PDF《20172022年中国能源管理系》

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二、说明、目录、

图表目录 能源管理系统是以帮助工业生产企业在扩大生产的同时,合理计划和利用能源,降低单位 产品能源消耗,提高经济效益,降低CO2排放量为目的信息化管控系统. 1温室能源消耗及节能管理 1.1温室能源消耗 温室环境是在不断变化的外部气候条件下,完全运用能源营造出适宜农作物生长的环境, 具有高投入、高产出、高能耗等特点.整体来看,当前温室生产中冬季加温、夏季降温除湿 等能源消耗占总生产成本的10%~40%,高纬度地区温室能耗甚至占到温室生产成本的50% ~60%.因此,温室能源消耗分析对于降低生产成本至关重要. 连栋玻璃温室中,徐大成研究了引进连栋玻璃温室的耗能情况:北京引进以色列连栋温室 ,1个冬季加温耗煤量达到1300t/hm2;

辽宁省北陵兰花开发有限公司引进荷兰玻璃温室,1个冬 季耗煤量多达2300t/hm2;

1995年,上海孙桥、东海园艺场引进的2栋荷兰玻璃温室,1年的运行 费用中,加温的燃料费用分别占生产成本的33.91%、33.81%;

引进的玻璃温室在43&

deg;

N以 上地区,燃料费用占到了生产成本的60%~70%.Pieters等建立了欧洲西部地区玻璃温室内太 阳能传输模型,可以计算出温室加温控制的能源消耗量.姚益平等以Venlo型连栋温室和温室 主栽作物黄瓜为研究对象,利用温室能耗预测模型和作物生长模型,模拟预测了在商业化生 产中常用的2种不同温室控制策略下连栋温室黄瓜周年生产所需的能耗和潜在产量,既而计算 出黄瓜的单位生产能耗,得出不同温度控制策略下黄瓜单位产量能耗差异并不明显,平均 在8%以内,但在增施CO2的情况下可以降低单位产量能耗高达29%~67%. 日光温室及塑料大棚中,柴立龙等在北京地区日光温室中采用地下水式热泵系统进行了供 暖试验研究,计算对比了地源热泵供暖、天然气供暖、燃煤热水供暖以及燃油热风供暖的能 耗成本,得出其相对运行费用分别为1.

20、1.

31、1.

00、3.36,与燃煤热水采暖系统相比 ,地源热泵系统供暖可节约42%的能耗. Cemek等分析了不同的覆盖材料和冷凝速率对温室采光的影响,为研究不同覆盖材料的日 光温室能耗提供了理论依据.孙心心等对日光温室中的新型复合相变墙进行了实测分析,验 证了复合相变材料应用于温室墙体中的节能降耗作用.籍秀红通过试验表明,夜间墙体内表 面对室内的累计散热量作为综合评价指标能够全面评价日光温室墙体的热性能,从而为日光 温室的节能降耗设计提供了有效理论指导.塑料大棚中,李胜利等对不同层次简易覆盖的巨 型塑料大棚的温度特征进行了研究,反映出不同覆盖材料塑料大棚的能源损耗情况,为塑料 大棚的节能建设提供了理论依据. 资料来源:公开资料,观研天下整理 植物工厂中,电能为主要的能源消耗,占到了总运行成本的30%以上,其中照明用电约占 总体电耗的82%,空调约占15%,其他占3%.能源使用效率上,Tong等以日本千叶市的植物 工厂为研究对象,分析指出通过使用高转化效率的人工补光灯,提升植物有效光的吸收,综 合控制环境因素等可以使电能消耗最多减少50%;

Tong等研究指出,植物工厂中的热泵制冷性 能系数与室内外温度密切相关,随室外温度降低而降低,随室内温度升高而升高;

Kozai分析了 人工光环境下密闭植物工厂水、电、二氧化碳等不同能源的使用效率,计算出在二氧化碳供 应充足的情况下,二氧化碳的使用效率是通风关闭的普通温室的1.8倍. 1.2温室能源管理 目前,关于温室节能管理研究主要基于植物生长最佳条件和环境控制成本最低来优化环境 控制参数.国外较早地展开了该项研究,Seginer等在作物生长模型基础上进行数值寻优,得 到不同温光水平下最优的CO2施肥量.Aslyng等利用作物叶片的光合作用和呼吸作用及光辐射 吸收的预测模型,根据自然光照来控制温室内的温度来达到节能的效果.Lacroix等开发了积 温模拟控制器,经过对不同温度设定模式的节能效应模拟,可以降低7%的温室能耗. Korner等的研究结果表明,利用积温的方法可以比常规温度调控降低9%的能耗.Blasco等 建立了温室环境的非线性预测控制模型,利用遗传算法对参数优化,可以显著降低能源的消 耗.近年来,国内也对环境控制的动态优化设定方面展开了相关研究.伍德林等提出了基于 经济最优的温室环境优化调控技术,将温室作物整个生长阶段分为营养生长阶段、生殖生长 阶段.在不同生长阶段采用不同的调控策略,既保证了作物正常生长的需要,又兼顾了节能 降耗.李志伟等将作物1d中生长所需要的温度划分为若干阶段,以此实现温室环境的节能管 理.王纪章等提出,利用作物光合作用模型,建立基于光照的温室环境调控技术,通过系统 比和设定值控制来进行节能管理. 商用节能管理方面,荷兰、美国等发达国家的温室技术已经形成了一套完整的规范化技术 体系.在温室设施上,双热屏、双层玻璃、新型绝缘材料等早已被广泛使用,并在此基础上 提出了全封闭温室的概念.新能源利用上,荷兰、瑞典等国家利用变相储能装备、光伏太阳 温室发电和利用装备、生物质能和余热利用的毛细管网供暖装备、太阳能热泵等,大幅减少 了传统能源的利用,转而利用各种绿色能源. 系统性能源管理上,加拿大的Argus环控公司采用的温室能源管理方案,实现了一定的能 源管理功能,可以实时监测温室内的环境状况和各种能耗设备的运行状态,发生异常便自动 报警,并且系统中的环境控制子系统会根据温室具体情况来制定通风、加热、除湿等工作策 略.荷兰PRIVA公司围绕Privaconnext控制器的环控系统,连接所有的温室耗能设备与传感器 ,而且具有环控软体.该系统可以控制锅炉、热水管控制阀以得到能源最佳利用效率.其周 边配置PrivaControlModuleLibrary为软体资料,包括控制策略已进行最具能源效率、最佳生长 的资讯,并且资料库可以扩充最新数据;

PrivaOfficeDireat为作业软体,可将环控资讯以图形的 方式显示于个人电脑;

并可以根据PrivaEnervision和Meteovision预测未来24h气候变化,并依次 计算预测未来24h加温所需要的能源消耗量.Priva公司系统性的方案以温室作物为考虑对象, 结合环境调控与能源管理,使用先进的天文时间控制、延迟技术、积分盲区等控制技术和控 制策略,充分考虑控制过程间的关系,整个系统最多可以节省50%的能源. Ridder公司旗下的HortiMax公司开发的CHP热电联产控制软件,根据作物对CO2及供热的 需求,燃烧天然气进行发电,所产生的电力直接输送至国家电网,发电余热则供温室加温或 储藏于地下,燃烧的尾气经过净化、换热后,作为CO2直接进行施肥.该系统完成了对天然 气、二氧化碳、热能、电能的优化调度使用,经计算,14hm2的玻璃温室,冬季仅需1个2 .5MW的发电机基本即可满足生产需求. 资料来源:公开资料,观研天下整理 2温室能源管理系统组成 目前,针对整个温室能源管理系统的研究较少,相对于温室环境监控系统而言,温室能源 管理系统实现的功能更多,结构更加复杂,系统应该包括监测子系统、能源计量子系统、数 据分析子系统,甚至还包括环境控制系统.因此,完整意义上的温室能源管理系统至少应包 括以下几个功能模块. 2.1人机交互模块 用户通过人机交互界面获取温室内的环境参数和各项设备的能耗情况等信息,同时根据了 解到的信息对温室内的设备进行参数设置,选定不同的控制模式等,用户可以通过此模块完 成与温室能源管理相关的所有设置. 2.2检测模块 检测模块用于实现环境检测、设备检测.环境检测包括温室内温湿度、光照度、二氧化碳 浓度等环境变量的检测;

设备检测指温室内的用电负载、储能系统等的工作状态检测,既能源 运作状态的检测. 2.3分析评估模块 此模块为温室能源管理系统的核心模块,根据环境变量、设备运行状态、用户设置参数等 信息对整个系统的运行模式进行分析评估,反映出温室工作状态,从而制定能源优化调度策 略,为温室环境节能管理提供决策支持,最终达到温室节能降耗的目的. 2.4控制模块 此模块根据分析评估模块计算制定的优化调度策略,对温室内使用水、电、热、气等能源 的耗能设备进行反馈优化控制,直接完成温室环境的精确调控. 整个温室能源管理系统的设计应该包括数据采集层、数据传输层、数据解释层、数据评估 层、数据优化层等部分.数据采集层包括温湿度传感器、光照度传感器等对温室环境变量的 采集和流量计、智能电表等计量设备对温室能源获取量和消耗量的计量;

数据传输层主要对采 集到的数据进行传输,通过智能网关对各种不同通信协议进行转换,完成传感器、计量设备 等与主机的通信;

数据解释层包括数据包解析、数据存储;

系统评估层主要体现在用户终端的能 耗分析、能源管理等软件功能;

节能优化层包括系统运行........