李文斌，吳昌洪，李新建

(1.廣西壯族自治區(qū)水利科學(xué)研究院，廣西 南寧 530023；2.廣西灌溉試驗(yàn)中心站，廣西 桂林 541105)

廣西糖料蔗主產(chǎn)區(qū)位于桂中旱片、左江旱片和桂西北旱片，片區(qū)年降雨豐富但降雨集中，降雨往往不能在糖料蔗生長(zhǎng)期需水時(shí)得到有效利用，加上全區(qū)有30%～40%糖料蔗種植在比較零星分散的區(qū)域，架線供給能源成本較高，線路維護(hù)困難。近年來(lái)，金建新[1]等人研究了太陽(yáng)能光伏發(fā)電提水并采用微潤(rùn)管自動(dòng)灌溉發(fā)展模式；高占義[2]等人闡述了太陽(yáng)能提水裝置的組成、太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、專用潛水電機(jī)和水泵的研究，以及與國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)的比較、應(yīng)用情況及所取得的經(jīng)濟(jì)效益；查詠[3]等人進(jìn)行了光伏提水灌溉的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性分析。但廣西蔗區(qū)糖料蔗太陽(yáng)能光伏提水系統(tǒng)未見有人研究，迫切需要在廣西蔗區(qū)充分利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電并降低提水成本，解決糖料蔗就地提水問(wèn)題。

1 材料與方法

試驗(yàn)地點(diǎn)為崇左市江州區(qū)瀨湍鎮(zhèn)丈四片太陽(yáng)能光伏提水試驗(yàn)區(qū)。

包括以下主要材料：

(1)安裝太陽(yáng)能光伏板72塊，每塊250 W，總功率18 kW。

(2)管理房?jī)?nèi)安裝防雷匯流箱，規(guī)格PVB-16/1。

(3)控制逆變器，型號(hào)SK18.5K；系統(tǒng)控制平臺(tái)，型號(hào)PC-H24(數(shù)顯)；逆變器，型號(hào)RS-P-4D12K；逆變器RS-P-4D3.6K。

(4)潛水泵150QJ10-50(流量10 m3/h，揚(yáng)程50 m，功率3 kW)；潛水泵200QJ50-52/4(流量50 m3/h，揚(yáng)程52 m，功率11 kW)。

(5)上水管安裝水表，實(shí)時(shí)記錄水泵的提水量。

試驗(yàn)方法：根據(jù)實(shí)時(shí)太陽(yáng)能輻射量、太陽(yáng)能光伏實(shí)時(shí)產(chǎn)生的電量及其對(duì)應(yīng)的提水量，提煉三者之間的關(guān)系。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 蔗區(qū)太陽(yáng)能輻射月分配

2014年，江州區(qū)瀨湍鎮(zhèn)丈四片集雨太陽(yáng)能光伏提水灌溉試驗(yàn)示范區(qū)太陽(yáng)能總輻射量為5 371.22 MJ/m2，9月份最大，達(dá)670.38 MJ/m2；12月份最小，僅271.67 MJ/m2；其基本規(guī)律為夏季、秋季太陽(yáng)能總輻射量相對(duì)較大，春季、冬季總輻射量相對(duì)較小。

圖1 蔗區(qū)太陽(yáng)能輻射月分配

2.2 蔗區(qū)太陽(yáng)輻射及光伏發(fā)電、提水量耦合關(guān)系

(1)太陽(yáng)能輻射、發(fā)電量與提水量的關(guān)系。根據(jù)試驗(yàn)區(qū)全年長(zhǎng)系列觀測(cè)資料統(tǒng)計(jì)，在18 kW的太陽(yáng)能光伏電池板發(fā)電，帶動(dòng)小水泵采用150QJ10-50(流量10 m3/h，揚(yáng)程50 m，功率3 kW)以及大水泵采用200QJ50-52/4(流量50 m3/h，揚(yáng)程52 m，功率11 kW)的條件下，全年晴天平均日最大提水流量25.58 m3/h?？偟膩?lái)看，太陽(yáng)能輻射量大，光伏板產(chǎn)生的電量就越多，提水流量也隨之增加。從7∶00至12∶00，提水流量逐漸增加，9∶00時(shí)提水流量達(dá)到最大提水流量的1/3，13∶00時(shí)達(dá)到最大值；13∶00時(shí)以后，提水流量隨著太陽(yáng)能輻射值和發(fā)電量的降低而減少。

圖2 太陽(yáng)能輻射、功率與提水量的變化規(guī)律

(2)四季晴天平均提水情況。從季度來(lái)看，秋季的提水能力最強(qiáng)，夏季次之，春季和冬季最少，這也與太陽(yáng)能輻射和發(fā)電量的分布規(guī)律類似。春、夏、秋、冬等晴天日均提水量分別為136.60，235.99，240.83和131.98 m3。

圖3 四季典型晴天提水量分布圖

(3)試驗(yàn)?zāi)昕商崴偭?。根?jù)試驗(yàn)區(qū)2014年的觀測(cè)資料，結(jié)合氣象站觀測(cè)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到在18 kW太陽(yáng)能光伏電池板發(fā)電，帶動(dòng)小水泵采用150QJ10-50和大水泵采用200QJ50-52/4的條件下，全年可提水總量為37 303 m3，其中，9月份提水量最多，達(dá)到6 857 萬(wàn)m3，是12月份的5倍，詳見圖4。

圖4 各月可提水量分布圖

2.3 蔗區(qū)太陽(yáng)能提水量與糖料蔗需水量耦合關(guān)系

對(duì)于試驗(yàn)區(qū)光伏水泵提水量與糖料蔗需水量，兩者的變化規(guī)律高度一致，均在9月份達(dá)到最高值。太陽(yáng)能輻射量大時(shí)，糖料蔗生長(zhǎng)需水也多，兩者是基本同步的，也反映了利用太陽(yáng)能光伏提水灌溉糖料蔗是可行的。

圖5 太陽(yáng)能水泵提水量與糖料蔗需水量耦合關(guān)系圖

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)蔗區(qū)太陽(yáng)能總輻射量的基本規(guī)律為夏季、秋季太陽(yáng)能總輻射量相對(duì)較大，春季、冬季總輻射量相對(duì)較小，其中，9月、10月的太陽(yáng)能總輻射量最大，11-2月總輻射量相對(duì)較小，其分布規(guī)律與糖料蔗需水規(guī)律基本一致，證明采用太陽(yáng)能光伏提水灌溉糖料蔗在客觀上是可行性的。

(2)廣西糖料蔗主產(chǎn)區(qū)崇左市每千瓦太陽(yáng)能(有逆變器)全年可提水總量為2 072 m3，其中，1月～12月分別可提水80、74、62、95、103、174、242、269、381、327、206和60 m3。

(3)廣西糖料蔗主產(chǎn)區(qū)崇左市太陽(yáng)能光伏提水在9∶00時(shí)達(dá)到最大出力的1/3，12∶00時(shí)和13∶00時(shí)達(dá)到最大出力；9∶00時(shí)前和16∶00時(shí)后，基本上不能提水，即系統(tǒng)正常日工作時(shí)間為8 h。

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