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    青海省科技廳，青海省科技成果轉(zhuǎn)化專項(xiàng)：高寒地區(qū)半地下溫室的多能互補(bǔ)的智能化種植系統(tǒng)技術(shù)示范(2016-NN-142)；研究起始日期：2016年6月；研究終止日期：2017年12月；批準(zhǔn)登記單位：青海省科學(xué)技術(shù)廳；批準(zhǔn)登記號：9632018Y0284；批準(zhǔn)登記日期：2018年9月。
青海省東南部農(nóng)業(yè)區(qū)地處黃土高原邊緣地帶，是典型的高寒冷山區(qū)。半地下溫室是一種采光性好、保溫性強(qiáng)、升溫快、儲熱量高的新型高效節(jié)能日光溫室，可以實(shí)現(xiàn)溫室蔬菜的高產(chǎn)高效。本項(xiàng)目開展了太陽能光熱、空氣源熱泵、光伏電能、市電等多能互補(bǔ)技術(shù)以及該技術(shù)在溫室中的應(yīng)用研究，實(shí)現(xiàn)了太陽能高效光熱綜合利用，并達(dá)到與溫室農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的有效低成本耦合。通過該項(xiàng)目的研究，溫室內(nèi)區(qū)域冬季夜間溫內(nèi)土壤溫度大于 10 攝氏度，室內(nèi)氣溫大于 8 攝氏度，縮短蔬菜生長期 20%-30%，實(shí)現(xiàn)了全年生產(chǎn)，授權(quán)專利 6 項(xiàng)，形成適宜推廣的“高寒地區(qū)半地下溫室太陽能光熱增溫保溫技術(shù)企業(yè)或行業(yè)規(guī)范”1 項(xiàng)，建設(shè)了太陽能光熱綜合利用技術(shù)耦合溫室示范基地 1 處。

    針對光熱應(yīng)用，大多是將光熱產(chǎn)生的熱水通入溫室土壤的埋管中以進(jìn)行土壤加溫，或者將熱水通入溫室內(nèi)的換熱器，以增加溫室內(nèi)的空氣溫度或者保持溫度。針對溫室環(huán)境控制，大多是溫濕度、氣體成分等簡單的 PLC 控制 。但針對半地下溫室大棚，并沒有看到本項(xiàng)目將光伏、光熱技術(shù)并結(jié)合市電供電技術(shù)實(shí)現(xiàn)在半地下溫室大棚中的完成多能互補(bǔ)的應(yīng)用。

    太陽能光熱、空氣源熱泵、光伏電能、市電等多能互補(bǔ)的系統(tǒng)匹配、系統(tǒng)優(yōu)化、系統(tǒng)控制等系統(tǒng)集成技術(shù)需要現(xiàn)場大量的運(yùn)行數(shù)據(jù)形成的一整套優(yōu)化控制方法，難以獲取和復(fù)制。

    通過技術(shù)應(yīng)用示范，縮短蔬菜生長期 20%-30%，實(shí)現(xiàn)全年生產(chǎn)，農(nóng)民每棚增加收入 20%以上，較電加熱采暖增溫和保溫形式，節(jié)約電力消耗 60%以上。

    依托青海民族大學(xué)和北京工業(yè)大學(xué)等參與單位的后續(xù)技術(shù)儲備和持續(xù)創(chuàng)新能，為本系統(tǒng)技術(shù)提供創(chuàng)新的持續(xù)性。

    縮短蔬菜生長期 20%-30%，實(shí)現(xiàn)全年生產(chǎn)，農(nóng)民每棚增加收入 20%以上，較電加熱采暖增溫和保溫形式，節(jié)約電力消耗 60%以上。

    半地下式日光溫室，作為日光溫室的特殊類型，近幾年在我國北方多個(gè)地區(qū)出現(xiàn)，尤其是山東、山西、甘肅、青海等地，主要用于蔬菜、切花的生產(chǎn)。這類日光溫室跟傳統(tǒng)日光溫室相比的優(yōu)缺點(diǎn)，也引起種植者的關(guān)注和探尋。保溫性好是半地下式日光溫室的最大特點(diǎn)，這也是種植者選擇這類溫室的主要原因。現(xiàn)階段，節(jié)能是溫室生產(chǎn)中十分關(guān)鍵的問題，對于日光溫室這種主要利用太陽能為熱源的溫室來說，最大限度地提高太陽能的利用率，成了日光溫室節(jié)能的主要途徑。本項(xiàng)目采用太陽能光熱集熱、太陽能光伏、空氣源熱泵等主動增溫保溫技術(shù)，這些均為環(huán)保節(jié)能的新能源技術(shù)，比如空氣源熱泵的制熱效率為傳統(tǒng)電制熱效率的3-4倍以上。以山東青島為例，青島市從 2008 年開始出現(xiàn)了規(guī)?；ㄔ欤鼛啄陻?shù)量顯著增加，主要集中在萊西、平度、膠州三市的部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)， 即墨、膠南、城陽、黃島、嶗山五市區(qū)還較為少見。2011-2012 年萊西、平度、膠州三市的新建溫室中半地下式日光溫室比例約占15%，其中萊西市近300個(gè)、平度市約200個(gè)、膠州市170個(gè)以上。截止到 2012 年，山東青島的半地下日光溫室近700棚。每棚占地面積約 4 畝，山墻及后墻體等占地面積約 1.4 畝，棚內(nèi)可栽植面積1.6畝。據(jù)統(tǒng)計(jì)，半地下日光溫室每年以10%的比例遞增。山東、山西、甘肅、青海僅四地目前的半地下日光溫室保有量達(dá)到4000棚。按照冬季最冷月3個(gè)月計(jì)算，單位建筑面積的負(fù)荷系數(shù)為:123KJ/(℃天)（參考青海省農(nóng)林科學(xué)院陳來生研究員計(jì)算與統(tǒng)計(jì)得出），則長度 100米，寬度10米的溫室大棚（1000平米）夜間為了維持溫度（把溫度從5.41℃增溫到本項(xiàng)目要求的8-10℃），每天(僅夜間 12 小時(shí)消耗)耗電量為80-100度左右（123*1000*(10-5.41)*12/3600），則每年（僅按冬季最冷月3個(gè)月計(jì)算，其他月棚內(nèi)最低溫度可以達(dá)到10攝氏度以上）的耗電量為9000 度電，按電費(fèi)每度0.5元計(jì)算，則每年需要4500元的電費(fèi)。若采用太陽能集熱器和空氣源熱泵聯(lián)合運(yùn)行功能，并采用光伏發(fā)電驅(qū)動熱泵，則每年至少可以節(jié)省3500元的電費(fèi)。4000棚則每年總共可以節(jié)約1400萬電費(fèi)，節(jié)約用電2800萬度電。
我國黃河以北地區(qū)屬于夏熱冬冷地區(qū)，如果按照上述比例開展半地下日光溫室的應(yīng)用，則每年至少可以節(jié)約 1 億度電，具有明顯的節(jié)能減排效益。對于促進(jìn)現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，提升我國太陽能光伏產(chǎn)業(yè)、太陽能集熱器產(chǎn)業(yè)、空氣源熱泵產(chǎn)業(yè)、現(xiàn)代設(shè)施農(nóng)業(yè)大棚產(chǎn)業(yè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的國際競爭力具有明顯的提升作用。