太阳能提灌站的构成及其应用(1)

农业工程学 现代农业科技 2012 年第 13 期提灌站在农业生产生活用水中起着重要的作用 。 在电力缺乏地区 ， 由于无法架设低压线路或架设低压线路较为困难 ， 不能采用电力提灌站 ； 若采用燃油机组 ， 则成本较高 ， 费用昂贵 。 这些制约因素严重影响当地居民的生产生活用水 。太阳能提灌站是新能源技术发展的一种有效探索 ， 可有效解决电力缺乏地区人畜饮水困难及灌溉用水不足的问题 。太阳能提灌站主要由太阳能发电系统及提灌系统组成 。 太阳能提灌站通过太阳能光伏阵列 、 通用变频器 、 光伏控制器将太阳能转换为电能 ， 为水泵机组提供动力 ， 将水抽到灌区 ，对农作物进行灌溉 。 随着太阳能电池板转换效率的提高和高效水泵的不断研制 ， 太阳能提灌站的发展前景将十分广阔 。1 太阳能提灌站构成太阳 能 提 灌 站 主 要 由 太 阳 能 发 电 系 统 及 提 灌 系 统 组成 ， 如图 1 所示 。1.1 太阳能发电系统太阳能发电系统主要由太阳能光伏阵列 、 通用变频器 、光伏控 制器组成 。 一是太 阳 能 光 伏 阵 列 。 太 阳 能 光 伏 阵 列由许多太阳 能电池串并联构成 ， 直接把太阳能转换为直流电 [1]。 目前 ， 太阳能电池大都为硅太阳能电池 ， 包括单晶硅 、多晶硅及非晶硅太阳能电池 。 太阳能电池的伏安特性曲线具有强烈的非线性 ， 其最大输出功率就是其额定功率 。 二是通用变频器 。 太阳能光伏阵列的输出伏安特性曲线具有强烈的非线性 ， 而且和太阳能辐射强度 、 环境 、 温度 、 阴雨 、 雾等气象条件有密切关系 [2]， 工作点会随之偏离 。 要使光伏水泵系 统 工 作 在 理 想 工 况 ， 而且 对 任 何 日 照 ， 都 要 发 挥 在 当前日照下光伏阵列输出功率的最大潜力 ， 需要对电池的最大功率点进行跟踪和调节 ， 通过变频器变频变压改变发电系 统 的输出 功率 ， 使电源和负载之间达到和谐 、 高效 、 稳定的工作状态 。 通用变频器将太阳能光伏阵列输出的直流电转换为交流电 ， 为水泵机组提供动力 。 三是光伏控 制 器 。 光伏 控 制 器 具 备远 传 数 据 通 讯 接 口 [3]， 可 适配 多 种 高 性 能 的通 用 变 频 器 。 通 过 设 定 工 作 点 电 压 控 制方式 、 通讯协议 等参数 ， 建立与通用变频器的可靠通讯 ， 实现其手动 /自动启停 。1.2 提灌系统提灌系统主要由泵房 、 管道 、 进出水建筑物等组成 [4]， 泵房内安装有水泵 、 传动装置和动力机组成的机组等 ， 现主要介绍水泵机组 。水泵机组主要包括水泵 、 驱动电机及传动装置 。 驱动电机一般采用可靠性较高的三相交流异步电动机 。 由于太阳能电池的伏安特性 ， 要求与之配套的电机受太阳能电池输 出电流电压的变化影响较小 ， 水泵始终处于高效工作区 ， 避免出现机组频繁起停等缩短机组使用寿命的现象 。2 应用实例项目区位于四川省凉山州宁南县披砂镇大花地 ， 水源为黑水河 ， 控灌面积为 80 hm2， 年日照时数 2 920 h， 每日有效 日 照 时 间 为 8 h， 受 益 村 社 数 为 3 个 社 ， 受 益 农 户 数 为233户 。 太 阳能 光 伏 阵 列 将 采 集 的 太 阳 能 ， 转 化 为 DC560V的直流电 ， 输入通用变频器 ； 通用变频器将输入的直流电转换为 AC380V 50Hz（ 三相 ） 的交流电 ， 为水泵机组提供动力 ，将水加压后送入管道 ， 将水输送至大容量蓄水池 。 系统构成原理框图如图 2 所示 。2.1 太阳能发电系统一是太阳能光伏阵列 。 首先计算每天消耗的瓦时数 （ 包括通用变频器的损耗 ）。 通用变频器转换效率为 96％ ， 当输出功率为 9.2kW 时 ， 实际需要输出功率 9.583kW（ 9.2 kW/96％ ）；按每 天 使用 8 h， 耗 电量为 76.664 kW· h（ 9.583 kW× 8 h）。 然后计算太阳能电池板 。 按每日有效日照时间 8 h（ 日照年平均 2 920 h/365 d） 计算 ， 再考虑充电效率 、 充电中的损耗 ， 太阳能电池板的输出功率为 13.69 kW（ 76.664 kW· h/8 h/70%，太阳能提灌站的构成及其应用阮红丽 李光辉 蒋辉霞 曾文明 周小波 刘 波 廖功磊（ 四川省农业机械研究设计院 ， 四川成都 610066 ）摘要 介绍了太阳能提灌站的构成 ， 并对其应用实例进行分析 ， 以期为太阳能提灌站的应用提供参考 。关键词 太阳能提灌站 ； 构成 ； 应用中图分类号 TV671 文献标识码 A 文章编号 1007-5739 （ 2012） 13-0224-02Constitution of Solar Irrigation Pump Station and Its ApplicationRUAN Hong-li LI Guang-hui JIANG Hui-xia ZENG Wen-ming ZHOU Xiao-bo LIU Bo LIAO Gong-lei（ SichuanResearch& Design Institute of Agricultural Machinery， ChengduSichuan 610066）Abstract Constitution of solar irrigation pump station was introduced ， and its application example was analyzed， so as to provide references forapplication of solar irrigation pump station.Key words solar irrigation pump station； constitution； application基金项目 四川省科技支撑计划项目 （ 2012FZ0022 ）。作者简介 阮 红丽 （ 1983- ）， 女 ， 河南 唐河 人 ， 硕 士 ， 助 理工程 师 ， 从 事农田水利工程技术研究和工程规划设计工作 。收稿日期 2012-05-08供电 供电供电 控制指令太阳能发电系统 提灌系统太阳能光伏阵列 通用变频器光伏控制器水泵机组图 1 太阳能提灌站构成224!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!（ 上接第 223 页 ）林牧渔畜 、 农田灌溉 、 工业 、 城镇公共 、 生态环境 、 居民生活等 方 面 的 用 水 量 分 别为 1 534.8 万 、 5 713.6 万 、 1 461.4 万 、178.0 万 、 20.0 万 、 1 535.0 万 m3， 在全市总用水量中的比例分别为 14.7%、 54.7%、 14.0%、 1.7%、 0.2%、 14.7%。 其中 ， 在居民生活用水量 1 535.0 万 m3 中 ， 城 镇居民的生活用水量达到650.0 万 m3， 在总的生活用水量的比例为 42.3%。1.3.2 供水量 。 2011 年凌源市的总供水量为 10 442.8万 m3。其中 ， 地下水及地表水的供水量分别为 9844.7万 、 598.1万 m3，在 总供水量中所占 的 比例 分 别 为 94.2%、 5.8%。 其 中 ， 在 地表水供水量 598.1万 m3 中 ， 提水工程及引水工程的供水量分别 为 111.4 万 、 486.7 万 m3， 在地 表水总供水量中 所 占 的比例分别为 18.6%、 81.4%。 9 844.7 万 m3 的地下水供水量全部为浅层的地下水 。1.3.3 耗水量 。 凌源市的实际耗水量为 7 593.8 万 m3， 综合耗水率为 73%。 其中 ， 农田灌溉 、 林牧渔畜 、 工业 、 城镇公共 、居民生活 、 生态环境等方面的耗水量分别为 4 850.7万 、 1 397.8万 、 292.3 万 、 50.5 万 、 982.5 万 、 20.0 万 m3， 在总的实际耗水量 中 所 占 的 比 例 分 别 为 63.9%、 18.4%、 3.8% 、 0.7%、 12.9%、0.3%， 综合耗水率分别为 85%、 91%、 20%、 28%、 64%、 100%。2 水资源开发对策针对以上对 2011 年凌源市的水资源现状的分析 ， 为了对该市日益突出的水资源矛盾进行有效解决 ， 应采取相 适应的措施 。 维护和挖潜 20 世纪 70 年代修建的水利工程 ， 以促使其蓄水能力的提高 ， 增加对地表水的存储量 ， 有效地对降水的流失进行降低 ， 以对生态环境进行恢复和改变 ， 可在对小流域进行综合治理的基础上进行 [1-2]。 在对水资 源的应用方面 ， 应对节水机制进行健全 ， 进而对其发展的理念进行创新 。 应改善水资源的利用方式 ， 提高水资源的利用效 率 ，逐步对水道和洁具进行改造 ， 减少生活用水中的漏失环节 ，减少浪费 ， 节约水资源 。 在农业方面 ， 应全面地对资源型 农业战略进行实施 ， 农业种植结构的调整应选择以节水为中心 ， 进一步对高效农业进行发展 ， 大力推广一些节水措施 ，如喷灌 、 滴灌等 ， 促使水资源利用率的提高 。 对于北票地区 ，经济发展的根本性的战略任务是对地下水资源进行开发利用 ， 应依法做好地下水资源的管护和利用 ， 最大限度地维持需水与水资源的可持续发展的平衡 [3-4]。3 参考文献[1] 贾 海 .实 现 水 资 源 可 持 续 利 用 的 措 施 与 对 策 [J]. 科 技 创 新 与 应 用 ，2012 （ 4）： 58.[2] 王丽 敏 ， 翟 卫 军 . 加 强 水 资 源 管 理 优 化 资 源 配 置 [J].科 技 创 新 与 应用 ， 2012（ 4）： 94.[3] 崔 继 彪 .汉 源 县 水 资 源 管 理 监 控 系 统 的 建 设 与 发 展 [J]. 四 川 水 利 ，2012 （ 1）： 75-77.[4] 任建立 ， 于淼 ， 孟志富 .合理利用水资源 实现经济可持续性发展 [J].中国科技博览 ， 2012 （ 12 ）： 22.70％ 是充电过程 中 ， 太 阳能电 池板的实际使用功 率 ）。 结合项目实际 ， 并考虑一定的功率余量 ， 选择 80 块 200 W 多晶硅太阳能电池板 ， 每 20 块串联为 1 路 ， 共 4 路 。 二是通用变频器及光伏控制器选型 。 结合项目实际 ， 通用变频器及光伏控 制器选型为 MD320 系列模块化矢量型变频器及配套 光伏控制器 ， 系统接线图如图 3 所示 。2.2 提灌系统水泵机组经过 比 较 选 型 ， 选用 200QJ20K-93/7 型 潜 水泵 。 其性能参数为 ： 额 定流量 20 m3/h， 额定扬程 93 m， 配套电机功率 9.2 kW； 同时采用潜水泵集成装置 ， 该装置可实现自动引水 ， 且防淤效果好 。2.3 远程控制系统结合项目实际 ， 为及时掌握监测该站的运行状态 ， 该太阳能提灌站还设置了远程控制系统 ， 将系统运行参数通过手机短信的方式 ， 发送到上位机人机界面 。3 结语太阳能提灌站通过科学合理配置 ， 充分利用丰富的太阳能资源 ， 实现灌区的自动供水 ， 运行成本低 ， 管理维护 方便 ， 是应用新能源技术 、 解决电力缺乏地区人畜饮水困难及灌溉用水不足的一种有效途径 ， 是传统机电提灌的一种有益补充 。 随着太阳能电池板转换效率的提高和高效水泵的不断研制 ， 太阳能提灌站的发展前景将十分广阔 。4 参考文献[1] 刘厚林 ， 袁寿其 ， 施卫东 ， 等 .光伏水泵系统及其应 用前 景 [J].水 泵技术 ， 2002（ 2）： 43-45.[2] 热孜望 · 坎吉 ， 陈昆仑 ， 刘云峰 ， 等 .太阳能光伏水泵和照明综合应用系统 [J].能源工程 ， 2000（ 6 ）： 16-18.[3] 张志刚 ， 杜雪芳 ， 苏建徽 .通用变频器在光伏水泵系统中的应用 [J].变频器世界 ， 2005 （ 1 ）： 82-84.[4] 丘传忻 .泵站工程 [M].武汉 ： 武汉大学出版社 ， 2001： 1-2.太阳能光伏阵列避雷器及接地设备蓄水池管道光伏控制器通用变频器泵房输入DC560V AC380V50Hz（ 三相 ）水泵机组潜水泵集成装置太阳能发电系统水 水提灌系统图 2 项目系统构成原理变频器 MD320/MD280 端子 变频器 MD320/MD280 端子24V- 24V+ 458+ 485- （ - ） （ +） U V W24V- 24V+ A 0 B0 IO0 GND IO1 GND光伏 / 蓄电池水泵电机水面高水位传感器低水位传感器光伏控制器端子图 3 项目中 MD320/MD280 系统接线阮红丽等 ： 太阳能提灌站的构成及其应用225