CN113224790A - 一种人工光照立体植物工厂及其供电调峰调频方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种人工光照立体植物工厂及其供电调峰调频方法，人工光照立体植物工厂供电调峰调频方法包括步骤：优先采用电网或发电厂调峰调频富余电力给人工光照立体植物工厂供电；在满足人工光照立体植物工厂用电需求时，电网或发电厂调峰调频富余电力如果还有余量，则给蓄电装置充电；当电网或发电厂调峰调频富余电力不足以给人工光照立体植物工厂供电时，优先采用蓄电装置供电，其次采用发电厂厂用电供电，最后采用电网供电。通过控制电网、发电厂或蓄电装置的供电优选顺序，即优先选用调峰调频电力供电，其次选用蓄电装置供电，最后采用电网或发电厂直供电，极大降低了植物工厂的用电成本。

Description

一种人工光照立体植物工厂及其供电调峰调频方法
技术领域
本发明属于立体植物栽培技术领域，具体涉及一种人工光照立体植物工厂及其供电调峰调频方法。
背景技术
随着世界人口的不断增长，农产品需求数量的逐年上升和资源与环境问题的日益突出，迫切需要发展生产环境可控的设施农业。植物工厂作为一种颠覆传统农业种植的全新方式，不受土地、气候等自然条件的限制和影响，可完全按照计划、精准定时、定量生产出无污染的种苗及蔬菜、花卉等作物，受到了前所未有的关注。植物工厂是由计算机对作物生育过程的温度、湿度、光照、CO2浓度、营养液等环境要素进行自动控制，周年连续生产的高效工厂化农业系统；是集生物技术、设施园艺技术、植物生理、植物栽培工程、现代装备工程、环控信息技术的高科技产业。
植物工厂是指人工光植物工厂或称为密闭型植物工厂，是完全使用人工光源，具有环境高度可控，多层立体培养，工业化、标准化、周年生产等特点。人工光植物工厂作为环境因子控制精度最高的设施园艺典范，多年来一直被国际公认为是设施园艺的最高级发展阶段，是衡量一个国家农业高技术发展水平的重要标志之一。
植物工厂采用人工光照，其耗电成本是整个植物工厂能耗成本的40％。因此，急需降低植物工厂的电费成本及综合能耗成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种人工光照立体植物工厂及其供电调峰调频方法，以降低立体植物栽培系统的能耗成本。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种人工光照立体植物工厂供电调峰调频方法，所述人工光照立体植物工厂供电来源包括：电网供电、发电厂厂用电供电和蓄电装置供电，具体包括如下步骤：
优先采用电网或发电厂调峰调频富余电力给人工光照立体植物工厂供电；
在满足人工光照立体植物工厂用电需求时，电网或发电厂调峰调频富余电力如果还有余量，则给蓄电装置充电；
当电网或发电厂调峰调频富余电力不足以给人工光照立体植物工厂供电时，优先采用蓄电装置供电，其次采用发电厂厂用电供电，最后采用电网供电。
具体的，所述人工光照立体植物工厂包括人工光照模块、多层植物栽培托盘、栽培营养溶液供应模块和供电模块；所述多层植物栽培托盘和栽培营养溶液供应模块连接；所述人工光照模块的电源进线连接供电模块；所述供电模块与电网、发电厂厂用电以及蓄电装置连接。
具体的，所述人工光照模块采用有机发光二极管、发光二极管、硅基发光器件、等离子体光源及荧光灯中的任意一种或组合。
具体的，所述人工光照立体植物工厂还包括二氧化碳供给模块，所述二氧化碳供给模块包括气肥供应管路和二氧化碳气源，所述气肥供应管路和二氧化碳气源相连接；所述二氧化碳气源是：钢瓶气、烟气处理设施的排放、二氧化碳捕集装置或干冰中的任意一种。
具体的，人工光照立体植物工厂设置有二氧化碳浓度调节控制模块，所述二氧化碳浓度调节控制模块包括二氧化碳浓度传感器以及控制阀门，所述控制阀门设置在人工光照立体植物工厂中的气肥供应管路上；控制二氧化碳浓度时，通过二氧化碳浓度传感器采集二氧化碳浓度，根据采集的二氧化碳浓度调整控制阀门开度大小。
具体的，所述人工光照立体植物工厂设置有温度调节控制模块，所述温度调节控制模块包括分布式空调装置及分布设置的多个温度传感器；进行温度调节时，通过温度传感器采集的温度数据，对分布式空调装置的热量或者冷量输送量大小进行调节。
具体的，所述分布式空调装置的冷量来自电压缩制冷、火电机组或燃气机组热电冷联产制冷、燃气直燃或热力驱动吸收式制冷机中的任意一种或组合；所述分布式空调装置的热量来自电加热器、电蓄热锅炉、火电机组或燃气机组热电联产、燃煤或燃气锅炉、太阳能集热器中的任意一种或组合。
具体的，所述电压缩制冷、电加热器、电蓄热锅炉的供电优先采用发电厂调峰调频富余电力；当发电厂调峰调频富余电力不足时采用蓄电装置供电，其次采用发电厂厂用电供电，最后采用电网供电。
具体的，所述蓄电装置为锂离子电池、镍氢或镍镉电池、铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、钠硫蓄电池、钠离子电池、镍锌蓄电池、锌空气蓄电池或超级电容中的一种或几种的组合。
本发明提供的另一个技术方案是：
一种人工光照立体植物工厂，用于所述人工光照立体植物工厂供电调峰调频方法，包括人工光照模块、多层植物栽培托盘、栽培营养溶液供应模块和供电模块；所述多层植物栽培托盘和栽培营养溶液供应模块连接；所述人工光照模块的电源进线连接供电模块；所述供电模块与电网、发电厂厂用电以及蓄电装置连接。
本发明的有益效果如下：
1、本发明实施例提供的人工光照立体植物工厂供电调峰调频方法，通过控制电网、发电厂或蓄电装置的供电优选顺序，即优先选用调峰调频电力供电，其次选用蓄电装置供电，最后采用电网或发电厂直供电，极大降低了植物工厂的用电成本。
2、本发明实施例提供的人工光照立体植物工厂供电调峰调频方法，利用蓄电装置蓄电和供电，实现电网或发电厂的调峰调频电力储存，同时满足低成本的植物工厂供电。
3、本发明实施例提供的人工光照立体植物工厂供电调峰调频方法，植物工厂的空调制冷制热用电，也优先采用电网或发电厂的调峰调频电力，可极大降低植物工厂空调用能成本。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例中供电调峰调频方法原理框图。
图2为本发明实施例中供电调峰调频方法流程示意图。
图中：1电网；2发电厂；3蓄电装置；4供电模块；5人工光照模块；6分布式空调装置；7制热设备；8制冷设备。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
如图1所示，本发明实施例提供了一种人工光照立体植物工厂供电调峰调频方法，人工光照立体植物工厂包括人工光照模块5、多层植物栽培托盘、栽培营养溶液供应模块和供电模块4；多层植物栽培托盘和栽培营养溶液供应模块连接；人工光照模块5的电源进线连接供电模块4；供电模块4与电网1的接线、发电厂2的厂用电接线以及蓄电装置3供电线连接，本实施例中，人工光照立体植物工厂内部全部用电设备的供电来源包括：电网1供电、发电厂2的厂用电供电和蓄电装置3供电。
如图2所示，人工光照立体植物工厂供电调峰调频方法，具体包括如下步骤：
S1、根据电网1或发电厂2调峰调频负荷需求，优先采用电网1或发电厂2调峰调频富余电力给人工光照立体植物工厂供电；
S2、在满足人工光照立体植物工厂用电需求时，电网1或发电厂2调峰调频富余电力如果还有余量，则给蓄电装置3充电；
S3、当电网1或发电厂2调峰调频富余电力不足以给人工光照立体植物工厂供电时，优先采用蓄电装置3供电，其次采用发电厂厂用电供电，最后采用电网1供电。
在本发明的一个优选实施例中，通过供电模块接收电网1或发电厂2的调峰调频负荷信号，根据蓄电装置3的蓄电量、电网1或发电厂2调峰调频负荷量、电网电价、电厂发电成本电价等信息，供电模块进行人工光照立体植物工厂供电方式规划，以最经济性的电价供给立体植物工厂电力。优先采用电网或发电厂调峰调频富余电力给人工光照立体植物工厂供电；在满足人工光照立体植物工厂用电需求时，电网或发电厂调峰调频富余电力如果还有余量，则给蓄电装置充电；当电网或发电厂调峰调频富余电力不足以给人工光照立体植物工厂供电时，优先采用蓄电装置供电，其次采用发电厂厂用电供电，最后采用电网供电。
本发明实施例中，人工光照模块5采用有机发光二极管、发光二极管、硅基发光器件、等离子体光源及荧光灯中的任意一种或组合。蓄电装置3为锂离子电池、镍氢或镍镉电池、铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、钠硫蓄电池、钠离子电池、镍锌蓄电池、锌空气蓄电池或超级电容中的一种或几种的组合。
在本发明的一个优选实施例中，人工光照立体植物工厂还包括二氧化碳供给模块、二氧化碳浓度调节控制模块、温度调节控制模块、湿度调节控制模块、氧浓度调节控制模块和气压调节控制模块等，前述控制模块均通过一个主控模块分别进行控制，具体的原理如下：
二氧化碳供给模块包括气肥供应管路和二氧化碳气源，气肥供应管路和二氧化碳气源相连接；二氧化碳气源是：钢瓶气、烟气处理设施的排放、二氧化碳捕集装置或干冰中的任意一种，以满足二氧化碳供给模块需求，从而满足植物工厂中的植物在任意时段的光合作用所需要的二氧化碳量。
二氧化碳浓度调节控制模块包括二氧化碳浓度传感器以及控制阀门，控制阀门设置在人工光照立体植物工厂中的气肥供应管路上；控制二氧化碳浓度时，通过二氧化碳浓度传感器采集二氧化碳浓度，根据采集的二氧化碳浓度调整控制阀门开度大小。
温度调节控制模块包括分布式空调装置6及分布设置的多个温度传感器；进行温度调节时，通过温度传感器采集的温度数据，对分布式空调装置6的热量或者冷量输送量大小进行调节。分布式空调装置6输送的冷量和热量来自人工光照立体植物工厂内部的制热设备7和制冷设备8，在本实施例中，制热设备7为电加热器、电蓄热锅炉、火电机组或燃气机组热电联产、燃煤或燃气锅炉、太阳能集热器中的任意一种或组合；制冷设备8采用电压缩制冷、火电机组或燃气机组热电冷联产制冷、燃气直燃或热力驱动吸收式制冷机中的任意一种或组合。本实施例中，电压缩制冷、电加热器、电蓄热锅炉的供电优先采用发电厂2调峰调频富余电力；当发电厂2调峰调频富余电力不足时采用蓄电装置3供电，其次采用发电厂厂用电供电，最后采用电网1供电。
氧气浓度调节控制模块包括氧气浓度传感器以及控制阀门，控制阀门设置在人工光照立体植物工厂中的氧气供应管路上；控制氧气浓度时，通过氧气浓度传感器采集氧气浓度，根据采集的氧气浓度调整控制阀门开度大小。
湿度调节控制模块包括加湿设备和湿度传感器，通过湿度传感器采集空气湿度，根据采集空气湿度调整加湿设备的功率大小。
气压调节控制模块包括双向布置的气泵以及气压计等设备，通过控制气泵来实现室内气压的调节，通过气压计来实时监测室内气压。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (10)

1.一种人工光照立体植物工厂供电调峰调频方法，其特征在于，所述人工光照立体植物工厂供电来源包括：电网供电、发电厂厂用电供电和蓄电装置供电，具体包括如下步骤：
优先采用电网或发电厂调峰调频富余电力给人工光照立体植物工厂供电；
在满足人工光照立体植物工厂用电需求时，电网或发电厂调峰调频富余电力如果还有余量，则给蓄电装置充电；
当电网或发电厂调峰调频富余电力不足以给人工光照立体植物工厂供电时，优先采用蓄电装置供电，其次采用发电厂厂用电供电，最后采用电网供电。
2.根据权利要求1所述的人工光照立体植物工厂供电调峰调频方法，其特征在于，所述人工光照立体植物工厂包括人工光照模块、多层植物栽培托盘、栽培营养溶液供应模块和供电模块；所述多层植物栽培托盘和栽培营养溶液供应模块连接；所述人工光照模块的电源进线连接供电模块；所述供电模块与电网、发电厂厂用电以及蓄电装置连接。
3.根据权利要求2所述的人工光照立体植物工厂供电调峰调频方法，其特征在于，所述人工光照模块采用有机发光二极管、发光二极管、硅基发光器件、等离子体光源及荧光灯中的任意一种或组合。
4.根据权利要求2所述的人工光照立体植物工厂供电调峰调频方法，其特征在于，所述人工光照立体植物工厂还包括二氧化碳供给模块，所述二氧化碳供给模块包括气肥供应管路和二氧化碳气源，所述气肥供应管路和二氧化碳气源相连接；所述二氧化碳气源是：钢瓶气、烟气处理设施的排放、二氧化碳捕集装置或干冰中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的人工光照立体植物工厂供电调峰调频方法，其特征在于，人工光照立体植物工厂设置有二氧化碳浓度调节控制模块，所述二氧化碳浓度调节控制模块包括二氧化碳浓度传感器以及控制阀门，所述控制阀门设置在人工光照立体植物工厂中的气肥供应管路上；控制二氧化碳浓度时，通过二氧化碳浓度传感器采集二氧化碳浓度，根据采集的二氧化碳浓度调整控制阀门开度大小。
6.根据权利要求2所述的人工光照立体植物工厂供电调峰调频方法，其特征在于，所述人工光照立体植物工厂设置有温度调节控制模块，所述温度调节控制模块包括分布式空调装置及分布设置的多个温度传感器；进行温度调节时，通过温度传感器采集的温度数据，对分布式空调装置的热量或者冷量输送量大小进行调节。
7.根据权利要求6所述的人工光照立体植物工厂供电调峰调频方法，其特征在于，所述分布式空调装置的冷量来自电压缩制冷、火电机组或燃气机组热电冷联产制冷、燃气直燃或热力驱动吸收式制冷机中的任意一种或组合；所述分布式空调装置的热量来自电加热器、电蓄热锅炉、火电机组或燃气机组热电联产、燃煤或燃气锅炉、太阳能集热器中的任意一种或组合。
8.根据权利要求7所述的人工光照立体植物工厂供电调峰调频方法，其特征在于，所述电压缩制冷、电加热器、电蓄热锅炉的供电优先采用发电厂调峰调频富余电力；当发电厂调峰调频富余电力不足时采用蓄电装置供电，其次采用发电厂厂用电供电，最后采用电网供电。
9.根据权利要求2所述的人工光照立体植物工厂供电调峰调频方法，其特征在于，所述蓄电装置为锂离子电池、镍氢或镍镉电池、铅酸蓄电池、镍氢蓄电池、钠硫蓄电池、钠离子电池、镍锌蓄电池、锌空气蓄电池或超级电容中的一种或几种的组合。
10.一种人工光照立体植物工厂，用于权利要求1所述人工光照立体植物工厂供电调峰调频方法，其特征在于，包括人工光照模块、多层植物栽培托盘、栽培营养溶液供应模块和供电模块；所述多层植物栽培托盘和栽培营养溶液供应模块连接；所述人工光照模块的电源进线连接供电模块；所述供电模块与电网、发电厂厂用电以及蓄电装置连接。
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