太阳能光伏提水系统与传统提水系统成本对比分析

第2期总第216期2018年3月浙江水利科技
Zhejiang Hydrotechnics
No.2 Total No.216
March2018
太阳能光伏提水系统与传统提水系统
成本对比分析
邱昕恺，卢成
(浙江省水利河口研究院，浙江杭州310020)
摘要：光伏提水是以太阳能作为动力，带动水泵提水的应用系统，是缺水、缺电地区解决农业灌溉问题及 促进农业生产发展的重要方式。

提水成本是其技术推广时的重要指标，通过分析与对比光伏泵与各类提水系统的 提水成本可知，光伏提水相对于市电和柴油取水，设备购置成本较高，但运行成本明显较低，最终使得多年分担 的吨提水成本较低，相关数据可为推广光伏提水提供依据。

关键词：太阳能；光伏提水；成本分析
中图分类号：S274.1 文献标识码：A文章编号：1008-701X(2018)02-0010-03
DOI：10. 13641/ki.33 - 1162/tv.2018. 02. 003
The Comparative Analysis on Costs of Solar and Traditional Water Pump Systems
Q lU X in-kai, LU Cheng
(Zhejiang Institute of Hydraulics and Estuary, Hangzhou 310020, Zhejiang, China)
Abstract: Solar water pump system utilizes solar energy to lift water, which can help solving the irrigation problems especially in power - shortage areas and raise the local agricultural production. The cost of w ater pump system is an important factor in technological promotion. The comparative analysis presents that solar water pumps had higher equipment purchase cost and considerably lower operation cost per year when compared with grid power water pumps and diesel pumps. When the total cost is apportioned t» years, the annual cost of unit water lifting for solar water pump system is much lower, which can support its promotion.
Key words：solar system；solar water pump system；comparative analysis on costs
光伏提水系统亦称太阳能提水系统，是指利用太阳能 作为动力，带动水泵从深井、江河、湖塘等水源提水，可 为缺水、缺电地区百姓解决生产、生活中缺水的间题。

尤 其是占我国国土面积1/2以上的东北、西北、华北地区以及 青藏高原，太阳能资源丰富[1]，适宜使用光伏提水，如刘 家宏等[2]于青海湖开展光伏提水微喷灌系统的经济及技术 条件研宄，程荣香等[3]在内蒙古自治区进行光伏提水灌溉 试验示范等。

在非缺水地区也适用太阳能光伏提水系统，如杨志斌等[4]论证了在海南农业推广太阳能光伏提水灌溉 的可行性。

浙江省目前大力推进“四个百万”高效节水灌 溉工程，光伏提水灌溉可以解决由于地形原因造成局部缺
收稿日期：2017-04-27
基金项目：浙江省省属科研院所扶持经费项目（编号：2016F40002)。

作者简介：邱昕恺（1990-),男，助理工程师，硕士，主要从 事农田水利研宄。

•10-水、少电的坡耕地和林园地的2个百万亩灌溉问题。

联合国国际开发署（U N D P)、世界银行（W B)、亚 太经社会（ESCAP)等国际组织先后充分肯定了光伏提水 系统的先进性和合理性，并已为许多贫困地区加快脱贫步 伐，但是由于技术、成本等原因，该行业发展还不充分，发展空间很大。

其中成本的分析是其推广的重要指标，本 文基于2016年浙江省科学技术厅“太阳能光伏提水灌溉研 宄”项目（编号2016F40002)进行相关研宄，得到成本对 比分析数据，可为浙江省推动太阳能光伏提水系统提供科 技支撑。

1研宄方法
1.1研究场地
研宄在浙江省灌溉试验中心站进行，位于杭州市萧山 区一浙江省水利围垦高科技农业园区内，北纬32°52',东经120°1(T，平均髙程7.00 m,区域年平均降水量1 320.5 mm，平均气温16.1 °C,试验水源为试验站北侧河道，供电
邱昕恺，等：太阳能光伏提水系统与传统提水系统成本对比分析
使用杭州市萧山区市电；多年平均年日照时长1 765 h 。

1.2研究方法
(1) 购置成本分析：通过比对采购市电水泵（国产与 进口）、柴油机水泵、以及离心光伏栗（国产与进口），
分析购置成本。

(2)
年运行成本分析：通过水泵参数，计算相同提水 量情况下的年运行费用，包括能源费、人工费以及维护费。

(3) 吨提水成本分析：结合购置费用以及年运行成本,
计算吨提水费用。

通过多年分担成本，提出不同使用时间
后，不同类型水栗的年度成本。

2
成本计算
每天满频率工作时间6 h ,流量为40 t /h ,有效消耗功率公 式为：
P
= mgh / T (1)
式中：户为功率，kW ; w 为水的质量，kg ; g 为重
力加速度，m /s 2; A 为扬程，m ; T 7为时间，min 。

根据上式计算 40 000X 9.8X 50 / 3 600 = 5.44 kW ,可
得有效消耗功率为5.44 kW 。

取普通离心泵加权效率心=25%,普通离心泵工况效
率；/2 = 40%。

2.2设备购置成本
市电水泵设备购置成本，包括变压器、电控柜、水泵2.1
3部分，柴油机整#泵纟且采购，光伏水泵成本包括水泵、控设备工况扬程50 m ,输水距离30 m ,日提水量2401,
制器、支架及太阳能板4部分。

设备购置成本见表1。

表1
水泵购置成本表
序号
类型
组成部分价格/万元
合计/万元
设备寿命/a
变压器
4.50101
市电水泵（国产）
电控柜0.35 5.5510水泵0.703变压器
4.50102
市电水泵（进口格兰富）
电控柜0.35 6.2515水泵
1.4053
柴油机
柴油机泵组0.550.552国产离心泵0.653控制器
1.20
104
离心光伏水泵
支架 2.1015.71
15太阳能板11.7615进口水泵 1.404控制器
1.20
105进口光伏水泵
支架 2.1016.46
15太阳能板
11.76
15
2.3年运行成本
皮带传送效率80%,每天取水2401,每年取水120 d ，可得
根据试验实际情况，市电0.60兀/ (kW ■ h )、柴油 水栗年运行成本（见表2)
6.10元几（密度0.82)、柴油机比油耗& = 0.31^(1^_11), °
表2
年运行成本表
序号类型 能源费/(万元/a )
人工费/(万元/a )
维护费/(万元/a )
供水量/ (t /a )
合计/ (万元/a )
1国产市电水泵0.780.300.1528 800 1.232进口市电水泵0.780.300.1528 800 1.233柴油机泵 3.590.600.1528 800 4.344国产离心光伏泵0.000.15 (防盗看护）0.1528 8000.305
进口离心光伏泵
0.00
0.15 (防盗看护）
0.15
28 800
0.30
注：①年市电水泵电费=CP /仏）X
8X 120X 0.6 =0.78万元；②年柴油动力费用=(P /0.8X n 2)X g /0.82X 6.1X 8X 120 =3.59万元• 11-
邱昕恺，等：太阳能光伏提水系统与传统提水系统成本对比分析
国产市电水泵进口市电水泵柴油机泵组国产光伏水泵进口光伏水涛
图1购置费与年度运行费对比图
3.1.1传统提水与太阳能光伏提水对比
①购置成本方面，柴油机的购置费明显低于市电水栗 与光伏水泵；光伏水泵的价格（15万〜17万元）为市电水 栗（5万〜7万元）的2.6〜2.8倍，主要价格差距在于光伏 水泵需配备太阳能板（11.76万元）。

②年运行成本方面， 柴油机的年度运行费（4.34万元）明显髙于市电水栗及光 伏水泵，为市电水栗的3.5倍，是光伏水泵的14.5倍；光 伏水泵由于无需能源费，人工费仅需防盗看护费用，年度 运行费用最低。

3.1.2进口水泵与国产水泵对比
进口市电水泵购置费比国产高12.60%，进口光伏水栗 购置费比国产光伏水泵高4.77%，运行维护成本相同；进口 产品价格虽髙，但进口市电水泵控制柜寿命为15 a ,比国 产高5 a ;进口光伏泵的水泵寿命为4 a 比国产高出l a 。

3.2多年分担吨提水成本
对比不同水栗的多年分担吨提水成本结果见图2。

总体 而言，光伏提水系统虽然运行成本较低，但受高购置成本 限制，多年分担后吨提水成本相较传统提水优势不大。

3.2.1传统提水与太阳能光伏提水对比
①市电水泵（使用年限5 a 以上），至第5年吨提水成 本下降290%〜301%。

由于使用年限长，其吨提水成本下 降至小于0.80元/m 3后，依旧可以以低成本运行5〜10 a , 经济效益相较其他类型水泵最高。

②柴油机由于购置成本 最低，年度运行成本最髙，多年分担购置成本后，吨提水 成本依旧以年度运行成本为主，降幅较小。

至第2年，其 吨提水成本已超过市电水泵；至第4年，已超过光伏水泵。

③光伏水泵由于年度运行费用最低，购置成本最高，多年 分担购置成本后，吨提水成本降幅最大。

进口光伏水泵（使 用年限4 a )，至第4年吨提水成本下降380%;国产光伏水 泵（使用年限3 a )，至第3年吨提水成本下降290%。

虽然 降幅最大，但由于使用年限限制，在成本下降后，难以继 续使用。

3.2.2进口水泵与国产水泵对比
①进口水泵与国产水泵的吨提水成本随着分担年份的 增加逐渐降低。

因进口市电水泵与国产市电水泵成本差距 较大，进口市电水泵的购置成本得到多年分担后，其吨提 水成本降幅明显（逐步接近国产水泵）。

②光伏水泵因进口 产品与国产产品购置成本差距不大，多年分担购置成本后， 吨提水成本依旧接近，进口产品比国产产品高约4%。

4结论
总体而言，光伏水泵的购置成本髙于传统水泵，年运
行成本低于传统水泵；进口水泵普遍比国产水泵购置成本 髙，运行维护成本接近，但使用年限更长。

（下转第21页)
3.1购置成本与年度运行成本
对比不同水泵的购置成本与年度运行成本结果见图1。

总体而言，光伏水泵的购置成本高于传统水泵，而年运行 成本低于传统水泵；进口水泵普遍比国产水泵购置成本高， 运行维护成本接近，但使用年限更长。

^^^购置费-■一年度运行费
6
432
1 a分担
2 a分担
3 a分担
4 a分担
图2多年分担吨提水成本图
5 a分担
18
5
2.4吨提水成本
数x 年提水总量），可得多年分担成本后吨提水费用（见根据费用公式=(设备造价+年数x 年合计费用）/(年
表3)。

表3
吨提水成本表
元/m 3序号类型1 a 分担2 a 分担3 a 分担4 a 分担5 a 分担1国产市电水泵2.351.391.070.910.812进口市电水泵2.591.511.150.970.863柴油机泵1.701.601.571.551.554国产其它光伏水泵5.562.831.921.471.205
进口光伏水泵
5.82
2.96
2.00
1.53
1.25
结果与分析
□国产市电水泵□进口市电水泵0柴油机泵□国产光伏水泵B
进口光伏水泵
展/
鹉
§«价
•12
*
陈敏芬，等：莲花溪流域系统治理概述
从河道治理前后典型月份指标数据对照来看，洋溪交 界断面高锰酸盐指数从7.600 mg /L 下降至1.980 mg /L ，削 减了 73.9%,氨氮从10.500 mg /L 下降至0.105 mg /L ,削减 了 99.0%,总磷从 1.920 mg/L 下降至 0.035 mg /L ,削减了
高锰酸盐指数
98.0%。

新安江入口断面高锰酸盐指数从3.600 mg /L 下降至 1_340 mg /L ,削减了 62.8%,氨氮从 4_280 mg/L 下降至 0.057
mg /L ,削减了 98.7%,总磷从 0.998 mg/L 下降至 0.055 mg /L ,
削减了 94.5%。

典型断面整治前后指标变化见图2。

整治前整治后
图2典型断面整治前后指标变化图
系统治理将“五水共治” “三改一拆”、新农村建设 等工作有机结合，不仅改善了河道生态环境和村庄的人居 环境，也促进了流域农村经济的转型，带动形成新的经济 增长点。

据2015年统计，当地新増民宿、农家乐20余家； 新推出岩山地块开发项目、石灰山铁皮石斛体验基地项目、 铁皮石斛深加工项目等8个招商项目，当地农民人均收入 增长11%。

5意见或建议
进一步强化建后管护的长效机制，加强“河长制”工作，
设立民间河长，发挥河长制信息化手段，建立保洁、护水、 护鱼，防控的信息化智慧管理平台，加大宣传力度，营造 全民爱水、护水、管水的氛围，巩固提升治水成效。

探索 适合的共治模式，积极调动当地群众和龙头企业的积极性， 吸引社会资本发展生态休闲农业和村庄精致提升，走出一 条绿色发展的道路。

(责任编辑
郎忘忧）
(上接第12页）
(1)
太阳能光伏水泵的购置成本由于需配备太阳能板，
远高于市电水泵与柴油水栗；但由于无需能源费，人工费 也仅需防盗看护，年度运行成本最低。

太阳能板的研发以 及成本的降低，是降低太阳能光伏水泵的主要方法。

(2)
太阳能光伏水泵的进口产品与国产产品成本差
距较小，但进口产品的使用年限（4 a )高于国产产品（3 a )。

由于太阳能光伏水栗随着使用年限的增加，其多年分担的 吨提水成本降幅远大于市电水泵与柴油水泵。

增加光伏水 泵的使用年限，可以明显提高经济效益，且经多年分担成 本，有望使其成为吨提水成本最低的水泵类型，发展潜力
巨大。

参考文献：
[1] 刘伟，吴永忠，刘惠敏，等.太阳能光伏提水节水灌溉技术
[J ].节水灌溉，2004(5): 49-50.
[2] 刘家宏，徐鹤，王浩，等.太阳能光伏水泵提水灌溉修复草场
的水资源要求[J ].干旱区资源与环境，2013(6): 20-25.
[3] 程荣香，张瑞强.光伏提水技术在农作物灌溉上的应用[J].
可再生能源，2008(1): 72-73, 78.
[4] 杨志斌，林青青，黎勇，等.太阳能光伏提水系统在海南农业
中的应用[J ].热带农业科学，2013(2): 98-101.
(责任编辑 郎忘忧）
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