基于作物安全性的農(nóng)業(yè)溫室綜合能源系統(tǒng)低碳控制方法

何欣 楊勇 高敬更

摘 要： 農(nóng)業(yè)溫室綜合能源系統(tǒng)（agricultural greenhouse integrated energy system，AGIES）需深入考慮作物安全生長環(huán)境條件，優(yōu)化調(diào)控多源設備功率，實現(xiàn)系統(tǒng)經(jīng)濟、低碳運行。提出了一種基于作物安全性的AGIES 低碳控制方法，構建含電、氣、熱AGIES 供能架構，建立各農(nóng)業(yè)設備功率模型，闡明能量流和功率耦合設備的能量轉(zhuǎn)換機制。研究農(nóng)作物生長的光照、溫度、供水安全邊界條件，提出作物的日光照量與小時光照量合理范圍、室內(nèi)恒溫供熱功率范圍、科學供水用電功率范圍與用電時間范圍，并采用數(shù)學模型詳細描述。提出了電、氣、熱碳排放核算指標，建立綜合運行成本和碳排放成本最低的功率優(yōu)化控制模型，采用粒子群算法求解，得到優(yōu)化用能方案。通過算例仿真驗證了所提方法的可行性和有效性。

關鍵詞：農(nóng)業(yè)溫室；綜合能源；作物安全；碳排放；調(diào)控運行；低碳控制；設施農(nóng)業(yè)

中圖分類號：S625文獻標識碼：A文章編號：2095-1795（2024）01-0056-08

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.01.010

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高度集成化、智能化的農(nóng)業(yè)溫室大棚是現(xiàn)代設施農(nóng)業(yè)的重要發(fā)展方向[1]。含電能、熱能、燃氣能等多種能源的農(nóng)業(yè)溫室，通過多能源間的協(xié)調(diào)互補機制可提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和降低碳排放量[2]。在生態(tài)環(huán)境方面，能進一步優(yōu)化農(nóng)村能源結(jié)構，減少能源衰竭和環(huán)境治理的雙重壓力；在農(nóng)業(yè)安全性方面，能實時調(diào)控作物生長條件，保證農(nóng)作物安全生長；在經(jīng)濟性方面，實施精準種植，降低了購能成本與碳排放成本，提高產(chǎn)能，增加農(nóng)民的生產(chǎn)收益。

農(nóng)業(yè)溫室綜合能源系統(tǒng)（agricultural greenhouse?integrated energy system，AGIES）的供能架構主要包含電能流、熱力流、燃氣或沼氣流，通過功率轉(zhuǎn)換設備實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換。邊輝等[3] 針對多農(nóng)業(yè)園區(qū)AGIES 提出了中樞解耦和演化博弈算法，求得農(nóng)網(wǎng)與園區(qū)最佳的電能交換功率，園區(qū)內(nèi)以運行成本和用戶滿意度為目標，考慮LED 補光因素、溫室大棚恒溫條件，通過控制多能源的功率保證作物安全性，也降低了用能成本。付學謙等[4]、FU Xueqian 等[5] 考慮了作物生長環(huán)境因素與能源運行的耦合關系，詳細構建了溫室太陽能的輻照強度和溫室光伏功率數(shù)學模型和溫室調(diào)溫數(shù)學模型，以能源安全和作物安全的雙重安全目標，計算農(nóng)業(yè)安全和能源安全的邊界條件，為溫室安全運行提供了借鑒。