荷兰绿色能源技术展示项目

来源 :农业工程技术·温室园艺 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kzyzf
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  非洲东部国家肯尼亚、埃塞俄比亚与荷兰园艺的历史、现在和未来紧密关联。东非的园艺生产面积以令世界瞩目的速度增长,幕后强有力的推手即欧洲或者更确切地说就是荷兰园艺界。看一看肯尼亚花卉组织的会员,多数种植玫瑰,每家动辄数十公顷的温室栽培面积,而名单之外的一家花卉集团公司,拥有近260公顷的温室设施。埃塞俄比亚也是如此情形。这些庞大的种植商业体共同面临着能源供应的困扰,特别是电力方面。以园艺商业技术公司组成的荷兰企业组织以其前瞻性的眼界和商业触角,将本国园艺产业能源应用技术方案以实际展示项目实施并开放,对东非园艺种植生产者的能源利用升级起到引领和推动作用,而同时,收获的是本地商业种植未来更新能源设备时的合作机遇。
  中国温室产业内运用太阳能到温室栽培上具有悠久的历史,但工业化程度较低,利用方式较为粗放。下面这个太阳能技术展示项目介绍了如何将太阳能工业技术结合应用到温室生产中来,开拓了我们的思路,是值得借鉴的工程技术应用典范。
  绿色农场Green Farming(GF)是一个商业团体组织,由25家荷兰设施园艺行业的具有领先技术水平的公司组成,旨在荷兰、肯尼亚、埃塞俄比亚三国之间建立园艺联合网络,在园艺研究、开发和生产领域进行合作,其所实施的计划主题着重于水管理、作物管理、气候和能源、收获后与物流等几个方面。荷兰瓦赫宁根大学温室园艺研究部支持研究和知识交流方面的计划,荷兰供应商联合代表AVAG组织、国际农业商务咨询公司DLV Plant、荷兰国际贸易与发展合作部与内罗毕(肯尼亚首都)和阿迪斯阿巴巴(埃塞俄比亚首都)的荷兰大使馆共同支持其组织的有关活动,包括以公司对公司或政府对政府的层次进行的活动、市场研究和领域观察、展览参观与参与、贸易任务、配对、论坛以及展示项目。
  GF与本地商业和知识机构建立起不同的展示项目,以展示园艺相关技术产品、知识和服务的适用性,以及它们应用于本地的情况。由此获得的生产水平、输入利用的效率、生产成本和效益的结果在领域内广泛分享,并通过开放日、专业的期刊和论坛等途径进行推广。
  GF提出不同主题的实施计划,其中之一是“绿色荷兰能源技术——太阳能温室”展示项目。该展示项目的亮点是相比于传统生产方式节约能源成本达40%。
  2013年10月底,荷兰玫瑰育种与种植企业Olij正式宣告其肯尼亚内华沙农场内的太阳能温室项目正式建成,荷兰国际贸易与发展合作部部长到场剪彩。这个项目是由GF联合五家会员企业实施,展示在东非园艺行业里大规模可持续能源项目的经济机遇。
  随着肯尼亚能源成本的持续攀升,本地花卉种植场越来越多地聚焦于可替代能源的应用。太阳能温室使Olij能够独立地运营其种植农场,而不依赖肯尼亚国家电网。借助于太阳能电池板和太阳能热收集器,结合蓄电池、电力锅炉、热缓存罐等,使得热力和电力的结合生产得以实现。太阳能可以给夜间的温室进行加温,并提供农场正常运行所需的电力。夜间给温室加温可以提高玫瑰的品质。多余的热力和电力分别储存在热缓存罐和蓄电池组内。一旦过多电力产生,过剩部分可以由电力锅炉转化为热能并储存。
  供应可降低成本的可靠能源
  东非国家的能源价格近些年来日趋上涨,投资自有能源供应设施也有了吸引力,它使园艺企业节省了相当大的能源成本,并更少地依赖外部电力供应。太阳能是可持续的能源,可以更好地被利用。
  预计未来数年里,肯尼亚和埃塞俄比亚的温室数量将增加,生产成本的高增长促使园艺企业更需要有高效的、先进的技术应用到商业生产中。增加的需求来自于国际市场,有关供应的连续性、均匀性,及产品质量、数量的可持续性等方面,也在技术和服务的领域中得到了发展。
  能源问题
  肯尼亚能源价格在过去几年里飙升,电力供应效果有时非常差,在很多地方,不均匀的电流导致设备损坏,并且这些地方经常停电。
  更好地控制温室气候通常可以使种植收益最大化。当下,东非的大部分温室仍然未有加温设施。加温可以减少一些栽培问题,例如真菌感染,它也可以使植物产品的品质和生产水平得到提升。
  利用太阳能
  肯尼亚园艺商业日益注重减少能源成本,他们迫使自身熟悉高效能的系统和应用可持续能源,包括太阳能。太阳能在肯尼亚和埃塞俄比亚是可以轻松获得的能源,在长期运行中它更便宜、可持续、质量好。
  太阳能应用在实践中——展示项目
  2013年秋,“绿色荷兰能源方案——太阳能温室” 展示项目在玫瑰育种与种植商Olij的内华沙农场里投入应用。Olij肯尼亚投资公司是其集团的一部分,该集团以向国际提供玫瑰的高质量繁殖材料和玫瑰新品种而知名。经过2 年的实践,这个项目给东非地区和荷兰合作伙伴提供关于太阳能在园艺应用机会方面的信息。希望可以通过展示,使东非的园艺生产朝着在电力和温室加温方面能够自我支持的方向走下去。
  项目的目标
  GF希望展示太阳能项目的目标是:选择适当的技术和管理措施,温室用电独立于国家电网外运行是可实施的,以相对于以往降低了温室运营的能源成本。
  回收时间
  太阳能系统的投资回收期具有吸引力。如果系统仅用于生产电力,预估安装技术设备的投资回收期最少4 年,如果也用于加温,则投资回收期缩短。
  实施
  Olij内华沙农场有3 公顷的温室用于玫瑰育种和种植,海拔高度约2000 m,该地区温度通常日间20~26 ℃,夜间10~15 ℃。 尽管一年中每天有12 h日照,但由于光的强度变化,每天可获得的最大的日时长是5.5 h。
  在这个项目上,太阳能用来满足农场的能源需求,安装太阳能电池板生产电力能源,且太阳能热收集器可以生产热能。农场的一部分区域也采用园艺补光灯补光。一台发电机用于离网供电。太阳能电池板生产的部分能源被直接用于水泵和温室内电机的运行。多余的能源被储存在蓄电池组内,由此这部分能源能够在夜间被利用。   太阳能热收集器被用于农场的加温部分。在总面积4000 m2的温室内,夜间可以通过采收的热能进行加温。同时,采收的热能可以预防疾病并增加植株产量。
  展示项目期待的结果
  独立于本地能源供应商去运行一座温室是可能的;
  能源费用能够降低达40%;
  生产数量和质量均提高;
  温室气候得到改善;
  减少杀虫剂的使用;
  减少系统维护的次数;
  由停电和劣质电力造成的风险和成本能够降低;
  园艺生产的能力反应环境的优劣。
  期待的输出
  Olij与项目伙伴合作进行数据记录、处理和数据分析,所有数据的输入和输出都由计算机登记,包括电力能源消耗和昂贵的紧急电力消耗数量等。同时,每年都会制作一份全年的文档,包括输入需求、生产结果和需求的运行成本。最终,项目将产生一个关联生产结果和财务商业计划的能源成本节约报告。
  运行成本保持在低水平的同时,回报增加,这都归功于太阳能的使用(补光和温室加热)。对于已安装的技术设备,计算最终投资回收期则形成该项目的一个重要成果。
  展示项目的技术数据
  Olij展示项目的系统图(如图1),形象地显示了绿色荷兰能源方案的意义。而在该展示项目中,发电机仅为在停电情况下的备用电源。
  太阳能电池板2#
  太阳能电池板安装在包装车间的屋顶,收集太阳辐射。在白天,太阳能电池板产生440 kW·h电力能源。农场平均每小时使用22.5 kW的电能:白天,35 kW/h;夜间,10 kW/h。在温室里运行的水泵和电机要求电能能够直接利用。多余电能被储存到一个蓄电池组里,在夜间能被用于电能消耗。当蓄电池组5#完全充满了电,过剩的电能能够被转换成热能(温水),借助于电力锅炉里一个多步加热过程来实现。在屋顶安装太阳能板的好处是建筑里面保持凉爽,没有直射光进入包装车间内。
  太阳能热收集器3#
  太阳能热收集器也安装在屋面上,用来加温3跨温室共4000 m2的区域。它收集太阳辐射并加热水到55 ℃,在此温度点收集器达到最大优化效率。温水储存到热缓存罐体里。在夜间,温室内的热缓存罐对体内的温水进行加热,加热后,热水经过一套管路系统(管路安装在温室栽培床下),对温室内进行加温。对温室加温10 h需要将近1500 kW·h能需。这能需的最大部分由太阳能热收集器3#供应,其余热能来自电力锅炉。
  太阳能热收集器也可以安装在屋顶,使包装车间的降温降能耗。
  发电机4#(CHP热电联产设备)
  安装一台发电机4#作为停电备用电源。它有一个额外的不锈钢板热交换器位于冷却水系统里。当有必要运行发电机时,用来使之冷却的水产生热能,通过热交换器使该热能用于加热缓存罐内的水,可以达到95 ℃。来自于发电机冷却水的热能就这样与太阳能热收集器产生的热能相结合
  太阳能电池板产生电能从日出到日落。在白天,电能被用于运行种植生产所需用电设备,并给蓄电池组充电,如图2。
  太阳能热收集器产生热能从日出到日落。白天多余的电能由电力锅炉转换成热能储存到热缓存罐。温室加温应用于夜间(21:00左右)直至日出期间,如图3。
  蓄电池组5#
  在白天,由太阳能电池板产生的过剩的电能,被储存在蓄电池组5#,当太阳能电池板产生电能不足以供给温室设备时,蓄电池电能也被用于运行夜间用电设备。蓄电池总储量为264 kW·h。
  电力锅炉6#
  从蓄电池被充满那刻起,任何过剩的电能都能够被转换成热能。这一点的实现是借由电力锅炉6#,通过其一套多步加热过程转换成热能。电力锅炉连接到太阳能电池板和蓄电池组,受计算机控制。当出现电能过剩时,计算机自动地响应设备的信号,启动一个智能处理,将过剩电能分配给电力锅炉,加热水路,温水被储存到热缓存罐内,随后用于温室加温。
  优化能源管理
  要管理能源应用的过程,首先在计算机中安装特别的软件,它能优化利用储存在蓄电池里的电能和热缓存罐里的热水。在计算机中输入当地气象预报,软件经过分析可以给出最佳的能源管理程序,以确保优化的能源生成和消耗计划。
  展示项目的优点
  GF展示项目优点不仅仅在于肯尼亚园艺界,而在于整个东非种植业。
  未来数年内,电价并未有下降趋势。同样的情形发生在肯尼亚周边国家。埃塞俄比亚电价相对于肯尼亚会低一些:5欧分/kw·h:17欧分/kw·h(2013年10月价格),但埃塞俄比亚电价也在过去几年里翻了一番。
  利用太阳能设备,Olij在电力和热力方面自给自足。对于应用太阳能热收集器的4000 m2的温室而言,仅有人工补光系统连接着国家电网,同时这套系统也可以由发电机供电。在长期运行中,Olij不会收到任何来自国家电网的电费账单,这都归功于利用太阳能生产的结果。
  自生成能源的另一个优点是,能源质量更好了,供应更稳定可靠。在肯尼亚及埃塞俄比亚,用电设备由于劣质电能被破坏,停电会产生更高的运营费用。
  展示项目促进园艺企业在使用太阳能到作物生产上,因为这不仅财务上有收益,而且是一个更可持续的生产过程。
  2014和2015年,GF对应用太阳能到生产上的能耗数据进行了收集和统计,并与东非园艺界分享所获得的成果。
  展示项目对于园艺界的意义
  东非园艺界渴望开始使用可替代能源。园艺产业真正感兴趣的是将运营电费账单降低。许多企业自主熟悉太阳能技术,以减少他们的未来运营费用。他们渴望获得经过实践验证的测试结果和创新技术。如同GF的水管理方案展示项目一样,太阳能展示项目显示了东非园艺界在实践中确实地获得了不小的成果。
  在肯尼亚及周边国家,由太阳能热收集器产生热能并非新技术,然而将三种技术结合在一起尚属于首次:转换太阳能到电能、存在蓄电池中;也用于加热,过剩电能以热能的形式储存;确保了太阳能电池板的更有效率的利用,没有能源浪费。投资回收期更短。
  Olij也有其他扩展的业务,包括温室加温和人工补光。东非大部分种植不加温,因此,使用太阳能用于生产也是未来的事情,且补光灯也不常用。Olij是一家非典型的园艺公司,使用三种技术结合的成果将被分别地监控和报告,并允许企业们从中提取展示项目中能应用于自家种植生产的商业的信息。
  来源:GF报告
  http://www.greenfarming.nl/node/392
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