Source material

Глава 15 Smarthoods: Интегрированные микросети Аквапоники

1. 15.1 Введение

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Переход на полностью устойчивую энергетическую систему отчасти потребует перехода от централизованной системы производства и распределения электроэнергии к децентрализованной системе в связи с развитием децентрализованных технологий производства энергии с использованием солнечной радиации ветра и крыши. Кроме того, интеграция теплового и транспортного секторов в электроэнергетическую систему приведет к весьма значительному увеличению пикового спроса. Эти разработки требуют масштабной и дорогостоящей адаптации к энергетической инфраструктуре, в то время как использование существующих производственных активов, как ожидается, снизится с 55% до 35% к 2035 году (Strbac et al. 2015). Это создает серьезную проблему, но и возможность: если энергетические потоки могут быть сбалансированы локально в microgrids, спрос на дорогостоящую модернизацию инфраструктуры может быть сведен к минимуму, обеспечивая при этом дополнительную стабильность основной сети. По этим причинам «микросети были определены в качестве ключевого компонента Smart Grid для повышения надежности и качества электроэнергии, повышения энергоэффективности системы» (Strbac et al. 2015).

   Микросети могут обеспечить столь необходимую устойчивость и гибкость и поэтому могут играть важную роль в энергетической системе будущего. Согласно оценкам, к 2050 году более половины домашних хозяйств ЕС будут производить собственную электроэнергию (Pudjianto et al. 2007). В связи с этим необходимо разблокировать гибкие ресурсы в рамках микросетей, с тем чтобы сбалансировать периодическое производство возобновляемой энергии.

   Системы городского сельского хозяйства, такие как аквапоника (dos Santos 2016), могут обеспечить столь необходимую энергетическую гибкость (Goddek and Körner 2019; Yogev et al. 2016). Растения могут расти в широком диапазоне внешних условий, так как они привыкли делать это в природе. То же самое относится и к рыбе в аквакультуре, которая может процветать в широком температурном диапазоне. Эти гибкие условия эксплуатации обеспечивают эффект буферизации на требования к потребляемой энергии, что создает большую степень гибкости в системе. Высокая тепловая масса, воплощенная в системе аквакультуры, позволяет хранить огромное количество тепла в системе. Огни могут включаться и выключаться в зависимости от обилия электроэнергии, что позволяет существенно сократить избыток электроэнергии, превращая ее в ценную биомассу. Насосы могут работать в синхронном режиме с пиковым временем выработки электроэнергии (например, в полдень) для ограничения полезной пиковой мощности (пиковое бритье). Оптимальные дистилляционные установки (глава 8) также имеют весьма гибкий спрос на тепло и могут быть отключены, как только возникает избыток тепла или электроэнергии (т.е. тепловой насос преобразует электроэнергию в тепловую энергию). Все эти аспекты делают аквапонические системы хорошо подходят для обеспечения гибкости микросетки.

   Помимо обеспечения гибкости в потреблении, многоконтурная система аквапоники может быть дополнительно интегрирована для обеспечения гибкости в производстве. Биогаз добывается в качестве побочного продукта УАСБ на аквапонике. Этот биогаз может сжигаться для получения как тепла, так и электроэнергии, путем включения микроТЭЦ в микросеть. Таким образом, интеграция аквапонных систем в микросети может повысить энергетическую гибкость как со стороны спроса, так и со стороны предложения.

2. 15.2 Концепция Smarthoods

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Чтобы раскрыть весь потенциал взаимосвязи «Продовольство-вода - энергия» применительно к децентрализованным микросетям, полностью интегрированный подход фокусируется не только на энергетике (микросети) и продовольствии (аквапоника), но и на использовании местного водного цикла. Интеграция различных систем водоснабжения (таких, как сбор дождевой воды, хранение и очистка сточных вод) в микросети, интегрированные с аквапонами, создает наибольший потенциал для эффективности, устойчивости и циркуляции. Концепция полностью интегрированной и децентрализованной микросети «Продовольство-Вода - Энергия» отныне будет именоваться «Smarthood» («умный район») и представлена на рис. 15.2.

   Преимущество внедрения аквапоники в концепцию Smarthoods заключается в ее потенциале для оптимизации интегрированных потоков питательных веществ, энергии и воды (рис. 15.1). Этот интеграционный потенциал выходит далеко за рамки уже упомянутого

   **Нексус «Еда - вода - энергия» **

   30% мирового спроса на энергию используется для сельского хозяйства 70% мирового спроса на пресную воду используется для сельского хозяйства

   

   Рис. 15.1 Связь между продуктами питания и водой и энергией показывает взаимосвязь между производством энергии, воды и продуктов питания (на основе IRENA 2015)

   img src="media/image-20201002190013698.png» alt="Развязанные системы аквапоники в умной среде» ="зум: 67%;»/

   Рис. 15.2 Интеграция развязанных систем аквапоники (как описано в главе 8) в децентрализованную локальную среду, как это предусмотрено концепцией Smartoods. Зеленые стрелки показывают, в какой степени система аквапоники может взаимодействовать с общей системой. Красные стрелки обозначают тепловые потоки, синие стрелки потоки воды и желтые стрелки потоки энергии

   кроссоверы между энергетическими и пищевыми системами. Например, происходящие биоразлагаемые потоки отходов могут обрабатываться в анаэробных реакторах (например, UASB) и генерировать как биогаз, так и биоудобрение (Goddek et al. 2018). Даже деминерализованный шлам отходов может использоваться в качестве жидкого навоза на традиционных пахотных землях.

   img src=» https://www.fao.org/3/i4626e/i4626e.pdf "style="зум: 75%;»/

   Рис. 15.3 Иллюстрированная фотография De Ceuvel (источник: Метаболический — www.metabolic.nl)

   Пример 15.1

   Ранним примером городской интегрированной аквапонной микросети является De Ceuvel, ранее заброшенная верфь в Амстердам-Севере, которая была преобразована в самодостаточное офисное пространство и рекреационный центр. De Ceuvel служит испытанием новых технологий и политики, направленных на создание замкнутой экономики. Он имеет полностью электрическую микросеть, включая солнечную PV, тепловые насосы и одноранговую торговлю энергией через блокчейн, используя свой собственный токен энергии: Jouliette ¹. Небольшой аквапоник производит травы и овощи для ресторана на территории отеля. Этот же ресторан использует биогаз, полученный из органических отходов местного производства, для приготовления пищи, а также для обогрева помещений. Кроме того, есть лаборатория, которая используется для проверки качества воды и извлечения фосфатов и нитратов.

   Хотя De Ceuvel в настоящее время не использует объект аквапоники для повышения гибкости своей микросети, устанавливаются датчики для мониторинга потоков энергии и питательных веществ с целью оценки их эффективности. Эти данные будут использоваться для содействия разработке новых и умных городских интегрированных микросетей аквапоники, таких как концепция Smarthoods, предложенная в этой главе. Ранние случаи использования в городских лабораториях, таких как De Ceuvel, имеют важное значение для успешного развития концепции Smarthoods (рис. 15.3).

   Хотя целостный подход к городским системам FWE, таким, как концепции Smarthoods, дает много преимуществ, интеграция систем аквапоники в микросети по-прежнему в значительной степени зависит от конкретного случая. Системы производства продуктов питания Aquaponic характеризуются более высоким урожаем и меньшим количеством воды, питательных веществ и энергии, чем традиционные сельскохозяйственные системы; однако их строительство также является более дорогостоящим. Поэтому они лучше всего подходят в местах, где требуется высокая урожайность из-за, например, ограниченности пространства. В плотных городских районах не всегда может быть достаточно места для строительства аквапоники, в то время как в сельских районах стоимость земли может быть слишком низкой, чтобы оправдать строительство современного объекта аквапоники; стандартный сельскохозяйственный объект с более низкими финансовыми затратами и урожайностью будет более подходящим для таких районов дела. Наиболее оптимальным вариантом использования комплексной аквапонной установки является тот случай, когда имеется достаточное пространство, и для компенсации стоимости землепользования требуется высокая урожайность на каждый участок. Таким образом, в пригородных районах и других городских районах (например, заброшенных складов), скорее всего, будут впервые внедрены микросети с аквапоническим сооружением (см. пример 15.1).

   Footnotes

   1. https://www.joulitte.net ↩

3. 15.3 Цель

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Целью данного исследования является количественная оценка степени самодостаточности и гибкости микросетки, интегрированной с развязанной многоконтурной системой аквапоники.

4. 15.4 Метод

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   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:

   1. Хранение тепла сведено к минимуму.

   2. Прогнозируйте прогнозируемое негибкое производство и потребление электроэнергии.

   3. 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

5. 15.5 Результаты

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Общий объем электрического и теплового потребления как домов, так и аквапонной теплицы (смоделирован на основе данных, приведенных в таблицах 15.1 и 15.2), показан в таблице 15.3. На аквапоническую теплицу приходится 38,3% потребления электроэнергии и 51,4% потребления тепла. Таким образом, потребность в электроэнергии для объекта аквапоники, интегрированного в жилую микросеть, составляет чуть более одной трети от общего спроса на энергию на местном уровне, учитывая, что вся бытовая энергия и производство овощей/рыбы осуществляется на местном уровне. Потребность в теплом составляет примерно 50% от общей потребности в теплом, что в значительной степени может быть отнесено к установке дистилляции, работающей на высокотемпературной воде.

   Как видно из рис. 15.4 и 15.6, энергетическая система Smarthoods способна балансировать производство и потреблять большую часть времени. Общая доля импортируемой электроэнергии из сети составляет 4,62% для эталонного случая. Иногда может наблюдаться незначительный дисбаланс мощности, который можно отнести к субоптимальному управлению для текущей версии модели по большей части. Например, в течение нескольких часов ТЭЦ переключается с включенной в состояние вне системы несколько раз, что приводит к перепроизводству электроэнергии. Такое поведение не будет происходить для более оптимизированной системы управления, так как ТЭЦ может быть уменьшено в координации с тепловым насосом, чтобы обеспечить точное количество необходимого электричества и тепла.

   15.5.1 Гибкость

   Система отличается высокой гибкостью благодаря использованию ТЭЦ и аквапоники с гибким освещением и насосами, высокой тепловой буферизацией, а также

   Таблица 15.3 Электрические и тепловые нагрузки для различных аспектов микросети

   стол тхед tr class="заголовок» ч/т т Жилой /th т Аквапоник объект /th /tr /thead тбоди tr class="нечетный» TDelectrical средний спрос/td td 17,2 кВт /td td 10,2 кВт /td /tr tr class="даже» Tdelectrical пиковый спрос/td td 47,6 кВт/суб /td td 15,2 кВт/суб. /td /tr tr class="нечетный» Общий спрос на электроэнергию т 143,2 МВтч/год /th т 89,2 МВтч/год /th /tr tr class="даже» TDThermal средний потребность/td td 37,1 кВт /td td 39,3 кВт /td /tr tr class="нечетный» TDThermal пиковый спрос/td td 148,4 кВт /td td 121,2 кВт /td /tr tr class="даже» ThThermal совокупный спрос т 325,0 МВтч/суб/год /th т 344,2 МВтч/суб/год /th /tr /tbody /таблица

   

   Рис. 15.6 Графические схемы временных рядов для энергетических балансов (верхний левый) и тепловой (нижний левый) (в Вт) системы Smarthoood. Емкость хранения (в кВт·ч) указана справа для мощности (вверху справа) и тепла (снизу справа). Ось x представляет собой количество часов с начала года. Черная линия представляет собой дисбаланс энергии

   аккумулятора и водородной системы. Система аквапоники, особенно, значительно повышает общую гибкость системы, поскольку она может функционировать для широкого диапазона потребляемой энергии, как это можно сделать из таблицы 15.4. В результате такой гибкости системе удается достичь почти полной (95,38%) самообеспеченности электроэнергией и 100% тепловой самообеспеченности.

6. 15.6 Обсуждение

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Энергосистема, предложенная для концепции Smarthoood, способна достичь почти полной независимости от сети за счет использования гибкости, обеспечиваемой различными компонентами системы. Аквапоническая система, особенно, имеет положительный

   Таблица 15.4 Гибкий спрос на систему аквапоники

   стол тхед tr class="заголовок» т Компонент /th т Порядок величин /th т Гибкость /th /tr /thead тбоди tr class="нечетный» td rowspan=3 Насосы /td td 0,05—0,15 кВт.суб. MsUP3/SUP /td td rowspan=3 Не все насосы должны работать непрерывно. Основные процессы (контроль кислорода, контроль аммиака, контроль COSub2/Sub, обмен резервуарами, контроль взвешенных твердых веществ) должны выполняться непрерывно. Более мелкие процессы, такие как дозирование pH буфера, процедуры обратной промывки, обмен водой или резервное оксигенация, не должны выполняться непрерывно /td /tr tr class="даже» td 1-3 кВтсуб/суб /td /tr tr class="даже» td 8,76-28,26 МВтл/суб в год /td /tr tr class="нечетный» td rowspan=2 Освещение /td td 80—150 Вт/мсуп2/SUP /td td rowspan=2 Растения нуждаются в ~4—6 ч темноты, в остальную часть дня они могут быть освещены искусственно. Это оставляет около 0 (лето) до 12 (зима) часов гибкого дополнительного освещения /td /tr tr class="даже» td При коэффициенте пропускной способности 10— 20% это приводит к 28—105 МВт·суб/год кВт·суб/суб /td /tr tr class="нечетный» td rowspan=2 Отопление помещений (пол) и отопление резервуаров для аквакультуры /td td 444 кВтч/под/MSUP2/суп/год /td td rowspan=2 Благодаря высокой тепловой массе бетонного пола и большому объему воды в резервуаре RAS тепловая нагрузка чрезвычайно гибка /td /tr tr class="нечетный» td 177,8 МВтч/суб/год /td /tr tr class="даже» td rowspan=2 Дистилляционная установка /td td 50 Kwsubth/sub/sub/год /td td rowspan=2 Дистилляционная установка работает на горячей воде (70—90 ˚C) и может эксплуатироваться со значительной степенью гибкости (MemSys 2017) /td /tr tr class="нечетный» td 166,4 МВтч/суб/год /td /tr /tbody /таблица

   влияние на общую гибкость системы. При самодостаточности мощности 95,38% эта система работает лучше, чем любая другая экономически целесообразная система, оцененная в предыдущих исследованиях (de Graaf 2018).

   Control Architecture Облегчение децентрализованной местной энергетической экономики, такой как та, предложенная в концепции Smarthoods, требует платформы, которая отслеживает все одноранговые транзакции, происходящие в районе. Соответствующая одноранговая сеть может быть классифицирована как подход с несколькими агентами (MAS), при котором несколько узлов (например, домохозяйства или коммунальные здания) функционируют как независимые агенты со своей собственной целью (например, минимизировать затраты или максимизировать энергосбережение) и соответствующим процессом принятия решений. Такой децентрализованный, многоагентный подход к принятию решений необходим в силу сложности системы. Существует слишком много информации и слишком много переменных для вычисления иерархической, нисходящей и централизованной архитектуры управления.

   Blockchain Архитектура управления многоагентной системой на основе блокчейна потенциально может обеспечить необходимую структуру для размещения децентрализованной одноранговой сети. Огромное количество распределенных узлов обеспечивает стабильность и безопасность сети, и может быть использована альтернатива майнингу: чеканка. При чеканке токены/монеты генерируются на основе данных, предоставляемых реальным устройством, таким как интеллектуальный счетчик энергии. При условии, что эти источники информации можно доверять, т.е. эти устройства могут быть защищены от несанкционированного вмешательства, может быть создана защищенная и независимая бухгалтерская книга, в которой различные заинтересованные стороны могут обмениваться товарами (например, электроэнергией) и услугами (например, управление спросом). Используя смарт-контракты, сложные сервисы, такие как гибкая торговля, могут быть запрограммированы в архитектуру управления системы.

   _Интернет вещей. Компоненты системы Smarthoood, такие как тепловые насосы, освещение теплиц или UASB, могут управляться с помощью подключенных к Интернету датчиков и приводов, известных как Интернет вещей. Сеть датчиков Интернета вещей позволяет осуществлять обширный сбор данных, начиная от концентрации питательных веществ в аквариумах и заканчивая, например, циклами нагрузки аккумулятора, причем все это происходит на временной основе. Эти данные могут быть использованы для проверки числовой модели и оптимизации динамического управления системой.

   Оптимизация управления системой Smarthoood может быть выполнена путем анализа данных с использованием алгоритмов искусственного интеллекта, таких как генетическое программирование (эволюционные алгоритмы) или машинное обучение. Например, при обучении машинному армированию алгоритму передается набор действий и их влияние на окружающую среду в качестве входных аргументов, а также текущее состояние системы и кумулятивная объективная/стоимостная функция. Постепенно улучшающийся эвристический процесс принятия решений может быть реализован в каждом домохозяйстве, который будет динамично адаптироваться к ситуациям, чтобы найти почти оптимальную программу принятия решений, которая будет управлять потоками энергии внутри дома и Smarthood. Каждый дом может использовать такой алгоритм, в результате чего можно создать многоузловую архитектуру системы управления, известную как мультиагентная система (MAS), которая является относительно недорогой вычислительной (по сравнению с централизованным управлением) — и близка к оптимальному.

   Legal Barriers Высоко инновационный характер различных аспектов концепции Smarthoood, таких как полигенерация микросетки, многоконтурная аквапонная система и нетрадиционные требования городского планирования, создает уникальный набор проблем, которые необходимо преодолеть. Для многих из этих проблем нынешняя нормативная база является недостаточной для учета изменений, предложенных в концепции Smarthoods.

   Microgrids, например, лучше всего работать, когда существует местный рынок, на котором различные prosumers (потребители, которые одновременно производят энергию) могут участвовать в безфрикционной торговле энергией на свободном рынке. Затем рыночные силы будут работать над созданием местного энергетического рынка, на котором колебания цен на энергию будут вызваны местным спросом и предложением. Таким образом, такое колебание цен будет стимулировать интеллектуальные энергетические решения, такие как хранение энергии, управление спросом или гибкое производство энергии. В большинстве стран ЕС свободный местный рынок в настоящее время невозможен из-за нормативных положений; налоги должны уплачиваться за каждый кВтч, проходящий через счетчик электроэнергии, цена на электроэнергию для потребителей фиксирована, а участники рынка не могут участвовать в энергетическом рынке без вмешательства третьего называется aggregator. В связи с ожидаемым увеличением масштабов разработки проектов в области микросетей регуляторам придется изыскивать пути содействия развитию местных энергетических рынков, с тем чтобы полностью раскрыть потенциал высокоинтегрированных микросетей (см. пример 15.2).

   Пример 15.2

   Недавний прогресс в рамках нормативной базы в Нидерландах является введение экспериментального закона, который позволяет небольшое количество тщательно отобранных проектов (например, de Ceuvel, пример Z.1), чтобы энергетические кооперативы могли стать их собственным оператором распределительной системы, как если бы они находились за однометровым соединением. Этот закон свидетельствует о том, что директивные органы Нидерландов осведомлены о ранее упомянутых правовых барьерах, и поэтому, скорее всего, приведет к пересмотру действующего законодательства в области электроэнергетики в ближайшем будущем, с тем чтобы лучше учесть изменения в области микросетей.

   Кроме того, в большинстве стран ЕС существуют некоторые правовые барьеры в отношении повторного использования очищенной черной воды для производства рыбы и растений, поскольку необходимо обеспечить полную ликвидацию патогенов человека. Более подробную информацию о правовой базе аквапоники можно найти в главе 20.

7. 15.7 Выводы

   Original publication 2019 · Впервые опубликовано в FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Цель данного исследования заключалась в количественном определении степени гибкости и самодостаточности, которую может обеспечить интегрированная микросеть аквапоники. Для того, чтобы получить этот ответ, район из 50 домашних хозяйств был принят в качестве «умника», с развязанным многопетлевым центром аквапоники, который способен обеспечить рыбу и овощи для всех 100 жителей Смартхада.

   Результаты многообещающие: благодаря высокой степени гибкости, присущей системе аквапоники в результате высокой тепловой массы, гибких насосов и адаптивного освещения, общая степень самообеспеченности составляет 95,38%, что делает ее практически полностью самодостаточной и независимой от сети. Поскольку на систему аквапоники приходится 38,3% энергопотребления и 51,4% потребления тепла, влияние объекта аквапоники на общий энергетический баланс системы очень велико.

   Ранее проведенные исследования (de Graaf 2018) показали, что очень трудно достичь уровня самопотребления свыше 60% без использования внешнего источника биомассы для управления ТЭЦ. Даже с учетом этого источника максимально технически экономически обоснованное самопотребление не превышало 89%. В Smarthoood входы биомассы для ТЭЦ частично производят от самой аквапонной системы, а также от рециркуляции серой и черной воды. Более высокий уровень самопотребления в сочетании с более низкой зависимостью от внешних источников биомассы и в результате самопотребления 95% делает предлагаемую микросеть, интегрированную с аквапоной, лучше с точки зрения самообеспеченности, чем любая другая возобновляемая микросеть, известная авторам.

   Поэтому авторы данной главы твердо убеждены в том, что при достаточном количестве экспериментов интеграция аквапонных тепличных систем в микросети дает большой потенциал для создания на местном уровне высокосамодостаточных систем «Продовольство-Вода - Энергия».