關于溫室鈉燈補光系統的經濟分析

李思博，杜孝明（農業農村部規劃設計研究院設施農業研究所，農業農村部農業設施結構工程重點實驗室，北京 100125）

目前，設施農業在國內蓬勃發展，受眾多投資者的青睞，越來越多的荷蘭高檔溫室進入國門。國外宣稱“補多少光就增加多少產量”，這建立在標準的荷蘭模式之上，即高投入、高產出，匹配的是荷蘭數代人積累的種植經驗。而國內設施農業發展時間并不長，經驗與工藝積累并不深，實際產量很難達到國外同等溫室能達到的峰值。因此，如何匹配國內的種植工藝及經驗，合理選擇溫室配置，循序漸進發展，成為一個值得探討的問題。

眾所周知，荷蘭的陽光資源匱乏，遠遜于國內平均光照水平。在現代溫室生產中，盈利是產業良性發展的首要動力。而增加補光系統，不僅需要考慮前期成本投入，還需要考慮運行成本支出，因此在項目前期做好精準的經濟分析將格外重要。文章將從溫室頂部高壓鈉燈補光系統的設備投入成本、生產運行成本、綜合計算3 個方面進行經濟性分析。

設備投入成本

計算條件

以1 棟144 m×72 m、肩高5.5 m、桁架底高4.7 m 的玻璃溫室作為典型溫室計算模型，選取額定電壓380 V、額定功率1032 W 的農用高壓鈉燈作為補光燈具，工作面高度0.8 m，提出光合作用光子通量密度不低于150 μmol/（m2·s）的需求。

補光空間建模

廠家給出使用該燈具的平均照度達到11500 lx即可滿足光合作用光子通量密度150 μmol/（m2·s）的要求，因此使用DIAlux 軟件進行光環境模擬，結合連棟溫室特點的補光燈布置方案見圖1、補光燈點照度值見圖2。

設備投資概算

圖1 補光燈布置方案

圖2 補光燈點照度值/lx

根據補光燈布置進行電氣工程初步設計。共990 盞補光燈，總安裝負荷為1021.7 kW，功率因數為0.9，補償至0.95，采用2 臺630kVA箱式變電站，負載率為87.2%；每99 盞高壓鈉燈配套1 臺控制柜。出控制柜垂直方向敷設150 mm×50 mm 金屬線槽，垂直于桁架方向布置50 mm×50 mm 金屬線槽；補光燈干線采用YJV-1kV-4×6，支線采用YJV-1kV-3×2.5，均沿金屬線槽敷設，出線槽后穿可彎曲金屬導管KJG20 敷設。主電纜采用YJV22-1kV-3×185+2×95 直埋敷設，入戶處穿電纜保護管。典型溫室補光系統主要設備材料見表1。使用廣聯達概算軟件進行補光電氣工程概算見表2，得出初期投資M1為3571854.65 元。

生產運營成本

年運行成本

年運行成本可按公式（1）進行計算。

M2：年運行成本（元）

表1 典型溫室補光系統主要設備材料表(材料價格綜合參考北京造價信息及市場價）

表2 典型溫室補光系統電氣工程費用表

P：總安裝負荷（kW）

D：年運行天數（天）

h1：高峰電價時段補光小時數（h）

h2：平價時段補光小時數（h）

h3：低谷電價時段補光小時數（h）

m1：高峰時段電價[元/（kW·h]

m2：平價時段電價[元/（kW·h]

m3：低谷時段電價[元/（kW·h]

假設該補光系統用于番茄種植，每年補光90 天，綜合參考北京郊區農業生產用電時段和電價，7:00～9:00 補光2 h 對應電價為0.6005 元/（kW·h），17:00～18:00 補光1 h 對應電價為0.6055 元/（kW·h），18:00～19:00 補光1 h 對應電價為0.9042 元/（kW·h），根據公式1 可計算出年運行成本為250176.53 元。

全周期運行成本

全周期運行成本可按公式（2）進行計算。

M3：全周期運行成本（元）

Y：溫室使用年限（年）

S：維護成本（元）

溫室使用年限Y 按照20 年進行計算，補光燈壽命遠大于運行時間，因此無需考慮維護成本S，則上述補光系統全周期運行成本為5003530.54 元。

綜合計算

全周期補光總成本可按公式（3）計算。

M4：全周期補光總成本（元）

按公式（4）計算單位面積平均成本。

M：單位面積平均成本[ 元/（年·m2）]

S：溫室面積（m2）

通過計算，上述補光系統全周期補光總成本為8575385.19 元，單位面積平均成本為41.36 元/（年·m2）。

結論

以上述假設條件進行補光后，若產量及品質的提升所帶來的收益大于41.36 元/（年·m2），則設置補光系統有價值。文章提供的經濟分析的方法，旨在指導用戶合理設置補光系統，補光光合作用光子通量密度不為150 μmol/（m2·s）時，可用同樣的方式進行估算。