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云南卓業(yè)能源有限公司和云南師大光伏提水主要成果

2009年云南、四川等遭受了連續(xù)四年的干旱，云南卓業(yè)能源有限公司和云南師大劉祖明教授團隊2010年開始研發(fā)光伏水泵系統(tǒng)，在光伏水泵產業(yè)化發(fā)面取得了長足的發(fā)展，深入研究了光伏水泵系統(tǒng)的各個組成部分，在多項核心技術方面取得了突破，特別是系統(tǒng)的可靠性得到了顯著改善，形成相對完整的系統(tǒng)設計技術方案，通過超過10年的工程設計、關鍵設備制造和工程施工的經驗積累，形成了國際上少有的光伏水泵系統(tǒng)從設計、關鍵設備制造和工程施工全產業(yè)鏈生產能力，可以提供光伏水泵系統(tǒng)定制化設計、設備制造和工程施工，技術水平目前具國際領先，多次刷新國內外光伏水泵系統(tǒng)揚程及規(guī)模的記錄。

2011年11月云南省第一個光伏水泵系統(tǒng)（水泵功率7.5kW）安裝在文山州西疇縣董馬鄉(xiāng)。2012年5月在昆明市五華區(qū)廠口社區(qū)小村首次實現了最大功率跟蹤，光交并行，并刷新了國內光伏水泵最大規(guī)模18.5kW的記錄；其中最大功率跟蹤大幅降低了因太陽輻射激烈變化導致水泵突停產生的水錘效應發(fā)生的概率，光交并行優(yōu)先使用光伏發(fā)電，不夠的部分才從電網補充，對電網沒有干擾和影響，顯著提高了水泵系統(tǒng)的可靠性和保障率，光伏提水部分可以不按提水峰值要求設計也可顯著減少水泵站的規(guī)模，節(jié)約投資。同年9月在云南省大理州行政中心建設了30*2kW的光伏水泵系統(tǒng)，第一次刷新了世界光伏水泵系統(tǒng)規(guī)模的記錄。2013年1月在大理州漾濞縣雞街鄉(xiāng)菜白村瀾滄江最大支流黑惠江上建設了第一個大江提水的光伏水泵系統(tǒng)（水泵功率5.5+22kW），采用漂浮取水技術；開創(chuàng)了大江大河光伏提水的先河，為干熱河谷開發(fā)奠定了很好的水利基礎。2013年6月在云南省楚雄州楚雄市東華鎮(zhèn)二程壩完成了一套雙泵7.5*2kW深井泵光伏水泵系統(tǒng)，具有光交并行功能，當年控制逆變系統(tǒng)3次被雷擊損壞，常規(guī)電網系統(tǒng)的變壓器等亦被同時損壞，這是個雷擊高發(fā)區(qū)域，2013年2個人，4頭牛被雷擊身亡。2014年進行了該系統(tǒng)的防雷技術改造，從此該系統(tǒng)沒有再被雷擊損壞過，云南卓業(yè)能源有限公司的光伏水泵系統(tǒng)的防雷標準均以此系統(tǒng)的標準執(zhí)行。2013年7月在四川省攀枝花市仁和區(qū)迤沙拉村完成了揚程887m，水泵功率117.5(7.5+55*2)kW的光伏水泵系統(tǒng)，再次刷新了世界最大光伏水泵系統(tǒng)規(guī)模的記錄，同時創(chuàng)造了世界最高揚程記錄（其中二級提水揚程857m，至今保持單級揚程最大的記錄），該項目也是在國際上首次將大的高壓柱塞泵應用于光伏水泵系統(tǒng)，解決了小流量超高揚程的提水技術難題，發(fā)表的論文榮獲2013年第13屆中國光伏大會優(yōu)秀論文獎。2014年2月“云南省太陽能取水技術規(guī)?；瘧萌珖I先”榮獲云南省2013年度十大科技進展榮譽。2014年6月“光伏水泵智能化控制技術”榮獲聯合國工業(yè)發(fā)展組織藍天獎。同年參與的“太陽能取水關鍵技術研究及示范推廣”榮獲云南省科技進步三等獎。2014年12月在云南省保山市隆陽區(qū)瓦窯鎮(zhèn)木瓜村建設了37*2kW的光伏水泵系統(tǒng)中，實現了遠程監(jiān)控，首次得到了光伏水泵系統(tǒng)實際應用的性能曲線，為提高光伏水泵控制逆變技術水平提供了第一手的數據。2015年4月在麗江市古城區(qū)七河鎮(zhèn)首次完成大小泵光伏水泵系統(tǒng)，大泵是7.5kW，小泵是5.5kW，該系統(tǒng)極大提高了系統(tǒng)的效率，很好解決了單離心泵光伏水泵系統(tǒng)效率低的難題。2015年12月在云南省迪慶州維西縣塔城鄉(xiāng)其宗村勺布統(tǒng)片區(qū)刷新了世界光伏水泵總揚程的記錄1052m(一級620m，二級432m；水泵功率37*2，0.55+22kW）。2016年3月在云南省迪慶州香格里拉開發(fā)區(qū)新仁村在金沙江上建設了第一個軌道取水的光伏水泵系統(tǒng)，水泵功率37*2kW，之后在大江提水中多次應用了該技術。2016年5月在云南省普洱市瀾滄縣東回鎮(zhèn)改新村完成一套光伏水泵綜合利用系統(tǒng)，除給5.5kW水泵提供能源外，還提供5kW的生活用能，供照明、電炊等生活用電。2017年1月在云南省楚雄州元謀縣姜驛鄉(xiāng)建設了水泵功率1125kW(一級75*3kW, 二級75*6kW, 三級75*6kW)，光伏組件功率1350kW(一二級900kW, 三級450kW)，總揚程1067m(一級150m,二級492m,三級422m)，標準晴天日提水1300m3。創(chuàng)新了光伏水泵系統(tǒng)規(guī)模及總揚程新的世界記錄，建設較完善的沉沙過濾系統(tǒng)，發(fā)表的論文榮獲2017年第17屆中國光伏學術大會優(yōu)秀論文獎。2017年8月在云南迪慶州維西縣永春鄉(xiāng)拖枝村馬廠組完成了大小泵控制系統(tǒng)和智能冬季防管道冰凍裝置，避免冬天地面上鋪設管道被凍壞；目前已經在云南高海拔地區(qū)建設拾多套類似系統(tǒng)，經過多個寒冷冬季檢驗，沒有一個系統(tǒng)的管道被凍壞；該技術避免了寒冷地區(qū)傳統(tǒng)需要建設埋地管道的情況，大幅節(jié)約了投資。2018年7月在蒙自市芷村鎮(zhèn)將光伏方陣在水庫尾河灘地上，減少光伏占地，是一種利用閑置土地的模式；2019年4月在昆明市五華區(qū)西翥龍慶白龍?zhí)秾⒐夥疥嚱ㄔO在水池上面，同樣利用了水面，減少了占地，該系統(tǒng)還首次使用了我們的專利技術遠程水滿控制，利用壓力檢測在泵房內就完成了水滿停泵的技術，改變了傳統(tǒng)使用信號電纜傳輸或無線電傳輸投資較大，且穩(wěn)定性及可靠性不高的難題。2020年5月在云南省昆明市尋甸縣河口鎮(zhèn)北大營村完成了利用高位水池光伏電源(5.4kW)實現了水的自動過濾、反沖洗及消毒的光伏水泵系統(tǒng)（水泵功率0.75,15,11kW），解決了205戶1150人飲用水問題。2021年2月在昆明市祿勸縣九龍鎮(zhèn)光伏水泵系統(tǒng)，一級提水輸電距離1.26km，凈揚程441.3m，光伏方陣是221.13kW，水泵是2.2kW潛水泵+30kW柱塞泵4臺并聯，標準晴天日提水339m3，是世界上第一個做得比較完善的光伏水泵變頻高壓輸電系統(tǒng)，光伏發(fā)電逆變成交流電，該部分具有MPPT功能，升壓到10kV后進行輸電，到泵房后降壓為400V。該系統(tǒng)能更好地利用光伏發(fā)電能力。光伏方陣的位置基本上不受限制了，投資增加了一點，但比起低壓輸電方式，投資大幅降低，且輸電有充分的保障。2021年11月在云南省大理州彌渡縣的一個大型光伏水泵站，海拔高差756m，是目前云南省單級揚程最高的泵站，建設運行沒有幾年，水泵嚴重損壞，該泵站涉及到7000多人的飲用水，當地政府非常著急，在原有條件不好的情況下我們幫助當地政府完成了泵站改造，較好地降低了高壓柱塞泵的震動、顯著提升了系統(tǒng)效率、比較完善解決了在線備用泵的使用技術、光交并行和泵房因事故漏水的自動停機排水問題等，目前泵站運行正常，解決了當地政府及群眾的應急供水問題。

光伏水泵系統(tǒng)具有非常顯著的經濟及社會效益，是缺水太陽能資源好的地區(qū)最佳的提水技術，是農村地區(qū)脫貧致富及鄉(xiāng)村振興的重要抓手，也是一帶一路促進民生最好的項目之一。

圖1 云南省楚雄州元謀縣姜驛鄉(xiāng)一二級光伏水泵系統(tǒng)——世界首個兆瓦級光伏泵站

圖2 云南省維西縣永春鄉(xiāng)拖枝村馬廠組——冬季管道防凍

圖3 云南省紅河州蒙自市芷村鎮(zhèn)——光伏方陣在水庫尾河灘地的應用

原來的水泵情況

改造后泵站情況及控制系統(tǒng)

圖4 彌渡縣德苴鄉(xiāng)花魚洞光伏提水改造工程