应用案例：GRUNDFOS太阳能水泵如何拯救南非大型橄榄农场

应用背景

在南非连年轮流停电期间，蒙特鲁日橄榄庄园（Mont Rouge Olive Estate）的200公顷橄榄树难以灌溉。一个基于蓄水坝、重力滴灌和750千瓦光伏太阳能电池板（为格兰富水泵供电）的系统解决了这个问题。庄园主人皮特·库切（Pieter Coetzee）说道：“如果非洲所有农场都采用这种方式，那将是乌托邦。这不仅对非洲，对地球也是如此。”

Pieter Coetzee，Assegaay Bosch Ranch 的主人，也是 Mont Rouge 橄榄的生产商。

格兰富供货

格兰富为Assegaay Bosch Ranch的三个太阳能电站泵站提供了12台带变速驱动器的泵，总峰值功率为750千瓦（750 kWp）。这些泵包括大型格兰富NK端吸泵和一套配备格兰富CR95泵的增压机组。

此外，这些泵还与格兰富可再生太阳能逆变器（RSI）相连。逆变器将太阳能电池板的直流电转换为交流电，供泵运行使用。此外，格兰富PowerAdapt系统会自动确定由哪个电源——公共电网还是太阳能电池板——为泵供电。

概况

在南非干旱小卡鲁高原（Little Karroo）的中心地带，沿着一条蜿蜒尘土飞扬的土路行驶26公里，便来到一个偏远的山谷，坐落着蒙特鲁日橄榄庄园（Mont Rouge Olive Estate）。在丰收的年份，这片由阿塞盖·博世牧场（Assegaay Bosch Ranch）拥有和经营的橄榄园可收获2100吨橄榄，相当于约30万升橄榄油和数百公斤食用橄榄，这些橄榄由园内一家小型工厂生产。

12万棵橄榄树错落有致地分布在山谷和丘陵地带，覆盖着200公顷的土地，周围是连绵起伏的青山。这里的年平均降雨量仅为150毫米，但毗邻的鲁伊伯格山脉（Rooiberg Mountains）的降雨量却是这里的十倍。正是这两条河流滋养着种植园，河流汇入农场下方的蓄水坝。

在过去的十多年里，橄榄农场一直面临着如何以可靠的方式将水输送到橄榄树的挑战。以前，牧场将湖水抽上来，输送到滴灌系统。Assegaay Bosch 牧场的主人 Pieter Coetzee 解释说，当时只有一个相当大的问题。

“我们当时面临的是南非电力供应不足的问题，在南非，我们遭遇了所谓的‘限电’，实际上就是轮流停电，”他说道。这种停电已经持续了十多年，每天都会停两到四个小时。

“最近，我们甚至出现了每天停电12小时的情况。如果没有稳定可靠的电力供应，我们这里的抽水系统（750千瓦）根本无法灌溉所有的橄榄园。”

重力滴灌管道蜿蜒穿过橄榄树林。

农场“山”中途的蓄水坝之一。相邻的太阳能电池阵列为格兰富 CR 增压泵系统提供动力，该系统将水一直输送到最上面的蓄水坝。

如果农场想让水泵继续运转，就须使用柴油备用发电机。“这非常非常昂贵，”Pieter Coetzee说道。“这根本不可持续。”

农场经理Marnus Dippenaar表示，如果不使用柴油发电机，树木获得的水量只有其生长和生存所需水量的一半左右。

Pieter说：“显然，我们不能让树木枯死。如果不采取紧急措施，我们的大部分树丛都会枯死。我们须开发的是一套系统，这样我们就不必在电池上花费巨资。因此，我们决定迈向绿色。”

解决方案

格兰富CR增压系统。橙色交流/直流电源柜旁边是格兰富可再生太阳能逆变器驱动器，它将直流太阳能转换为交流电，供水泵使用。如果直流电不足，该装置将切换到交流电网供电。

这一绿色解决方案被认为是南非最大的单轴跟踪太阳能灌溉系统。三组（很快将增加到四组）光伏 (PV) 电池板阵列为每个阵列蓄水坝的格兰富水泵提供 750 千瓦的峰值功率。农场每天从水库抽取 3,000 立方米水，输送到农场中段的蓄水坝，然后再输送到农场最高点山顶的大型蓄水坝。这个人工湖的蓄水量为 50,000 立方米，相当于 20 个奥运会标准游泳池的水量。

“这座高原水坝实际上成了我们太阳能系统的‘电池’，”Pieter Coetzee 说。 “这个想法其实很简单。有了高度，就有了动力。一旦我们把水困在那里，只需打开一个阀门，就能利用重力滴灌给所有果园供水。这太简单了，简单到简直可笑。”

系统

“这个农场占地200公顷，种植着混合橄榄树，每一滴灌溉用水都经过太阳能水泵，”系统设计商兼供应商SAW Africa的首席执行官Hannes Van Niekerk说道。“这是一个非常易于维护的系统。”

Hannes表示，SAW Africa自2002年SQ Flex发布以来就一直在使用格兰富太阳能水泵。最初几年，它主要用于离网应用，例如畜牧业和功率约为2千瓦的小规模灌溉。“如今，我们可以建造功率超过1兆瓦（1,000千瓦）的系统。基本上，潜力无限。”

太阳能电池板为配备变速驱动器的格兰富水泵供电。该系统可以离网运行，或者在有电网的情况下以混合模式运行。 SAW Africa 首席技术官 Gerrit-Jan Cronselaar 表示：“它让我们能够在传统上无法抽水的地区进行抽水。而且，我们还能灌溉以前无法灌溉的田地。” 就 Assegaay Ranch 而言，它使得在漫长的白天绕过不可靠的电网电力成为可能。

橄榄农场的光伏系统的独特之处在于，太阳能电池板并非以固定角度安装。“我们想出的解决方案是使用单轴跟踪器，”Gerrit-Jan说道。“发电量取决于太阳能电池板朝向太阳的角度。使用单轴跟踪器，我们就像向日葵全天跟随太阳一样跟随太阳。这意味着，我们不再需要获得6个小时的太阳能发电量，而是可以获得11个小时的满负荷发电量。” Gerrit-Jan补充道，更长的发电时间提高了水泵的效率。“我们可以降低峰值需求，因为我们有更多时间来抽取所需的水。这是一个更具成本效益的解决方案。”事实上，与固定式光伏板结构相比，单轴跟踪器使农场在白天的供水量增加了30%。

格兰富 NK65-250 端吸泵将水从河流主水库输送到农场丘陵地带中部的蓄水坝。泵在湖中的浮动结构上运行。

SAW Africa 首席技术官 Gerrit-Jan Cronselaar

成果

光伏灌溉系统于2021年安装完毕。它的好处体现在方方面面。

“它真是太棒了。它很清洁。而且随时可用，”Pieter Coetzee说道。“我认为，今天我们站在这里，完全可以称得上是碳中和，甚至可以说是负碳。我们种植了200公顷的橄榄树。我们生产的电力超过了消耗的电力。这简直无可比拟。绝对无可比拟。”

有了这套系统，农场经理马努斯·迪佩纳尔（Marnus Dippenaar）表示，他很高兴告别了繁重的定期维护。“再也不会发生管道爆裂了，”他解释说，以前的水泵每次来电都要重新启动，这会带来真空问题、水锤等等。“以前大概一周爆一两次管道，每次我们都要去修理。但自从我们安装了这套系统后，只发生过一次管道爆裂，之后就没再发生过。一年半过去了，我们再也没有遇到过管道爆裂的问题。”

此外，蓄水坝可以让任何沉积物沉到底部，这意味着滴灌管道充满了“优质柔软的水”，不容易堵塞。

“你可以喘口气了，”他说，“你不必太担心水，因为你知道水已经够用了。水够用了。你可以专注于其他事情——而不是水。”

Pieter Coetzee说道：“你可以想象一下，在未来20年内，我们将拥有13到12年的免费电力。这本身就是一笔巨大的节省。而且，更棒的是，你的太阳能电池板和水泵系统将进入资产负债表的首位。因此，它变成了一项资产，而不是一项负债，否则你就得每月向电力供应商支付电费。这绝对是合理的。”

他继续说道：“如果非洲所有的农场——无论是个体农场、大型商业农场，还是自给自足的农民——都走这条路，那将是乌托邦。这不仅对非洲，对整个地球都是如此。”

奈杰尔·索普（Nigel Thorpe）从山上的瞭望台俯瞰橄榄树林。

Assegaay Bosch Ranch农场经理Marnus Dippenaar、SAW Africa首席执行官Hannes Van Niekerk以及格兰富销售工程师