Sažetak: Posljednjih godina, uz kontinuirano istraživanje moderne poljoprivredne tehnologije, industrija fabrike biljaka također se brzo razvijala. Ovaj rad uvodi status quo, postojeće probleme i razvoj kontramjere fabričke tehnologije i razvoja industrije i raduje se razvoju i perspektivi fabrike biljaka u budućnosti.

1. Trenutni status tehnološkog razvoja u tvornicama biljnih postrojenja u Kini i inostranstvu

1.1 Status quo za razvoj stranih tehnologija

Od 21. stoljeća, istraživanje fabrika biljaka uglavnom se fokusiralo na poboljšanje svjetlosne učinkovitosti, stvaranje višeslojne trodimenzionalne opreme za kultivaciju i istraživanje i razvoj inteligentnog upravljanja i kontrole. U 21. stoljeću, inovacija izvora poljoprivrednih LED svjetla postigla je napredak, pružajući važnu tehničku podršku za primjenu LED izvora svjetlosti uštede energije u tvornicama biljaka. Univerzitet Chiba u Japanu napravio je niz inovacija u visoko efikasnim izvorima svjetlosti, energetski uštedu energiju i tehnike kultivacije. Univerzitet Wageningen u Holandiji koristi simulaciju usjeva i tehnologiju dinamičke optimizacije za razvoj inteligentne sustav opreme za tvornice biljaka, što uvelike smanjuje operativne troškove i značajno poboljšava produktivnost rada.

Posljednjih godina fabrike biljaka postepeno su realizirale polu-automatizaciju proizvodnih procesa od sjetve, prikupljanja sadnica, presađivanja i berbe. Japan, Holandija i Sjedinjene Države nalaze se na čelu, sa visokim stepenom mehanizacije, automatizacije i inteligencije i razvijaju se u pravcu vertikalne poljoprivrede i bespilotne operacije.

1.2 Status razvoja tehnologije u Kini

1.2.1 Specijalno LED lampica i oprema za uštedu energije za uštedu energije za umjetno svjetlo u tvornici biljaka

Posebni crveni i plavi LED izvori svjetla za proizvodnju različitih biljnih vrsta u tvornicama biljaka razvijeni su jedan za drugim. Power se kreće od 30 do 300 W, a intenzitet svjetlosti zračenja iznosi 80 do 500 μmol / (m2 • s), koji može pružiti intenzitet svjetlosti s odgovarajućim rasponom praga, parametre svjetlosti, za postizanje učinka visoko-efikasnosti Ušteda energije i prilagođavanje potrebama rasta i rasvjete biljaka. U pogledu upravljanja rasipanjem topline, uveden je aktivni disipacijski dizajn ventilatora izvora svjetlosti, što smanjuje brzinu raspada svjetla izvora svjetlosti i osigurava život izvora svjetlosti. Pored toga, predlaže se metoda za smanjenje izvora topline LED svjetlosti kroz hranjivu otopinu ili cirkulaciju vode. U pogledu upravljanja prostorom svjetla, prema evoluciji zakona biljne veličine u fazi sadnica i kasnijem fazi, kroz vertikalno upravljanje prostorom za upravljanje LED svjetlom, nadstrešnica biljke može se osvijetliti na bliskoj udaljenosti, a cilj za uštedu energije je postignuto. Trenutno, potrošnja energije u tvorničkim izvorom veštačkog postrojenja može predstavljati 50% do 60% ukupne potrošnje operativne energije fabrike postrojenja. Iako LED može uštedjeti 50% energije u usporedbi s fluorescentnim svjetiljkama, još uvijek postoji potencijal i nužnost istraživanja o smanjenju uštede energije i potrošnji.

1.2.2 Višeslojna trodimenzionalna tehnologija i oprema za kultivaciju

Sloj jaz višeslojne trodimenzionalne kultivacije smanjuje se jer LED zamjenjuje fluorescentnu svjetiljku koja poboljšava trodimenzionalnu efikasnost korištenja prostora uzgoj biljne kultivacije. Postoji mnogo studija na dizajnu dna kreveta uzgoj. Povišene pruge dizajnirane su za generiranje turbulentnog protoka, što može pomoći u korijenu u postrojenju da apsorbiraju hranjive tvari u hranjivim sastojcima ravnomjerno i povećavaju koncentraciju otopljenog kisika. Upotreba ploče kolonizacije postoje dvije metode kolonizacije, odnosno plastične čaše kolonizacije različitih veličina ili režima kolonizacije spužve. Pojavio se mišljiv sistem uzgoj, a za sadnju i postrojenja na njemu mogu se ručno gurnuti s jednog kraja na drugi, shvaćanje režima proizvodnje sadnje na jednom kraju kreveta za uzgoj i žetvu na drugom kraju. Trenutno je razvijena razna trodimenzionalna višeslojna kulturna tehnologija i oprema zasnovane na hranljivoj tekućoj tehnologiji i tehnologiji duboke tečnosti, a tehnologija i oprema za uzgoj podloge jagoda, aerosola uzgoj lisnatog povrća i cvijeća izvukli su se. Spomenuta tehnologija se brzo razvijala.

1.2.3 Tehnologija i oprema hranjive otopine hranjivih sastojaka

Nakon što se hranljivim otopinom koristi neko vrijeme, potrebno je dodati vode i mineralne elemente. Općenito, količina novopripreređenog rješenja hranjivih tvari i količina kiselinskog rješenja utvrđuju se mjerenjem EK i PH. Velike čestice sedimenata ili piling korijena u hranjivom rješenju moraju se ukloniti filtrom. Korijenski eksudate u hranjivom otopinu može se ukloniti fotokatalitičkim metodama kako bi se izbjegle kontinuirane obrezivanje prepreka u hidroponiku, ali postoje određeni rizici u dostupnosti hranjivih sastojaka.

1.2.4 Tehnologija i oprema za kontrolu okoliša

Čistoća zraka proizvodnog prostora jedan je od važnih pokazatelja kvalitete zraka tvornice biljne. Čistoća zraka (pokazatelji suspendiranih čestica i riješene bakterije) u proizvodnom prostoru tvornice postrojenja pod dinamičnim uvjetima treba kontrolirati na nivo iznad 100.000. Materijalni dezinfekcijski unos, dolazno liječenje zračnog tuša, i sustav za pročišćavanje zraka svježeg zraka (sustav za filtraciju zraka) su sve osnovne mjere zaštite. Temperatura i vlažnost, koncentracija CO2 i brzina protoka zraka zraka u proizvodnom prostoru još su važni sadržaj kontrole kvaliteta zraka. Prema izveštajima, postavljanje opreme kao što su kutije za mešanje vazduha, vazdušne kanale, vazdušni otvori i vazdušni utičnici mogu ravnomerno kontrolirati temperaturu i vlažnost, koncentraciju CO2 i brzinu vazduha u proizvodnom prostoru, kako bi se postigla visoka prostorna ujednačenost i susreću sa pogonom i susretama biljnih potreba na različitim prostornim lokacijama. Temperatura, vlažnost i CO2 sustav kontrole koncentracije i sustav svježeg zraka organski su integrirani u cirkulirajuće zračni sustav. Tri sustava trebaju dijeliti zračni kanal, ulaz zraka i utičnicu zraka i osigurati snagu putem ventilatora kako bi se realizirala cirkulacija protoka zraka, filtracije i dezinfekcije i ažuriranja i ujednačenosti kvaliteta zraka. Osigurava da je biljna proizvodnja u tvornici biljne fabrike oslobođena štetočina i bolesti, a nije potrebna aplikacija za pesticide. Istovremeno, uniformnost temperature, vlage, vazduhove i koncentracije CO2 koncentracije elemenata okoline rasta u nadstrešnici u nadstrešnici su zadovoljili potrebe rasta biljaka.

2. Razvojni status industrije fabrike biljaka

2.1 Status quo industrije fabrike spoljne biljke

U Japanu, istraživanje i razvoj i industrijalizacija fabrika veštačkih biljaka su relativno brzi, a oni su na vodećem nivou. U 2010. godini japanska vlada lansirala je 50 milijardi jena za podršku tehnološkom istraživanju i razvoju i industrijsku demonstraciju. Učestvovalo je osam institucija, uključujući univerzitet CHIBA i udruženje fabrike postrojenja u Japanu. Buduća kompanija Japan je preduzela i upravljala prvom projektom industrijalizacije fabrike biljne fabrike sa dnevnim proizvodom od 3.000 biljaka. U 2012. godini proizvodni trošak tvornice biljne bio je 700 jen / kg. U 2014. godini dovršena je moderna fabrička tvornica postrojenja u dvorcu Taga, prefektura Miyagi, postajući prva LED fabrika postrojenja s dnevnim proizvodom od 10.000 biljaka. Od 2016. godine, LED fabrike biljaka ušle su u brzu traku industrijalizacije u Japanu, a provaliju ili profitabilna preduzeća pojavila su se jedna za drugim. U 2018. godini pojavile su se velike tvornice postrojenja s dnevnim proizvodnim kapacitetom od 50 000 do 100 000 biljaka, a globalne tvornice biljaka razvijale su se prema velikim, profesionalnim i inteligentnim razvojem. Istovremeno, Tokio Električna snaga, Okinawa Električna snaga i druga polja počeli su ulagati u tvornice biljaka. Godine 2020. tržišni udio zelene saze proizvedene od strane japanskih tvornica biljaka iznosit će oko 10% cijelog tržišta salata. Među više od 250 umjetnih fabrika postrojenja u obliku svjetlosti, 20% je u fazi gubitka, 50% je na ravnom nivou, a 30% je u profitabilnoj fazi, uključujući obrađene biljne vrste kao što su Zelena salata, biljke i sadnice.

Holandija je stvarni svjetski lider u području kombinirane aplikacijske tehnologije solarnog svjetla i umjetnog svjetla za tvornicu biljaka, s visokim stupnjem mehanizacije, automatizacije, inteligencije i bespilotne, i sada je izveo potpuni skup tehnologija i opreme kao jak Proizvodi na Bliskom Istoku, Africi, Kini i drugim zemljama. American Aerofarms Farm nalazi se u Newarku, New Jersey, SAD, površine 6500 m2. Uglavnom raste povrće i začine, a izlaz je oko 900 t / godišnje.

Vertikalna poljoprivreda u aerofarmima

Vertikalna fabrika postrojenja za postrojenje mnogih kompanija u Sjedinjenim Državama usvaja LED rasvjetu i vertikalni sadni okvir sa visinom od 6 m. Biljke rastu sa strana sadnica. Oslanjajući se na gravitacijsku zalijevanje, ova metoda sadnje ne zahtijevaju dodatne pumpe i efikasniji je vodeći od konvencionalnog uzgoja. Plovno tvrdi da njegova farma proizvodi 350 puta veća od proizvodnje konvencionalne farme dok koristi samo 1% vode.

Fabrika vertikalne poljoprivredne biljke, puno kompanije

2.2 Fabrika postrojenja statusa u Kini

U 2009. godini izgrađena je prva fabrika za proizvodnju postrojenja u Kini sa inteligentnom kontrolom kao jezgra izgrađena i puštena u pogon u Changchun poljoprivrednom izložbi. Površina zgrade je 200 m2, a faktori okoliša kao što su temperatura, vlaga, svjetlost, CO2 i hranstvena otopina za koncentraciju fabrike biljnih fabrika može se automatski pratiti u stvarnom vremenu za realizaciju inteligentnog upravljanja.

U 2010. godini tvornica biljaka Tongzhou izgrađena je u Pekingu. Glavna struktura prihvaća jednoslojnu laganu čeličnu konstrukciju sa ukupnom građevinskom površinom od 1289 m2. Oblikovan je poput nosača zrakoplova, koji simbolizira kinesku poljoprivredu koja vodi vode u postavljanju plovidbe do najnaprednije tehnologije moderne poljoprivrede. Razvijena je automatska oprema za neke operacije lisnatog proizvodnje povrća, što je poboljšalo nivo automatizacije proizvodnje i efikasnost proizvodnje fabrike biljaka. Fabrika biljaka usvaja sistem toplotne pumpe za izvor tla i sistem za proizvodnju solarne energije, što bolje rješava problem visokih operativnih troškova za tvornicu biljne fabrike.

Izvan i vanjski pogled Tongzhou fabrike biljaka

U 2013. godini uspostavljene su mnoge poljoprivredne tehnološke kompanije u Yangling poljoprivrednoj visokotehnološkoj demonstracijskoj zoni, provinciji Shaanxi. Većina projekata fabrike biljaka u izgradnji i operaciji nalazi se u poljoprivrednom tehnološkoj demonstracijskoj parkovima, koji se uglavnom koriste za popularne demonstracije nauka i razgledanje slobodnog vremena. Zbog svojih funkcionalnih ograničenja, te su ove popularne fabrike naučnih biljaka postizale visok prinos i visoku efikasnost koja zahtijeva industrijalizaciju, a bit će im teško postati glavni oblik industrijalizacije u budućnosti.

U 2015. godini glavni proizvođač LED čipa u Kini sarađivao je s Institutom Botanike Kineske akademije nauka da zajednički pokrene osnivanje tvornice biljne fabrike. Prelazio je iz optoelektronske industrije u "fotoobiološku" industriju i postala presedan za kineske LED proizvođače da ulažu u izgradnju fabrika biljaka u industrijalizaciji. Njegova fabrika biljaka posvećena je izradu industrijskog ulaganja u fotoobiologiju u nastajanju, koja integrira naučna istraživanja, proizvodnju, demonstraciju, inkubaciju i druge funkcije, sa registrovanim kapitalom od 100 miliona juana. U lipnju 2016., ova tvornica biljnih postrojenja sa 3-kata zgrade koja pokriva površinu od 3.000 m2 i uzgoj kultivacije u više od 10 000 m2 bila je završena i puštena u rad. Do maja 2017. godine, dnevna proizvodna skala bit će 1.500 kg lisnatog povrća, jednaka 15.000 biljaka zelene salate dnevno.

Prikazi ove kompanije

3. Problemi i kontramjere s kojima se suočavaju sa razvojem fabrika biljaka

3.1 Problemi

3.1.1 Visoki troškovi izgradnje

Fabrike biljaka moraju proizvoditi usjeve u zatvorenom okruženju. Stoga je potrebno izgraditi podršku projektima i opremi, uključujući vanjske konstrukcije za održavanje, klima uređaje, izvore umjetnog svetlosti, višeslojne gavijske sisteme, harretu soliranje cirkulaciju i kompjuterskim sistemima. Trošak izgradnje relativno je visok.

3.1.2 Visoki troškovi rada

Većina izvora svjetlosti potrebnih postrojenjima postrojenja potječu iz LED svjetla, koji troše puno električne energije uz pružanje odgovarajućih spektra za rast različitih kultura. Oprema poput klima uređaja, ventilacije i vodenih pumpi u proizvodnom procesu tvornica biljnih fabrika takođe konzumiraju električnu energiju, pa su računi za struju ogroman trošak. Prema statističkim podacima, među proizvodnim troškovima fabrike biljaka, troškovi električne energije za 29%, troškovi rada čine 26%, amortizacijski amortizacija za 23%, a pakiranje i transportni računi i proizvodni materijali čine 10%.

Propadanje proizvodnih troškova za fabriku biljaka

3.1.3 Nizak nivo automatizacije

Trenutno primijenjena tvornica biljne fabrike ima nizak nivo automatizacije i procese kao što su sadnice, presađivanje, sadnje polja i berbe i dalje zahtijevaju ručne operacije, što rezultira visokim troškovima rada.

3.1.4 Ograničene sorte usjeva koje se mogu uzgajati

Trenutno su tipovi usjeva pogodnih za tvornice biljaka vrlo ograničene, uglavnom zeleno lisnato povrće koje brzo rastu, lako prihvaćaju umjetne izvore svjetlosti i imaju nisku nadstrešnicu. Velikog sadnje ne može se izvesti za složene zahtjeve za sadnju (poput usjeva koji trebaju biti zabranjivanje itd.).

3.2 Razvojna strategija

S obzirom na probleme s kojima se suočava industrija fabrike biljnog postrojenja, potrebno je provoditi istraživanje iz različitih aspekata kao što su tehnologija i operacija. Kao odgovor na trenutne probleme, kontramjere su sljedeće.

(1) Ojačati istraživanje inteligentne tehnologije fabrika biljaka i poboljšati nivo intenzivnog i rafiniranog upravljanja. Razvoj inteligentnog sistema upravljanja i kontrole pomaže u postizanju intenzivnog i rafiniranog upravljanja fabrikama biljaka, što može u velikoj mjeri smanjiti troškove rada i uštedjeti rad.

(2) Razviti intenzivnu i efikasnu tehničku opremu tvornice biljne za postizanje godišnje kvalitetne i visokog prinosa. Razvoj visoko efikasnosti objekata i opreme, tehnologije i opreme za uštedu energije i opreme itd. Za poboljšanje inteligentnog nivoa tvornica biljnih fabrika, pogoduje se realizaciji godišnje proizvodnje visokog efikasnosti.

(3) Izvođenje istraživanja industrijske tehnologije uzgojnosti za visoke postrojenja s dodatkom vrijednosti, poput ljekovitih biljaka, postrojenja za zdravstvo i rijetko povrće, povećavaju vrste kultura kultiviranih u tvornicama biljaka i poboljšati početnu točku dobiti .

(4) Izvršite istraživanje fabrike biljaka za kućanstvo i komercijalnu upotrebu, obogaćuju vrste fabrika biljnih postrojenja i postižu kontinuiranu profitabilnost s različitim funkcijama.

4. Trend razvoja i perspektiva fabrike biljaka

4.1 Trend za razvoj tehnologije

4.1.1 Potpuno procesno intelektualizacija

Na osnovu mehanizma za prevenciju stroja i gubitka sistema obrezivanja, brzih fleksibilnih i nerazornih efekata za sadnju i žetvu, distribuirajući višedimenzionalni prostor preciznih pozicioniranja i višenamjenskih metoda saradnje sa višestrukim suradnikom, i bespilotna, efikasna i nerazorna sjetva u visokim fabrikama postrojenja - bile bilegentne robote i prateća oprema kao što su pakovanje sa sadnjem - pakovanje stvoreni, tako shvaćajući bespilotni rad čitavog procesa.

4.1.2 Neka kontrola proizvodnje pametniji

Na osnovu mehanizma odgovora rasta usjeva i razvoja laganog zračenja, temperature, vlažnosti, koncentracije CO2, koncentracija hranjivih sastojaka hranstvenog rješenja i EK, treba izgraditi kvantitativni model povratnih informacija o ugljenu. Treba uspostaviti strateški osnovni model kako bi dinamički analizirao lisnato povrće i parametre za proizvodnju biljnog povrća. Takođe treba uspostaviti mrežnu dinamičku identifikacijsku dijagnozu i sistem kontrole procesa okoliša. Treba stvoriti višestruki suradnički sistem odlučivanja za umjetni inteligencije za cjelokupni proces proizvodnje vertikalne poljoprivredne fabrike velike količine.

4.1.3 Proizvodnja niskog ugljika i ušteda energije

Uspostavljanje sistema upravljanja energijom koji koristi obnovljive izvore energije kao što su solarni i vjetar za dovršavanje prijenosa energije i kontrolu potrošnje energije za postizanje optimalnih ciljeva upravljanja energijom. Snimanje i ponovna upotreba emisija CO2 za pomoć u proizvodnji usjeva.

4.1.3 Visoka vrijednost premium sorti

Izvedive strategije trebaju se polagati različitim visokim sortima dodanim vrijednostima za sadnju eksperimenta, izgraditi bazu podataka o tehnologiji uzgoja, provoditi istraživanje tehnologije uzgoja, izbora gustine, aranžmane, raznolikosti i opreme i formirati standardne tehničke specifikacije.

4.2 Izgledi za razvoj industrije

Fabrike biljaka mogu se riješiti ograničenja resursa i okoliša, realizirati industrijaliziranu proizvodnju poljoprivrede i privući novu generaciju radne snage za uključivanje u poljoprivrednu proizvodnju. Ključna tehnološka inovacija i industrijalizacija kineskih tvornica biljnih postrojenja postaje svjetski lider. Uz ubrzanu primjenu LED izvora, digitalizacije, automatizacije, automatizacije i inteligentnih tehnologija u polju tvornica biljnih fabrika, privući će veću kapitalna ulaganja, prikupljanje talenata i korištenje više novih energije, novih materijala i nove opreme. Na taj se način može ostvariti detaljnu integraciju informatičke tehnologije i opreme, inteligentni i bespilotni nivo objekata i opreme mogu se poboljšati, kontinuirano smanjenje potrošnje energije i operativnih troškova energije i postepeno Uzgoj specijalizovanih tržišta, inteligentne fabrike biljaka će servirati u zlatnom periodu razvoja.

Prema izvještajima o istraživanju tržišta, globalna veličina vertikalne poljoprivredne tržište 2020. godine je samo 2,9 milijardi američkih dolara, a očekuje se da će do 2025. godine globalna vertikalna poljoprivredna tržišta dostići 30 milijardi dolara. Ukratko, tvornice biljaka imaju široke perspektive aplikacije i razvojni prostor.

Autor: ZENGCHAN ZHOU, WEIDONG, itd

Informacije o citiranju:Trenutna situacija i izgledi za razvoj industrije postrojenja [J]. Poljoprivredna inženjerska tehnologija, 2022, 42 (1): 18-23.Autor: Zengchan Zhou, Wei Dong, Xiugang Li, i dr.