云南省2019年科技獎申報公示

云南省2019年科技獎申報公示

成 果 名 稱：光伏水泵系統產業化關鍵技術及示范

成果簡介：

2009年開始云南等遭遇了連續干旱，對群眾的生活生產造成極大的影響，省科技廳2010交給我們一個任務（云南省科技廳重點新產品開發項目（項目編號：2010BB017））：利用太陽能解決抗旱的問題，給了我們一個重點新產品研究示范項目，從此開始了光伏水泵的研究。2014年又得到了國家自然科學基金項目“現有梯級水電站加裝光伏抽水系統對光伏發電平衡能力的研究（項目編號：51367019）”的支持。

光伏水泵系統是采用太陽能光伏發電直接供電的提水系統。光伏水泵系統由光伏組件、光伏水泵控制逆變器、水泵及相關的管道、水池等構成，與傳統泵站相比其他均為常規產品，只有光伏組件和光伏水泵控制逆變器是獨特的。在需要重新架設電網或距離電網較遠的地區建設光伏提水系統是最經濟可靠的技術手段。

光伏發電及常規水泵提水當時已經是比較成熟的技術，但光伏水泵且是一個新的高新技術，由于太陽輻射隨時變化，導致光伏發電功率也發生相應的變化，如何讓水泵適應這種變化，同時還保持較高的工作效率是一個很大的挑戰。光伏水泵涉及到光伏發電、水力學、自動控制等多個學科交叉綜合，是一個新的高新技術，幾乎是一個處女地，有眾多的難題等待解決。

國際上，早在上世紀80年代就開始研究，我國在90年代初由合肥工業大學的余世杰教授開始研究。美國農業部2010出版過一個《小型光伏水泵系統設計》技術報告(Teresa D. Morales, Design of Small Photovoltaic (PV) Solar-Powered Water Pump Systems, Technical Note No. 28, October 2010, United States Department of Agriculture (USDA) Natural Resources)，這算是當時比較全面的技術文件。2011年國際電工委員會出版了一個標準《光伏水泵系統設計審定和性能測試》(IEC 62253-Photovoltaic pumping systems – Design qualification and performance measurements )?？傊?，早期的光伏水泵均很小，且幾乎集中在如何控制光伏水泵，直流光伏水泵占比很高，國內外均對光伏水泵系統研究較少，可以借鑒的技術不多。

搞光伏專業的人不懂水利，搞水利的人不懂光伏，搞自動控制的人既不懂光伏、也不懂水利。專業的水利水電設計院專業知識不具備，同時光伏水泵項目相比較常規水利項目來說非常小，一般設計院不愿做設計，也不會做。因此那時全世界的光伏水泵系統技術都不高。

2011年11月在省科技廳重點新產品項目及當地政府支持下在文山州西疇縣董馬鄉幺鋪子村上壩村民小組安裝了云南省第一個光伏水泵示范系統，水泵7.5kW，光伏水泵控制逆變器7.5kW，光伏方陣功率10.8kW，揚程140m，晴天日提水50m³。該系統的建成結束了該村民小組87戶家庭不通自來水的歷史，村民們都表示感謝黨和政府對他們的關心。項目取得了光伏水泵系統的優化設計，包括光伏陣列的最佳設計，最佳的方位角、傾角，最佳的水泵功率和光伏組件配置，最佳的控制系統配置等成果。2012年省科技廳又支持了8個項目安裝在昆明市五華區西翥街道辦，自2013年開始省科技廳批量支持了4年全省范圍內光伏水泵系統的建設。省水利廳2013年在嵩明、隆陽區及澄江支持了3個示范項目。由于經濟性好，各地政府也紛紛支持光伏水泵項目。

隨著我們承擔的光伏水泵系統工程的增加，也遇到各種各樣的問題，深入研究了光伏水泵系統的各個方面，特別是光伏水泵系統產業化關鍵技術：光伏水泵控制逆變器技術、取水技術及系統設計等，在核心關鍵技術方面取得了一序列的突破：光伏水泵最大功率跟蹤術、應對陽光激變、多種類型水泵應用、光交并行、遠程監控、遠程水位、多泵控制、多級多泵控制、大小泵、串聯泵、冬季管道防凍、特殊防雷、漂浮取水、軌道取水、高壓柱塞泵管道震動、不穩定電源的遠距離輸送和系統設計技術等，目前已經取得了2項發明專利，申請了2項發明專利，有2項實用新型專利。成果有突出的創新性及先進性。

由于云南、四川海拔高，山高坡陡，需要的項目規模較大，加上干旱得到了各級政府的許多支持，我們有幸創造多個國內、國際光伏水泵系統揚程、規模的新記錄。

在光伏水泵系統建設的經濟性、晴天日提水量等技術經濟指標方面達到了國際領先的水平。實際或提供技術方案及關鍵設備建設了130多個光伏水泵系統，光伏組件累計裝機超過5MW，年提水量超過300萬立方米，解決了數萬人飲用水及數萬畝農田的灌溉問題，年產生的經濟效益高達數億元，產生了顯著的經濟社會效益，特別是解決了干旱季節的提水問題，促進了農村脫貧致富，以上技術均多次應用在實際工程中，技術水平處于國際領先，每年都研發出多項光伏水泵新技術，是國際上少有的具備光伏水泵系統設計、關鍵設備制造、并能提供定制化制造及系統安裝工程的全產業鏈單位，開創了光伏水泵產業的新局面。成果表現出具有很好的產業化前景，且對缺水地區的綜合發展有不可替代的促進作用。

2013年云南省戰略性新興產業專項資金扶持項目“高效光伏水泵系統的產業化”，獲得省財政廳100萬元無償資金的支持，也是云南省唯一得到支持的光伏水泵產業化項目。成為云南省的重點新產品。發表的論文在2013年9月和2017年9月兩屆中國光伏大會上被評為優秀論文，這是自2004年設立優秀論文獎以來唯一頒發給光伏水泵領域的獎。2014年2月18日，我們領軍的光伏水泵規?；瘧帽辉颇鲜】萍紡d及新華社云南分社評為云南省2013年十大科技進展。

2014年6月11日獲得聯合國工業發展組織頒發的“2014年全球可再生能源領域最具投資價值領先技術藍天獎”（全球僅有10項技術獲獎，也是目前唯一給光伏水泵領域的獎）。

2015年劉祖明參加云南省農村科技服務中心的項目“太陽能光伏取水關鍵技術及示范推廣”獲得云南省2014年度科技進步三等獎。

2016年10月16日，劉祖明教授應邀參加2016扶貧日科技扶貧平行論壇，作為全國6個科技創新驅動精準脫貧實踐分享典型之一，做了“光伏提水精準解決貧困山村吃水難問題”的報告，受到國務院扶貧辦領導等的好評。

2017、2019亞行邀請劉祖明教授到孟加拉國提供光伏水泵技術咨詢指導，2018年亞行邀請劉祖明教授在第十一屆亞洲太陽能論壇上介紹中國光伏水泵，這是光伏水泵技術首次在國際頂級經濟組織中亮相。2018年8月亞行通過中國可再生能源工業協會委托我們在昆明舉辦了光伏水泵在可持續灌溉及清潔供水中的應用國際區域培訓班，有11個國家的代表參加，參觀了我們實際完成的工程。

2019年劉祖明教授參編了中國可再生能源學會光伏專委會主編《2019中國光伏技術發展報告》，負責光伏水泵部分的編寫。

完 成 單 位：云南師范大學、云南卓業能源有限公司、云南理能水利電力勘測設計公司、云南水利水電職業學院、大理州財貿學校

云南師范大學倡導了項目，聯系安排了一些項目，拿出經費直接支持了2個項目，具體技術實施完成以云南卓業能源有限公司為主；云南理能水利電力勘測設計公司、云南水利水電職業學院在取水技術、水利設施施工方案、特殊光伏方陣技術等做出了貢獻；大理州財貿學校在大理州光伏水泵系統中漂浮取水等技術起到了重要作用。

項目主要完成人員及所做的貢獻如下表：