Теплицы с альтернативными источниками энергии

Альтернативные источники энергии в тепличном хозяйстве

Главным тормозящим фактором развития тепличных хозяйств в странах СНГ служит повышение тарифов на электро- и тепловую энергию, коммунальные платежи.

При этом доля затрат только на оплату энергоресурсов составляет 60%, что вынуждает фермеров перебираться в более южные регионы страны. Там за счет высокой среднегодовой температуры и большого количества ясных дней можно немного сэкономить на оплате коммунальных платежей. В помощь садоводам и фермерам приходят альтернативные источники энергии в тепличном хозяйстве.

Виды возобновляемой энергии для теплиц

За последнюю сотню лет люди стали полностью полагаться на нефть, уголь и прочие виды топлива для питания всего – от машин до электрических лампочек. В результате выбросы парниковых газов при сжигании этих видов топлива достигли очень высоких показателей.

Все это негативно сказывается на климате:

• Повышение средней температуры.
• Экстремальные погодные условия.
• Гибель и изменение популяций животных, их мест обитания.
• Повышение уровня моря.
• Таяние арктических ледников и прочие воздействия.

Рассмотрим все варианты возобновляемой энергии для теплиц, которые помогут сократить затраты на выращивание продукции и сохранить природу.

Использование геотермальной энергии для теплиц

Геотермальная энергия поступает из тепла, содержащегося в почве, грунтовых или поверхностных водах. Для этого придется использовать насосное оборудование для рекуперации этого тепла с помощью хладагента, протекающего через горизонтальный или вертикальный контур.

Горизонтальные контуры должны находиться ниже линии замерзания. Обычно их устанавливают на поверхности, которая 1,25–3 раза больше обогреваемой площади. При этом система для получения геотермальной энергии может быть открытой, тогда вода направляется с уровня грунтовых вод в приточно-сливной колодец.

Обслуживание таких систем выходит намного дешевле, чем содержание наружных тепловых насосов или систем кондиционирования воздуха. Срок службы геотермальных тепловых насосов составляет 20 лет, а подземных труб – 50 лет.

Геотермальная энергия используется в сельском хозяйстве в США, Голландии, Канаде и во всем мире. Такие системы станут рентабельными для крупных тепличных хозяйств через 4-8 лет активного использования.

Плюсы геотермальной энергии для теплиц:

● Постоянное выделение тепла в теплицу.

● Бесплатный вариант «зеленой» энергии.

● Геотермальные насосы можно устанавливать в теплице.

К недостаткам такой системы возобновляемого источника энергии можно отнести высокие первоначальные инвестиции и необходимость в выделении больших площадей для вертикальных насосов.

Использование энергии биомассы для теплиц

Энергия биомассы подразумевает использование органического материала: растений, сельскохозяйственных остатков, бытовых отходов или остатков лесозаготовок. Энергия биомассы может быть преобразована в тепло и электричество путем прямого сжигания, анаэробного сбраживания, пиролиза и газификации. Самый простой способ − прямое сжигание. Тепло, выделяемое при сгорании, используется для нагрева воды непосредственно в котлах. Затем горячая вода распределяется по тепличной сети.

Использование энергии биомассы снижает воздействие на окружающую среду, при этом наблюдается:

● Лучшее управление отходами.

● Повторное использование питательных стоков.

● Снижение уровня потребления ископаемого топлива.

Перед покупкой установок для извлечения энергии биомассы важно убедиться в том, что источники снабжения будут располагаться в радиусе 60 км от котельной. Фермеру придется заботиться о том, что у него был постоянный поток биотоплива.

Использование энергии солнца для теплиц

Солнце – это самый доступный источник энергии на земле. Такая «зеленая» энергия может снизить коммунальные счета фермера и садовода за электричество и отопление. Солнечные коллекторы тепла можно использовать для сушки сельскохозяйственных культур и обогрева теплиц.

Водонагреватели на энергии солнца могут обеспечить теплую воду для полива растений, использования в тепличном хозяйстве. Фотогальваника (солнечные электрические панели) могут дополнительно приводить в действие фермерское оборудование, необходимое для ухода за культурами. Использование солнечной энергия выходит намного дешевле, чем прокладка линий электропередач.

Применение панелей для поглощения энергии солнца более выгодно в широкомасштабных тепличных проектах. Некоторые изделия можно использовать в экстремальных климатических условиях – при низких и высоких температурах.

Использование энергии ветра для теплиц

Фермы уже давно используют энергию ветра для перекачивания воды и выработки электроэнергии. Ветряные турбины, применяемые для производства электроэнергии из ветра, потенциально могут производить большую часть от средней потребности в энергии теплицы. Проблема только в том, что такие установки можно монтировать на участках с сильным потоком ветра.

Прибрежные и горные районы, а также центральные равнины обычно имеют более высокую среднюю скорость ветра и, таким образом, более привлекательны в качестве возобновляемых источников энергии. Однако местная топология, растительность и строительные конструкции существенно влияют на поток ветра. По возможности используйте местные измерения скорости ветра, чтобы определить, подходит или нет ваш участок для ветрогенерации.

Кстати, по теме энергии ветра для теплиц мы уже делали отдельную статью>>

Обязательно ознакомьтесь с различными доступными источниками энергии для теплиц, чтобы выбрать наиболее подходящий для вас. Чтобы сделать лучший выбор, обратите внимание на цену, качество, рентабельность системы, стоимость обслуживания в будущем.

Источник статьи: http://teplicy-info.ru/alt-energy-teplo/

Энергия солнца для теплиц – современные технологии

Солнечный свет для теплиц – естественное явление. Что там нового может быть? Но обо всём по порядку…

За 1 час Земля получает от Солнца столько энергии, сколько все люди мира потребляют за целый год.

Немного вводных

А есть еще вот такая оценка: вся энергия, запасенная в земных запасах угля, нефти и природного газа, равна энергии только от 20 солнечных дней.

Оценок множество, но вывод, в целом, один: солнце и ветер – неиссякаемые источники энергии. Ее объемы, в сравнении, с сегодняшними потребностями людей неисчерпаемы.

Базовые вопросы, на которые отвечали люди, поставив себе задачу сделать солнечную энергию доступной:

1. Как энергию получить – в данном случае уловить.

2. И как ее сохранять.

В обоих вопросах люди уже достигли впечатляющих успехов.

Интерес крупных промышленных предприятий сфокусирован на преобразовании солнечной энергии в электричество и ее дальнейшее использование для производства и жизнеобеспечения.

А тем временем в теплицах…

Растения захватывают солнечный свет и преобразуют его в пищу – этот процесс называется фотосинтезом. Просто поставив конструкцию из рам и стекол, мы получаем защищенный от воздействия окружающей среды участок почвы – теплицу. Получают ли растения в ней дополнительный солнечный свет, по сравнению с соседним, открытым участком?

«Конечно, нет! – ответит любой из нас, – это глупый вопрос».

А между тем, если посмотреть под другим углом, он такой уж и глупый.

Теплица не увеличивает энергию солнца и не концентрирует поступающий свет. Так как же тогда работает теплица? Солнечный свет – это не просто свет, он также несет тепловую энергию. Когда свет проходит через стекло, часть его становится теплом. Стекла теплицы улавливают эту тепловую энергию и удерживают ее внутри конструкции, нагревая растения и почву вокруг корней растений. Именно это повышение температуры заставляет растения в теплице расти раньше и быстрее, чем растения на улице.

А теперь добавим в это уравнение еще одну переменную: изменим характеристики стекол (это совсем новая технология, она еще не получила массового признания и достаточно дорого стоит, но интенсивно развивается) и поставим солнечные батареи (а эта технология совсем массовая, солнечные панели теперь делают в регионах массовых производств что сделало их абсолютно доступными для всех).

Что мы получаем в этом случае?

Теперь наша теплица собирает солнечную энергию. Она начинает работать как солнечная батарея. Вот так просто. Магия. А поскольку солнечная энергия есть везде, то такая установка становится автономной небольшой электростанцией.

Примеры солярных систем

Такая автономная теплица может быть установлена, например, на крыше дома в мегаполисе, как в проекте голландского архитектора Марьяна ван Обеля, об этом проекте мы уже писали. Его гидропонная теплица для крыши с автономным питанием, генерирует солнечную энергию для оптимизации хороших условий роста.

Но точно такая же конструкция может быть установлена где угодно – в удаленном охотничьем домике, высоко в горах, в небоскребе Дубая, на острове, на яхте. Она же автономна.

Конкретно данный проект – это прозрачная структура клиновидной формы, называемая Power Plant, использует солнечные стеклянные панели как для поддержания климата в помещении, так и для питания интегрированной гидропонной системы и специально окрашенных светодиодов.

Что получается в итоге

Теплица – очень энергоемкое производство, энергии нужно много. К тому же существуют такие нюансы, как перебои в подаче электричества и даже его полное отключение.

Что произойдет в таком случае? Ну, да, все погибнет. Какие еще варианты?

А вот в автономных системах не так. Солнце светит всем и «перебой в подаче солнечной энергии» – это уже сюжет из Библии, а не из практики. Вы устанавливаете в оранжерее солнечные батареи и … становитесь независимыми? Ну, по крайней мере, менее зависимыми, чем были.

Оценивая совокупно стоимость затрат на установку и эксплуатацию, постоянное снижение стоимости установок, улавливающих солнечные лучи, за счет интенсивного развития отрасли, все больше фермеров по всему миру делают выбор в пользу агрокомплексов, работающих на солнечной энергии.

Источник статьи: http://teplicy-info.ru/ehnergiya-solnca-dlya-teplic/

Энергосбережение

Одним из важных аспектов ведения современного хозяйства является экономичное использование энергии. В теплицах из-за большой площади светопрозрачных поверхностей возникают значительные теплопотери, для компенсации которых требуется определенный расход топлива в системе отопления. Теплицы могут обогреваться горячей водой, водяным паром, нагретым воздухом, инфракрасным излучением или продуктами сгорания топлива.

Тепличное производство относится к числу наиболее энергоемких производств. В среднем затраты на обогрев теплиц составляют 40% — 80% от себестоимости продукции. На обогрев 1 га зимних теплиц расходуется в среднем более 200 тонн условного топлива в год.

По данным тепличных хозяйств, доля энергоносителей в общей структуре затрат промышленных теплиц в первую очередь зависит от конструкции «холодного домика». В старых теплицах из «стекла и бетона», построенных 20 – 30 лет назад, на энергоносители уходит от 45% до 80% всех производственных затрат ТК. Современные конструкции снижают потребление энергии за счет сокращения ее потерь до 20% — 40% в общей структуре затрат ТК. Фактически, показатель энергозатрат работающей теплицы является самым критичным с точки зрения коммерческой целесообразности производства тепличной продукции. Именно поэтому повышение энергосбережения зачастую является главной целью всех ТК.

Среди вариантов снижения стоимости потребленной энергии для отопления и освещения современных теплиц, наиболее популярно использование альтернативных источников тепла.

Стоимость альтернативных источников энергии пока довольно велика и эти источники имеют ряд существенных недостатков – занимают большие площади, зависят от погодных условий, времени суток, сезона. Несмотря на бурное развитие в последние годы, использование ветровой и солнечной энергии остается экзотическим и дорогим экспериментом. Некоторые специалисты в области энергетики утверждают, что при всех усилиях доля альтернативной энергетики к 2020 году не поднимется существенно выше 1% от мирового энергопотребления. Без помощи государства использовать эти источники энергии пока дороже, чем традиционные.

«Тепловые насосы», наряду с большими капиталовложениями в оборудование и монтаж, требовании к большим площадям для укладки труб, имеют еще один существенный недостаток – температура теплоносителя на выходе слишком низкая для эффективного отопления теплицы. Их применение ограничено контуром подогрева субстрата, где не требуется высокой температуры теплоносителя.

Другой источник альтернативной энергии, геотермальные ресурсы, — действительно огромны, но не соответствуют экономической и экологической эффективности. Также ограничены ресурсы, пригодные для освоения. Вода редко вырывается из-под земли в виде чистого «сухого пара», который может быть непосредственно использован для вращения турбины для выработки электроэнергии или для подогрева воды отопления через теплообменники. Если пар влажный, капли воды повредят оборудование. В большинстве месторождений есть только горячая вода, однако она, как правило, сильно минерализована, что также быстро изнашивает оборудование и требует специальных мероприятий. Обессоливание геотеормальных вод — это сложная технологическая задача. Также после отработки образуется концентрированный рассол, который не утилизируется, являясь загрязнителем окружающей среды — сброс такого рассола уничтожает все живое в водоеме или участке грунта.

Применение геотермальных источников не может рассматриваться как экологически чистое еще и потому, что их выход часто сопровождается газообразными выбросами, включая двуокись углерода, метан, радон и сероводород. Многие из них не только токсичны, ядовиты, и их нельзя просто выпускать в атмосферу, но и взрывоопасны. Поэтому геотермальная вода перед использованием должна подвергаться дегазации.

В России геотермальные источники в основном расположены экономически невыгодно – Сахалин, Камчатка, и Курильские острова отличаются слабой инфраструктурой, высокой сейсмичностью, малонаселенностью, сложным рельефом местности. Сегодня геотермальная энергетика развивается достаточно интенсивно в некоторых странах, в России также имеется опыт ее освоения, но этот способ отопления никак нельзя назвать бесплатным.

Еще одним эффективным способом энергосбережения, является использование мини-ТЭС для комбинированного производства электро- и теплоэнергии и утилизации углекислого газа, содержащегося в выхлопных газах, для подкормки растений.

Совместная выработка электро и теплоэнергии (когенерация) и рекуперация отходящих газов в тепличном хозяйстве на мини-ТЭС позволяет поднять общий КПД станции до 95 % и увеличить урожай на 40%.

Экономическую выгоду использования мини-ТЭС в тепличном хозяйстве разработчики когенераторных установок объясняют:

• экономией на подключении к электрическим и тепловым сетям,
• независимостью от роста тарифов на электро и теплоэнергию,
• низкой стоимостью выработанной электроэнергии,
• повышением надежности и качества обеспечения, электро и теплоэнергией,
• повышением урожая,
• низким сроком окупаемости.

Вырабатываемая на мини-ТЭС электроэнергия идет на собственные нужды и искусственное освещение теплицы, вырабатываемая тепловая энергия идет на отопление, ГВС, обогрев. Выхлопные газы направляются в катализатор, где очищаются до чистого углекислого газа и, охлаждаясь в теплообменниках до приемлемой температуры (порядка 50 градусов С), подаются в теплицу в качестве подкормки для растений.

Система подкормки растений углекислым газом, содержащимся в объеме продуктов сгорания, давно успешно применяется во всем мире для увеличения урожая растительных и сельскохозяйственных культур. Особенно успешно данное направление используется в Голландии для выращивания цветов и овощей.

Кроме выбора источника тепловой энергии, не менее важным является вопрос о ее правильном распределении и экономичном использовании. В России, кроме строящихся новых теплиц, конструкции которых имеют хорошие показатели по энергосбережению, существует множество старых тепличных хозяйств. Их модернизация ограничена, и наряду с мероприятиями по улучшению изоляции теплиц, дальнейшее повышение экономичности потребления энергии возможно с помощью более эффективных методов управления энергосистемой. Это заставляет тепличников внедрять всѐ более совершенные компьютеры и программы, способные принимать самостоятельные компромиссные решения, и совмещать точность поддержания температурного режима и экономного потребления тепловой и электрической энергии.

Одновременно с распределением тепла, стоит задача эффективного управления сразу несколькими источниками – водогрейными и паровыми котлами, теплообменниками, когенераторами, теплогенераторами, а также косвенными источниками тепла, такими, как лампы досветки. Решение может быть только комплексным, и достигается передачей управления всеми источниками тепла и микроклиматом единой автоматизированной системе.

К сожалению, во многих российских промышленных теплицах принята еще советская система подачи тепла — по графикам температуры, когда температура теплоносителя жестко привязана к наружной температуре. Зачастую это приводит в одних случаях к перерасходу топлива, а в других – дефициту тепла в теплице. При такой регулировке температуры теплоносителя не учитывается огромное количество другой информации, необходимой для правильного расчета температуры теплоносителя – скорости ветра, наличия осадков, уровня освещенности, положения форточек и экрана, температуры обратки в контурах, расчетной и измеренной температуры и влажности в отделениях теплицы и т.д. Становится очевидным, что без единой системы сбора информации и принятия решений тут не обойтись.

Современная система управления получает информацию с множества внешних датчиков:

• Скорости и направления ветра,
• Температуры воздуха,
• Освещенности,
• Влажности,
• Наличия дождя,
• Интенсивности осадков,
• Положения форточек и экрана,

А также датчиков, расположенных внутри теплицы:

• Температуры и влажности в различных частях отделений,
• Концентрации углекислого газа,
• Температуры растений,
• Датчиков PAR, измеряющих естественное и искусственное световое излучение в наиболее важной для фотосинтеза области спектра — между 400 и 700 nm.

На основе всех собранных данных современная система управления в режиме реального времени просчитывает необходимое количество энергии, согласно стратегии распределяет этот запрос между всеми источниками тепла. Далее возможны два варианта управления.

В первом случае, единая система управления теплицей передает запрос на систему управления тепловой установки, и лишь контролирует результат – температуру теплоносителя. Этот способ используется в основном для управления технически сложными и уникальными агрегатами, такими как когенераторы и горелки котлов с нестандартным протоколом управления. Еще одно исключение – агрегаты, где повышение температуры теплоносителя происходит мгновенно, лавинообразно, например – паровые теплообменники.

Во втором случае, система управления теплицей непосредственно управляет тепловой установкой. В этом случае штатный блок управления может быть простым и недорогим, и использоваться только как резервный, при переводе установки на автономную работу при сбоях или плановых отключениях единой системы управления.

Как пример второго способа, можно привести водяные теплообменники, и модуляторные горелки котлов. Для производства именно необходимого количества энергии мощность горелки регулируется плавно, в зависимости от запроса, при этом единая система управления теплицей непосредственно управляет положением топливного и воздушного клапана горелки, отслеживает его состояние, и процент открытия, корректируя его в зависимости от температуры подачи и обратки.

Далее произведенное тепло нужно правильно и экономно распределить между всеми потребителями — системами подогрева воды для полива, контурами отделений, сервисными, административными зонами, аккумуляторами тепла.

В этом помогают точные трехходовые краны, циркуляционные насосы переменной мощности — со ступенчатой или плавной регулировкой частоты вращения, которые позволяют значительно экономить электроэнергию.

В экономии энергии также большую роль играет система зашторивания, уменьшая необходимость обогрева кровли в ночное время и увеличивая светоотдачу ламп досветки. Важно, что тепло, излучаемое лампами, также учитывается системой, и на время включения ламп снижает запрос тепла, чтобы сэкономить тепло, предотвратить перегрев и температурный стресс растений. С этой же целью лампы досветки в теплице делят на несколько зон для предотвращения резких токовых скачков при включении-выключении, а каждую зону — еще пополам, чтобы в одном ряду лампы включались сначала через одну (50%), и только через некоторое время, остальные.

Несомненно, даже самые совершенные и сложные системы не могут обойтись без человека, ибо любой компьютер выполняет и знает лишь то, что в него заложил человек. Поэтому разработчики наряду с усложнением систем стараются максимально упростить работу операторов, технологов, агрономов. Создаются новые программы, с наглядным и понятным представлением информации, простыми способами ввода параметров. Например, оператор лишь задает стратегию отопления, вводя только ночную и дневную температуры в теплице, а машина самостоятельно принимает все решения по поддержанию режима.

Большинство параметров вводятся однократно, при настройке системы, многие другие имеют понятные, рекомендованные производителем пределы. Современные программы управления, таких производителей, как Hoogendoorn, позволяют убирать или добавлять на экран монитора только ту информацию, которую оператор, инженер, или агроном считают важной. Эти настройки по отображению информации индивидуальны для каждого сотрудника теплицы, имеющего персональный код доступа к системе управления, что никак не влияет на сами режимы теплицы, остающиеся общими для всех. Такая персификация также позволяет отслеживать конкретные действия каждого сотрудника, имеющего доступ к системе, и ограничивает доступ неквалифицированного персонала к управлению.

В целом, новые технологии и все большая автоматизация процессов в теплице делают работу более комфортной, уменьшают затраты труда, привлекают в эту область сельского хозяйства молодых квалифицированных специалистов. Сегодня невозможно представить современную экономичную теплицу без мощной, быстродействующей, надежной системы управления.

Современные системы отопления позволяют снизить энергозатраты на эксплуатацию теплицы до 40%. Значительное повышение эффективности достигается путем разделения системы на автономные контуры с установкой дистрибьюторов тепла. В новых теплицах используются многоконтурные системы.

2-х контурная система отопления включает кровельный, боковой и торцевой контур обогрева и надсубстратный обогрев. 3-х контурная система отопления включает кровельный обогрев, боковой и торцевой обогрев, надсубстратный обогрев.

Вопросы энергосбережения для российских теплиц, особенно с солидным стажем, идущим с советских времен, являются ключевыми. Очень часто именно с них и начинается модернизация тепличных комплексов. Среди основных мероприятий, направленных на организацию энергосбережения в старых тепличных постройках, особое значение имеют переход на многоконтурную систему обогрева, внедрение малообъемной технологии выращивания и системы капельного полива, утилизация и вторичное использование теплого воздуха теплиц.

Источник статьи: http://www.promgidroponica.ru/energosberejenie