发展光伏水泵技术建设绿色大西北

作者：合肥工业大学 余世杰 刘因

欢迎访问e展厅 展厅 2 真空设备/泵展厅 水泵, 罗茨泵, 螺杆泵, 齿轮泵, 离心泵, ... 1、 光伏水泵系统技术日趋成熟，可以适应大规模应用于西北地区 光伏水泵技术涉及到的学科领域比较多，从系统构成的角度看，它不同于常规的“电源+水泵”，而是光、机、电、电力电子、计算机技术、多机群控技术等学科的综合。我国清华大学、合肥工业大学、浙江大学、西安交通大学、中科院电工所等多所高等学校和国家级的科研院所在国家科委、国家科委、国家经贸委以及原机械工业部的支持下经过“七五”、“八五”、“九五”的科技攻关计划，目前已经达到了可以批量产业化生产的程度，其技术水平已经可和国外发达国家的产品水落石出平相媲美，也逐步地形成了以上海新力机器厂、黄山朝阳电机厂等生产基地。从经济性的角度看，光伏水泵的运行成本已经证明大大低于柴油机水泵，由于近两年来国内外半导体太阳电池的不断降价，使光伏水泵相对于柴油机水泵的水价优势更加令人瞩目。除此之外，它还具有无人值守、高可靠性、和农作物的水蒸发量适配性好等到物有的优点。图1给出了光伏水泵系统和柴油机水泵运行经济性的比较。 从投资效益的角度看，若按银行年利为5%，社会通货膨涨率为2.5%计算，考虑到运行费用含燃油、维修保养工时、机械零配件价格等在内），光伏水泵和柴油机水泵的经济性对比如图2所示。可以看出，若着眼于大于3年的运行年限，则使用光伏水泵就将比使用柴油机水泵具有经济性优势。这一比较是基于前几年国际市场上太阳电池的价格为每峰瓦5美元得出的，如今国际市场上太阳电池组件的价格已降到了3.5美元/峰瓦，图2中的盈亏平衡点应该向小于3年的方向移动，这将更有利光伏水泵系统的经济性。 清华大学由卢强院士领导的电力系统国家重点实验室近几年来研制成功的电机与控制系统的集成技术和他在合肥工业大学电气了工和学院跨校梯队新近研制成功的直流控制集成系统将更加扒进了我国光伏水泵系统技术和群控技术的水平，从技术和可靠性的角度看，可以说已经跻身于世界先进水平，而在制造成本核算上我国产品则具有更大的优势。 2、 建设绿色大西北具有经济、社会、环境多方面重要意义 2、1 适应经济建设战略重点西移 21世纪中国经济建设的战略重点将移向大西北，不仅矿产等原材料和煤、石油、天然气等能源生产基地将移向西北地区，农业、牧业也将把西北地区作为俦发展地区。 中国现有耕地1.33亿公顷，人均0.11公顷。耕地总量和人均量都呈逐年下降的趋势。后备耕地资历源即宜农荒地资源0.34亿公顷，其中西北地区0.12亿公顷。到本世纪末，全国可垦净耕地424万公顷，其中西北地区224万公顷，占53%。21世纪中国垦荒重点将向西递增区转移。开发西北宜农荒地可减缓全国耕地面积下降的速度，为调整粮油供求关系问题争取时间。 新疆、甘肃河西走廊地区的气候特别适合棉花生产，棉花品质高、纤维长，将成为中国最主要的优质棉花生产基地。 中国草地面积3.55亿公顷，其中可利用2.63亿公顷。西北地区草地约2亿公顷，占75%左右。草地面积远大于耕地面积，而目前草地生产能力很低，仅为世界平均水平的30％，潜力巨大。解决中国粮食问题的出路之一就是大力发展草地畜牧业，提高中国人食物结构中牛羊肉和奶的比例．主要措施是大力建设人工草地或改良天然草地，这是21世纪中国牧业发展的重要方向。 2.2加快西北边远地区和少数民族地区肌贫步伐 西北地区大部分是我国的边远地区和少数民族聚居地区。由于自然条件差，历史上汉族与少数民族之间的不平等，西北地区的社会发展一直落后于东部地区，加快发展西北地区的经济，消除贫困，对于稳定和平衡发展具有重要意义。 西北贫困地区的首要问题是水的问题。在西北一些严重干旱地区，至今连饮水问题都还没有彻底解决，贫困程度可想而知。在可利用草地面积中，有30％因为缺乏人畜饮水而未能利用。应用光伏水泵对于解决这些贫困地区的饮用水和农牧业用水具有特别重要的意义。 2.3有利于改善西北地区的生态环境 由于人为破坏和不合理开发活动，使本来就很脆弱的生态环境日益恶化，水上流失、森林减少、土地沙化、盐碱化、荒漠化、物种减少等生态环境问题越来越严重。推广应用光伏水泵技术，合理开发水、土等资源，建设绿色大西北，对于改善西北乃至全国的生态环境都有极其重要的意义。 3． 在西北地区大规模应用光伏水泵的资源条件 3．1 西北地区资源问题主要是水资源问题 西北地区与全国相比，光照资源丰富，热量资源较丰富，土地资源也比较丰富，水资源贫乏或火丰富。农业气候资源（指光、热、水及其组合）中，由于缺水，光热资源优势难以发挥。西北地区现有耕地和可垦耕地合计面积约占全国的10%,而农业气候资源生产量仅占全国的3％．西北地区如果解决灌溉问题，就可以大幅度提高农业生产力，在新疆、甘肃等地，如果合理开发利用水资源，推广节水农业技术，还可以进一步扩大耕地面积。如果灌溉水能够保11，仅新疆可垦耕地就可达300下公顷。 水资源是制约西北地区发展的主要问题。 3．2西北地区水资源可以满足需要 水资源是指可更新补充可永续利用的淡水资源，属于可再生资源。水资源总量包括河川面只的32%,水资源为全国的8%,因此从总体上看西北地区水资源非常贫乏.二是地下水资源相对丰富,地下水在水资源总量口的比例高达45%,因此在西北地区水资源中,地下水占有十分重要的地位。近年来在塔里木、柴达木、罗布泊等最干旱的沙漠地区发现大量地下水，地下水资源量有望进一步增加，三是地下水资源大部分分布在山前平原地带，主要如祁连山、天山、昆仑山山前地带。对这些地带而言，地下水资源是丰富或比较丰富的。而这些地带正是可耕土地和人口集中分布的地带，是主要经济带。 我们认为，在讨论西北地区水资源问题时，不仅要看到总体上木资源贫乏，也应该看到西北地区大片国上为高山、戈壁和沙漠，适宜居住和耕作的主要是山前平原地带，而这些地带的水资源尤其地下水资源并不贫乏。 西北地区是年降水量不足400mm的干旱、半干旱地区，农业生产需要常年灌溉。年要求灌溉量为每公顷2000一5000立方米，如果采用节水灌溉技术，大约只有这个数字的二分之一到五分之一。从水土资源平衡的角度来看，西北地区现有耕地面积0．1亿公顷，荒地总面积O12亿公顷，即使全部开垦为耕地，按照年要求灌溉量每公顷2000立方米计算，也只需要利用西北地区水资源总量的20%.新疆现有耕地加上宜农荒地共700多万公顷，年要求灌溉量150亿立方米，也只需要利用水资源总量的20%左右。只要科学规划、合理开发，尤其是合理利用地下水，西北地区水资源是可以满足农牧业需要的。目前，除少数地区（如甘肃石羊河流域）以外，西北大部分地区地下水资源利用率不高，还有很大潜力。地下水利用率不高的原因之一是缺乏电力或不便架设输电线。因此，光伏水泵是非常适用的技术。 3．3在西北地区合理开发地下水是可行的 光伏水泵与用柴油机或电为动力的机井的差别仅仅是能源不同而已，在与地下水有关的问题上没有特殊性，不存在由于使用光伏水泵而引起能否开采地下水的问题。能否开采地下水的问题，实际上是在某一区域内能够开采多少地下水而下破坏该区域内水资源平衡的问题.是合理不合理，过量不过量的问题。 西北地区河川径流的主要补给来源是高山冰雪融水。河流一出山，大部分水便渗入地下，成为地下水。地下水经过山前平原地带继续向盆地中心运移，以泉的形式再流出地表，蒸发进入大气，再通过降雪回到地面。这是对西北地区水循环的简单描述，地下水是这个循环中的一种形式，一个过程。在山前平原地带开采地下水，只要不超过补给量，就不会引起地下水位下降。由于将一部分地下水提取到地表用于灌溉，进入盆地中心的水相应减少，但是水进入盆地中心之后矿化度迅速升高，实际上是不能利用：的.因此在山前平原地带开采地下水，下会破坏水的循环和平衡，而且使水资源的利用更加合理，是可行的· 西北地区传统的灌溉方式是引河水漫灌。这种方式不仅，浪费水资源，而且造成大面积土攘次生盐碱化.新疆盐碱化面积已经占耕地总面积的50%。解决的办法是合理开发地下水，使地下水位适当降低，既增加灌溉面积，又减少盐碱化面积。 在西北地区，过量开采地下水可能产生的不良后果主要是地下水位下降，致使地表植被大量枯死，典型的例子是甘肃民勤绿洲。另外，过量开采地下水可能导致地下水矿化度逐渐增高，最终无法利用。只要不过量开采，这些情况是可以避免的。有时，地下水位下降的原因并不是开采地下水，而恰恰是上游没有充分合理利用地下水，一味过多地截取河水，致使下游地区地下水位下降。如塔里木河下游三百多公里河道断流，大片天然胡杨林濒于毁灭，就属于这种情况。因此，关键是科学规划和管理，包括对地表水和地下水的整体规划和管理。 4． 预期效益 4．1解决饮水问题允伏水泵可以解决严重干旱地区和边这偏僻地区衣牧民的饮水问题，这不仅有经济效益，而且有社会效益。 光伏水泵还可以解决石油勘探、采矿、边防、道路养护、通信线路维护、自然保护区、旅游、文物古迹保护等高度分散站点人员的用水和用电。尤其在促进矿业和特色旅游的发展方面将产生巨大效益。 4．2提高衣牧业生产水平 有了水，可以扩大灌溉面积，扩大垦荒面积，提高单产。假设平均每公顷增产1000千克，西北地区现有耕地便可增产粮食100忆千克。224万公顷荒地开垦为耕地，每年叉可增产粮食100亿千克。 有了水，可以改良天然草地，建设人工草地，提高草地言牧业生产水平。目前我国天然草地产值仅为每公顷15圆，新疆在改良的天然草地饲养良种细毛羊，产值提高30倍。如果将中国草地的十分之一建成人工草地，则可增加1.5一2．0亿只羊单位的生产潜力，增加产值超过100亿圆。一旦用光伏水泵解决了饮水问题，中国北方还可以增加利用7300万公顷优质天然草地。 4．3改善生态环境 应用光伏水泵和节水灌溉技术可以在沙漠中大面积植树造林，大大提高造休成活率，促进三6北防护林建设． ds＋扩大）41M面积和人工草地面积，可以防止土地退化、沙化将为减入显著.大于20年的费用2万圆,按照20年算的效益更加显著。 5． 结论 先伏水泵作为一种新能源技术具有一系列优点，特别适用于我国西北地区。 发展光伏水泵技术建设绿色大西北具有经济、社会、生态环境等多方面的重要意义。 西北地区地下水资源可以满足需要。只要科学规划和管理，在西北地区大规模应用光伏水泵技术不会破坏生态环境。我国光伏水果技术已经成熟，预期效益明显，应先选择一、二个有代表性的区域作为试 验示范区，尽快进入大规模应用阶段。 光伏水泵的大规模应用将促进我国太阳能工业成为新的经济生长点。 参考文献 1．卢强，全国政协九届二次大会发言材料之六十一，“依靠科技建设绿色大西北”， 1999 2．余世杰，“光伏水泵系统”，太阳能学报专辑， 1999 3.何希吾等著，中国资源态势与开发方略，湖北科学技术出版社， 1996 4．李宝兴，论我国干旱区山前平原的地下水资源及其农业利用， 1981(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (1/10/2005)