食用菌工厂的能源管理在企业微电网平台如何实现
2023年07月11日 10:44 发布者：Acreltang
摘要：从食用菌生产经营者角度指出食用菌工厂化生产的产品生鲜属性、微生物培养的技术特点和竞争战略难以突破决定了成本控制是经营的核心。分析食用菌生产的成本构成，指出加强能源管理是节本增效的重要途径，从电费的分类和改善方式、灭菌的燃料选择和改善方法、未来能源可拓展方向（太阳能和配合蒸汽使用的溴化锂吸收式制冷机）指明食用菌工厂能源管理的具体途径。提出能源管理的基本思路为确定改善目标、划分区域、明确费用、改善实施和核算结果。关键词：食用菌；节能分析;能源管理系统；电费分类；太阳能0引言2006年以来，中国食用菌工厂化生产得到迅速发展。据报道，2021年全国食用菌工厂化总产量为280.4万吨，比2019年343.68万吨下降了63.28万吨，其中，产量排名前三的品种为金针菇（123.13万吨）、杏鲍菇（66.78万吨）和双孢蘑菇（27.97万吨），金针菇和杏鲍菇两个工厂化生产主要品种合计占年总产量的68%。1食用菌工厂化生产的特性1.1产品属性目前食用菌工厂化生产的产品以鲜品为主，销售主要采用大宗批发模式，在销售定价方面波动较大，属于充分竞争行业。食用菌鲜品销售货架期较短，在采收时价值大，随时间增加价值降低趋向于零，甚至是因处理成本而出现负值（图1）。食用菌鲜品销售的市场总容量相对较小，其替代品主要是蔬菜类，价格受蔬菜产品的影响较大，顺季蔬菜大量上市时，食用菌产品价格降低，而蔬菜供应不足时，则价格上涨。
（1）工作类。主要为拌料、装瓶、搔菌、包装、挖瓶等工序设备，其能耗管理基本计算公式为：能耗=工作设备功率×工作时间。拌料车间。电费主要组成：搅拌锅、输送带、水泵，主要是靠电机带动。对能耗的管理就是通过改善作业流程，缩短工作时间。另外可根据物料不同选用适当的电机功率。装瓶车间。电费主要组成：空压机、输送线、装瓶机、打孔机、盖盖机、上筐机械手。其中装瓶打孔涉及气动设备，而空压机是高能耗设备，如何保证机器的正常运转，降低设备故障率以及保障压缩空气管道的密封度是管理的核心。然后是各设备之间的匹配问题，生产效率的一致性越高，则相应的能耗就会越低。搔菌车间。电费主要组成：下筐机械手、输送线、去盖机、搔菌机、除菌渣设备等。以工作类设备为主，气动和电机类较多，具体改善方法与拌料、装瓶车间相同。包装车间。电费主要组成：输送带、包装机、空压机。包装机主要为电机和气动设备，具体改善方法同上。挖瓶车间。电费主要组成：输送线、气动式或者机械式挖瓶设备、空压机。具体改善方法同上。[*]环境类。
主要涉及强冷室、接种室、培养库、出菇房。厂房建设时应注意库房的密闭性及保温性能，库房设计、库板选择和工程安装均应予以重视（图3）。工厂外在的气候条件因所在地的地理位置及季节不同，与食用菌生长所需的环境相差较大。而不同食用菌不同生长时期对环境条件（温度、湿度、光照和新鲜空气）的需求亦不同。以金针菇为例，培养期菌丝生长的温度一般要求在18℃左右，而出菇温度在3～15℃，湿度、光照和空气在不同的时期要求也不同。需要通过设备调节气候因素，达到周年化生产良好高产食用菌产品的目的。创造适宜食用菌生长的微气候环境主要是通过暖通设备来完成，不同设备之间差别较大，按照冷却介质不同，主要为风冷式和水冷式；压缩机按其原理一般有涡旋式、活塞式、螺杆式、离心式、磁悬浮式等；空调按冷媒（制冷剂）类型有R22（氟利昂22）、乙二醇溶液、R410A等。一般中小型工厂以风冷式或水冷式氟利昂机组为主，而大型企业常以水冷式螺杆、离心式等为主，磁悬浮因造价过高，除特殊要求外一般不采用。因地制宜选择不同的生产模式，是食用菌生产能源管理大的影响因素。在工作类设备中，选型尤为重要，不应简单对比设备价格，正确的成本核算应是机器的折旧成本+机器的运行费用，这个指标终影响我们的生产。例如空压机，简单的电机启停类与永磁变频类运行成本有明显的差别，购置价格差别也大，应综合考虑机器折旧费用和运行费用。如果初始投资过大，那么还要考虑因投资产生的利息成本。在实际生产中，电费占比大的是暖通设备，而暖通设备的专业化程度较高，不同模式差别较大，同等模式不同厂家及安装队伍的差别也较大，而这些设备是建厂的时候即需确定的，所以要慎之又慎。2.3灭菌费用分析从新冠疫情开始以后，天然气价格急速变化，导致以天然气为灭菌燃料的食用菌工厂燃料费用大幅上涨，甚至翻倍。燃料费是灭菌费用中大的一项，根据不同地区的环保要求，采用天然气、料渣、生物质颗粒三种燃料的灭菌成本差别巨大，使用成本较低的燃料具有决定性的优势（图4）。其中，菌渣是生产食用菌鲜品的附属产物，以其为燃料，灭菌成本仅锅炉使用产生的少量电费和菌渣成本，费用非常低；生物质颗粒的成本随着能源市场的价格波动，其成本一般比传统的燃煤高20%左右；天然气成本高，其随着市场变化波动较大，例如2022年天然气价格在7元/千克左右，对应灭菌成本比历史平均成本高出200%。灭菌设备主要由锅炉、管道、灭菌柜组成，对于节能，锅炉的能效比是关键，剩余就是管道和灭菌柜的保温。灭菌后的蒸汽排出温度较高，可加以回收利用。目前常用的天然气类型主要是两种：一种是管道天然气（CNG，气态），又叫压缩天然气；另一种是液化天然气（LNG，液态），LNG能量品味（能源所含有用成分的百分率）较高，以−162℃的超低温储存在真空绝热的低温容器（气瓶）内，其气化过程释放大量冷能，可以采取相应的措施进行回收。
名称图片型号功能应用
中高压微机保护装置
AM6、AM5SE实现110kV至10kV回路的保护、测量和自动控制功能110kV、10kV回路断路器电能质量在线监测装置
APView500实时监测电压偏差、频率偏差、三相电压不平衡、电压波动和闪变、谐波等电能质量，记录各类电能质量事件，记录事件发生前后的波形，辅助用户分析电能质量发生的原因,定位扰动源。高低压进线回路动态谐波无功补偿系统
AnCos*/*-GⅠ型同时具备谐波治理、无功功率线性补偿与三相电流平衡治理和稳定电压的功能,响应时间快，精度高、运行稳定，能根据系统的无功特性自动调整输出，动态补偿功率因数；0.4kV电能质量治理网络电力仪表
APM500具有全电量测量，谐波畸变率、电压合格率统计、电能统计，开关量输入输出，模拟量输入输出。主要用于高低压电能监测和电能管理电能表
DTSD1352具有全电量测量，电能统计，80A内可直接接入，导轨安装。低压配电箱物联网仪表
ADW300W主要用于计量中低压配电的三相电气参数，采集状态量并控制断路器，可灵活安装于配电箱内，自带开口式互感器，可实现不停电安装，具备RS485、4G、LoRaWan无线通信功能，适用于配电系统数字化改造。微电网数字化改造物联网仪表
ARCM300三相交流电能计量、漏电电流测量、谐波分析、4路温度采集功能，通过对配电回路的剩余电流、导线温度等火灾危险参数实施监控和管理，可采集状态量或控制断路器，具备RS485通讯或4G通讯功能。微电网电气消防和数字化改造直流电能表
DJSF1352-RN可测量直流系统中的电压、电流、功率以及正反向电能等，配套霍尔传感器(可选)。直流计量马达保护
ARD3M电动机保护控制器，适用于额定电压至660V的低压电动机回路，集保护、测量、控制、通讯、运维于一体。其完善的保护功能确保电动机运行，强大的逻辑可编程功能可以满足各种控制要求，多种可选配的通讯方式适应现场不同的总线通讯需求。电机保护控制遥信遥控单元
ARTU-KJ88路状态量采集，8路控制输出，导轨式安装，485通讯，可实现断路器或接触器的远程控制和状态量采集。状态量采集和控制输出充电桩
AEV-AC007D7kW交流充电桩和30/60/120kW直流充电桩。具备测量、控制与保护的功能，如运行状态监测、故障状态监测、充电计量与计费以及充电过程的联动控制等。充电桩运营和充电控制智能网关
ANet-2E4SM边缘计算网关，嵌入式linux系统，网络通讯方式具备Socket方式，支持XML格式压缩上传，提供AES加密及MD5身份认证等需求，支持断点续传，支持Modbus、ModbusTCP、DL/T645-1997、DL/T645-2007、101、103、104协议电能、环境等数据采集、转换和逻辑判断表1企业微电网数字化建设部分硬件设备参考文献谷继永.食用菌工厂能源管理的思考食药用菌.2023，31（1）：7～11黄晨阳,陈强,赵梦然.中国食用菌工厂化生产现状与问题分析.农业工程技术(温室园艺),2022(4):12-14安科瑞企业微电网选型手册2023.02版安科瑞唐晓娟13774431042