第１期 ２０１４年１月 广东水利水电 ＧＵＡＮＧＤＯＮＧ ＷＡＴＥＲ ＲＥＳ０ＵＲＣＥＳ ＡＮＤ ＨＹＤＲ０Ｐ０ＷＥＲ Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２０１４ 风力提水装置应用与研究术 刘 敏 （广东省水ｉｆ，０水电科学研究院，广东省水利重点科研基地，广东广州 ５１０６３５） 摘要：利用风力提水要比风力发电容易实现，因为风力提水只是依靠天然风资源完成向上提水的作业，机械结构简 单、成本低廉、操纵和维护方便。针对广东台风多、强度大的特点，项目组通过６年的试验和不断改进，解决了风车抵 御台风的难题；经过２年超强台风的实际考验，证明完全适应于广东沿海地区。 关键词：风能；风力机；提水装置；应用研究 中图分类号：ＴＫ８３ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００８—０１１２（２０１４）０１—０００４—０４ １项目背景 ２００６年５月２０日，广东省水利厅科技计划项目 广东省风能资源非常丰富，全省有逾４ ３００ ｋｍ海 岸线和上千个岛屿均拥有得天独厚的风能资源优势。 将风能转换为能够利用的能量时，最普通和最有效的 方法就是发电和提水，利用风力提水更比风力发电容 易实现，因为风力提水只是依靠天然风资源完成向上 提水的作业，机械结构简单、成本低廉、操纵和维护 方便，所以，风力提水机很容易得到广泛的应用。广 东省尤其是水利行业未闻风力提水机的应用报道，作 《风能提水装置研究与应用》获得批准立项。２００７年６ 月１０日，厅农电局委托雷州市水利水电建筑工程公司 在雷州市南兴镇开展风力提水项目试点，至此《风能 提水装置研究与应用》项目正式启动，并进行选点和 基础建设工作。 ２风力提水装置应用研究 ２．１第一阶段失败原因分析 ２００８年２月２８ Ｅｌ，采用沈阳双环泵业有限公司 为经济发展大省，风能资源如此丰富，有必要尽早开 展类似应用研究，以推广应用风力提水机组，它将对 广东的水利、农业、渔业和副业生产的发展具有重要 的意义。 生产的泵体，研制完成第一套风能提水装置，并投入 运行。由于存在设计和制造方面的缺陷，被强台风 “黑格比”损坏后，停止运行，项目暂时停止。至此， 项目进行的第一阶段基本上是失败的，得到的经验教 训主要是：设计的风车不能抵御台风（见图１）。 ２００６年２月１５日，湛江市人民政府以《关于湛江 市当前抗旱有关问题的紧急请示》（湛府［２００６］９号） 上报省人民政府，请求省支持的有关事项中有一条： “恳请省农业厅和省水利厅尽快在我市分别开展太阳 能抽水试点和风力抽水试点”。省府办公厅随即批转 省水利厅要求研究解决。２００６年３月６日，广东省水 利厅《关于在湛江市开展风能提水试点工作的意见的 函》（粤水电函［２００６］１０９号）上报省政府办公厅，表 示：“尽快推进该项工作”。２００６年３月２１日，广东 省水利厅以《关于邀请派员参加风能提水项目组的函》 （粤水农电函［２００６］９号）行文省发改委和省财厅，要 求派员参加风能提水项目组。 此后，项目组先后召开专题会议，研究项目推进 中存在的问题，经过现场调查和多次会议研究，认为 第一套风车装置除塔架基础和蓄水池可以经过改造再 利用外，确认整套风能提水装置系统已无再利用的价 值，需作报废处理。具体原因为：①叶片设计的材料 强度不够，被当年１０月的强台风损坏；②提水装置的 拉杆设计不合理，致使拉杆下压时，弯曲变形，影响 系统的正常运行；③泵体活塞缸密封的设计和材料选 用不合理，造成提水效果不好；④风力机已被台风损 毁，传动装置、塔架、拉杆及管道等设备已严重锈损， 活塞泵功能失效。 收稿日期：２０１３一ｌ１—２４：修回日期：２０１４一Ｏ１—０９ 作者简介：刘敏（１９５８），男，工学博士，教授级高工，武汉大学硕士研究生导师，主要从事水利量测、仪器仪表、自 动控制及安全监测的技术设计、咨询、检测、施工及研发工作。 广东省水利科技计划项目：风能提水装置研究与应用（编号２００６—０８） ・４・ ２０１４年１月第１期 刘敏：风力提水装置应用与研究 Ｎｏ．１ Ｊａｎ．２０１４ ３．３试验结果 １）试验现场主要是３级（３．４～５．４ ｍ／ｓ）和４级风 速（５．５～７．９ ｍ／ｓ），所占比例为５５．７０％＋２９．７５％＝ ８５．４５％。提水量在中风约５ ｍ／ｓ风速和５ ｍ杨程下， 出水量大约为４ ｌＩｌ ／ｈ。 ２）微型功率（＜１ ｋＷ）风能提水装置适合农田 灌溉。 ３）该试验装置的提水性能较好，达到了预期 目的。 风能提水系统见图６。 图６风能提水系统示意 ４成果特点及应用前景 ４．１成果特点 通过研究与应用，在关键技术方面取得了阶段性 的重大突破。 １）风车的提水效益是明显的。观测记录结果显 示：提水量在中风约５ ｍ／ｓ风速和５ ｍ杨程下，出水 量大约为４ ＨＩ ／ｈ。 ２）研究应用的风车解决了抵御台风的目的。例 如，经受了２０１２年强台风“杜苏芮”（Ｄｏｋｓｕｒｉ）、“启 德”及２０１３年超强台风“尤特”和“天兔”的考验。 ３）研究应用的提水泵解决了漏水和效率低等 问题。 ４）所选用的材料与防锈措施，较好地解决了沿海 地区的强腐蚀性问题。 ４．２推广应用前景 １）在农田灌溉中的应用。在我国，农业是基础产 业，粮食的生产至关重要。许多区域由于能源短缺等 原因，限制了灌溉面积的扩大。据估算，有２／５的耕 地得不到有效灌溉，从而严重制约着我国农业生产。 利用风能资源，进行风力提水灌溉，有利于中低产田 灌溉。在我国三北（东北、西北、华北）和沿海地区， ６０％的地区蕴藏着丰富的风力资源，所以开发风力提 水灌溉是这些地区发展农业生产的一条重要途径。 ２）在小型梯级电站中的应用。在发展抽水储能电 站的政策上，除关注新建大型抽水储能电站的建设外， 还应关注修建一些小型抽水储能电站。我省是小水电 大省，全省有九千多宗水电站，多半是梯级电站，建 造在河流上。若能把这些河流上的梯级电站改成抽水 蓄能电站，那可以大大增加发电量。因为它们都是梯 级的，只要把下面的水抽上去就行了。利用风能抽水， 是很容易做到的。我省的风能资源是很好的，应先在 我省建设一个由“风能＋水能＋抽水储能电站”试验 点，充分利用清洁和可再生的自然能源。风力抽水储 能可以将风能转换水能储存起来，实现风能和水能资 源的最大化开发利用。通过风力、水力的配合运行， 对风能资源丰富的区域电网具有重要意义。 ５结论和建议 ５．１结论 项目组通过６年的试验和不断改进，解决了风车 抵御台风的难题，经过２年超强台风的实际考验，完 全适应于广东沿海地区。由改进后的风车和水泵所构 成的风力提水装置，解决了漏水和效率低等问题。 ２０１３年３月２７日，该项目通过了专家组的验收。 ５．２建议 １）为了避免或减少泥沙进入水泵，在风能提水装 置的基础设计和实施中，在水泵的引水管前，必须建 设沉沙池；另外，进水池的底部与水泵的进水口应有 一个合适的安全距离，使得水泵进水时的水流不至于 扰动进水池底部的泥沙。 ２）为解决活塞卡阻问题，建议在水泵的连杆上设 计一套手动装置（类似手柄杠杆），卡阻时摇动手柄即 可解决，无需拆卸泵体进行处理。 ３）要充分显示出风能提水的规模效益性，必须在 灌溉区的河岸不同地点、不同风速条件下成规模地安 装一批不同型号组合的风能提水装置，这样既可以降 低工程造价，提高规模效益，也不会因某一台装置出 故障而影响提水灌溉。 参考文献： ［１］ 广东省水利厅农电局．风能提水装置研究与应用技术报 告［Ｒ］．广州：广东省水利厅农电局，２０１３． ［２］ 张希良．风能开发利用［Ｍ］．北京：化学工业出版 社，２００５． ［３］ 程荣香，张瑞强．我国利用风能提水灌溉的发展前 景［Ｊ］．农村能源，１９９８（５）：２５—２７． （本文责任编辑王瑞兰） ・７・