一种植物工厂能源供应系统及能源供应管理系统的制作方法

本发明属于能源供应及管理领域，尤其涉及一种植物工厂能源供应系统及能源供应管理系统。

背景技术：

1、本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

2、高寒地区由于纬度高，存在较长时间的光照不足时期，同时温度较低，导致土地处于不能种植的状态，影响了高寒地区居民的新鲜农作物获取。由于环保要求的限制，在高寒地区建设植物工厂难以使用传统化石能源进行燃烧发电，因而植物工厂工作所需能源获取困难。又因光照不足时期无法利用太阳能，仅仅依靠风力发电不足以维持植物工厂的正常运作，因而需考虑如何在照不足时期为植物工厂提供足够的电量。

3、植物工厂作为一种高投入、高技术、精装备的生产体系，包括营养液循环系统、供热系统、送风系统和照明系统，而现有的人工光植物工厂中照明设备能耗占植物工厂运行能耗的比例最大，可达50%~80%，但灯光设备能量转化效率低，即使是目前最节能的led灯具，其能量转换效率也只有30%~40%。其余能量以热量形式散失到室内，这部分负荷占空调降温负荷的50%。

4、高寒地区植物工厂由于其特殊地理位置，植物工厂内灌溉水源及保湿水源的获取更为困难，而高寒地区冰雪含量充足，采用融雪取水无疑成为高寒地区取水的一种普遍方式，而融雪取水所需的媒介与能量成为取水过程中更重要的一环。

5、目前植物工厂主要使用营养液栽培的方式进行作物的培养，营养液水培技术的核心是营养液，它可以直接影响作物的生长，是影响作物质量和产量的重要因素，目前营养液调控多使用人工操控，费时费力且效率较低。

技术实现思路

1、为了解决上述背景技术中存在的至少一项技术问题，本发明提供一种植物工厂能源供应系统及能源供应管理系统，其将光伏光热发电、风力发电与液态空气储能发电相结合，日照充足时将光伏光热发电、风力发电产生的多余电力转化为液态空气储存，日照不足时再将利用液态空气发电对植物工厂进行供电，使能源都得到充分利用，提高了能源的利用效率，构成了植物工厂-太阳能风能发电-液态空气储能的综合系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、本发明的第一个方面提供一种植物工厂能源供应系统，包括植物工厂、风力发电机、光伏发热板和液态空气储能发电机组，所述植物工厂顶部阵列安装光伏光热板，外部安装风力发电机，所述植物工厂内设置控制台，所述液态空气储能发电机组包括运行电动机、低温储罐、透平发电机组和驱动发电机，所述控制台分别和运行电动机、透平发电机组和驱动发电机相连；

4、在日照充足时，所述控制台用于控制光伏发热板和风力发电机对植物工厂进行供电，控制运行电动机将多余的热量转化为液态空气压缩存储；

5、在日照不足时，所述控制台用于将低温储罐内液态空气复温后气化通入透平发电机组内做功，进一步驱动发电机发电，对植物工厂进行供电。

6、作为一种实施方式，所述液态空气储能发电机组还包括空气过滤器、一级压缩装置、二级压缩装置、压缩热存储装置、蓄冷器、节流阀、气液分离器、低温泵和预热器；

7、所述空气过滤器的出口与所述一级压缩装置的入口连接，所述一级压缩装置与电动机连接，所述一级压缩装置的出口与所述二级压缩装置的入口连接，所述二级压缩装置的出口与所述压缩热存储装置的入口连接，所述压缩热存储装置的出口与所述蓄冷器的入口连接，所述蓄冷器的出口与所述节流阀的入口连接，所述节流阀的出口与所述气液分离器的入口连接，所述气液分离器的液态空气出口与所述低温储罐的入口连接；所述低温储罐的出口与所述低温泵的入口连接，所述低温泵的出口与所述蓄冷器的入口连接，所述蓄冷器的出口与所述预热器的入口连接，所述预热器的出口与所述压缩热存储装置的入口连接，所述压缩热存储装置出口分别与所述透平发电机组的进气口连接，所述透平发电机组与所述发电机连接。

8、本发明的第二个方面提供一种植物工厂能源供应管理系统，利用光伏光热板生成热和液态空气储能发电模块中的液化热融化雪，收集雪融化生成的冷水；同时利用植物工厂内led灯具的余热加热流体，加热后的流体部分用于融雪取水，部分用于液态空气发电前的初步预热。同时收集液态空气储能发电模块中形成的高压气体，储存于高压气罐中，再通入营养液储罐中，生成纳米气泡，使营养液更易被植物根系吸收。

9、一种植物工厂能源供应管理系统，包括第一方面所述的能源供应系统和融雪取水模块；

10、所述光伏光热板内铺设有第一流体管道，所述融雪取水模块内铺设第二流体管道，所述第一流体管道和第二流体管道之间设置装有第一电动阀；

11、在日照充足时期，所述控制台用于控制第一电动阀打开，吸收光伏光热板产出热后通过第一流体管道和第二流体管道与所述融雪取水模块中融雪过后的温水混合后再送入融雪取水模块热流体进口；在日照不足时期，所述控制台用于控制第一电动阀关闭，第一流体管道和第二流体管道之间断开。

12、作为一种实施方式，所述融雪取水模块包括融雪水箱、蓄雪箱、输雪孔和冷水箱；

13、所述蓄雪箱内设有感应器，所述控制台用于通过感应器感应所述融雪水箱内的雪量来开闭输雪孔，所述融雪水箱底部开有孔，连接第二流体管道，将雪融化后形成的冷水通过第二流体管道通入所述冷水箱，通过冷水箱出口管道处安装的第二电动阀，通过第二电动阀调控冷水箱出水管道的开闭。

14、作为一种实施方式，所述植物工厂内还设置led余热利用模块，所述led余热利用模块包括led灯具、保温水箱和测温计；

15、所述led灯具后铺设第三流体管道和回流管，冷水箱出口管道处安装第二电动阀，通过第二电动阀通入所述第三流体管道和回流管一端，用于吸收led灯具工作时散发的余热，所述第三流体管道和回流管另一端加装测温计、第三电动阀及第四电动阀；

16、所述控制台用于接收测温计的测温数据，当管内流体温度未能达到设定值时，控制第四电动阀关闭，第三电动阀开启，流体通过回流管送至第三流体管道起始端吸收led灯具余热直至流体温度达到设定值，此时控制第四电动阀开启，第三电动阀关闭，将热流体送入保温水箱内。

17、作为一种实施方式，所述植物工厂内设置植物培养架，所述植物培养架上设置led灯具。

18、作为一种实施方式，所述保温水箱内设有水位感应器，并在保温水箱底部安装第四流体管道，第四流体管道安装第五电动阀，所述第四流体管道和第二流体管道通过第五电动阀连接；通过控制第六电动阀的开断实现第四流体管道和第二流体管道之间的连通或阻断。

19、作为一种实施方式，所述液态空气储能发电机组底部安装第五流体管道，第五流体管道安装第六电动阀；所述第五流体管道通过第六电动阀和第二流体管道通过第六电动阀连接，所述控制台用于通过控制第六电动阀的开断实现第五流体管道和第二流体管道之间的连通或阻断。

20、作为一种实施方式，所述第四流体管道和第五流体管道之间设置第七电动阀；所述控制台用于接收水位信息，当水箱内水位过高时，所述第五电动阀自动开启，第七电动阀关闭，将部分热水送至融雪水箱热流体进口。

21、作为一种实施方式，所述系统还包括纳米气泡发生模块，所述纳米气泡发生模块包括营养液储罐和高压气罐，所述营养液储罐和高压气罐相通，所述高压气罐的入口分别和一级压缩装置的出口连接、压缩热存储装置出口连接；

22、在日照充足时期，经一级压缩装置压缩过后的高压气体部分通入高压气罐中；在日照不足时期，被预热器初步预热后的空气再通入压缩热存储装置再次加热，加热后的空气部分通入高压气罐中；

23、所述高压气罐内存储的高压气体通入营养液储罐中，生成纳米气泡，分解营养液中的营养聚集体。

24、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

25、1、针对传统的压缩空气储能技术存在储能密度低、储存容积大等缺点，应用推广受到很大限制，本发明将光伏光热发电、风力发电与液态空气储能发电相结合，日照充足时将光伏光热发电、风力发电产生的多余电力转化为液态空气储存，日照不足时再将利用液态空气发电对植物工厂进行供电，使能源都得到充分利用，提高了能源的利用效率，构成了植物工厂-太阳能风能发电-液态空气储能的综合系统。

26、2、针对led灯具热耗散过大的问题，本发明在led灯具后铺设冷流体管道，通过吸收led灯具的余热从而降低植物工厂内空调的负荷，同时将吸收led灯具余热后的温水存储至保温水箱内，可在给植物工厂内灌溉保湿的同时输送给融雪装置，也可在日照不足时期输送到液态空气储能发电装置中，对复温后的空气进行初步预热。充分利用led灯具余热，通过利用融雪生成的冷水吸收led灯具余热，在降低植物工厂内空调负荷的同时，生成的热水也用于植物工厂内的保湿和灌溉。

27、3、本发明充分利用高寒地区冰雪含量充沛的特点，就高寒地区取水困难的问题提出了利用融雪取水系统，通过利用多方热水融雪，保证了高寒地区植物工厂内及居住情况下的水资源供应，过程中不破坏生态环境，清洁环保。

28、4、本发明为提高植物吸收营养液的效率，选择向营养液储罐内充注纳米气泡，通过收集液态空气储能发电机组在运行时生成的高压气体，存储于高压气罐中，同时将高压气罐中的空气缓慢通入营养液储罐内，从而形成纳米气泡，不仅使得营养液储罐中养分离子的分布趋于均匀，同时也分解了营养液中较大的营养聚集体，使得营养液能够更好地被植物根部所吸收，从而促进植物生长，降低了植物生长周期。

29、本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。