個挑戰。光伏水泵涉及光伏發電、水力學、自動控制等多個學科，眾多難題等待解決。

2011年11月，省科技廳重點新產品計劃項目在文山州西疇縣董馬鄉幺鋪子村上壩村民小組安裝了云南省第一個光伏水泵示范系統，水泵7.5kW，光伏水泵控制逆變器7.5kW，光伏方陣功率10.8kW，揚程140m，晴天日提水50m3。該系統的建成結束了該村民小組87戶家庭不通自來水的歷史，村民們都表示感謝黨和政府的關心。項目實施取得了光伏水泵系統的優化設計，包括光伏陣列的最佳設計，最佳的方位角、傾角，最佳的水泵功率和光伏組件配置，最佳的控制系統配置等成果。2012年省科技廳又在昆明市五華區西翥街道辦安裝38個示范點，自2013年開始省科技廳批量支持了4年全省范圍內光伏水泵系統的建設。省水利廳2013年在嵩明、隆陽區及澄江支持了3個示范項目。

隨著公司承擔的光伏水泵系統工程的增加，針對遇到的各種各樣的問題，深入研究了光伏水泵系統的各個方面，特別是光伏水泵控制逆變器技術、取水技術及系統設計等，在核心關鍵技術方面取得了一系列的突破：光伏水泵最大功率跟蹤術、應對陽光激變、多種類型水泵應用、光交并行、遠程監控、遠程水位、多泵控制、多級多泵控制、大小泵、串聯泵、冬季管道防凍、特殊防雷、漂浮取水、軌道取水、高壓柱塞泵管道震動、不穩定電源的遠距離輸送和系統設計技術等，目前獲2項發明專利授權，2項實用新型專利授權。

在光伏水泵系統建設的經濟性、晴天日提水量等技術經濟指標方面達到了國際領先水平。實際或提供技術方案及關鍵設備建設了130多個光伏水泵系統，光伏組件累計裝機超過5MW，年提水量超過300萬m3，解決了數萬人飲用水及數萬畝農田的灌溉問題，年產生的經濟效益高達數億元，取得了顯著的經濟社會效益，特別是解決了干旱季節的提水問題，促進了農村脫貧致富。項目實施每年都研發出多項光伏水泵新技術，是國際上少有的具備光伏水泵系統設計、關鍵設備制造、并能提供定制化制造及系統安裝工程的全產業鏈單位，開創了光伏水泵產業新局面。

2012年底在大理州漾濞縣組織實施的利用太陽能光伏技術從大江提水發展特色經果產業項目，突破了“祖祖輩輩居住江邊山上的少數民族群眾，看著江水年復一年流逝而不能用江水灌溉農業的無奈”，深受相鄰州市縣鄉干部群眾歡迎，項目榮獲大理州第二屆政府創新獎。

2013年云南省戰略性新興產業專項資金扶持項目“高效光伏水泵系統的產業化”，獲得省財政廳100萬元支持，是云南省唯一獲支持的光伏水泵產業化項目。論文在2013年9月和2017年9月兩屆中國光伏大會上被評為優秀論文，這是自2004年設立優秀論文獎以來唯一頒發給光伏水泵領域的獎。2014年2月18日，光伏水泵規模化應用被云南省科技廳及新華社云南分社評為云南省2013年十大科技進展。

2014年6月11日獲得聯合國工業發展組織頒發的“2014年全球可再生能源領域最具投資價值領先技術藍天獎”（全球僅有10項技術獲獎，也是目前唯一給光伏水泵領域的獎）。

2015年劉祖明參加云南省農村科技服務中心的項目“太陽能光伏取水關鍵技術及示范推廣”獲得云南省2014年度科技進步三等獎。

2016年10月16日，劉祖明教授應邀參加2016扶貧日科技扶貧平行論壇，作為全國6個科技創新驅動精準脫貧實踐分享典型之一，并在做了“光伏提水精準解決貧困山村吃水難問題”的報告，受到國務院扶貧辦領導的好評。

2017、2019年亞行邀請劉祖明教授到孟加拉國提供光伏水泵技術咨詢指導，2018年亞行邀請劉祖明教授在第十一屆亞洲太陽能論壇上介紹中國光伏水泵，這是光伏水泵技術首次在國際頂級經濟組織中亮相。2018年8月亞行通過中國可再生能源工業協會委托我們在昆明舉辦了光伏水泵在可持續灌溉及清潔供水中的應用國際區域培訓班，有11個國家的代表參加，并參觀了示范工程，對工程實施給予了高度評價。