Листовые овощи, выращенные ночью, оказываются дешевле и так же хороши
Коммунальные службы предлагают гибкие тарифы на электроэнергию в зависимости от времени суток, чтобы снизить нагрузку в часы пик. Это позволяет потребителям экономить, например, используя посудомоечную или стиральную машину ночью. А поставщики энергии избегают необходимости масштабных инвестиций в электростанции для покрытия пикового спроса.
Если это работает со стиркой, то должно работать и с сити-фермерством, делая листовую зелень дешевле. Исследователи Сколтеха решили проверить это, проведя месячный эксперимент в модельных теплицах и вертикальных фермах — фитотронах.
Их статья в Applied Energy делает вывод: изменяя график искусственного освещения, можно сократить связанные с ним счета за электричество почти на четверть. При этом качество салата не страдает.
Во многих странах климат делает теплицы основным способом выращивания овощей не только из-за температуры, но и из-за недостатка естественного света. Если фермеры всё равно полагаются на электрическое освещение, почему бы не включать его в часы с низким тарифом?
Система микроклимата в теплицах или вертикальных фермах может выключать свет в более дорогие часы, поскольку растениям в любом случае нужна ночь для здорового роста. Но, в отличие от стиральной машины, растение — живой организм, и важно убедиться, что замена непрерывной ночи несколькими короткими периодами темноты не помешает росту.
«Мы провели эксперимент по выращиванию разных сортов салата и эндивия (цикория) в двух идентичных теплицах в одинаковых условиях, за исключением светового режима», — сказал ведущий автор исследования, аспирант Сколтеха Хавьер Пеньюэла.
«Обе группы растений получали 16 часов света в сутки с рекомендованной интенсивностью. Однако в контрольной группе темные часы были сгруппированы вместе, примерно совпадая с естественной ночью. А в тестовой группе темные часы были разбросаны в течение дня в зависимости от времени, когда электроэнергия была самой дорогой. Это не оказало измеримого влияния на рост растений ни у одного из сортов».
«Мы считаем, что этот результат может быть распространен на базилик, шпинат и другую листовую зелень, так как в наших экспериментах мы учитывали генетическое разнообразие, чтобы проверить возможные негативные эффекты на темпы роста», — добавила соавтор исследования, доцент Сколтеха Сесиль Бен.
Исследователи также провели аналогичный эксперимент только с салатом на четырехэтажной вертикальной ферме с тем же результатом. По окончании тестового периода команда сравнила урожай в тестовой и контрольной группах, подсчитывая количество листьев и измеряя вес растений — как свежесобранных, так и высушенных. Значительных различий не наблюдалось.
Что касается потенциала экономии, расчеты, приведенные в исследовании, показывают, что расходы на искусственное освещение можно сократить на 15–23% в зависимости от используемого режима компенсации со стороны энергокомпании. Меньшее значение соответствует так называемому ценовому управлению спросом, а большее — добавлению к нему договорного управления спросом.
Первый режим означает использование почасовых тарифов на электроэнергию, а второй предполагает долгосрочный контракт, по которому ферма обязуется выключать свет на определенное время по запросу энергокомпании. Для российской энергосистемы это может дать экономию до $110 млн в год.
В конечном счете, снижение стоимости производства овощей может сдержать рост цен.
«По своей сути наша работа посвящена неиспользованному потенциалу синергии между пищевой промышленностью и энергосистемой в городской среде», — прокомментировал соавтор исследования профессор Сколтеха Лоран Гентцбиттель.
«Такая синергия стала возможной благодаря цифровизации и декарбонизации энергосистемы», — сказал главный исследователь проекта, доцент Центра инженерных систем Хенни Уэрдан.
«Эта трансформация — дорогостоящее мероприятие, которое, однако, создает множество возможностей для повышения эффективности генерирующих мощностей, снижения стоимости эксплуатации и расширения энергосистемы. Гибкость со стороны спроса позволяет распределить большую часть этих преимуществ по снижению затрат среди отраслей, таких как сити-фермерство, которые создают эту гибкость, превращая свою энергоемкость из проблемы в возможность».
По мнению исследователей, продемонстрированное экономическое преимущество может быть частично применимо к томатам, огурцам и — в меньшей степени — к клубнике. Поскольку эти растения цветут и плодоносят, они проходят дополнительные стадии развития более половины своей жизни, и выводы исследования листовой зелени к ним могут не применяться.
Для некоторых сортов условия освещения критичны во время и после появления соцветий. Разработка фотонечувствительных нейтральных к длине дня сортов, которые цветут независимо от продолжительности светового дня, может позволить распространить преимущества гибкого энергопотребления и на эти культуры.
Помимо включения большего разнообразия растений, исследование может быть расширено за счет рассмотрения способов экономии на расходах на обогрев. Авторы работы видят в управлении спросом будущее энергетики.
В то время как массивные накопители, такие как разрабатываемые в Сколтехе ванадиевые редокс-батареи, несомненно, сыграют свою роль в выравнивании нагрузки на сеть, все более сложные стратегии управления спросом будут способствовать той же цели без масштабного оборудования — поддерживая баланс в сети исключительно за счет рыночных механизмов.