В Сколтехе подсчитали экономию, если включать свет в парнике с зеленью в часы скидок

❋ 4.3

Эксперимент ученых Сколтеха подтвердил, что почти четверть расходов на искусственное освещение можно сэкономить без вреда для выращиваемых растений. Для этого достаточно использовать ночной тариф на электроэнергию.

Сколтех

# искусственное освещение

# парник

# растения

# тарифы

Салат растет на опытной вертикальной ферме. Исследователи настроили режим освещения таким образом, чтобы оптимизировать расходы на электроэнергию / © Хавьер Пеньюела и другие, Applied Energy

Если стирать или пользоваться другой мощной бытовой техникой ночью, когда действует более дешевый тариф, потребитель экономит на коммунальных платежах, а энергетики снижают пиковую нагрузку на сеть в дневное время, а значит, затраты на ремонт и усиление инфраструктуры.

Хотя тарифы для промышленных потребителей устроены несколько сложнее, что если тот же принцип реализовать в сельском хозяйстве? На вертикальных фермах и в теплицах в северных широтах используется искусственное освещение, и ничто не мешает намеренно гасить свет при действии дорогого тарифа, а включать в часы скидок. Салату ведь без разницы, ночью его освещают или днем? Ученые из Сколтеха решили проверить. Их расчеты и описанный в журнале Applied Energy эксперимент подтверждают, что почти четверть расходов на искусственное освещение можно сэкономить без вреда для растений.

Климатические условия во многих странах позволяют выращивать овощные культуры только в парниках, причем не только из-за холода, но и из-за недостатка естественного освещения. Но если приходится полагаться на искусственное освещение, то почему бы не включать его в те часы, когда электричество стоит дешевле? А в самые дорогие часы устраивать «ночь», которая тоже необходима культурам для здорового роста. Однако с живыми организмами никогда не знаешь наверняка, не повредит ли их росту подобное нарушение режима: скажем, если вместо одной длинной ночи случатся две короткие или «ночь» будет день ото дня приходиться на разное время суток.

«Мы провели эксперимент на разных сортах салата и салатного цикория: одни и те же растения вырастили параллельно в двух одинаковых парниках и при одних и тех же условиях, не считая режима освещения. Растения в обоих парниках получали по 16 часов света рекомендованной интенсивности с той разницей, что в контрольной группе восемь часов темноты шли подряд и примерно совпадали по времени с естественной ночью. А в экспериментальной группе часы темноты могли быть разбросаны по суткам: расписание продиктовано тем, в какое время электричество стоило дороже. Ни для одного из сортов не было выявлено измеряемых различий в росте», — рассказал первый автор научной статьи, аспирант Сколтеха по программе «Инженерные системы» Хавьер Пеньюела.

«Мы рассчитываем, что такую практику можно распространить на базилик, шпинат и другие зеленые листовые культуры, поскольку наш эксперимент учитывал генетическое разнообразие при поиске возможных негативных воздействий на скорость роста», — добавила доцент Проектного центра агротехнологий Сколтеха Сесиль Бен, соавтор научной статьи.

Исследователи провели аналогичный эксперимент, в этот раз только на салате, в другой среде — четырехуровневой вертикальной ферме. И получили тот же результат: сравнение культур, выращенных на двух опытных уровнях с теми, что были собраны с контрольных уровней, не выявило значимых различий в количестве листьев, свежем и сухом весе.

Вертикальная ферма (слева) и опытная теплица (справа) — две среды, в которых ставились эксперименты / © Хавьер Пеньюела и другие, Applied Energy

Что касается возможной экономии, в исследовании приводятся расчеты на основе реальных тарифов на электроэнергию, которые показывают, что расходы на искусственное освещение можно уменьшить на 15–23 процента. Основная экономия обеспечивается оптимальным использованием почасовой тарификации: система ежедневно сверяется с завтрашними расценками и планирует «ночь» на восемь наиболее дорогих часов. Дополнительная экономия получается за счет участия в долгосрочных схемах управления спросом: потребитель заключает контракт с поставщиком, согласно которому последний имеет право несколько раз в месяц устанавливать «темные» часы по своему усмотрению. Экономия самих энергетических компаний, по расчетам авторов исследования, составит суммарно по России до 10 миллиардов рублей в год.

В конечном итоге снижение себестоимости овощей должно отразиться и на розничных ценах.

«По сути, наша работа связана с неиспользованным потенциалом синергии между пищевой промышленностью и энергетической системой в городской среде», — прокомментировал работу один из ее авторов, руководитель Проектного центра агротехнологий Сколтеха профессор Лоран Генцбиттель.

«Такого рода синергия становится возможной при цифровизации и декарбонизации энергетической системы — эта трансформация стоит дорого, зато создает множество возможностей для повышения эффективности генерирующих мощностей путем уменьшения затрат на эксплуатацию и расширение энергосети, — добавил доцент Центра системного проектирования Сколтеха Хенни Уэрдан, научный руководитель исследования. — Гибкость на стороне потребителя позволяет реализовать значительную часть возникающей выгоды в таких отраслях, как земледелие, которые эту гибкость и обеспечивают. Тем самым их высокая потребность в электроэнергии из ограничения превращается в благоприятную возможность».

По словам ученых, продемонстрированное ими экономическое преимущество может быть отчасти доступно и при выращивании помидоров, огурцов и — в меньшей степени — клубники. Поскольку все эти растения цветут и плодоносят, более половины их жизненного цикла приходится на стадии развития, которые не актуальны в контексте производства зеленых листовых овощей (их собирают до наступления цветения) и к которым результаты исследования могут быть неприменимы. Условия освещения могут иметь первостепенное значение во время и после формирования соцветия. Выведение сортов, цветение которых не зависит от длины непрерывного светового дня, позволит и эти культуры выращивать в закрытых условиях с экономией расходов на освещение.

Помимо расширения круга подходящих сельскохозяйственных культур, ученые планируют исследовать возможности оптимизации расходов на отопление.

Авторы исследования видят в управлении спросом ключевой компонент будущего энергетики. Несомненно, свой вклад в выравнивание нагрузки на сеть внесут и локальные накопители энергии высокой емкости, такие как ванадиевые проточные аккумуляторы, над которыми работают в Сколтехе. Но ту же проблему будут параллельно решать все более тонкие механизмы управления спросом: они будут стабилизировать сеть на основе рыночных механизмов, а не функционирующих на стороне потребителя массивных батарей.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.