边远社区其他光伏应用风光互补扬水家用电源系统.docx
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边远社区其他光伏应用风光互补扬水家用电源系统
边远社区其他光伏应用—
风光互补扬水-家用电源系统
（报告-4）
1，风光互补扬水-家用电源系统概述
2，2003—2010年牧区饲草料灌溉工程建设规模
3，风光互补扬水-家用电源系统需求统计
4，六省区新能源灌溉面积和所需光伏说明
5，边远社区其他光伏应用-风光互补扬水-家用电
源系统应用内蒙古调查案例
6，风光互补扬水—家用电源系统应用市场分析
国家发改委/全球环境基金/世界银行
中国可再生能源发展项目
承担单位：
内蒙古大学新能源研究中心
2004年12月
本报告得到
内蒙古自治区人民政府、甘肃省人民政府、新疆维吾尔自治区人民政府、青海省人民政府
西藏自治区人民政府、四川省人民政府和PV公司的支持与帮助，提供了本报告所需的调查数据。
特此致谢！
边远社区其他光伏应用调查组
2004年12月
边远社区其他光伏应用—风光互补扬水-家用电源系统概述
（应用项目背景介绍）
风能、太阳能受地理环境、气象条件影响很大，很多地区夏半年风力资源贫乏，造成风力发电量下降。
而冬半年太阳能辐射量降低，太阳光伏发电不足，难以满足负载要求。
由于存在夏半年太阳能资源丰富，风能资源欠缺，而冬半年风能资源丰富，太阳能资源欠缺问题，因此采用单一的风能或太阳能发电，往往出现某些月份供电不足，即使采用增大系统容量，效果也不理想。
与此同时，由于供电不足，常常造成蓄电池过放电，严重影响蓄电池的使用寿命。
根据中国许多地区风能和太阳能在冬半年和夏半年的互补特性，克服由于风能、太阳能所特有的年、月、日的变化而造成供电不均衡的缺陷，采用风能-太阳能互补（混合）发电，不仅可以保证一年四季均衡供电，使蓄电池使用寿命延长，同时可以使离网型发电系统的发电成本降低，使自然资源得到充分利用。
风光互补扬水-家用电源系统的应用，使扬水与家用电源得到综合利用，将分别独立的扬水系统与家用电器电源系统合而为一，不仅具有无噪音、无污染、全自动和高可靠性等优点，还使得风能、太阳能得以充分、合理的应用。
风光互补扬水-家用电源系统，由于充分利用风能、太阳能，使系统价格降低，使用寿命提高，不仅解决了扬水问题，同时为一些对供电要求较高的电器，如较大功率照明、大屏幕彩电、卫视地面接收系统、音响设备、VCD机、家庭炊事用鼓风机、洗衣机、电冰箱、移动通讯、剪毛机等进入农牧民家庭创造了条件，是解决农牧区、偏远地区能源问题的一种新型供电模式。
风光互补发电系统在全球环境基金（GEF）/世界银行、美国能源部和中国《光明工程》项目的支持下，已经在中国获得推广应用。
1，系统构成
风光互补扬水-家用电源系统的结构如下图所示。
它一般由光伏方阵、变频器、电机-水泵和蓄电池组构成。
该系统的控制可以分为三部分，即MPPT（最大功率点跟踪）控制，DC／AC变频控制和充放电控制。
它主要实现的功能有：
在阳光充足的白天为电机-水泵负载提供最大限度的功率输出；而在阳光欠充足的清晨或傍晚时以最大限度的功率提供给蓄电池组充电；在没有阳光的黑夜和蓄水池已充满，不需提水时，具有充足电能的蓄电池组将为家用电器负载提供电源。
2，风光互补扬水-家用电源系统的匹配计算
由于风能、太阳能资源受地理环境条件、气象条件、气候条件影响，不同地区的风能、太阳能资源各不相同，准确的系统匹配是设计风光互补发电系统的关键。
风光互补发电系统的匹配计算是根据用户所在地区的气候资料，太阳日辐射、风频分布以及地理环境条件，并根据用户对用电的要求和用电保证率，来设计系统的各部分最佳匹配，使系统在最合理、最经济的条件下运行。
3，风光互补扬水-家用电源系统应用市场前景
中国是以煤炭为主要消费能源的国家。
较之以油、气为主的能源消费主流，能源结构很不合理。
在相当长的历史时期，中国曾把发展能源、交通作为国民经济的发展重点，对不可再生能源资源过度的开采和粗放型使用，不惜以环境污染作为代价，试图突破能源和交通对国民经济的制约，致使中国现在的能源开发面临着极大的挑战。
中国的风能、太阳能的利用刚进入起步阶段，潜力很大，特别是我国地域广袤，风能、太阳能资源丰富，开发利用的空间广阔。
截止2003年底，中国还有大约29000个村庄，700万户，2300万人口无电，分散居住在边远落后的贫困地区（资料来源：
2004年7月《中国光伏产业市场发展政策建议报告》）。
由于能源短缺，很多地方至今没有解决饮水和灌溉问题，特别是西部地区，由于气候干旱，土地荒漠化，草原退化的情况越来越严重，生态环境日益恶化，严重阻碍了农村经济的发展。
另一方面，西部边远地区很多地方地下水资源比较丰富，但利用率不高。
主要原因是缺乏电力供应。
西部边远地区的太阳辐射强，日照时间长，太阳能资源非常丰富。
因此，利用太阳能光伏扬水与照明综合系统开发较为丰富的地下水资源，解决这些贫困无电地区的人畜饮水和农牧业用水以及家用电器的用电问题，是一条既经济又可行的途径。
资料来源
[1]陈昆仑，赵争鸣等，光伏扬水与照明应用系统，中美清洁能源技术论坛，2003-11-24
[2]赵玉文，中国光伏市场分析及产业对策，2004，5，合肥
2003—2010年牧区饲草料灌溉工程建设规模（单位：
公顷）
省（区）
名称
2003年现有饲草料灌溉面积
2010年新增饲草料灌溉面积
饲草料灌溉面积总规模
饲草料灌溉总面积
节水改造续建配套面积
饲草料灌溉总面积
新建灌溉饲草料地
种植结构调整
人工改良草场灌溉面积
合计
其中：
采用新能源
灌溉的面积
合计
其中：
采新能源
灌溉的面积
小计
其中灌
溉农田
合计
其中：
采新能源
灌溉的面积
小计
独立
灌溉
照明兼
灌溉
小计
独立
灌溉
照明兼
灌溉
小计
独立
灌溉
照明
兼灌
溉
全国牧区
1023333
578267
667
534
133
2537333
1082333
324667
259734
64933
720667
298000
733333
146667
123000
14667
3560666
六省合计
853667
486773
468
376
92
2258734
988266
296886
237492
59374
563800
24666
706666
141334
127200
14134
3112401
内蒙古
309000
158000
267
214
53
495400
340600
101667
81334
20333
154800
66667
—
—
—
—
—
新疆
252667
164333
67
54
13
446667
304133
92800
74240
18560
60200
60000
82333
16467
14820
1647
新疆兵团
40000
40000
—
—
—
106667
28333
8333
6666
1667
45667
40000
32667
6533
5880
653
青海
56667
20000
67
54
13
380000
120667
36200
28960
7240
75000
33333
184333
36867
33180
3687
西藏
16667
13067
—
—
—
374667
55333
16333
13066
3267
49333
—
271000
54000
48600
5400
甘肃
26667
52000
67
54
13
190000
37667
11200
8960
2240
65333
13333
87000
17400
15660
1740
四川
152000
39333
—
—
—
265333
101533
30333
24266
6067
113467
33333
50333
10067
9060
1007
资料来源：
水利部呼和浩特牧区水利科学研究所；内蒙古水利厅农牧水利处；内蒙古畜牧厅草原处；新疆牧区草原生态保护水资源保障规划；新疆兵团办公室；
青海省水利厅农牧水利处；青海水利水电科学研究所；四川省水利厅；西藏自治区水利厅；
风光互补扬水-家用电源系统需求统计
地区
2003年现有
灌溉面积中
采用扬水-家
用电源系统
（公顷）
2010年新增饲草料灌溉面积
光伏需求计算
每口井用于人畜饮水后平均可灌溉面积（公顷）
平均需建井数量
（口）
每口井平均所需光伏数
（kW）
光伏总需求
（kW）
新建灌溉饲草料地
其中采用扬水-家用
电源系统面积
（公顷）
人工改良草场灌溉
面积其中采用
扬水-家用电源系
统面积
（公顷）
扬水-家用电源系
统面积合计
（公顷）
全国
133
64933
14667
79733
0.6
132888
0.5
66444
六省合计
92
59377
14134
73600
0.6
122667
0.5
61333.5
内蒙古
53
20333
—
20386
0.6
33977
0.5
16988.5
新疆
13
18560
1647
20220
0.6
33700
0.5
16850
新疆兵团
—
1667
653
2320
0.6
3867
0.5
1933.5
甘肃
13
2240
1740
3993
0.6
6655
0.5
3327.5
青海
13
7240
3687
10940
0.6
18233
0.5
9116.5
四川
—
6067
1007
7074
0.6
11790
0.5
5895
西藏
—
3267
5400
8667
0.6
14445
0.5
7222.5
※按照《光明工程》项目实施要求，无电地区分散农牧户用电量分高、中、低三个档次，日用电量分别为1.83，0.258，0.102kWh，以中等水平计算，每户平均需光伏组件100WP；
※有关灌溉面积和采用扬水-家用电源系统数据来自呼和浩特牧区水利科学研究所；
※每口井所需光伏数系根据典型调查所得数据和青海省水利水电科学研究所《水利部“948”计划技术创新与推广转化项目可行性研究报告》确定；
※该系统包括风力发电机，一般功率为300W。
六省（自治区）牧区饲草灌溉面积的现状和发展规划
调查统计说明
1，对国家水利部、六省（自治区）水利厅和水利研究部门的调查表明，六省（自治区）饲草料灌溉总面积为3112401公顷占全国牧区饲草料灌溉面积的87.41%（全国牧区饲草料灌溉面积为3560666公顷），六省（自治区）饲草料灌溉面积占全国饲草料灌溉面积大部分。
2，六省（自治区）牧区饲草料灌溉面积中适合采用新能源灌溉的面积为438668公顷，占六省（自治区）灌溉面积的14.09%，其中适合采用光伏水泵扬水灌溉面积为365068公顷，占采用新能源灌溉面积的83.22%；适合采用扬水-家用电源系统（灌溉兼家用电器供电）面积为73600公顷，占采用新能源灌溉面积的16.78%。
3，六省（自治区）采用新能源灌溉所需光伏组件为308712.5kWP，其中光伏水泵扬水灌溉需光伏组件为243379kWP，占六省区采用新能源灌溉所需光伏组件的79.87%，风光互补光伏扬水-家用电源系统灌溉需光伏组件61333.5kWP，占采用新能源灌溉所需光伏组件的20.13%。
4，采用光伏扬水需建井的总数为366046口；其中，光伏水泵扬水灌溉需建井243379口，占66.49%；扬水-家用电源系统需建井122667口，占33.51%。
边远社区其他光伏应用-风光互补扬水-家用电源系统应用
内蒙古调查案例
1，苏尼特右旗牧民宝日畜群点
（1），户名：
宝日畜群点
户主：
宝日
（2），地点：
苏尼特右旗桑宝力格苏木查干朝鲁图嘎查。
（3），人数：
11人（三户）
（4），住宅：
7间，215m2
（5），现有家用电器：
21寸彩色电视机1台，18寸彩色电视机1台，录音机2台，照明灯具14只，卫星电视地面接收系统1套，炊事用鼓风机1台，电话1台，家庭音响组合1套合计460瓦；拟新增125立升电冰柜2台，洗衣机1台，小型潜水泵（高效变频水泵550W）。
合计850W，如果停用其它大功率电器，可使用800W以下电饭锅等。
（6），现有牲畜：
牛20头、骆驼26峰、羊380只。
（7），人均年收入：
3600元。
（8），住宅处有普通筒井一眼，日蓄水量30吨，除供畜群点人畜饮水外，可灌溉菜地5至8亩。
（9），地理位置与自然环境：
该户距旗所在地赛汉塔拉镇45km，距桑宝力格苏木所在地10km，有草原自然公路相通，无沙地复盖，交通及自然环境一般。
（10），风光互补扬水-家用电源系统建立：
根据示范点上述情况，采用1kW风力发动机，400WP太阳电池组件，200Ah×4铅酸密闭电池，1000W/48V控制/逆变器组成风光互补扬水-家用电源系统，解决该点抽水和三户牧民的日常生活用电。
（11），系统结构图如下图所示。
（12），经费来源和使用：
系统设备，包括安装培训费3.5万元。
经费由用户自筹、贷款和地方扶贫资金解决。
（13），安装与维护
系统配置、设备安装和维护由苏尼特右旗光明工程有限责任公司承担。
（14），社会经济效益：
近年来，苏尼特草原面积不断减少，而牲畜头数的持续增加，导致单位草地资源载畜量不断增加（目前全区90%以上旗县天然草地超载），引起草地退化，草原生态环境不断恶化。
从内蒙古自治区水利厅2003年公布的“全区水资源量分布情况”可以看出，以苏尼特草原为代表的中、西部盟（市）有一定的可开采地下水资源。
由于牧区远离城市且地广人稀，电网难以到达，考虑到内蒙古地区有着丰富的太阳能和风能资源，因此利用丰富的太阳能资源，采用光伏发电，作为水资源利用的动力系统，在水资源允许的苏尼特草原地区，可以充分利用地表径流和抽取地下水，发展节水灌溉家庭牧场和适当灌溉天然草场，则提高了天然草场的承载力并减轻了其载畜压力，有利于天然草场的恢复与生态建设，也有助于自治区畜牧业的发展；另外，利用该光伏发电系统，可以解决偏远牧区群众的用电问题，提高他们的生活质量和牧民收入，促进就当地的经济发展和社会进步。
同时，从另一方面来说，利用新能源替代了柴油机或火力发电，则减少了温室气体排放，有利于减缓全球气候变化。
通过可再生能源作为水资源利用的动力系统或可再生能源发电，较好的实现了可持续发展与减缓全球气候变化的协调统一。
2，苏尼特右旗牧民车仁道尔吉畜群点
（1），户名：
车仁道尔吉畜群点
户主：
车仁道尔吉牧民
（2），地点：
苏尼特右旗都呼木苏木都呼木嘎查。
（3），人数：
5口人
（4），住宅：
3间，80m2
（5），现有家用电器：
25寸彩色电视机1台，录音机2台，照明灯具3只，卫星电视地面接收系统1套，家庭音响组合1套，102升电冰柜1台，合计460瓦。
（6），人均年收入：
3200元。
（7），住宅处有机井一眼，出水量40吨/小时，水面高度30m除供畜群点人畜饮水外，可灌溉菜地5至8亩。
（8），地理位置与自然环境：
该户距旗所在地赛汉塔拉镇35km，距呼和浩特-锡林浩特公路215公里处为5km，有草原自然公路相通，无沙地复盖，交通及自然环境一般。
（9），风光互补扬水-家用电源系统建立：
根据示范点上述情况，采用600W风力发动机，300WP太阳电池组件，200Ah×3铅酸密闭电池，1000W/36V控制/逆变器组成风光互补扬水-家用电源系统，解决该点抽水和牧民的日常生活用电。
在生产季节可带动单头剪毛机，小型粉碎机，牛奶分离器等机械工作，解决部分生产用电。
（10），系统结构图如上图所示。
（11），经费来源和使用：
系统设备，包括安装培训费3万元。
经费由用户自筹、贷款和地方扶贫资金解决。
（12），安装与维护
系统配置、设备安装和维护由苏尼特右旗光明工程有限责任公司承担。
3，苏尼特右旗牧民张勇畜群点
（1），户名：
张勇畜群点
户主：
张勇
（2），地点：
苏尼特右旗阿其图乌拉苏木马日根高勒嘎查。
（3），人数：
10人（3户牧民），共计10人。
住宅
（4），住宅：
9间、面积270m2
（5），3户现有家用电器：
18寸彩色电视机1台，18寸彩色电视机1台，录音机2台，照明灯具14只，卫星电视地面接收系统1套，炊事用鼓风机1台，电话1台，家庭音响组合1套合计460瓦；拟新增电冰柜1台，21寸彩色电视机1台，洗衣机1台，
（6），现有牲畜：
牛30头、骆驼5峰、马15匹、羊980只。
标准暖棚5间，面积130m2。
（7），人均年收入：
5800元。
（8），住宅处有管井2眼，井距住宅200米日蓄水量每眼70吨，井深12米。
种植饲料10亩。
畜群点有小四轮拖拉机1台、2020小汽车1辆、3马力柴油机一台、打草机两台，拟新增小型潜水泵（高效变频水泵550W）2台，小型桔杆粉碎机1台，电动羊毛剪1台，牛奶分离器1台，
（9），地理位置与自然环境：
该示范点距阿其留苏木20公里，有草原便道相通，近10年内不可能通常规电。
（10），风光互补扬水-家用电源系统建立：
根据示范点上述情况，采用1kW风力发动机，800WP太阳电池组件，200Ah×8铅酸密闭电池，3000W/48V控制/逆变器组成风光互补扬水-家用电源系统，解决该点抽水灌溉及其它动力用电需求和三户牧民的日常生活用电。
（11），系统结构图如上图所示。
（12），经费来源和使用：
系统设备，包括安装培训费5.6万元。
经费由用户自筹、贷款和地方扶贫资金解决。
（13），安装与维护
系统配置、设备安装和维护由苏尼特右旗光明工程有限责任公司承担。
4，内蒙古阿拉善左旗豪斯布尔都160kW《风光互补扬水-家用电源系统》开发项目
（1），豪斯布尔都自然概况
1），地理位置：
豪斯布尔都苏木位于内蒙古自治区阿拉善左旗西北部，北连巴彦诺日公苏木，东靠吉兰泰、锡林高勒镇，南接通古淖尔、查干布拉格、超格图呼热苏木，西邻阿拉善右旗、甘肃省民勤县，总面积7814平方公里。
其地理位置为东经104000’，北纬39040’。
距吉兰太镇110km，距最近的电网距离为90km。
2），地形地貌
豪斯布尔都地处内蒙古高原西部，地势西北高东南低，海拔在1339m至1437m之间。
巴彦乌拉山绵亘于东北缘，腾格里沙漠横贯西南部，北部为低山丘陵和复合沙山。
境内蕴藏有丰富的盐、硝、铁、铅、硅、石膏、水晶石等矿产资源，特别是硝、石膏的储量非常可观。
3），气象
豪斯布尔都属暖温带荒漠干旱区，典型的大陆性气候。
干旱少雨，蒸发强烈，四季分明，日照充足，冬季严寒，夏季炎热，春秋两季多风。
多年平均降水量150mm，主要集中在7～9月份，多年统计平均蒸发量为2200～2300mm，无霜期150天以上，全年日照时数达3800小时，光照强度为154.1kcal/cm2·年。
本地风大沙多，多西北风，一般风力7～8级，最大风力达12级，年平均风速为3.9米／秒。
近年来，沙尘暴出现频率高。
4），水资源及土壤条件
由于降水少蒸发旺盛，地势平坦，本地区无常年地表水流，仅在暴雨时期沟谷内有水流过，但时间短暂。
盆地地下水储量较为丰富、地下水系巴音毛道第四系岩洪冲，湖积含水岩组，含潜水及承压水、潜水单井涌水量大于100吨／天，承压水单井涌水量大于1200吨／天，埋深在40～150米之间，水位埋深200米以下水量极为丰富。
该地区除接受大气降水补给外，还接受南部第四系洪、湖潜水补给。
豪斯布尔都地区地势开阔平坦，土壤养分含量富足，肥力较高，极易开发。
5），社会经济状况
豪斯布尔都发展至今，建成饲草料基地1600亩，人工林1468亩，小型水库5座，天然梭梭残林50000亩，天然打草场24000亩。
2001年6月末，牲畜总头数81316头（只），其中：
牛54头，骆驼3499峰，绵羊12805只，山羊64692只。
财政收入完成200万元，农牧民人均可支配收入达2457元。
2，豪斯布尔都开发的必要性和可行性
1），概况
近年来，由于人为和自然等多种因素的影响，导致这一地区生态环境急剧恶化，不仅传统的草原畜牧业难以继续发展，而且连基本的生存条件也在逐年丧失。
近年来沙尘暴频繁，为此，为了保护生态环境，并使这一地区“生态贫民”能长期发展且达到脱贫致富的目的，当地政府决心实施“相对收缩，集中转移，退牧还草”的发展战略，把周边的“生态贫民”就近集中搬迁转移到生态条件相对较好的豪斯布尔都地区。
2），必要性
（1），如果继续发展传统草原畜牧业，不仅不能使农牧民脱贫致富，而且也不能实现可持续发展，只能是进一步破坏生态环境。
因此必须缩减草原畜牧业，实施退牧还草（林），寻求新的产业。
在豪斯布尔都地区，通过弃荒土地重新利用、开发矿产资源等多种形式将周边地区“生态贫民”集中搬迁至豪斯布尔都地区发展，既保护了生态环境，也调整了产业结构，既符合中国生态治理总体思路，也符合发展小集镇以积聚人口、产业的目的。
（2），在长期的生产、生活实践中，广大农牧民竭尽全力与严酷的生态环境抗争，亲身经历了为了维持生存、发展致使生态环境恶化速度加快的过程，而生态环境的持续恶化使许多地区失去了人畜生存的条件，并形成了恶性循环，有强烈搬迁的愿望。
（3），近些年，阿拉善左旗通过实施“沿山战略”，部分牧民群众得以搬迁转移，改善了生产条件，提高了生活水平，大多数牧民群众对转移致富有认同感。
（4），实施“相对收缩，集中转移，退牧还草”是保护阿拉善左旗以及首都北京环境的集中体现，不仅使阿左旗的社会经济、人民生活和生态环境发生显著的改善，而且将对缓解沙尘暴的危害以及减少进入首都北京的风沙有较大的积极作用。
（5），“‘相对收缩，集中转移，退牧还草”是走人口、经济、社会、环境、资源相互协调可持续发展的道路，对实现经济发展和环境建设的战略目标具有特别重要的意义。
3），可行性
（1），近年来，通过实施“沿山战略”为豪斯布尔都地区的开发提供了有益的经验。
（2），豪斯布尔都土地资源比较丰富，土壤为灰漠土，土壤养分富足，肥力较高。
（3），水资源条件好：
豪斯布尔都地下水量较为丰富，承压水单井涌水量大于1200吨／天，地下补水除接受大气降水外，还接受南部第四系洪、湖游水补给。
水质、水量均能满足饲草料基地的开发及小集镇建设。
（4），气候条件优越
豪斯布尔都一是太阳能资源丰富，无霜期长，适合于各种农作物的种植和生长；二是昼夜温差大，有利于作物积累糖份；三是大气、水土无任何污染，具有生产名、优、特色产品和绿色产品的优势。
3，豪斯布尔都地区生态治理开发的总体规划
“十五”期间，搬迁安置在豪斯布尔都农牧业人口5000人，减少牲畜20万头（只），减轻阿拉善左旗北部草场载畜量，逐步达到全面退牧的目的；将豪斯布尔都建设成为基础设施配套，社会功能齐全，科技服务体系健全，种养结构合理的现代化的新型人工生态绿洲。
生态移民工程2004年进入实施阶段，完成光伏通电工程；2005年进行打井、土地开发等；2005～200
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