Chytré rybí farmy: Nový systém snižuje spotřebu elektřiny o 18 % a emise CO2 o 32 %

Recirkulační akvakulturní systémy (RAS) získávají stále větší pozornost jako udržitelná technologie pro chov ryb, která snižuje spotřebu vody, umožňuje kontrolovat podmínky chovu a minimalizuje dopady na životní prostředí díky filtrování a opětovnému využití vody.

Recirkulační akvakulturní systémy (RAS) získávají stále větší pozornost jako udržitelná technologie pro chov ryb, která snižuje spotřebu vody, umožňuje kontrolovat podmínky chovu a minimalizuje dopady na životní prostředí díky filtrování a opětovnému využití vody. Tyto systémy však zároveň spoléhají na čerpadla, filtry, provzdušňovače a další zařízení, která často pracují nepřetržitě nebo podle konzervativních pevných harmonogramů. To vede k podstatné spotřebě elektrické energie potřebné k udržení stabilních podmínek chovu.

Vysoká energetická náročnost představuje jednu z hlavních výzev pro širší přijetí pozemních akvakultur. Obnovitelné zdroje energie, jako je solární a větrná energie, nabízejí slibné řešení, ale jejich výkon výrazně kolísá v závislosti na počasí. Akvakulturní zařízení navíc nemohou jednoduše omezit provoz zařízení, kdykoli je elektřina vzácná, protože biologické podmínky a kvalita vody omezují, kdy a jak lze spotřebu elektřiny upravit. Klíčovou výzvou je proto identifikovat a využít flexibilitu dostupnou v rámci těchto provozních limitů, aby se snížila spotřeba energie a emise CO₂ související s elektřinou, aniž by byla ohrožena bezpečná produkce.

Společný výzkumný tým ze Saitama University a University of the Ryukyus vyvinul procesně uvědomělý systém řízení energie, který koordinuje flexibilní provoz zařízení s výrobou z obnovitelných zdrojů, ukládáním energie do baterií a dodávkami z rozvodné sítě v systémech RAS. Tým využil experimentální data z kanice malabarského (Epinephelus malabaricus), komerčně významného druhu pro akvakulturu, k vytvoření druhově specifického modelu odhadu rozpuštěného kyslíku (DO), který zohledňuje vliv tělesné hmotnosti ryb a krmení. Tento model propojil provoz provzdušňovače s biologicky významným provozním omezením.

Vědci následně tento model integrovali do ekonomické prediktivní strategie řízení, která plánuje provoz provzdušňovače a využití baterií a sítě v koordinaci s dostupnou solární a větrnou energií přímo na místě. Prostřednictvím celoročních simulací tým prokázal, že tento systém dokáže podstatně snížit spotřebu elektřiny a emise CO₂ související s elektřinou, přičemž udržuje hladinu rozpuštěného kyslíku nad předepsanou bezpečnostní hranicí a zlepšuje odolnost během výpadků sítě.

Výsledky simulací ukázaly, že navržená metoda snížila roční spotřebu elektřiny o 17,8 % ve srovnání s nepřetržitým provzdušňováním. Emise CO₂ byly sníženy o 31,9 %, zatímco hladiny rozpuštěného kyslíku byly udržovány nad bezpečnostní hranicí. V simulacích výpadků sítě pomohla optimalizovaná kontrola provzdušňovače udržet bezpečné hladiny DO a snížit riziko úmrtnosti ryb. Analýza citlivosti navíc ukázala, že provozní limity procesu mohou silně ovlivnit flexibilitu energetického systému: úprava bezpečnostní hranice DO v rámci zkoumaného rozsahu poskytla flexibilitu srovnatelnou s pětinásobným až desetinásobným zvýšením kapacity baterií.