Исследователи разработали компьютерную модель управления вертикальной фермой, которая сокращает расходы на электроэнергию в среднем на 13,7% при сохранении объёма урожая. Система динамически регулирует не только освещение, но и температуру, влажность и вентиляцию, рассматривая ферму как единый комплекс – потребитель энергии.
Вертикальные фермы позволяют выращивать урожай круглый год независимо от погоды, но потребляют большое количество электроэнергии, в основном на искусственное освещение и климат-контроль. Эти системы взаимосвязаны: светодиодные лампы не только освещают растения, но и нагревают помещение, что увеличивает нагрузку на оборудование для охлаждения и осушения воздуха. Поэтому простая стратегия экономии только на освещении может привести к росту общих энергозатрат.
Разработанный алгоритм комплексно управляет фермой на трёх уровнях. На стратегическом – система планирует весь цикл выращивания (14–25 дней), выбирая оптимальную дату сбора урожая и выстраивая график роста биомассы с учётом долгосрочных прогнозов цен на энергию и погоды. На тактическом уровне контроллер ежедневно корректирует план, смещая фазы активного роста на часы с низкими тарифами. Наконец, на операционном уровне система каждые 15 минут вносит поправки, реагируя на сиюминутные изменения цен и показания датчиков.
Моделирование проводили на примере гидропонной фермы по выращиванию салата в стандартном транспортном контейнере. По сравнению с базовым сценарием, где использовали тщательно настроенный, но статичный график работы, новая система позволила сократить затраты на 13,7%, а общее потребление электричества – на 8,4%. Примечательно, что около 97% экономии достигается за счёт оптимизации работы климатических систем, а не одного лишь освещения.
Эффективность алгоритма напрямую зависит от волатильности цен на энергию. Например, для относительно стабильного летнего рынка Норвегии расчётная экономия составила 10,5%, тогда как для более изменчивого весеннего рынка Германии она достигла 17,9%.
Главным препятствием для внедрения системы может стать её чувствительность к точности прогнозирования роста растений. В симуляции, где в модель роста заложили повышенную погрешность, более 40% урожая оказалось бы некондиционным. Однако исследователи нашли решение: всего одно измерение биомассы в сутки с последующей корректировкой плана позволяет довести долю товарной продукции до 98% и сохранить почти всю экономию.
Авторы подчёркивают, что результаты получены в ходе компьютерного моделирования и требуют подтверждения в реальных условиях. Тем не менее, исследование доказывает, что вертикальная ферма может выступать гибким потребителем электроэнергии, оптимизируя свои затраты без ущерба для урожайности.