基于作物安全性的農業溫室綜合能源系統低碳控制方法

何欣 楊勇 高敬更

摘 要： 農業溫室綜合能源系統（agricultural greenhouse integrated energy system，AGIES）需深入考慮作物安全生長環境條件，優化調控多源設備功率，實現系統經濟、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，建立各農業設備功率模型，闡明能量流和功率耦合設備的能量轉換機制。研究農作物生長的光照、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化控制模型，采用粒子群算法求解，得到優化用能方案。通過算例仿真驗證了所提方法的可行性和有效性。

關鍵詞：農業溫室；綜合能源；作物安全；碳排放；調控運行；低碳控制；設施農業

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

0 引言

高度集成化、智能化的農業溫室大棚是現代設施農業的重要發展方向[1]。含電能、熱能、燃氣能等多種能源的農業溫室，通過多能源間的協調互補機制可提高農業生產力和降低碳排放量[2]。在生態環境方面，能進一步優化農村能源結構，減少能源衰竭和環境治理的雙重壓力；在農業安全性方面，能實時調控作物生長條件，保證農作物安全生長；在經濟性方面，實施精準種植，降低了購能成本與碳排放成本，提高產能，增加農民的生產收益。

農業溫室綜合能源系統（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，通過功率轉換設備實現能量轉換。邊輝等[3] 針對多農業園區AGIES 提出了中樞解耦和演化博弈算法，求得農網與園區最佳的電能交換功率，園區內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學模型和溫室調溫數學模型，以能源安全和作物安全的雙重安全目標，計算農業安全和能源安全的邊界條件，為溫室安全運行提供了借鑒。