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15.4 Método

2 years ago

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Um bairro de 50 domicílios foi assumido como um “Smarthood”, com uma instalação aquaponica dissociada multi-loop presente que é capaz de fornecer peixe e vegetais para todos os 100 habitantes da Smarthood.

Para a modelização detalhada do Smarthood, utilizou-se um caso de referência hipotético de um bairro suburbano em Amsterdã, composto por 50 domicílios (casas) com uma ocupação média de 2 pessoas por agregado familiar (100 pessoas no total). Além disso, uma instalação aquapônica urbana é composta por uma estufa, sistema de aquicultura, um UASB e uma unidade de destilação. O dimensionamento dos diferentes componentes é motivado com base em dados relativos a uma família típica holandesa e a uma estufa (ver Quadro 15.1).

15.4.1 O modelo do sistema de energia

Foi criado um Modelo de Sistema Energético (ESM) que pode simular os fluxos de energia de uma ampla gama de componentes, cujas principais especificações são mostradas na Tabela 15.2. O MEE é capaz de calcular os fluxos de energia para cada componente para cada hora do ano.

Quadro 15.1 Requisitos alimentares e energéticos por pessoa/agregado familiar nos Países Baixos

tabela cabeça tr td/td oMédia (por capita/ano) /th oTotal (100 pessoas) /th THSource/th /tr /cabeça tbody tr th Colspan=4alimento/th /tr tr TDConsumo de vegetais (Países Baixos) /td td 33 kgsupa/sup (enquanto u73 kg/u são recomendados /td td 7300 kg /td td EFSA (2018) /td /tr tr class="ímpar” TdRequired área de estufa/td td Aprox. 4 msup2/sup /td td 400 msup2/sup /td td Estimativa baseada em mín. recomendação de consumo /td /tr tr class="mesmo” Consumo TDFish td 20 kg /td td 2000 kg /td td FAO (2015) /td /tr tr class="ímpar” TDREquired aquacultura volumesupb/sup/td td 0.2 msup3/sup /td td 20 msup3/sup /td td estimado /td /tr tr th colspan=4 Energia/th /tr tr class="ímpar” TDConsumo de calor doméstico (Países Baixos) /td td 6500 kWhsub/sub/casa/ano /td td 325 MWhsub/sub/ano /td td CBS (2018) /td /tr tr class="mesmo” td RowSpan=2RAs consumo de eletricidade/td td rowspan=2 0,05—0,15 kwsube/sub/msup3/sup /td td 1—3 kWSube/Sub /td td rowspan=2 (Espinal, pers. comunicação) /td /tr tr class="ímpar” td 8,76—28,26 Mwhsube/sub/ ano /td /tr /tbody /tabela

SUPA/SUPO holandês médio come 50 kg de legumes por ano. No entanto, apenas 33 kg de hortaliças que podem ser cultivadas em sistemas hidropônicos, que são frutas hortaliças 31.87 g/dia, brassica hortaliças 22.11 g/dia, folhas hortícolas 12.57 g/dia, leguminosas 19.74 g/dia, vegetais caule 4.29 g/dia

SUPB/SUP considerando uma densidade máxima de peixes de 80 kg/msup3/sup

Quadro 15.2 Componentes de produção

tabela cabeça tr class="cabeçalho” O componente/th th Tamanho /th th Especificações /th /tr /cabeça tbody tr class="ímpar” TDSolar PV/TD td 40 kWSubp, e/sub /td td Eta: 0,15 /td /tr tr class="mesmo” Turbina eólica TDurban td 20 kWSubp, e/sub /td td Eta: 0,33 /td /tr tr class="ímpar” Bomba TDHeat td 10 kWSubp, e/sub /td td POLICIAL: 4.0 /td /tr tr class="mesmo” TDCHP/TD td 20 kWSubp, e/sub /td td ETaSubel/sub: 0,24, ETaSubth/sub = 0,61 /td /tr tr class="ímpar” Célula TDFuel td 10 kWSubp, e/sub /td td Eta: 0,55 /td /tr tr class="mesmo” Tdelectrolyser/TD td 20 kWSubp, e/sub /td td Eta: 0,45 /td /tr tr class="ímpar” TDBattery/TD td 200 kWh /td td Eta: 0,90 /td /tr tr class="mesmo” TDTanque de água quente/td td 930 kWh /td td 40—60C /td /tr tr class="ímpar” TDHidrogénio Tanque/td td 1000 kWh /td td 30 kg de armazenamento HSub2/sub /td /tr /tbody /tabela

O sistema de energia foi modelado em MATLAB usando dados de perfil de energia para Amsterdã obtidos através do DesignBuilder. O modelo numérico de séries temporais incorpora uma ampla seleção de tecnologias energéticas, listadas na Tabela 15.2 com suas especificações relevantes (Fig. 15.4).

O modelo de sistema de energia (ESM) usa declarações condicionais simples para o processo de tomada de decisão, ou seja, é um sistema de controle baseado em regras. Na versão atual deste modelo, o controle é centralizado, com o objetivo de autoconsumo

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Fig. 15.4 O modelo da microrede aquapônica (F. de Graaf 2018), mostrando os balanços energéticos para potência (diagrama superior) e calor (diagrama inferior) para o caso de referência (Amsterdã)

maximização do sistema no seu conjunto (numa versão futura, a arquitectura de controlo será descentralizada, ver Secção 15.5). As declarações condicionais para conseguir isso podem ser declaradas da seguinte forma:

  1. Mantenha o armazenamento de calor ao mínimo.

  2. Previsão da produção e consumo de eletricidade inflexível prevista.

  3. (a) Se a bateria estiver cheia, ative o consumo flexível.

(b) Se a bateria estiver vazia, ative a geração flexível.

Ao manter o armazenamento de calor a um mínimo, o tampão para o balanceamento flexível de energia é maximizado. Se houver uma superprodução de eletricidade inflexível (isto é, produção de eletricidade que não pode ser programada ou controlada de forma flexível, como solar ou eólica), a bomba de calor pode ser ligada para criar um tampão fornecido pelo armazenamento de água quente e pela massa térmica do sistema RAS aquapônico. Por outro lado, se houver uma subprodução de eletricidade, a geração flexível, como a CHP e a célula de combustível, pode ser ligada, utilizando assim a capacidade de armazenamento térmico.

Tanto para calor como para energia, o balanço energético é equivalente a

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

As gerações flexíveis incluem a bomba de calor, a unidade combinada de calor e potência (CHP), a célula de combustível, a bateria e os dispositivos inteligentes/flexíveis (por exemplo, bombas aquapônicas). Os coletores eólicos, solares fotovoltaicos (PV) e solares são classificados como geração inflexível. Dispositivos não flexíveis compõem a maior parte do consumo de eletricidade, especialmente no inverno (devido à necessidade de iluminação instantânea) (Fig. 15.5).

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Fig. 15.5 Exemplo dos fluxos de energia (diagrama Sankey) de uma possível configuração integrada de microrede em De Ceuvel (de Graaf 2018), incluindo um biodigestor para a produção de biogás. Esta configuração específica não inclui a unidade Combinada de Calor e Potência que está presente no conceito Smarthood, nem leva em conta uma grande instalação aquapônica


Aquaponics Food Production Systems

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