15.4 Метод
Район, состоящий из 50 домашних хозяйств, считается «умным», с развязанным многопетлевым аквапоническим объектом, способным обеспечить рыбу и овощи для всех 100 жителей Смарт.
Для подробного моделирования умения использовался гипотетический справочный случай пригородного района Амстердама, состоящий из 50 домашних хозяйств (домов) со средней занятостью в домашнем хозяйстве 2 человека (всего 100 человек). Кроме того, один городской аквапонный объект состоит из теплицы, системы аквакультуры, УАСБ и дистилляционной установки. Определение размеров различных компонентов основывается на данных по типичному голландскому домохозяйству и парниковым свойствам (см. таблицу 15.1).
15.4.1 Модель энергосистемы
Была разработана модель энергетической системы (ЭСМ), которая может моделировать потоки энергии широкого спектра компонентов, основные характеристики которых приведены в таблице 15.2. ESM способен рассчитывать потоки энергии по каждому компоненту за каждый час года.
Таблица 15.1 Потребности в продовольствии и энергии в расчете на человека/домашнее хозяйство в Нидерландах
стол тхед tr td/td ThСреднее (на душу населения в год) /th ThВсего (100 человек) /т ThSource/th /tr /thead tbody tr th Colspan=4Продукты питания/th /tr tr TdПотребление овощей (Нидерланды) /td td 33 kgsupa/sup (в то время как рекомендуется u73 кг/u /td td 7300 кг /td td EFSA (2018) /td /tr tr class=“нечетный» TDТребуемая площадь теплицы/td td Прибл. 4 мсуп2/суп /td td 400 мсуп2/суп /td td Оценка основана на мин. рекомендации по потреблению /td /tr tr class=“даже» Потребление TDFish/td td 20 кг /td td 2000 кг /td td ФАО (2015) /td /tr tr class=“нечетный» TDТребуемый объем аквакультуры upb/sup/td td 0,2 мсуп3/суп /td td 20 мсуп3/суп /td td Расчетный /td /tr tr th colspan=4 энергии/ч /tr tr class=“нечетный» TDБытовое потребление тепла (Нидерланды) /td td 6500 кВтч/под/дом/год /td td 325 МВтч/суб/год /td td CBS (2018) /td /tr tr class=“даже» td RowSpan=2RAS потребление электричества/td td rowspan=2 0,05—0,15 кВтсуб/суб/MSUP3/SUP /td td 1-3 кВтсуб/суб /td td rowspan=2 (Эспиналь, чел. общение) /td /tr tr class=“нечетный» td 8,76-28,26 МВтл/суб год /td /tr /tbody /таблица
Supa/supThe средний голландский человек ест 50 кг овощей в год. Тем не менее, только 33 кг овощей, которые могут быть выращены в системах гидропоники, которые плодоносят овощи 31,87 г/сут, овощи brassica 2,11 г/сут, листовые овощи 12,57 г/сут, бобовые овощи 19,74 г/сут, стеблевые овощи 4,29 г/сут
Supb/supУчитывая максимальную плотность рыбы 80 кг/мсуп3/сап
Таблица 15.2 Компоненты производства
стол тхед tr class=“заголовок» Та компонент/т т Размер /th т Технические характеристики /th /tr /thead tbody tr class=“нечетный» TDSolar ПВ/ТД td 40 kWsubp, e/sub /td td Эта: 0.15 /td /tr tr class=“даже» TDurban ветряная турбина/td td 20 kWsubp, e/sub /td td Эта: 0.33 /td /tr tr class=“нечетный» TDТепловой насос/td td 10 kWsubp, e/sub /td td КОП: 4.0 /td /tr tr class=“даже» TDCHP/TD td 20 kWsubp, e/sub /td td ETASubel/Sub: 0,24, ETASubth/Sub = 0,61 /td /tr tr class=“нечетный» TDТопливный элемент/td td 10 kWsubp, e/sub /td td Эта: 0.55 /td /tr tr class=“даже» Тделектролизер/TD td 20 kWsubp, e/sub /td td Эта: 0.45 /td /tr tr class=“нечетный» TDбатареи/TD td 200 кВт·ч /td td Эта: 0.90 /td /tr tr class=“даже» TDрезервуар для горячей воды/td td 930 кВт·ч /td td 40—60C /td /tr tr class=“нечетный» TdВодородная цистерна/td td 1000 кВт·ч /td td 30 кг хранения HSub2/суб /td /tr /tbody /таблица
Энергетическая система была смоделирована в MATLAB с использованием данных энергетического профиля Амстердама, полученных с помощью DesignBuilder. Цифровая модель временных рядов включает широкий спектр энергетических технологий, перечисленных в таблице 15.2 с соответствующими спецификациями (рис. 15.4).
Модель энергетической системы (ESM) использует простые условные заявления для процесса принятия решений, т.е. это система управления, основанная на правилах. В текущей версии этой модели управление централизовано, с целью самопотребления
Рис. 15.4 Модель микросетки аквапоники (F. de Graaf 2018), показывающая энергетические балансы для мощности (верхняя диаграмма) и тепла (нижняя диаграмма) для эталонного случая (Амстердам)
максимизация системы в целом (в будущей версии архитектура управления будет децентрализована, см. Sect. 15.5). Условные заявления для достижения этого можно указать следующим образом:
Хранение тепла сведено к минимуму.
Прогнозируйте прогнозируемое негибкое производство и потребление электроэнергии.
a) Если батарея заполнена, включите гибкое потребление.
b) если батарея будет порожней, включите гибкую генерацию.
Сохраняя хранение тепла до минимума, буфер для гибкой балансировки энергии максимизируется. При перепроизводстве негибкой электроэнергии (т.е. производство электроэнергии, которое невозможно гибко планировать или контролировать, например, солнечная или ветровая), тепловой насос может быть включен для создания буфера, обеспечиваемого хранением горячей воды и тепловой массой аквапонной системы RAS. И наоборот, при недостаточном производстве электроэнергии можно включить гибкую генерацию, такую как ТЭЦ и топливный элемент, что позволяет использовать тепловую емкость.
Как для тепла, так и для электроэнергии энергетический баланс эквивалентен
$P_ {gen, flex} + P_ {gen, inflex} + P_ {grid} = P_ {cons, inflex} + P_ {cons, flex} + P_ {storage} $ (15,1)
Гибкие поколения включают в себя тепловой насос, блок комбинированного тепла и энергии (ТЭЦ), топливный элемент, аккумулятор и интеллектуальные/гибкие устройства (например, аквапонные насосы). Ветер, солнечная фотовольтаика (PV) и солнечные коллекторы классифицируются как негибкая генерация. Негибкие устройства составляют основную часть потребления электроэнергии, особенно в зимний период (в связи с необходимостью мгновенного освещения) (рис. 15.5).
Рис. 15.5 Пример энергетических потоков (диаграмма Санки) возможной интегрированной микросети на De Ceuvel (de Graaf 2018), включая биодигестер для производства биогаза. Эта конкретная конфигурация не включает в себя блок комбинированного тепла и энергии, который присутствует в концепции Smarthoood, и не учитывает большой объект аквапоники