近日，中国农业大学信息与电气工程学院郑颖颖教授课题组在《应用能源》（Applied Energy）期刊在线发表了题为《计及负荷需求响应的工业化鱼菜共生系统能量管理动态优化策略》(Stochastic energy management of large industrial-scale aquaponics considering robust optimization-based demand response program)的论文。该研究阐述了气象气候、系统规模、鱼类与植物生长环境要求对设施渔业电力负荷的影响机理，提出了一种计及负荷需求响应的工业化鱼菜共生系统能量管理动态优化策略，为典型规模化设施渔业能耗优化控制技术的开发奠定了理论基础。
大型工业规模的鱼菜共生系统结合了工业循环水养殖技术和无土栽培技术，是在农业用地和水资源有限地区，以工业化的生产和管理方式进行周年全自动精准调控最佳循环水水质和作物生长环境，产出安全、高质、高量农产品的高效复合农业生产方式。工业规模鱼菜共生高密度生产方式严重依赖高功率电气化设备，电力支出占运营成本比例巨大。鱼菜共生系统中涉及到控温、控氧、控饵、控水等多类型电气设备，其运行特性与控制方式各异，给系统能量管理优化策略的制定带来了挑战。
典型温室型鱼菜共生系统能量交换示意图
本文基于工业化鱼菜共生负荷运行特性和灵活特性将负荷划分为不可调度负荷和可调度负荷，以日运行成本最低为目标，针对可调度负荷建立可时移负荷模型和触发式负荷模型来约束负荷的运行状态。模型考虑了气象因素、系统规模、分时电价以及鱼菜生长环境需求的影响，控制了冬季加热设备（热泵、鱼池电热棒）、夏季制冷设备（湿帘风机系统）、增氧机、投饵机等设备的运行状态，实现了在冬夏季最低日运行成本下保障鱼菜生长在适宜温度环境，鱼池内溶解氧浓度保持在促进鱼生长的范围要求，达到了节能降耗的效果。
典型场景下负荷优化控制前后对比
中国农业大学为该论文的第一完成单位，信息与电气工程学院郑颖颖教授为论文第一作者，2022级专业硕士研究生赵文静为论文学生第一作者，信息与电气工程学院李道亮教授为论文通讯作者，论文合作作者包括匈牙利农业与生命科学大学Monika Varga教授。该工作依托国家数字渔业创新中心平台，获得国家自然科学基金（52207143）和中国-匈牙利双边项目（2019-2.1.11-TÉT-2020-00252）的资助。
