光伏技术在水利领域的需求及发展

光伏技术在水利领域的需求及发展广西地处祖国西南部，社会经济发展比较落后，是〃老、少、边、山、穷〃地区，农村人口众多，零星分散，农村水利的能源问题、环境问题在广西表现十分突出，利用太阳能技术解决农业灌溉或边远地区农村人饮提水问题，是一条既经济又可行的途径。它不仅对改善区域生态环境和节约能源起到一定的促进作用，还对广西能源可持续发展、调整能源结构、改善农民生产生活条件、提高农民生活质量起到很好的作用。1太阳能光伏技术在广西水利领域的需求分析1.1农村人饮工程太阳能提水泵站广西地处云贵高原东南边缘，地形以中山、丘陵为主，占广西总面积的68.30%,石灰岩分布很广，特别是桂西北岩溶地区，岩石裂隙、溶洞极为发育，地下水比降较大，埋藏较深，河谷深切，多呈〃V〃型峡谷，山体岩石裸露，土地分布零星，土壤覆盖层薄且多为砂壤土，保水性差，降雨大部分通过岩溶裂隙和石灰岩漏斗流入地下，地表水资源十分有限。加上地域覆盖范围广,耕地分布零星，农民群众居住分散，都是造成广西农村饮水不安全的主要原因。根据《广西农村饮水安全工程〃十二五〃规划》，在〃十二五〃期间，广西计划总投资1321780万元，解决广西农村饮水不安全人口1506.90万人（含农场13.20万人、林场9.40万人），解决农村学校饮水不安全人口272.74万人。修建提水工程是解决农村饮水安全问题的主要措施之一，提水的关键是动力，但在缺电无电边远地区,交通不便，lOkV以上供电线路造价超过10万元/km,通过牵线引电提水成本较高，这种小负荷、长距离的输电方式显然是不合理和不经济的。广西农村年日照时间在2000h左右，太阳能资源相对丰富，加之采用太阳能水泵提水可日出而作、日落而歇，无需专门人员看管,可提高农村饮水安全工程自动化管理水平，节约能源，对促进广西〃资源节约型〃及〃环境友好型〃社会建设具有深远影响和重大意义。1.2农业灌溉太阳能提水泵站根据调查，结合《2010年广西统计年鉴》、《广西农业发展〃十二五〃规划大纲》以及广西多年来实施高效节水灌溉的经验，广西适宜发展高效节水灌溉的主要农作物有糖料蔗、玉米、蔬菜、水果等，其中水果主要有香蕉、葡萄、柑桔、芒果等,广西适宜发展高效节水灌溉面积1761万亩。根据《广西壮族自治区高效节水灌溉项目〃十二五〃实施方案》，广西在〃十二五〃期间计划发展高效节水灌溉面积300万亩，其中，大田粮食作物高效节水灌溉面积65.2万亩，甘蔗高效节水灌溉面积141.0万亩，设施农业53.3万亩，水果高效节水灌溉面积40.5万亩。发展高效节水灌溉工程要依赖水泵提水加压提供足够的水压，加上广西高效节水灌溉主要集中在坡耕地，离乡镇、村庄比较远，采用变压器从电网接电难度大、成本高。相对而言，通过采用光伏提水系统把太阳能转换成电能提水，是解决高效节水灌溉工程能源问题是有效手段之一。1.3应急抗旱提水泵站广西多年平均降雨量为1537mni,但由于地形起伏和大气环流的影响，降雨时空分布极不均匀，降雨多集中在4-9月，占全年总降雨量的80.9%。因此，春秋易旱、夏涝冬干的特点十分明显，素有十年九旱之称。据比较完整的资料记载，广西1700-1945年共发生大小旱灾152次，全自治区性的大旱有12次。根据建国后的统计资料显示，广西受旱面积1000万亩以上的旱灾，1951-1980年平均4.3年发生一次，1981-2000年平均1.7年发生一次，2001-2007年平均1.4年发生一次。特别是大石山区，群众居住零星分散，用电用水比较困难，遇到干旱年份，更是无电无水可用。旱灾的出现，往往导致灾民无水可饮，农作物无水可灌，通过修建移动式应急抗旱提水泵站，可以因地制宜、及时地解决群众的生活生产用水问题。2推广的可行性分析2.1太阳能光伏技术在水利应用现状太阳能提水泵站已在我国西藏、新疆、甘肃、青海、宁夏、海南、内蒙古、河南等省份推广应用，广西桂林市兴安县修建了2座农村饮水工程和灌溉工程的太阳能提水泵站，其中农村饮水工程太阳能提水泵站已成功运行。根据其他省份的研究成果，结合广西实际情况，广西年日照小时数1063-2263h,桂南沿海和桂东南在2000h以上，桂北则在1400h左右；年太阳辐射总量为90-110kcal/cm2,即年均太阳能辐射总量4190-5016MJ/m2•aoIkW太阳能光伏提水一般出水时间为8:50-17:50,以扬程110m为标准，平均出水流量为4n13/h,冬季最大流量5n13/h,夏季最大流量达到12nl3/h,最小流量3n13/h。从出水量指标看，推广光伏提水技术可行。据调查，目前太阳能光伏技术在广西水利领域主要应用在桂林市兴安县的农村人饮提水泵站和农业灌溉提水泵站。2010年兴安县严关镇马头山村饮水工程采用了太阳能辅助抽水系统，该工程解决农村人口346人的饮水不安全问题，总投资21.30万元（其中，中央预算内资金14万元，自治区配套资金2万元，县配套5.3万元）；其中太阳能辅助抽水系统投资7.2万元，人均投资208元。2011年，桂林市兴安县界首镇兴田村柑桔滴灌工程也应用了太阳能光伏技术。该工程设计灌溉面积300亩，主要作物是柑桔，工程总投资61.1万元，即亩均投资2037元/亩；其中太阳能辅助抽水系统6.5万元，即亩均217元。另外，广西水利厅计划在南宁市上林县，桂林市兴安县、全州县、永福县以及河池市都安县,选取8个村屯开展农村饮水安全工程太阳能水泵试点工作，计划总投资279.17万元，项目受益人口3126人。2.2太阳能光伏技术发展日臻成熟太阳能光伏产品主要由太阳能电池板、控制系统、应用端器具等部件组成。单晶硅太阳能电池板寿命最高达10-25年以上，控制系统无故障使用期为5-7年，经维修可用15年，水泵可用15年。目前，广西生产的太阳能电池板光电转化率已达到17%-18%、虽然与世界先进水平的25%的转化率还有一定的差距，但技术已经相当成熟;对提高系统效率、可靠性、系统寿命、降低成本起关键作用的核心部件 控制器、逆变器也已实现自行生产。另外，广西发展太阳能光伏有着得天独厚的优势：一是广西硅矿储量居全国之首，占全国总储量的50%,地下硅矿储量在2亿吨以上，而且资源禀赋较好，大部分矿体类型简单、纯度高、矿脉大、开发便利、价值高；二是广西地处低纬度，属副热带季风气候，长夏短冬，阳光充足，太阳辐射强烈，日照时间较长。#p#分页标题#6#2.3太阳能光伏提水经济可行目前，太阳能供水系统（含太阳能电池板、控制器、防雷汇流箱、支架、线缆及配件）21元/W,比常规能源每千瓦多投入2.1万元，但也节约了大量的电力及劳动力。以兴安县已经实施的两座太阳能光伏提水泵站为例，每座泵站装机功率均为15kW,即太阳能供水系统投入32万元。相同功率的常规能源泵站年均用电5.48万kW•h,目前农业电价为0.4元/kW•h,水利工程运行年限取15年，即需要电费33万元。同时，利用常规能源需要安排专人管理,根据《2010年广西统计年鉴》，水利行业年均工资1.08万元/人，即15年需要管理费16万元。因此，修建太阳能光伏提水泵站在经济上是可行的。2.4太阳能光伏技术效益良好将太阳能光伏技术应用在农村人饮、农业灌溉和应急抗旱上，会带来良好的社会效益和经济效益。一是通过农村饮水工程，增加了农户收入，主要为3个方面：①降低发病率而减少医疗、医药支出；②节省取水设施、工日而增加的收益，包括原来取水费用的节省和原先用于取水的劳动力外出务工的收入；③发展家庭经济的收益，包括供水增加后发展养殖业和庭院经济以及发展传统小型工商业的收入；二是实施高效节水灌溉，节水增收：粮食作物亩均节水112m3,经济作物亩均节水64m3,林果草亩均节水57.6m3；粮食作物亩均增产64kg,经济作物亩均增产1410kg,设施农业亩均增产28.8kg,林果草亩均增产320kg；亩均节地0.015亩；三是广西旱灾发生比较频繁,特别是大石山区，十年九旱,群众居住零星分散，用电用水比较困难，采用移动太阳能光伏提水泵站，可以在该区域发生旱情时，为老百姓提供及时水、救命水。3结论与建议（1）广西开发的太阳能光伏产品性能与技术不断成熟，目前成本较高的障碍正在随着技术进步和大规模生产而减小，其后续运行成本低廉的优势明显，适合于农村地区对农村饮水、应急抗旱和节水灌溉等方面的现实需要，特别是能够解决无电区域群众的用电难问题，促进边远地区的经济社会又好又快发展；（2）太阳能光伏