基于作物安全性的农业温室综合能源系统低碳控制方法

何欣 杨勇 高敬更

摘 要： 农业温室综合能源系统（agricultural greenhouse integrated energy system，AGIES）需深入考虑作物安全生长环境条件，优化调控多源设备功率，实现系统经济、低碳运行。提出了一种基于作物安全性的AGIES 低碳控制方法，构建含电、气、热AGIES 供能架构，建立各农业设备功率模型，阐明能量流和功率耦合设备的能量转换机制。研究农作物生长的光照、温度、供水安全边界条件，提出作物的日光照量与小时光照量合理范围、室内恒温供热功率范围、科学供水用电功率范围与用电时间范围，并采用数学模型详细描述。提出了电、气、热碳排放核算指标，建立综合运行成本和碳排放成本最低的功率优化控制模型，采用粒子群算法求解，得到优化用能方案。通过算例仿真验证了所提方法的可行性和有效性。

关键词：农业温室；综合能源；作物安全；碳排放；调控运行；低碳控制；设施农业

中图分类号：S625文献标识码：A文章编号：2095-1795（2024）01-0056-08

DOI：10.19998/j.cnki.2095-1795.2024.01.010

0 引言

高度集成化、智能化的农业温室大棚是现代设施农业的重要发展方向[1]。含电能、热能、燃气能等多种能源的农业温室，通过多能源间的协调互补机制可提高农业生产力和降低碳排放量[2]。在生态环境方面，能进一步优化农村能源结构，减少能源衰竭和环境治理的双重压力；在农业安全性方面，能实时调控作物生长条件，保证农作物安全生长；在经济性方面，实施精准种植，降低了购能成本与碳排放成本，提高产能，增加农民的生产收益。

农业温室综合能源系统（agricultural greenhouse integrated energy system，AGIES）的供能架构主要包含电能流、热力流、燃气或沼气流，通过功率转换设备实现能量转换。边辉等[3] 针对多农业园区AGIES 提出了中枢解耦和演化博弈算法，求得农网与园区最佳的电能交换功率，园区内以运行成本和用户满意度为目标，考虑LED 补光因素、温室大棚恒温条件，通过控制多能源的功率保证作物安全性，也降低了用能成本。付学谦等[4]、FU Xueqian 等[5] 考慮了作物生长环境因素与能源运行的耦合关系，详细构建了温室太阳能的辐照强度和温室光伏功率数学模型和温室调温数学模型，以能源安全和作物安全的双重安全目标，计算农业安全和能源安全的边界条件，为温室安全运行提供了借鉴。