Source material

Sura ya 15 Smarthhoods: Microgrids zilizounganishwa na Aquaponics

1. 15.1 Utangulizi

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Kugeuka kuelekea mfumo wa nishati endelevu kwa kiasi kikubwa kutahitaji kubadili mfumo wa usambazaji wa kizazi na mfumo wa usambazaji, kuelekea mfumo uliotengwa, kutokana na kupanda kwa teknolojia za uzalishaji wa nishati zilizotengwa kwa kutumia mionzi ya jua ya upepo na paa. Aidha, kuunganisha sekta za joto na usafiri katika mfumo wa umeme zitasababisha ongezeko kubwa sana la mahitaji ya kilele. Maendeleo haya yanahitaji mabadiliko makubwa na ya gharama kubwa kwa miundombinu ya nishati, wakati matumizi ya mali zilizopo za uzalishaji unatarajiwa kushuka kutoka 55% hadi 35% kufikia 2035 (Strbac et al. 2015). Hii inaleta changamoto kubwa, lakini pia fursa: ikiwa mtiririko wa nishati unaweza kuwa na usawa ndani ya nchi katika microgrids, mahitaji ya kuboresha miundombinu ya gharama kubwa yanaweza kupunguzwa, huku ikitoa utulivu zaidi kwenye gridi kuu. Kwa sababu hizi, 'microgrids zimetambuliwa kama sehemu muhimu ya Smart Gridi ya kuboresha uaminifu wa nguvu na ubora, kuongeza ufanisi wa nishati ya mfumo' (Strbac et al. 2015).

   Microgrids inaweza kutoa ustahimilivu unaohitajika sana na kubadilika, na hivyo kuna uwezekano wa kuwa na jukumu muhimu katika mfumo wa nishati ya siku zijazo. Inakadiriwa kuwa kufikia mwaka wa 2050, zaidi ya nusu ya kaya za EU zitazalisha umeme wao wenyewe (Pudjianto et al. 2007). Kufungua rasilimali rahisi ndani ya microgrids kwa hiyo inahitajika ili kusawazisha kizazi cha nishati mbadala.

   Mifumo ya kilimo cha miji, kama vile aquaponics (dos Santos 2016), inaweza kutoa kubadilika kwa nishati hii (Goddek na Körner 2019; Yogev et al. 2016). Mimea inaweza kukua ndani ya hali mbalimbali za nje, kwani hutumiwa kufanya hivyo kwa asili. Hali hiyo inatumika kwa samaki katika mfumo wa ufugaji wa maji, ambayo inaweza kustawi katika kiwango kikubwa cha joto. Hali hizi za uendeshaji rahisi zinaruhusu athari za kupungua kwa mahitaji ya pembejeo ya nishati, ambayo huunda kiwango kikubwa cha kubadilika ndani ya mfumo. Masi ya juu ya mafuta yaliyo na mfumo wa maji ya maji inaruhusu kiasi kikubwa cha joto kuhifadhiwa ndani ya mfumo. Taa zinaweza kugeuka na kuzima kulingana na wingi wa umeme, kuruhusu kizazi kikubwa cha umeme kimsingi kupunguzwa kwa kugeuza kuwa biomasi ya thamani. Pampu zinaweza kuendeshwa kwa synchronicity na nyakati za uzalishaji wa nguvu za kilele (k.mf. saa sita mchana) ili kupunguza nguvu za kilele Vitengo vilivyofaa vya kunereka (Chap. 8) pia vina mahitaji ya joto yenye kubadilika sana na yanaweza kuzima mara tu kuna oversupply ya joto au umeme (yaani pampu ya joto ingebadilisha nishati ya umeme kuwa nishati ya joto). Mambo haya yote hufanya mifumo ya aquaponic vizuri inafaa kutoa kubadilika kwa microgridi.

   Karibu na kutoa kubadilika kwa matumizi, mfumo wa aquaponics wa kitanzi mbalimbali unaweza kuunganishwa zaidi ili pia kutoa kubadilika katika uzalishaji. Biogas huzalishwa kama byproduct kutoka UASB katika kituo cha aquaponic. Biogas hii inaweza kuwaka ili kuzalisha joto na nguvu, kwa kuingiza micro-CHP katika microgridi. Kuunganisha mifumo ya aquaponic ndani ya microgrids inaweza kuongeza kubadilika kwa nishati kwa pande zote za mahitaji na usambazaji.

2. 15.2 Dhana ya Smarthoods

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Kufungua uwezo kamili wa Nexus ya Chakula na Maji ya Nishati kuhusiana na mikrogridi iliyopangwa, mbinu iliyounganishwa kikamilifu inalenga si tu nishati (microgridi) na chakula (aquaponics) lakini pia katika kutumia mzunguko wa maji wa ndani. Ushirikiano wa mifumo mbalimbali ya maji (kama vile ukusanyaji wa maji ya mvua, uhifadhi na matibabu ya maji machafu) ndani ya mikrogridi ya jumuishi ya maji huzaa uwezo mkubwa wa ufanisi, ustahimilivu na mzunguko. Dhana ya Microgridi ya Chakula kilichounganishwa kikamilifu na ya kuimarishwa-Maji ya Nishati itaanzia sasa itajulikana kama Smarthood (jirani ya smart) na inaonyeshwa kwenye Mchoro 15.2.

   Faida ya kutekeleza aquaponics katika dhana ya Smarthoods ni uwezo wake wa kuchangia kuboresha mchanganyiko wa virutubisho, nishati na maji (Mchoro 15.1). Uwezo huu ushirikiano unaendelea vizuri zaidi ya tayari zilizotajwa

   Chakula na Maji ya Nishati Nexus

   30% ya mahitaji ya nishati duniani ni kutumika kwa ajili ya kilimo 70% ya mahitaji ya kimataifa ya maji safi ni kutumika kwa ajili ya kilimo

   

   Kielelezo 15.1 Nexus ya Chakula na Maji ya Nishati inaonyesha ushirikiano kati ya nishati, maji na uzalishaji wa chakula (kulingana na IRENA 2015)

   img src="vyombo vya habari/image-20201002190013698.png” ALT="Mifumo ya Aquaponics iliyopigwa kwa njia ya Smarthood” ="zoom: 67%;”/

   Mtini. 15.2 ushirikiano wa mifumo ya aquaponics iliyopigwa (kama ilivyoelezwa katika Chap. 8) katika mazingira madaraka ya ndani kama iliyoundwa kwa ajili ya dhana Smarthoods. Mishale ya kijani inaonyesha kwa kiwango gani mfumo wa aquaponics unaweza kuingiliana na mfumo wa jumla. Mishale nyekundu inawakilisha mtiririko wa joto, mishale ya bluu inapita maji na nguvu za mishale ya njano inapita

   crossovers kati ya nishati na mifumo ya chakula. Kwa mfano, mito ya taka inayojitokeza inaweza kutibiwa katika mitambo ya anaerobic (kwa mfano UASB) na kuzalisha biogas na bio-fertiliser (Goddek et al. 2018). Hata sludge ya taka ya demineralized inaweza kutumika kama mbolea ya kioevu kwenye mimea ya kawaida.

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

   mtini. 15.3 Illustrated picha ya De Ceuvel (chanzo: Metabolic - www.metabolic.nl)

   Mfano 15.1

   Mfano wa awali wa maendeleo ya miji jumuishi aquaponic microgridi ni De Ceuvel, shipyard awali kutelekezwa katika Amsterdam-Kaskazini ambayo imekuwa waongofu katika kujitegemea ofisi nafasi na kitovu burudani. De Ceuvel hutumika kama testbed kwa teknolojia mpya na sera zinazolenga kujenga uchumi wa mviringo. Ina microgridi ya umeme yote ikiwa ni pamoja na PV ya jua, pampu za joto na biashara ya nishati ya wenzao juu ya blockchain kwa kutumia ishara yao ya nishati: Jouliette ¹. Kituo kidogo cha aquaponic kinazalisha mimea na mboga kwa mgahawa wa tovuti. Mgahawa huo hutumia biogas inayotokana na taka za kikaboni zinazozalishwa ndani ya nchi kwa ajili ya shughuli zao za kupikia pamoja na joto la nafasi. Aidha, kuna sasa maabara ambayo hutumiwa kupima ubora wa maji na kuchimba phosphates na nitrati.

   Ingawa De Ceuvel sasa si kikamilifu kutumia aquaponics kituo kuongeza kubadilika kwa microgridi yake, sensorer ni kuwa imewekwa kufuatilia nishati na madini mtiririko ili kutathmini utendaji wake. Data hii itatumika kusaidia katika maendeleo ya karibu zaidi na nadhifu miji jumuishi aquaponics microgrids, kama vile dhana Smarthoods mapendekezo katika sura hii. Matukio ya matumizi ya mapema yaliyopatikana katika maabara ya kuishi ya miji kama De Ceuvel ni muhimu kwa maendeleo mafanikio ya dhana ya Smarthoods (Mchoro 15.3).

   Ingawa mbinu kamili ya mifumo ya FWE ya miji kama vile dhana za Smarthoods hutoa faida nyingi, ushirikiano wa mifumo ya aquaponics ndani ya microgrids bado hutegemea sana kesi. Mifumo ya uzalishaji wa chakula cha maji ya maji ni sifa ya mavuno ya juu na nyayo za chini za maji, virutubisho na nishati kuliko mifumo ya kawaida ya kilimo; hata hivyo, pia ni gharama kubwa zaidi ya kujenga. Kwa hiyo ni bora inafaa katika maeneo ambayo yanahitaji mavuno makubwa kutokana na, kwa mfano, mapungufu ya nafasi. Katika maeneo makuu ya miji, huenda daima kuwa na nafasi ya kutosha ya kujenga kituo cha aquaponics, ambapo kwa maeneo ya vijiumbe gharama ya ardhi inaweza kuwa chini sana ili kuidhinisha kujenga kituo cha aquaponics cha hali ya sanaa; kituo cha kilimo cha kawaida na gharama za chini za fedha na mavuno yatakuwa inafaa zaidi katika vile kesi. Kesi bora zaidi ya matumizi ya kituo cha aquaponic kilichounganishwa ni moja ambapo nafasi ya kutosha inapatikana, na mavuno makubwa kwa kila eneo yanahitajika ili kukabiliana na gharama za matumizi ya ardhi. Vitongoji vya miji na maeneo mengine ya miji (kwa mfano ghala iliyoachwa) ni hivyo uwezekano mkubwa wa kuona utekelezaji wa kwanza wa microgrids kuunganishwa na kituo cha aquaponic (angalia Mfano 15.1).

   Footnotes

   1. https://www.joulitte.net ↩

3. Lengo la 15.3

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Lengo la utafiti huu ni kupima kiwango cha kujitosheleza na kubadilika kwa microgridi iliyounganishwa na mfumo wa aquaponics wa kitanzi cha multi-kitanzi.

4. 15.4 Njia

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Kitongoji cha kaya 50 kilidhaniwa kuwa 'Smarthood', na kituo cha aquaponics kilichopungua ambacho kina uwezo wa kutoa samaki na mboga kwa wakazi wote 100 wa Smarthood.

   Kwa mfano wa kina wa Smarthood, kesi ya kumbukumbu ya nadharia ya jirani ya miji huko Amsterdam ilitumiwa, yenye kaya 50 (nyumba) na wastani wa nyumba ya watu 2 kwa kaya (jumla ya watu 100). Aidha, kituo kimoja cha aquaponic cha miji kina mfumo wa chafu, maji ya maji, UASB na kitengo cha kunereka. Upeo wa vipengele tofauti huhamasishwa kwa kutumia data kwa kaya ya kawaida ya Kiholanzi na chafu (tazama Jedwali 15.1).

   15.4.1 Mfumo wa Mfumo wa Nishati

   Mfumo wa Mfumo wa Nishati (ESM) ulifanywa ambao unaweza kuiga mtiririko wa nishati wa vipengele mbalimbali, ambavyo vipimo vyake vikuu vinaonyeshwa katika Jedwali 15.2. ESM ina uwezo wa kuhesabu mtiririko wa nishati kwa kila sehemu kwa kila saa ya mwaka.

   Jedwali 15.1 Mahitaji ya Chakula na nishati kwa kila mtu/kaya nchini Uholanzi

   meza thead tr cuttertd ThWastani (kwa mji mkuu/mwaka) /th ThJumla (watu 100) /th Thsource/th /tr /thead tbody tr th colspan=4VOOD/th /tr tr TDVegetable matumizi (Uholanzi) /td td 33 kgsupa/sup (ambapo u73 kg/u ni ilipendekeza /td td 7300 kilo /td td EFSA (2018) /td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” TDrequired eneo la chafu/td td Takriban 4 msup2/sup /td td 400 msup2/sup /td td Inakadiriwa kulingana na min. mapendekezo ya matumizi /td /tr tr darasa="hata” TDFish matumizi ya/td td 20 kg /td td 2000 kilo /td td FAO (2015) /td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” TDInahitajika volumesupb/sup/td td 0.2 msup3/sup /td td 20 msup3/sup /td td Inakadiriwa /td /tr tr th colspan=4 Nishati/th /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” TDkaya matumizi ya joto (Uholanzi) /td td 6500 kWhsubth/sub/nyumba/mwaka /td td 325 MWhsubth/ndogo/mwaka /td td CBS (2018) /td /tr tr darasa="hata” td rowspan=2RAS matumizi ya umeme/td td rowspan = 2 0.05—0.15 kWsube/sub/MSUP/sup /td td 1—3 kWsube/Sub /td td rowspan = 2 (Espinal, mtu. mawasiliano) /td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” td 8,76—28,26 MWhsube/ndogo/ mwaka /td /tr /tbody /meza

   Supa/supa mtu wastani wa Kiholanzi anakula kilo 50 za mboga kwa mwaka. Hata hivyo, kilo 33 tu ya mboga ambazo zinaweza kupandwa katika mifumo ya hydroponics, ambayo ni matunda mboga 31.87 g/siku, mboga za shaba 22.11 g/siku, mboga za majani 12.57 g/siku, mboga za mboga 19.74 g/siku, mboga za shina 4.29 g/siku

   Supb/supkuzingatia max. wiani wa samaki wa kilo 80/msup3/sup

   Jedwali 15.2 Vipengele vya uzalishaji

   meza thead tr darasa="header” ThComponent/th th Ukubwa /th th Specifics /th /tr /thead tbody tr darasa="isiyo ya kawaida” TDSolar PV/TD td 40 kWsubp, e/sub /td td Eta: 0.15 /td /tr tr darasa="hata” TDurban upepo turbine/td td 20 kWsubp, e/sub /td td Eta: 0.33 /td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” TDjoto pampu/td td 10 kWsubp, e/sub /td td ASKARI: 4.0 /td /tr tr darasa="hata” TDCHP/TD td 20 kWsubp, e/sub /td td etasubel/ndogo: 0.24, etasubth/sub = 0.61 /td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” TDFuel kiini/td td 10 kWsubp, e/sub /td td Eta: 0.55 /td /tr tr darasa="hata” Tdelectrolyser/TD td 20 kWsubp, e/sub /td td Eta: 0.45 /td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” tdbattery/Td td 200 kWh /td td Eta: 0.90 /td /tr tr darasa="hata” TDTank ya maji ya moto/td td 930 kWh /td td 40—60C /td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” TDTank ya hidrojeni/td td 1000 kWh /td td 30 kg ya hifadhi ya Hsub2/sub /td /tr /tbody /meza

   Mfumo wa nishati ulionyeshwa katika MATLAB kwa kutumia data ya wasifu wa nishati kwa Amsterdam iliyopatikana kupitia DesignBuil Mfano wa mfululizo wa muda unahusisha uteuzi mzima wa teknolojia za nishati, zilizoorodheshwa katika Jedwali 15.2 na maelezo yao husika (Mchoro 15.4).

   Mfumo wa Mfumo wa Nishati (ESM) hutumia kauli rahisi za masharti kwa mchakato wa kufanya maamuzi, yaani. ni mfumo wa udhibiti wa utawala. Katika toleo la sasa la mfano huu, udhibiti umewekwa katikati, kwa lengo la matumizi ya kibinafsi

   

   mtini. 15.4 aquaponics microgridi mfano (F. de Graaf 2018), kuonyesha mizani nishati kwa nguvu (mchoro juu) na joto (chini mchoro) kwa ajili ya kesi ya kumbukumbu (Amsterdam)

   maximisation kwa mfumo kwa ujumla (katika toleo la baadaye, usanifu wa udhibiti utafunguliwa, angalia Sect. 15.5. Taarifa za masharti ili kufikia hili zinaweza kutajwa kama ifuatavyo:

   1. Weka hifadhi ya joto kwa kiwango cha chini.

   2. Forecast alitabiri usiobadilika uzalishaji wa umeme na matumizi.

   3. (a) Ikiwa betri itajaa, tembea matumizi rahisi.

   (b) Ikiwa betri itakuwa tupu, tembea kizazi rahisi.

   Kwa kuweka hifadhi ya joto kwa kiwango cha chini, buffer kwa kusawazisha nishati rahisi inaongezeka. Ikiwa kuna uzalishaji mkubwa wa umeme usioweza kubadilika (yaani uzalishaji wa umeme ambao hauwezi kupangwa au kudhibitiwa, kama vile jua au upepo), pampu ya joto inaweza kugeuka ili kuunda buffer inayotolewa na hifadhi ya maji ya moto na molekuli ya joto ya mfumo wa RAS ya aquaponic. Kinyume chake, ikiwa kuna uzalishaji mdogo wa umeme, kizazi rahisi kama vile CHP na kiini cha mafuta kinaweza kugeuka, na hivyo kutumia uwezo wa kuhifadhi mafuta.

   Kwa joto na nguvu, usawa wa nishati ni sawa na

   $P_ {gen, flex} + P_ {gen, inflex} + P_ {gridi} = P_ {hasara, inflex} + P_ {hasara, flex} + P_ {kuhifadhi} $ (15.1)

   Vizazi vinavyoweza kubadilika ni pamoja na pampu ya joto, kitengo cha Joto na Power (CHP), kiini cha mafuta, betri na vifaa visivyoweza kubadilika (kwa mfano pampu za aquaponic). Upepo, photovoltaics ya jua (PV) na watoza wa jua huwekwa kama kizazi kisichoweza kubadilika. Vifaa visivyo na kubadilika hufanya wingi wa matumizi ya umeme, hasa wakati wa baridi (kutokana na haja ya taa za papo hapo) (Mchoro 15.5).

   

   Mtini. 15.5 Mfano wa mtiririko wa nishati (Sankey mchoro) ya uwezekano jumuishi microgridi Configuration katika De Ceuvel (de Graaf 2018), ikiwa ni pamoja na biodigester kwa ajili ya uzalishaji wa biogas. Configuration hii hasa haijumuishi kitengo cha Joto na Nguvu kilichopo ndani ya dhana ya Smarthood, wala hazizingatii kituo kikubwa cha aquaponics

5. 15.5 Matokeo

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Jumla ya matumizi ya umeme na mafuta ya nyumba zote mbili na kituo cha chafu cha maji (kilichotokana na data katika Jedwali 15.1 na 15.2) inavyoonekana katika Jedwali 15.3. Kituo cha chafu cha maji ni wajibu wa 38.3% ya matumizi ya nguvu na 51.4% ya matumizi ya joto. Mahitaji ya nguvu kwa kituo cha aquaponics kilichounganishwa katika microgridi ya makazi kwa hiyo ni kidogo zaidi ya theluthi moja ya mahitaji ya nishati ya ndani, kutokana na kwamba nishati zote za makazi na uzalishaji wa mboga/samaki hufanyika ndani ya nchi. Mahitaji ya joto yanajumuisha asilimia 50 ya jumla ya mahitaji ya joto, ambayo yanaweza kuhusishwa kwa sehemu kubwa kwenye kitengo cha kunereka kinachoendesha maji ya juu ya joto.

   Kama inavyoonekana katika Tini. 15.4 na 15.6, mfumo wa nishati ya Smarthoods una uwezo wa kusawazisha uzalishaji na mahitaji mara nyingi. Sehemu ya jumla ya umeme kutoka kwa gridi ya taifa ni 4.62% kwa kesi ya kumbukumbu. Wakati mwingine, usawa kidogo wa nguvu unaweza kuzingatiwa, ambayo inaweza kuhusishwa na udhibiti mdogo kwa toleo la sasa la mfano kwa sehemu kubwa. CHP, kwa mfano, inachukua kutoka kwenye hali ya juu hadi mbali mara nyingi kwa kipindi cha masaa kadhaa, na kusababisha uzalishaji mkubwa wa umeme. Tabia kama hiyo haitatokea kwa mfumo wa udhibiti ulioboreshwa zaidi, kwani CHP inaweza kupunguzwa kwa kuratibu na pampu ya joto ili kutoa kiasi sahihi cha umeme na joto zinazohitajika.

   15.5.1 Kubadilika

   Mfumo huo ni rahisi sana kama matokeo ya CHP na kituo cha aquaponics na taa zake rahisi na pampu, na uwezo wa juu wa mafuta, pamoja na

   Jedwali 15.3 Mzigo wa umeme na mafuta kwa vipengele tofauti vya microgridi

   meza thead tr darasa="header” th/th th Makazi /th th Kituo cha Aquaponic /th /tr /thead tbody tr darasa="isiyo ya kawaida” Tdelectrical wastani wa mahitaji/td td 17.2 kW /td td 10.2 kW /td /tr tr darasa="hata” Mahitaji ya kilele cha Tdelectrical/td td 47.6 kWsubP/Sub /td td 15.2 kWsubp/sub /td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” ThElectrical jumla ya mahitaji/th th 143.2 MWh/mwaka /th th 89.2 MWh/mwaka /th /tr tr darasa="hata” TDwastani wa mahitaji/td td 37.1 kW /td td 39.3 kW /td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” TDThermal kilele mahitaji/td td 148.4 kW /td td 121.2 kW /td /tr tr darasa="hata” Thermal jumla ya mahitaji/th th 325.0 MWHsubth/ndogo/mwaka /th th 344.2 MWHsubth/ndogo/mwaka /th /tr /tbody /meza

   

   Kielelezo 15.6 michoro ya mfululizo wa picha kwa nguvu (juu-kushoto) na joto (chini-kushoto) mizani ya nishati (katika W) ya mfumo wa Smarthood. Uwezo wa kuhifadhi (katika kWh) unaonyeshwa upande wa kulia wa nguvu (juu-kulia) na joto (chini-kulia). Mhimili wa x-inawakilisha idadi ya masaa tangu mwanzo wa mwaka. Mstari mweusi unawakilisha usawa wa nishati

   betri, na mfumo wa hidrojeni. Mfumo wa aquaponic, hasa, huongeza sana kubadilika kwa jumla kwa mfumo, kwa sababu inaweza kufanya kazi kwa pembejeo mbalimbali za nishati, kama inaweza kupatikana kutoka Jedwali 15.4. Kama matokeo ya kubadilika hii, mfumo unaweza kufikia karibu jumla (95.38%) nguvu kujitegemea na 100% joto kujitegemea.

6. 15.6 Majadiliano

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Kujitegemea Mfumo wa nishati uliopendekezwa kwa dhana ya Smarthood ina uwezo wa kufikia uhuru wa karibu wa gridi ya taifa kupitia matumizi ya kubadilika zinazotolewa na vipengele mbalimbali vya mfumo. Mfumo wa aquaponic, hasa, una chanya

   Jedwali 15.4 Mahitaji rahisi ya mfumo wa aquaponic

   meza thead tr darasa="header” th Kipengele /th th Amri ya ukubwa /th th Ukamilifu /th /tr /thead tbody tr darasa="isiyo ya kawaida” td rowspan = 3 Pampu /td td 0.05—0.15 kWsube/Sub MSU3/sup /td td rowspan = 3 Sio pampu zote zinapaswa kukimbia kwa kuendelea. Michakato kuu (udhibiti wa oksijeni, udhibiti wa amonia, udhibiti wa COSub2/Sub, kubadilishana tank, udhibiti wa suspended solids) lazima uendelee Michakato ndogo kama vile pH buffer dosing, routines backwash, kubadilishana maji au nyuma-up oksijeni hawana kukimbia kuendelea /td /tr tr darasa="hata” td 1—3 kWsube/Sub /td /tr tr darasa="hata” td 8,76—28,26 MWhsube/ndogo/mwaka /td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” td rowspan = 2 Taa /td td 80—150 W/msup2/sup /td td rowspan = 2 Mimea inahitaji ~4—6 h ya giza, wengine wa siku wanaweza kuwa lit artificially. Hii majani takriban. 0 (majira ya joto) kwa masaa 12 (baridi) ya taa rahisi ya ziada /td /tr tr darasa="hata” td Kwa sababu ya uwezo wa 10— 20% hii inasababisha 28—105 MWHsube/ndogo/mwaka KWsube/Sub /td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” td rowspan = 2 Nafasi inapokanzwa (underfloor) na inapokanzwa tank aquaculture /td td 444 kWsubth/sub/msup2/sup/mwaka /td td rowspan = 2 Kutokana na molekuli ya juu ya mafuta ya sakafu halisi na kiasi kikubwa cha maji katika tank ya RAS, mzigo wa joto ni rahisi sana /td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” td 177,8 MWHsubth/ndogo/mwaka /td /tr tr darasa="hata” td rowspan = 2 Kitengo cha kunereka /td td 50 kWsubth/Sub MWHsube/ndogo/mwaka /td td rowspan = 2 Kitengo cha kunereka kinafanya kazi kwenye maji ya moto (70—90 ˚C) na kinaweza kuendeshwa na kiwango kikubwa cha kubadilika (MEMSYs 2017) /td /tr tr darasa="isiyo ya kawaida” td 166,4 MWHsubth/ndogo/mwaka /td /tr /tbody /meza

   athari juu ya mabadiliko ya jumla ya mfumo. Kwa nguvu 95.38% kujitosheleza, mfumo huu hufanya vizuri zaidi kuliko mfumo wowote wa kiuchumi unaowezekana tathmini katika utafiti uliopita (de Graaf 2018).

   Control Architecture Kuwezesha uchumi wa nishati wa ndani, kama vile uliopendekezwa katika dhana ya Smarthoods, inahitaji jukwaa linalofuatilia shughuli zote za wenzao na wenzao zinazotokea ndani ya jirani. Mtandao unaoendana na wenzao unaweza kuainishwa kama mfumo wa wakala mbalimbali (MAS), ambapo nodes nyingi (kwa mfano majengo ya kaya au huduma) hufanya kazi kama mawakala wa kujitegemea kwa lengo lao wenyewe (kwa mfano kupunguza gharama au kuongeza uokoaji wa nishati) na mchakato unaofanana wa kufanya maamuzi. Mbinu hiyo ya maamuzi ya wakala mbalimbali ni muhimu kutokana na utata wa mfumo. Kuna habari nyingi sana na vigezo vingi sana kwa hesabu ya usanifu wa udhibiti wa hierarchical, juu-chini na katikati.

   Blockchain Usanifu wa mfumo wa kudhibiti mfumo wa wakala wa blockchain unaweza uwezekano wa kutoa mfumo muhimu wa kuzingatia mtandao wa peerto-peer uliowekwa. Idadi kubwa ya nodes zilizosambazwa zinahakikisha utulivu na usalama kwa mtandao, na mbadala ya madini inaweza kutumika: minting. Kwa kuchapa, tokens/sarafu zinazalishwa kulingana na data zinazotolewa na kifaa halisi cha ulimwengu kama vile metre ya nishati ya smart. Imepatikana kuwa vyanzo hivi vya habari vinaweza kuaminiwa, k.m. kwamba vifaa hivi vinaweza kudhibitishwa, kiongozi salama na huru kinaweza kuundwa ambapo wadau mbalimbali wanaweza kubadilishana bidhaa (k.mf. umeme) na huduma (k.m. usimamizi wa upande wa mahitaji). Kutumia mikataba ya smart, huduma ngumu kama vile biashara ya kubadilika inaweza kupangwa katika usanifu wa udhibiti wa mfumo.

   Internet of Things Vipengele vilivyomo ndani ya mfumo wa Smarthood, kama vile pampu za joto, taa za chafu au UASB, vyote vinaweza kudhibitiwa kwa kutumia sensorer zilizounganishwa na intaneti na actuators, inayojulikana kama Intaneti ya Mambo. Mtandao wa sensor ya IOT inaruhusu upatikanaji wa kina wa data, kuanzia mkusanyiko wa virutubisho wa samaki kwa, kwa mfano, mzunguko wa mzigo wa betri, wote kwa misingi ya kila wakati. Data hii inaweza kutumika kuthibitisha mfano wa namba na kuboresha udhibiti wa nguvu wa mfumo.

   Intelligence Optimizing udhibiti wa mfumo wa Smarthood inaweza kufanyika kwa kuchambua data kwa kutumia algorithms bandia akili, kama vile programu ya maumbile (mabadiliko algorithms) au kujifunza mashine kuimarisha. Kwa kujifunza mashine kuimarisha, kwa mfano, seti ya vitendo na ushawishi wao juu ya mazingira hupitishwa kwa algorithm kama hoja za pembejeo, pamoja na hali ya sasa ya mfumo na kazi ya jumla ya malengo/gharama. Mchakato wa kufanya maamuzi unaozidi kuongezeka, wa heuristic unaweza kutekelezwa katika kila kaya ambayo itaweza kukabiliana na hali ili kupata mpango wa maamuzi wa karibu-mojawapo ambao utasimamia mtiririko wa nishati ndani ya nyumba na Smarthood. Kila nyumba inaweza kukimbia algorithm hiyo, na matokeo yake, usanifu wa mfumo wa udhibiti wa nodal, unaojulikana kama mfumo wa wakala mbalimbali (MAS), unaweza kuundwa kwamba ni kiasi cha gharama nafuu (ikilinganishwa na udhibiti wa kati) -- na karibu na mojawapo.

   Barriers Hali ya ubunifu sana ya mambo mbalimbali ya dhana ya Smarthood, kama vile microgridi ya polygeneration, mfumo wa aquaponic wa kitanzi na mahitaji yasiyo ya kawaida ya mipango ya miji, huleta pamoja na seti ya kipekee ya changamoto za kushinda. Kwa changamoto nyingi hizi, mfumo wa sasa wa udhibiti hauwezi kuzingatia maendeleo yaliyopendekezwa katika dhana ya Smarthoods.

   Microgrids, kwa mfano, kazi bora wakati kuna soko la ndani ambalo prosumers mbalimbali (watumiaji ambao huzalisha nguvu wakati huo huo) wanaweza kushiriki katika biashara ya nishati ya rika na rika isiyo na msuguano katika soko la bure. Vikosi vya soko vitafanya kazi ili kujenga soko la nishati la ndani ambalo bei ya nishati inayobadilika itatokana na ugavi na mahitaji ya ndani. Hii fluctuation bei itakuwa hivyo kuchochea ufumbuzi smart nishati kama vile hifadhi ya nishati, usimamizi mahitaji upande au rahisi kizazi nishati. Katika nchi nyingi za EU, soko la ndani la bure haliwezekani kwa sasa kutokana na kanuni; kodi zinapaswa kulipwa kwa kila kWh ambayo hupita kupitia mita ya umeme, bei ya umeme kwa watumiaji ni fasta na prosumers hawaruhusiwi kushiriki katika soko la nishati bila kuingilia kati ya tatu chama aitwaye aggregator. Pamoja na ongezeko linalotarajiwa katika maendeleo ya miradi ya microgridi, wasanifu watahitaji kutafuta njia za kuwezesha masoko ya nishati ya ndani ili kufungua uwezo kamili wa microgrids yenye jumuishi (angalia Mfano 15.2).

   Mfano 15.2

   maendeleo ya hivi karibuni ndani ya mfumo wa udhibiti katika Uholanzi ni kuanzishwa kwa experimenteerregeling, sheria ya majaribio ambayo inaruhusu idadi ndogo ya miradi makini kuchaguliwa (kama vile de Ceuvel, mfano Z.1) kuruhusu vyama vya ushirika nishati kuwa mfumo wao wa usambazaji operator, kama kwamba walikuwa nyuma ya uhusiano wa mita moja. Sheria hii ni dalili ya ufahamu miongoni mwa miili ya udhibiti wa Kiholanzi ya vikwazo vya kisheria vilivyotajwa hapo awali, na kwa hiyo kuna uwezekano mkubwa kusababisha sheria ya sasa ya umeme kurekebishwa kwa siku za usoni ili kuboresha maendeleo ya microgridi.

   Pia kuna vikwazo vingine vya kisheria katika nchi nyingi za EU kwa heshima ya kutumia tena maji nyeusi yaliyotibiwa kwa samaki na uzalishaji wa mimea, kwani inabidi kuhakikisha kuwa vimelea vya binadamu vimeondolewa kikamilifu. Maelezo zaidi juu ya mfumo wa kisheria wa aquaponics yanaweza kupatikana katika Chap. 20.

7. 15.7 Hitimisho

   Original publication 2019 · Ilichapishwa kwanza kwenye FarmHub Learn 2020-06-04 · Aquaponics Food Production Systems

   Lengo la utafiti huu lilikuwa kupima kiwango cha kubadilika na kujitosheleza kwamba aquaponics jumuishi microgridi inaweza kutoa. Ili kufikia jibu hili, jirani ya kaya 50 ilidhaniwa 'Smarthood', na kituo cha aquaponics kilichopungua ambacho kina uwezo wa kutoa samaki na mboga kwa wakazi wote 100 wa Smarthood.

   Matokeo ni kuahidi: kutokana na kiwango cha juu cha kubadilika asili katika mfumo wa aquaponic kutokana na molekuli ya juu ya mafuta, pampu rahisi na taa adaptive, kiwango cha jumla cha kujitosheleza ni 95.38%, na kuifanya karibu kabisa kujitegemea na gridi ya kujitegemea. Kwa mfumo wa aquaponics kuwa na jukumu la 38.3% ya matumizi ya nguvu na 51.4% ya matumizi ya joto, athari za kituo cha aquaponics kwenye usawa wa nishati ya jumla ni ya juu sana.

   Utafiti wa awali (de Graaf 2018) umeonyesha kuwa ni vigumu sana kufikia viwango vya matumizi ya kibinafsi zaidi ya 60% bila kutegemea chanzo cha majani ya nje kuendesha CHP. Hata kwa chanzo hiki kilijumuishwa, matumizi ya kiwango cha juu ya teknolojia ya kiuchumi hayakuzidi 89%. Katika Smarthood, pembejeo za majani kwa CHP zinatokana na mfumo wa aquaponic yenyewe, na kuchakata maji ya kijivu na nyeusi. Matumizi ya juu ya kujitegemea pamoja na utegemezi wa chini kwenye pembejeo za nje za majani, na matumizi ya kujitegemea ya 95%, hufanya microgridi iliyopendekezwa ya aquaponic-jumuishi kufanya vizuri zaidi kutoka kwa mtazamo wa kujitegemea kuliko microgridi nyingine yoyote inayojulikana kwa waandishi.

   Waandishi wa sura hii kwa hiyo wanaamini sana kwamba kwa majaribio ya kutosha, kuunganisha mifumo ya chafu ya aquaponic ndani ya microgrids hutoa uwezo mkubwa wa kuunda mifumo ya Chakula yenye kujitosha-Maji ya Nishati katika ngazi ya ndani.