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15.4 Método

2 years ago

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Un barrio de 50 hogares se asumió como «Smarthood», con una instalación acuapónica multibucle disociada presente que es capaz de suministrar pescado y verduras a los 100 habitantes de la Smarthood.

Para la modelización detallada de la Smarthood, se utilizó un hipotético caso de referencia de un barrio suburbano de Ámsterdam, compuesto por 50 hogares (casas) con una ocupación promedio de 2 personas por hogar (100 personas en total). Además, una instalación acuapónica urbana consiste en un invernadero, un sistema de acuicultura, un UASB y una unidad de destilación. El dimensionamiento de los diferentes componentes se basa en datos de un hogar típico neerlandés e invernadero (véase el cuadro 15.1).

15.4.1 El Modelo del Sistema Energético

Se realizó un Modelo de Sistema Energético (ESM) que puede simular los flujos de energía de una amplia gama de componentes, cuyas principales especificaciones se muestran en la Tabla 15.2. El MEDE es capaz de calcular los flujos de energía para cada componente para cada hora del año.

Cuadro 15.1 Requisitos alimentarios y energéticos por persona/hogar en los Países Bajos

tabla tead tr td/td La media (por capitía/año) /a thTotal (100 personas) /a Thsource/th /tr /thead tbody tr th Colspan=4alimentos/th /tr tr TDConsumo de vegetales (Países Bajos) /td td 33 kgsupa/sup (mientras que se recomiendan u73 kg/u /td td 7300 kg /td td EFSA (2018) /td /tr tr class="impar» TDÁrea de invernadero/td requerida/ td Aprox. 4 msup2/sup /td td 400 msup2/sup /td td Estimado en base a mín. recomendación de consumo /td /tr tr class="incluso» Consumo de TDFec/td td 20 kg /td td 2000 kg /td td FAO (2015) /td /tr tr class="impar» TD Volumenupb/sup/td td 0.2 msup3/sup /td td 20 msup3/sup /td td Estimado /td /tr tr th colspan=4 Energía/th /tr tr class="impar» TDConsumo de calor doméstico (Países Bajos) /td td 6500 kWHsubth/Sub/Casa/año /td td 325 MWHsubth/sub/año /td td CBS (2018) /td /tr tr class="incluso» td RowSpan=2RAS consumo de electricidad/td td rowspan=2 0.05—0.15 kWSube/Sub/MSUP3/SUP /td td 1—3 KWSube/Sub /td td rowspan=2 (Espinal, pers. comunicación) /td /tr tr class="impar» td 8,76—28,26 MWSube/sub/ año /td /tr /tbody /tabla

Supa/supLa persona neerlandesa promedio come 50 kg de verduras al año. Sin embargo, sólo 33 kg de verduras que se pueden cultivar en sistemas hidropónicos, que son verduras fructíferas 31.87 g/día, verduras brassica 22.11 g/día, verduras de hoja 12.57 g/día, leguminosas 19.74 g/día, verduras de tallo 4.29 g/día

SUPB/Supconsiderando una densidad máx. de pescado de 80 kg/msup3/sup

Tabla 15.2 Componentes de producción

tabla tead tr class="cabecera» El Componente/th th Tamaño /th th Especificaciones /th /tr /thead tbody tr class="impar» TDSolar PV/TD td 40 kWsubp, e/sub /td td Eta: 0,15 /td /tr tr class="incluso» TDurban turbina eólico/td td 20 kWsubp, e/sub /td td Eta: 0,33 /td /tr tr class="impar» Bomba TDHeat td 10 kWsubp, e/sub /td td POLICÍA: 4.0 /td /tr tr class="incluso» TDCHP/TD td 20 kWsubp, e/sub /td td ETASUBEL/sub: 0,24, ETASubth/sub = 0,61 /td /tr tr class="impar» TDCelda de combustible/td td 10 kWsubp, e/sub /td td Eta: 0,55 /td /tr tr class="incluso» Tdelectrolyser/TD td 20 kWsubp, e/sub /td td Eta: 0,45 /td /tr tr class="impar» TDBatería/TD td 200 kWh /td td Eta: 0,90 /td /tr tr class="incluso» TDHot agua tanque/td td 930 kWh /td td 40—60C /td /tr tr class="impar» TDHydrogen/td td 1000 kWh /td td 30 kg de almacenamiento HSub2/sub /td /tr /tbody /tabla

El sistema energético fue modelado en MATLAB utilizando datos de perfil energético para Amsterdam obtenidos a través de DesignBuilder. El modelo numérico de series temporales incorpora una amplia selección de tecnologías energéticas, enumeradas en el cuadro 15.2 con sus especificaciones pertinentes (Fig. 15.4).

El Modelo de Sistema Energético (ESM) utiliza sentencias condicionales simples para el proceso de toma de decisiones, es decir, es un sistema de control basado en reglas. En la versión actual de este modelo, el control está centralizado, con el objetivo de autoconsumo

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Fig. 15.4 El modelo de microred acuapónica (F. de Graaf 2018), que muestra los balances energéticos de potencia (diagrama superior) y calor (diagrama inferior) para el caso de referencia (Amsterdam)

maximización del sistema en su conjunto (en una versión futura, la arquitectura de control se descentralizará; véase Sect. 15.5). Las declaraciones condicionales para lograr esto se pueden declarar de la siguiente manera:

  1. Mantenga el almacenamiento de calor al mínimo.

  2. Predicción de la producción y el consumo de electricidad inflexible prevista.

  3. (a) Si la batería está llena, encienda el consumo flexible.

(b) Si la batería está vacía, encienda la generación flexible.

Al mantener el almacenamiento de calor al mínimo, se maximiza el amortiguador para el equilibrio energético flexible. Si hay una sobreproducción de electricidad inflexible (es decir, producción de electricidad que no puede programarse ni controlarse de manera flexible, como solar o eólica), la bomba de calor puede encenderse para crear un amortiguador proporcionado por el almacenamiento de agua caliente y la masa térmica del sistema RAS aquapónico. Por el contrario, si hay una subproducción de electricidad, la generación flexible como la cogeneración y la pila de combustible se puede encender, aprovechando así la capacidad de almacenamiento térmico.

Tanto para el calor como para la potencia, el balance energético es equivalente a

$P_ {gen, flex} + P_ {gen, inflex} + P_ {grid} = P_ {contras, inflex} + P_ {contras, flex} + P_ {almacenamiento} $ (15.1)

Las generaciones flexibles incluyen la bomba de calor, la unidad combinada de calor y potencia (CHP), la pila de combustible, la batería y los dispositivos inteligentes/flexibles (por ejemplo, bombas acuapónicas). Los colectores eólicos, solares fotovoltaicos (fotovoltaicos) y solares se clasifican como generación inflexible. Los dispositivos no flexibles constituyen la mayor parte del consumo de electricidad, especialmente en invierno (debido a la necesidad de iluminación instantánea) (Fig. 15.5).

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Fig. 15.5 Ejemplo de los flujos de energía (diagrama de Sankey) de una posible configuración de microred integrada en De Ceuvel (de Graaf 2018), incluyendo un biodigestor para la producción de biogás. Esta configuración particular no incluye la unidad combinada de calor y potencia que está presente dentro del concepto Smarthood, ni tiene en cuenta una gran instalación acuapónica


Aquaponics Food Production Systems

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