科技助抗旱“阳光”变“雨露”

王晓霞

2010年，百年一遇的大旱炙烤云南大地，仅楚雄市即有20余万农村人口缺水，部分家畜被渴死。连续三年的大旱，把富水却缺水的难题摆在了云南人民面前。在抗旱中，云南省探索出了光伏取水的好办法，几年来已在云南多地取得显著效果。为此，《中国扶贫》杂志特采访了云南省农村科技服务中心周自玮研究员和王健敏副研究员，请他们介绍利用太阳能发电直接驱动水泵工作的技术，看看如何发挥太阳能的作用，让“阳光”变“雨露”，以期帮助水低田高的贫困地区走出因水而困的局面。

135项工程累计解决了20余万人、近6万头大牲畜的饮水問题。

《中国扶贫》：光伏发电是国家精准扶贫十大工程之一，近年来已在多省开展并为贫困群众带来稳定的经济收入，但对光伏技术还可应用于抗旱，很多人恐怕并不了解。请您介绍一下太阳能光伏水泵供水技术目前的应用情况和经济价值。

周自玮：鉴于云南省地处低纬高原，广大农村村寨位置高而水源位置低的实际，为充分发挥科技进步在惠及民生和促进社会发展中的支撑引领作用，由云南省科技厅组织，云南省农村科技服务中心牵头，联合省内外多家光伏企业开展了光伏提水技术研发及规模化示范推广工作，研究开发出利用太阳能发电直接驱动水泵工作的应用光伏系统，先后在云南省昆明市、曲靖市、昭通市、文山州、楚雄州、丽江市、玉溪市、大理市、保山市、临沧市等15个州（市）建成光伏提水示范工程135项，累计解决了20余万人、近6万头大牲畜饮水及4.5万亩田地的保苗灌溉用水问题。

该系统能适应云南当地太阳辐射快速变化的独特气候，具有跟踪及时、不掉线、自动启动停机、水干和水满保护停机等特点。系统不需要储能蓄电池，光照条件好多抽水，光照条件不好少抽水，是光伏利用的一个绝好领域。截至2016年11月底，云南省投入科技经费1931.7万元（主要为设备经费），先后在云南省昆明市等15个州（市）共建成光伏阵列5-60 KW、水泵功率3.5-44 KW，净扬程50-700 M的科技减灾抗旱太阳能光伏取水示范工程75项，拟建在建工程26项，总光伏阵列功率1501.8 KW，年提水量221万M3，年直接经济效益762.45万元。我们开展光伏取水技术培训2040人次，示范推广工作惠及民生，成果被评为“2013年度云南十大科技进展”，并获2014年度云南省科技进步奖三等奖。

光伏水泵可低成本地提高水位。

《中国扶贫》：光伏取水技术的原理是什么？

周自玮：太阳能光伏提水系统也称为光伏水泵、太阳能水泵或太阳水泵，是利用太阳能电池发出的电力，通过最大功率点跟踪以及变换、控制等装置驱动高效水泵，将水从低位提至高位，供农田灌溉或人畜饮用。光伏提水是涉及太阳能采集与变换、电力电子、电机、水泵等多门学科专业综合配套的技术，具有低碳环保、就地开发、个性化设计、全自动运行、日出而作、日落而息、无需人看守、不受电网限制、运行成本低、使用寿命长等特点。

具体来说，就是将原有的传统太阳能扬水技术通过智能控制系统和传感技术等在不储能的前提下进行优化升级，形成一套全新的光伏提水系统。该系统不仅能解决原有太阳能扬水技术中的弱光天气上不了水、电压降低水泵骤停和水泵选型限制等问题，还比原有光伏扬水系统提高了近25%的工作效率，同时在无市电接入的情况下可将原有的有效工作时间从原来的每天5-6小时提高到每天10-11小时。

该技术原理是通过对原有的光伏扬水逆变控制器进行改造，拓宽系统运行的电压和频率范围值，同时增加数个数据收集模块，收集整个光伏扬水系统中各类数据的实时运行状况，然后将收集数据通过智能化数据分析系统对以往和实时各类系统数据进行分析比较，得出最优化的系统运行方式，达到最佳输出功率。该系统还具备自动配合多种不同类型水泵运行特点，进行系统自动修复调整，使得该系统适用于各类型号水泵，并提高水泵效能。

可自动运行，手机可实现远程实时监控。

《中国扶贫》：这项技术具有怎样的特点？

王健敏：太阳能光伏提水系统从技术应用的角度看，有几大特点：

（1）自动运行与远程实时监控：该系统已完全实现自动开关机、自动运行、自动跟踪水泵运行情况并调节达到最优的运行模式，建立了基于移动通讯GSM/GPRS网络的无线远程监控系统，通过申请GSM/GPRS的数据通讯业务或SMS短信息业务，绑定客户的目标手机（最多可绑定5部手机），系统报警或停止时，将信号及时发送至指定手机即可实现远程实时监控；

（2）最大功率跟踪运行：通过最大点功率跟踪（MPPT）技术实现各类光照条件下保证系统最有效地利用太阳能，使得光伏提水系统能够克服当太阳光辐照突然降低导致系统突然停机的问题，提高了出水量，降低了光伏组件的装机容量；

（3）饱和多泵联动技术：将原来的一台运行的大功率水泵由多台中小功率的水泵代替，保证了在无市电补充时阴天或云层较厚的天气条件下也可以有水供应，能将太阳能所发电高效利用，在原来基础上可以提高20%的工作效率，实现了无储能全天11小时不间断提水和阴天弱光性下正常运行提水的高效功能，同时大大延长了整套光伏提水系统的运行时间，增加了水泵的使用寿命；

（4）多种水泵适应性：系统可适用目前市面上所有型号、功率大小的水泵，如各种功率的容积泵、叶片泵、潜水泵和管道泵等，对很多偏远地区的泵站节能改造有着重大意义。

从石漠化治理到综合水利工程均可应用。

《中国扶贫》：目前来看，这项取水技术的应用范围有哪些地区？

王健敏：这项技术运用范围非常广泛，特别是在多山、日照条件充足的地区，从云南的推广使用来看，其使用范围从人畜饮水到农业灌溉，从人迹罕至的石漠化治理到综合水利工程，都凭借其优于传统光伏提水的智能化、自动化、高效化性能取得了明显的成效。

我们认为，这项技术可有效运用在：

1）高原、石漠化地区水利基础设施不足或难以进行水利工程建设、电网难于覆盖地区的人饮、提灌工程；

2）适用于各类规模灌区泵站的节能改造；

3）运行维护成本低，建成后25年内无需能耗费用，特别适用于落后、贫困、边远地区的综合水利建设；

4）由于其后期的低成本，可用于部分地区的水价改革项目；

5）可配合节水灌溉工程，为滴灌、微喷等技术提供动力；

6）对原有的光伏提水工程进行改造，优化系统，增加效率，提高出水量；

7）适用各类型地区性调水工程，大幅度降低调水成本。

发挥科技力量，帮助更多贫困群众早日解决用水难题。

《中国扶贫》：请您介绍几个案例。

王健敏：先来介绍云南省富民县赤鹫镇的光伏取水项目。赤鹫镇是典型的滇中高寒山区，近年来，由于受气候变暖影响，赤鹫镇许多山区的地下水位急剧下降，多处出水点干枯，土壤干旱严重，部分群众和牲畜饮水困难，用电抽水或机械拉水费用昂贵，极大影响了群众的生产生活。2013年，由云南省农村科技服务中心组织，云南伏施特科技有限公司在赤鹫镇承建了赤鹫镇的太阳能光伏取水科技抗旱示范工程，该项目设计使用年限25年，配备80块1×1.6平方米的太阳能光伏板，水泵功率13千瓦，晴天日可提水100立方米。工程的建成使用，解决了当地村民408人、600多头大牲畜的饮水问题，部分缓解了当地的农业用水困难，每年可节省电费约4万元，25年可节约电费100万元，深受当地群众欢迎。

再来看一个文山州富宁县光伏取水项目。文山州富宁县是云南省科技厅的定点挂钩扶贫点，2013年7月，克服了艰苦的施工条件，云南省农村科技服务中心组织，由云南伏施特科技有限公司在该县的皈朝镇龙门村采用当时世界最先进的太阳能光伏水泵供水系统（26kw水泵及38kw光伏阵列），建成提水高程为300米，日抽水量60立方米，输水距离2900米的光伏取水项目，通过原有已建连体水窖和地面管网入户工程，直接将水供送到龙门山瑶群众家中，共有117户群众及龙门小学受益，可彻底解决800余人、330头大牲畜的饮水困难及部分农田灌溉问题。此项目建成后，是当时亚洲最大的太阳能光伏取水单体项目，被《云南日报》等多家媒体及网站报道。

在此基礎上，2014-2016年云南省科技厅继续在挂钩扶贫点富宁县木央镇、睦伦镇、洞波乡等乡镇的13个村开展太阳能光伏取水项目建设，通过项目的实施，极大地缓解了石漠化严重的边远贫困山区的人畜饮水和农田灌溉难题，取得了较好的社会效益，村民们都称赞：“党的扶贫政策好”“光伏取水解决了困扰祖祖辈辈的吃水难”“吃水不忘共产党”……

2016年10月13日，省科技厅党组书记李红民，厅党组成员、副厅长娄垂新一行前往木央镇扶贫点，现场调研考察了已投入使用和在建的太阳能光伏取水系统，充分肯定了太阳能光伏取水项目对解决当地缺电少电情况下饮水难的重要作用，并希望能进一步加大项目建设力度，加快施工进度，争取早日让更多的贫困群众喝上干净放心的饮用水。