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光伏應用新領(lǐng)域——光伏水利前景光明
日期:2016-03-17   [復制鏈接]
責任編輯:july07 打印收藏評論(0)[訂閱到郵箱]
摘 要:本文簡要介紹了光伏水利的基本概念和產(chǎn)業(yè)技術(shù),闡述了其對解決人類社會發(fā)展問題的重要意義,探討了在我國西部大開發(fā)和一帶一路建設(shè)中的應用,分析了可預期的綜合效益,并對潛在市場規(guī)模進行了展望。

關(guān)鍵詞:太陽能;光伏水利;光伏揚水系統(tǒng); 光伏節(jié)水;農(nóng)林牧業(yè)生產(chǎn);荒漠治理;精準扶貧

一、引言

糧食和生態(tài)是人類社會生存與發(fā)展的重大問題。世界人口持續(xù)增加,從1990年的53億,到2011年突破70億,2025年將達到80億,地球的資源不堪重負,能源、糧食和水資源危機日趨嚴重,加上人類活動造成的環(huán)境污染、土地荒漠化、耕地減少、牧場退化等,迫切需要重新審視人類社會發(fā)展的模式,采取行之有效的可持續(xù)發(fā)展策略和措施。近年來,我國在相關(guān)領(lǐng)域不斷加大投入,但是由于各個方面和環(huán)節(jié)缺乏有效的結(jié)合與協(xié)調(diào),未能取得預期的效果。多年的實踐證明,光伏水利產(chǎn)業(yè)技術(shù),不僅能夠促進光伏行業(yè)的健康發(fā)展、保證節(jié)能減排目標的實現(xiàn),而且在農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、糧草肉增產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境改善、荒漠治理以及邊防強化等方面,能夠取得良好的綜合效益,具有巨大的應用市場。

二、光伏水利的概念和技術(shù)

光伏水利,就是利用光伏揚水系統(tǒng),為邊遠無電或缺電地區(qū)的農(nóng)林灌溉、荒漠治理、草原畜牧、生活用水、苦咸水淡化等提供動力電源和系統(tǒng)解決方案。

光伏揚水系統(tǒng),主要由光伏陣列、光伏揚水逆變器、水泵構(gòu)成,與灌溉設(shè)備結(jié)合又組合成光伏節(jié)水灌溉系統(tǒng)。光伏陣列接受太陽輻射能,并將其轉(zhuǎn)化為電能;逆變器將直流電能轉(zhuǎn)換為驅(qū)動水泵的交流電能,并實現(xiàn)最大功率點跟蹤;水泵則將地下水或河水從低位提至高位,并向灌溉設(shè)備加壓。基于蓄電不如蓄水的設(shè)計理念,系統(tǒng)中通常不含儲能裝置,既降低了建設(shè)和運行成本,也提高了系統(tǒng)的可靠性。同時,為了保證水資源的高效利用,與微噴灌、滴灌和滲灌等節(jié)水灌溉技術(shù)相結(jié)合。


 

光伏水利產(chǎn)業(yè)技術(shù)以太陽能為動力源,不僅解決了邊遠地區(qū)架設(shè)電網(wǎng)所存在的距離遠、工期長、投入大和利用效率低等問題,而且無需運行電費,長期運行的總投入也遠遠低于柴油發(fā)電機,在國家政策的扶持下,用戶樂于接受。光伏揚水系統(tǒng)就地取水用水,易于規(guī)劃和建設(shè),而且免去了輸水渠道建設(shè),提高了水利用系數(shù)。光伏水利綜合解決方案具有系統(tǒng)集成化、運行智能化和操作簡單化的特點,保證了在缺乏專業(yè)技術(shù)人員的邊遠地區(qū)系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全與高效運行。

光伏節(jié)水,經(jīng)歷了由設(shè)備到系統(tǒng)的發(fā)展歷程。其中,光伏組件、水泵和灌溉設(shè)備為通用產(chǎn)品,而具有最大功率點跟蹤功能和變頻逆變的光伏揚水逆變器為專用產(chǎn)品,是系統(tǒng)的核心,額定功率從數(shù)百瓦至近百千瓦,產(chǎn)品企業(yè)標準已經(jīng)被業(yè)界采納并形成行業(yè)通用規(guī)范。系統(tǒng)集成的核心是實現(xiàn)優(yōu)化匹配,即根據(jù)揚程和日需水量選定最佳類型和規(guī)格的水泵,根據(jù)系統(tǒng)的實際功耗和當?shù)厝照諚l件選定光伏陣列的容量,從而組成高性價比的系統(tǒng)。

光伏水利的概念和技術(shù)也經(jīng)歷了被逐漸認知和認可的過程。上世紀九十年代,由于系統(tǒng)成本很高,只有少量的小功率光伏提水系統(tǒng),主要解決邊遠無電地區(qū)的生活用水問題;2001年9月,光伏揚水系統(tǒng)技術(shù)應用于新疆沙漠公路防護林太陽能滴灌系統(tǒng),光伏陣列的峰值功率為14kW,開啟了大功率光伏提水系統(tǒng)在農(nóng)林灌溉和荒漠治理中的應用。系統(tǒng)產(chǎn)品經(jīng)過十多年在全球100多個國家和地區(qū)的示范應用,推動了光伏水利在全球的快速發(fā)展,基于對全球生態(tài)環(huán)境恢復的創(chuàng)新貢獻,2014年聯(lián)合國全球人居環(huán)境論壇授予天源新能源綠色科技最佳范例獎。

國家已開始關(guān)注光伏水利技術(shù)及其應用。青海、新疆、甘肅、寧夏、內(nèi)蒙古等地方政府和水利部門先后開展光伏水利應用的可行性研究,建立示范系統(tǒng),確認運行特性與效果;2013年9月,水利部首次舉辦了光伏提水技術(shù)研討會,探討國家在政策和規(guī)劃中如何給予支持;目前,相關(guān)產(chǎn)品已進入國家農(nóng)機產(chǎn)品目錄,國家水利行業(yè)標準《牧區(qū)草地節(jié)水灌溉工程技術(shù)規(guī)范》(征求意見稿)也將光伏提水工程設(shè)計作為一項重要內(nèi)容。

三、光伏水利的前景和效益

光伏水利的推廣應用尤其符合我國國情。我國是水資源較貧乏的國家,水資源總量居世界第6位,但人均水資源量僅為世界人均水平的1/4,居世界第88位;旱地面積為332萬平方公里,其中荒漠化面積為262萬平方公里,人均耕地面積僅有1.2畝,受荒漠化影響的人口高達4億,且集中在西北邊遠地區(qū),迫切需要解決生活和生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境改善和荒漠治理的供水問題。這些地區(qū)地表嚴重缺水,但地下水資源較為豐富,新疆、青海、甘肅、陜西、寧夏和內(nèi)蒙古的地下水資源總量超過1千億立方米,即使在水資源管理“三條紅線”控制指標范圍內(nèi),仍有相當大的開發(fā)利用空間。作一個保守的估算,如果僅對我國1%的旱地面積(約5千萬畝)采用光伏揚水系統(tǒng),實現(xiàn)每年300m3/畝的灌溉,則開發(fā)利用的水資源總量約為150億立方米,市場需求約為1250億元。

如果分10年進行建設(shè),則每年的投入為125億元。根據(jù)國家財政部頒布的《2014年全國一般公共預算支出決算表》,在農(nóng)業(yè)、林業(yè)和水利上的支出分別為5816.6、1348.8和3478.7億元;在荒漠治理、退耕還林和退牧還草上的支出分別為40.6、290.3和17.0億元;而在節(jié)能和可再生能源上的支出分別為580.7和146.6億元。只需將上述支出的1.06%作為光伏水利建設(shè)專項資金,就能保障項目的順利推進。

同時,每年對應的光伏組件需求量高達45GW,為產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量60%以上、主要依賴出口、因歐美“雙反”而產(chǎn)能嚴重過剩的中國光伏行業(yè),開辟了大規(guī)模、可持續(xù)的新市場。如果對全球1%的旱地推動光伏水利產(chǎn)業(yè)發(fā)展,光伏組件的總需求量為6500GW,遠遠大于光伏并網(wǎng)發(fā)電的需求。

國內(nèi)外多個地區(qū)的光伏水利示范實驗結(jié)果表明:防護林生長良好,生態(tài)環(huán)境得到明顯改善;典型天然草地生產(chǎn)能力可提高10~30倍,荒漠天然草地生產(chǎn)能力可提高20~40倍,大大提高了草地載畜量和牧民收入;荒漠治理的植被成活率大幅提高,一年變綠,四年成田,結(jié)合苜蓿草、枸杞、甘草、肉蓯蓉等的種植,可獲得可觀的經(jīng)濟效益。

四、結(jié)語

光伏水利不僅為農(nóng)林牧業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境改善、荒漠治理、精準扶貧和戍邊建設(shè)等提供了綜合性解決方案,對促進我國光伏行業(yè)的健康發(fā)展也具有重要意義。但是,這是一個新領(lǐng)域,需要各級部門的關(guān)注和支持,需要參與企業(yè)的敬業(yè)和呵護,真正為人類社會的可持續(xù)發(fā)展作出貢獻。


 
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來源:天源新能源Solartech
 
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