廣西糖料蔗主產區太陽能光伏提水系統分析與研究

李文斌，吳昌洪，李新建

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

廣西糖料蔗主產區位于桂中旱片、左江旱片和桂西北旱片，片區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，加上全區有30%～40%糖料蔗種植在比較零星分散的區域，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電提水并采用微潤管自動灌溉發展模式；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、電控系統、專用潛水電機和水泵的研究，以及與國內外同類技術的比較、應用情況及所取得的經濟效益；查詠[3]等人進行了光伏提水灌溉的技術和經濟性分析。但廣西蔗區糖料蔗太陽能光伏提水系統未見有人研究，迫切需要在廣西蔗區充分利用太陽能光伏發電并降低提水成本，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瀨湍鎮丈四片太陽能光伏提水試驗區。

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)管理房內安裝防雷匯流箱，規格PVB-16/1。

(3)控制逆變器，型號SK18.5K；系統控制平臺，型號PC-H24(數顯)；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：根據實時太陽能輻射量、太陽能光伏實時產生的電量及其對應的提水量，提煉三者之間的關系。

2 試驗結果分析

2.1 蔗區太陽能輻射月分配

2014年，江州區瀨湍鎮丈四片集雨太陽能光伏提水灌溉試驗示范區太陽能總輻射量為5 371.22 MJ/m2，9月份最大，達670.38 MJ/m2；12月份最小，僅271.67 MJ/m2；其基本規律為夏季、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 蔗區太陽能輻射月分配

2.2 蔗區太陽輻射及光伏發電、提水量耦合關系

(1)太陽能輻射、發電量與提水量的關系。根據試驗區全年長系列觀測資料統計，在18 kW的太陽能光伏電池板發電，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。總的來看，太陽能輻射量大，光伏板產生的電量就越多，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時提水流量達到最大提水流量的1/3，13∶00時達到最大值；13∶00時以后，提水流量隨著太陽能輻射值和發電量的降低而減少。

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電量的分布規律類似。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)試驗年可提水總量。根據試驗區2014年的觀測資料，結合氣象站觀測數據，計算得到在18 kW太陽能光伏電池板發電，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 蔗區太陽能提水量與糖料蔗需水量耦合關系

對于試驗區光伏水泵提水量與糖料蔗需水量，兩者的變化規律高度一致，均在9月份達到最高值。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系圖

3 結 語

(1)蔗區太陽能總輻射量的基本規律為夏季、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，其分布規律與糖料蔗需水規律基本一致，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)廣西糖料蔗主產區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)廣西糖料蔗主產區崇左市太陽能光伏提水在9∶00時達到最大出力的1/3，12∶00時和13∶00時達到最大出力；9∶00時前和16∶00時后，基本上不能提水，即系統正常日工作時間為8 h。

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