摘要：本文论述了太阳能光伏利用在昆明倘甸产业园区驻基村农业灌溉中的应用，解决水资源紧缺和生态严重退化的地区，发展节水、节能、高效的灌溉，具有良好的社会和经济效益。

关键词：农业    灌溉    光伏提水    效益

1概况

凤合镇驻基村光伏提水工程项目区位于昆明倘甸产业园区、轿子山旅游开发区凤合镇驻基大村西南方向1km，距离凤合镇22km。流域范围为东经103°3′38″、北纬25°45′49″。

2光伏提水设计

依据项目区现状，新建项目主要覆盖驻基大村、小村、石头坡村、田边村4个村，新建光伏组件及配套部件。

工程建设内容包括光伏系统工程、泵站工程、光伏输配电工程、提水工程、水池工程。

（1）光伏系统工程：光伏阵列（配置250W高效多晶硅光伏组件，总功率70KW）、控制逆变器（配置ZYPD-30*2光伏水泵控制逆变器，功率60KW）。

（2）泵站工程：新建泵站1座，新建集水池一座，安装水泵2台。

（3）提水工程：提水管线采用地埋铺设和明管铺设，采用镀锌钢管，公称内径为DN150，提水管线长为2124m。

（4）水池工程：新建内径14m，净高3.55m，壁厚0.3m，底板厚0.3m的钢筋混凝土结构的水池。

3光伏提水技术方案

（1）流量计算

Q=W/T

式中  Q—泵站设计流量，m³/h；

      W—日需水量，m³，由水量计算得348.84m³； 

      T—日工作时间，取6h。

经计算流量为58.14m³/h，为考虑阴雨天不能正常供水，设计流量比需水流量增加10%设计，计算设计流量为63.95m³/h。

（2）水泵选型

水泵是系统中最核心的部件，也是今后系统维护中成本最高，寿命最短，常需要维护及更换的部件，因此水泵的选型是光伏水泵系统中最核心的问题，必须认真细致，尽量考虑多方面的因素。水泵选型的原则：a）水泵使用寿命长，今后的运行维护费用低，尽量选用知名厂家的成熟产品；b）效率高，需要的光伏方阵小；c）扬程、流量满足要求。

（3）电机功率计算

式中：

Pst-----------电动机配套功率，kw；

Hst----------泵站最不利的净扬程；

Q--------水泵在最不利扬程下的流量m³/s；

ρ-------介质的密度，kg/m³；

ηst---------泵站效率；

K---------电动机的功率储备系数，取值范围为1.10～1.05；

由上述公式及数据可计算出电机功率，满足所需功率31.80kw

（4）光伏方正

①光伏组件

光伏组件是整个系统的动力核心，配多了是一种浪费，增加了投资，对提水量的提升也很有限；配少了动力不足水泵不能充分发挥作用，水泵的性能也不能充分发挥，甚至一天工作不了几个小时，提水量严重不够，影响农户的用水。因此光伏组件的选型、配置及方阵场地布置等是光伏水泵系统高效率的关键。

根据计算，一般光伏组件容量比水泵电机功率大1.4至1.6倍是比较合理的配置，具体大小需要根据扬程及水泵选型来确定。光伏组件的标称功率是标准条件下测试的，标准条件是全世界统一：光谱分布AM1.5，辐照度1000W/m2，温度25℃，因为光伏组件是负温度系数器件，在阳光照射下，比较大功率实际工作温度一般为55℃，一般晶体硅光伏组件的输出功率温度系数是-0.4%/℃，此在实际工作时有约12%的温度损耗，加上组件上的灰尘遮挡，组合损耗、线损和控制逆变器效率（约95%）等，此外只有正午附近的阳光才能达到辐照度1000W/m2，一天中其他大部时候达不到此辐照度，加上光伏组件在25年使用寿命后期还要衰减20%，因此考虑40%的组件余量是需要和适宜的。考虑60%的余量是最大的配置，因为40%多已经完全满足正午阳光强烈的使用需求，配60%此时已经有10%至20%以上的浪费，但能满足水泵全天以满负荷功率工作时间较长的特殊要求，但再多配置是一个浪费，从一天太阳光强分布的曲线看，不能充分利用多增加的配置，只是增加投资，加大成本，是一种浪费。

②方阵支架

本方阵支架采用热镀锌钢支架，采用螺丝钉连接，具有连接方便可靠，便于调节，能在野外长期可靠工作。

③方阵基础

本方阵采用钢筋混凝土柱作为基础，能满足光伏方阵长期可靠地运行数十年。④围栏

方阵采用绿色喷塑专用钢丝围栏长1.87米，具有美观大方，能与当地环境很好协调的特点。需要将光伏方阵和机房均围起来，防止牲畜等进入造成损坏。

⑤机房及控制逆变器

配置ZYPD-30*2光伏水泵控制逆变器，功率60kW。

本方案采用小功率的两台泵模式供水，采用小功率的两台泵的模式是效率最高的模式，因为一天中太阳辐射只有正午附近才达到最高值，一般仅有2个多小时。其他时间都低于这个值，特别是早上和下午远离正午的时段太阳辐照比较弱，此时采用一个泵均不能工作，为保证在这些时段工作太阳电池组件就需要配得比较多，这样水泵在一天中的工作时段才比较长。但是正午时段阳光很强，光伏组件多余的发电又使用不了，存在一定的浪费。采用双泵模式很好地解决这一问题，使低强度的太阳能得到了充分的利用，如果阳光不强的时候，系统自动关停一个泵，使用双倍的组件供一个水泵运行，这样一个泵一天的工作时间就比较长，而中午阳光较强的时候两个泵均满负荷工作，这样正午的强光也没有浪费，系统总体的效率比较高。

4效益分析

政府对凤合镇驻基村经济发展大力扶持，采取重点倾斜、优先扶持支柱产业，主要以种植烤烟、药材为主，促使优先发展，加快发展，带动其他产业的共同发展，促进整个地区的经济发展。

随着国家对清洁能源产业的大力扶持，光伏水泵提替代电网水泵提水，解决了管理化困难及后期收取电费困难等诸多问题。

光伏水泵没有运动部件，无噪声，无污染，模块化安装，建设周期短，避免长距离输电，可就近供电，智能化管理模式，后期运行费用低，并且无需交纳电费。

4.1工程效益

项目区光伏系统（单台功率22KW，扬程167m，流量32m³/h）满足了1000亩经济作物的灌溉用水，而且每年节约电费5.2万元左右。

工程总投资为176.43万元，建设期1年，经济运行期30年。考虑到本工程属纯公益性质的建设项目，社会折现率采用6%。国民经济评价中的投资费用应以影子价格计算调整，应扣除计划利润、税金等国民经济内部转移的费用，经估算转移费用为17.64万元，则该工程国民经济评价投资为158.79万元。

由于经济评价为事前评价，采用的数据涉及因素很多，且具有一定程度的不确定性，为分析其对经济评价指标的影响，需进行不确定性分析，以预测项目可能承担的风险和评价指标的可靠程度，不确定性分析以敏感性分析为主，采用投资增加和效益减少进行分析。

根据工程的具体情况，对主要可能变动的参数及浮动幅度拟定如下：

投资增加10%；效益减少10%；

敏感性分析成果表

4.2经济效益

（1）增产增收效益

新建光伏提水实施后，调整原有产业结构，作物种类主要以种植经济作物为主，经济作物产量大幅增产，主要是解决了水资源紧缺，将原有生态严重退化地区重新利用，增大种植面积，项目实施前与项目实施后可增大1000亩种植面积。既解决了（驻基大村、小村、石头坡村、田边村）农民灌溉用水，又节省了农民在耕地灌溉用水所需的大部分费用和投劳，增加农民收入，提高农民生产积极性，增强地方财政支柱，为新农村建设做更大的贡献。加快农业产业化，带动广大农民走在最前端。

本项目效益表现为工程实施后改善灌溉面积带来的农作物产量的增加，按分摊系数法计算。灌溉效益分摊系数按扣除农业生产成本确定，其值在0.40～0.55之间。根据灌区主要农作物在保证供水和供水不足的情况下的产量、产值调查结果，经综合分析计算得到年灌溉效益为21.39万元。

根据项目费用及效益在计算期内的各年数值，编制效益费用流量表-1，计算出国民经济评价指标见表-2：

表   国民经济评价表

（2）省工效益

光伏提水的实施具有节省生产成本，提高产品质量和产量，减少投工投劳的好处，能大大提高农民的经济效益。

4.3社会效益

光伏提水工程的实施可改善灌区的引水条件，提高输水效率，减轻用电费用问题，减轻灌区人民的负担，村民增产增收创造良好的生活条件，加快农业经济的发展，加快发展小康生活，促进社会繁荣、健康地向前发展。采取多种措施提高耕地质量，大幅度增加高产稳产农田比重，以种植经济作物为主，，调节作物的种植比例，达到科学先进的种植方法、高产和优质丰收。

光伏提水工程的实施，当地农民从传统的农业转成以经济效益为主的农业，加快城镇化的现代化进程，带动区域经济快速发展。

光伏提水工程的实施，即有着示范作用，经济辐射力格外加大，吸引了附近广大地区的客商，成为耀眼的明星乡，形成良好的产业链。

4.4生态效益

通过光伏提水工程，保证了引水灌溉的生态需水量，促进灌区生态的良性循环和可持续发展，具有显著的生态效益。

参考文献：

[1] 沈辉.曾祖勤.太阳能光伏发电技术.[M]北京：化学工业出版社.2005.

[2] 栗宗嵩.灌溉原理与应用.[M]北京：科学普及出版社.1990.

[3] 王长贵. 崔容强.等.新能源发电技术.[M]北京：中国电力出版社.2003.

[4] 秦为耀. 丁必然.等.节水灌溉技术.[M]北京：中国水利水电出版社.2000.