Теплицы, городские фермы и тепличные хозяйства: общие вопросы энергопотребления. Электрическая нагрузка в теплицах, городских фермах, тепличных хозяйствах.
Упрощенно потребление энергии, как в тепличных хозяйствах, так и автономных теплицах или городских фермах («компактные сооружения защищенного грунта» с применением «многоярусных стеллажных систем выращивания растений» по пп. 2.1.3 ГОСТ Р 58461-2019) определяется оборудованием, системами, обеспечивающими в помещении теплицы, городской фермы:
- контроль микроклимата;
- ирригацию, фертигацию и санитарию;
- измерение и контроль освещения, и безопасность;
- сбор урожая и выполнение послеуборочных работ.
Причем микроклимат, ирригация, фертигация, санитария и освещение, в том числе фотосинтетически активная радиация для фотосинтеза, роста и развития растений (некорректно – «фитооблучение») считаются основными, поскольку они:
- связаны с физиологическими потребностями сельскохозяйственных культур;
- определяют энергопотребление и, соответственно, энергоемкость и затратность теплицы, городской фермы или тепличного хозяйства.
Сам процесс выращивания культур в защищенном грунте определяется массо- и теплопереносом в системе, включающей растения, воздух внутри, поверхности оболочки и метеорологические переменные.
Для получения соответствующих балансов при установленных заданных значениях температуры, влажности определенное количество энергии должно быть добавлено или извлечено, причем с учетом потерь, конкретного источника (электроэнергия из распределительной сети, солнечное излучение, геотермальная скважина, биомасса и т.д.) и существующих возможностей рекуперации тепла и хранения энергии, как для резерва в ночное время, так и в периоды низкой солнечной радиации или слабого ветра (при питании от возобновляемых источников энергии).
Электрическая нагрузка в теплицах, городских фермах, тепличных хозяйствах
Микроклимат в помещениях теплиц, городских ферм обеспечивается отопительными системами (автономными или централизованными), часто с тепловыми насосами или чиллерами с электрическим приводом, теплообмен – водяными и воздушными насосами, вентиляторами, а также приводами окон, орошение, полив – ирригационными насосными агрегатами, станциями водозабора, циркуляции воды и т.д. Причем для запуска и работы двигателей, в том числе через программно-логические контроллеры автоматических (автоматизированных) систем управления могут использоваться, как традиционные пусковые устройства на моторных конденсаторах, так и комплектные преобразователи электроприводов.
Режим работы каждой системы, агрегата индивидуальный и зависит от выполняемой функции – от 24-часовых циклов для систем измерения и управления до периодического включения приводов вентиляции и запланированных периодов орошения.
При электропитании теплицы от возобновляемого источника энергии к нагрузке добавляются преобразователи и накопители энергии – инверторы для преобразования энергии постоянного тока, генерируемой фотоэлектрической системой, ветрогенератором с резервированием в батареях, в мощность переменного тока, аккумуляторы и контроллеры заряда (для автономного применения), что позволяет системам быть совместимыми с традиционными сетями распределения электроэнергии.
В отдельную (условно) категорию нагрузок выделяют системы освещения, включая фотосинтетически активные установки с определенным диапазоном излучения для фотосинтеза, роста и развития растений, лампы и облучатели которых во время эксплуатации находятся в наиболее «проблемных» зонах теплицы с высокой температурой и влажностью, что негативно влияет на надежность и долговечность осветительного оборудования (более детально об этом на примере термической деструкции конденсаторов в следующем материале цикла).
