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云南省2019年科技奖申报公示

云南省2019年科技奖申报公示


称:光伏水泵系统产业化关键技术及示范


成果简介:

2009年开始云南等遭遇了连续干旱,对群众的生活生产造成极大的影响,省科技厅2010交给我们一个任务(云南省科技厅重点新产品开发项目(项目编号:2010BB017)):利用太阳能解决抗旱的问题,给了我们一个重点新产品研究示范项目,从此开始了光伏水泵的研究。2014年又得到了国家自然科学基金项目“现有梯级水电站加装光伏抽水系统对光伏发电平衡能力的研究(项目编号:51367019)”的支持。

光伏水泵系统是采用太阳能光伏发电直接供电的提水系统。光伏水泵系统由光伏组件、光伏水泵控制逆变器、水泵及相关的管道、水池等构成,与传统泵站相比其他均为常规产品,只有光伏组件和光伏水泵控制逆变器是独特的。在需要重新架设电网或距离电网较远的地区建设光伏提水系统是最经济可靠的技术手段。

光伏发电及常规水泵提水当时已经是比较成熟的技术,但光伏水泵且是一个新的高新技术,由于太阳辐射随时变化,导致光伏发电功率也发生相应的变化,如何让水泵适应这种变化,同时还保持较高的工作效率是一个很大的挑战。光伏水泵涉及到光伏发电、水力学、自动控制等多个学科交叉综合,是一个新的高新技术,几乎是一个处女地,有众多的难题等待解决。

国际上,早在上世纪80年代就开始研究,我国在90年代初由合肥工业大学的余世杰教授开始研究。美国农业部2010出版过一个《小型光伏水泵系统设计》技术报告(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),这算是当时比较全面的技术文件。2011年国际电工委员会出版了一个标准《光伏水泵系统设计审定和性能测试》(IEC 62253-Photovoltaic pumping systems Design qualification and performance measurements )。总之,早期的光伏水泵均很小,且几乎集中在如何控制光伏水泵,直流光伏水泵占比很高,国内外均对光伏水泵系统研究较少,可以借鉴的技术不多。

搞光伏专业的人不懂水利,搞水利的人不懂光伏,搞自动控制的人既不懂光伏、也不懂水利。专业的水利水电设计院专业知识不具备,同时光伏水泵项目相比较常规水利项目来说非常小,一般设计院不愿做设计,也不会做。因此那时全世界的光伏水泵系统技术都不高。

201111月在省科技厅重点新产品项目及当地政府支持下在文山州西畴县董马乡幺铺子村上坝村民小组安装了云南省第一个光伏水泵示范系统,水泵7.5kW,光伏水泵控制逆变器7.5kW,光伏方阵功率10.8kW,扬程140m,晴天日提水50m3。该系统的建成结束了该村民小组87户家庭不自来水的历史,村民们都表示感谢党和政府对他们的关心。项目取得了光伏水泵系统的优化设计,包括光伏阵列的最佳设计,最佳的方位角、倾角,最佳的水泵功率和光伏组件配置,最佳的控制系统配置等成果。2012年省科技厅又支持了8个项目安装在昆明市五华区西翥街道办,自2013年开始省科技厅批量支持了4年全省范围内光伏水泵系统的建设。省水利厅2013年在嵩明、隆阳区及澄江支持了3个示范项目。由于经济性好,各地政府也纷纷支持光伏水泵项目。

随着我们承担的光伏水泵系统工程的增加,也遇到各种各样的问题,深入研究了光伏水泵系统的各个方面,特别是光伏水泵系统产业化关键技术:光伏水泵控制逆变器技术、取水技术及系统设计等,在核心关键技术方面取得了一序列的突破:光伏水泵最大功率跟踪术、应对阳光激变、多种类型水泵应用、光交并行、远程监控、远程水位、多泵控制、多级多泵控制、大小泵、串联泵、冬季管道防冻、特殊防雷、漂浮取水、轨道取水、高压柱塞泵管道震动、不稳定电源的远距离输送和系统设计技术等,目前已经取得了2项发明专利,申请了2项发明专利,有2项实用新型专利。成果有突出的创新性及先进性。

由于云南、四川海拔高,山高坡陡,需要的项目规模较大,加上干旱得到了各级政府的许多支持,我们有幸创造多个国内、国际光伏水泵系统扬程、规模的新记录。

在光伏水泵系统建设的经济性、晴天日提水量等技术经济指标方面达到了国际领先的水平。实际或提供技术方案及关键设备建设了130多个光伏水泵系统,光伏组件累计装机超过5MW,年提水量超过300万立方米,解决了数万人饮用水及数万亩农田的灌溉问题,年产生的经济效益高达数亿元,产生了显著的经济社会效益,特别是解决了干旱季节的提水问题,促进了农村脱贫致富,以上技术均多次应用在实际工程中,技术水平处于国际领先,每年都研发出多项光伏水泵新技术,是国际上少有的具备光伏水泵系统设计、关键设备制造、并能提供定制化制造及系统安装工程的全产业链单位,开创了光伏水泵产业的新局面。成果表现出具有很好的产业化前景,且对缺水地区的综合发展有不可替代的促进作用。

2013年云南省战略性新兴产业专项资金扶持项目“高效光伏水泵系统的产业化”,获得省财政厅100万元无偿资金的支持,也是云南省唯一得到支持的光伏水泵产业化项目。成为云南省的重点新产品。发表的论文在20139月和20179月两届中国光伏大会上被评为优秀论文,这是自2004年设立优秀论文奖以来唯一颁发给光伏水泵领域的奖。2014218日,我们领军的光伏水泵规模化应用被云南省科技厅及新华社云南分社评为云南省2013年十大科技进展。

2014611日获得联合国工业发展组织颁发的“2014年全球可再生能源领域最具投资价值领先技术蓝天奖”(全球仅有10项技术获奖,也是目前唯一给光伏水泵领域的奖)。

2015年刘祖明参加云南省农村科技服务中心的项目“太阳能光伏取水关键技术及示范推广”获得云南省2014年度科技进步三等奖。

20161016日,刘祖明教授应邀参加2016扶贫日科技扶贫平行论坛,作为全国6个科技创新驱动精准脱贫实践分享典型之一,做了“光伏提水精准解决贫困山村吃水难问题”的报告,受到国务院扶贫办领导等的好评。

20172019亚行邀请刘祖明教授到孟加拉国提供光伏水泵技术咨询指导,2018年亚行邀请刘祖明教授在第十一届亚洲太阳能论坛上介绍中国光伏水泵,这是光伏水泵技术首次在国际顶级经济组织中亮相。20188月亚行通过中国可再生能源工业协会委托我们在昆明举办了光伏水泵在可持续灌溉及清洁供水中的应用国际区域培训班,有11个国家的代表参加,参观了我们实际完成的工程。

2019年刘祖明教授参编了中国可再生能源学会光伏专委会主编《2019中国光伏技术发展报告》,负责光伏水泵部分的编写。


位:云南师范大学、云南卓业能源有限公司、云南理能水利电力勘测设计公司、云南水利水电职业学院、大理州财贸学校

云南师范大学倡导了项目,联系安排了一些项目,拿出经费直接支持了2个项目,具体技术实施完成以云南卓业能源有限公司为主;云南理能水利电力勘测设计公司、云南水利水电职业学院在取水技术、水利设施施工方案、特殊光伏方阵技术等做出了贡献;大理州财贸学校在大理州光伏水泵系统中漂浮取水等技术起到了重要作用。


项目主要完成人员及所做的贡献如下表:

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联系人:金先生

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