Gearfetting: Yn 'e lêste jierren, mei de trochgeande ferkenning fan moderne lânboutechnology, hat de plantfabryksektor him ek rap ûntwikkele. Dit artikel yntrodusearret de status quo, besteande problemen en ûntwikkelingsmaatregels fan plantfabryktechnology en yndustryûntwikkeling, en sjocht út nei de ûntwikkelingstrend en it perspektyf fan plantfabriken yn 'e takomst.

1. Hjoeddeiske status fan technologyûntwikkeling yn fabryksfabriken yn Sina en yn it bûtenlân

1.1 De status quo fan bûtenlânske technologyûntwikkeling

Sûnt de 21e iuw hat it ûndersyk fan plantfabriken him benammen rjochte op it ferbetterjen fan ljochteffisjinsje, it meitsjen fan apparatuer foar trijediminsjonale teeltsystemen mei meardere lagen, en it ûndersyk en de ûntwikkeling fan yntelliginte behear en kontrôle. Yn 'e 21e iuw hat de ynnovaasje fan agraryske LED-ljochtboarnen foarútgong boekt, wêrtroch wichtige technyske stipe is levere foar de tapassing fan LED-enerzjybesparjende ljochtboarnen yn plantfabriken. De Universiteit fan Chiba yn Japan hat in oantal ynnovaasjes makke op it mêd fan heech-effisjinte ljochtboarnen, enerzjybesparjende miljeukontrôle en teelttechniken. De Universiteit fan Wageningen yn Nederlân brûkt simulaasje fan gewaaks-omjouwing en dynamyske optimalisaasjetechnology om in yntelliginte apparatuersysteem foar plantfabriken te ûntwikkeljen, wat de eksploitaasjekosten sterk ferminderet en de arbeidsproduktiviteit signifikant ferbetteret.

Yn 'e lêste jierren hawwe plantfabriken stadichoan de semi-automatisearring fan produksjeprosessen realisearre, fan siedzjen, siedlings kweken, ferplantsjen en rispjen. Japan, Nederlân en de Feriene Steaten rinne foarop, mei in hege mjitte fan meganisaasje, automatisearring en yntelliginsje, en ûntwikkelje har yn 'e rjochting fan fertikale lânbou en ûnbemanne operaasje.

1.2 Status fan technologyske ûntwikkeling yn Sina

1.2.1 Spesjalisearre LED-ljochtboarne en enerzjybesparjende tapassingstechnologyapparatuer foar keunstmjittich ljocht yn fabryk

Spesjale reade en blauwe LED-ljochtboarnen foar de produksje fan ferskate plantesoarten yn plantfabriken binne ien nei de oare ûntwikkele. It fermogen farieart fan 30 oant 300 W, en de bestralingsljochtintensiteit is 80 oant 500 μmol/(m2•s), wat in ljochtintensiteit kin leverje mei in passend drompelberik, ljochtkwaliteitsparameters, om it effekt fan hege-effisjinsje enerzjybesparring te berikken en oan te passen oan 'e behoeften fan plantgroei en ferljochting. Wat it behear fan waarmtefersifering fan ljochtboarnen oanbelanget, is it aktive waarmtefersiferingsûntwerp fan 'e ljochtboarnefan yntrodusearre, wat de ljochtferfalsnelheid fan 'e ljochtboarne ferminderet en de libbensdoer fan' e ljochtboarne garandearret. Derneist wurdt in metoade foarsteld om de waarmte fan 'e LED-ljochtboarne te ferminderjen troch fiedingsoplossing of wettersirkulaasje. Wat it behear fan ljochtboarneromte oanbelanget, neffens de evolúsjewet fan plantgrutte yn it siedlingsstadium en letter stadium, troch it behear fan fertikale romtebeweging fan LED-ljochtboarne, kin de plantkap op koarte ôfstân ferljochte wurde en wurdt it enerzjybesparjende doel berikt. Op it stuit kin it enerzjyferbrûk fan 'e ljochtboarne fan keunstmjittige ljochtplanten yn fabryken 50% oant 60% fan it totale enerzjyferbrûk yn wurking fan 'e fabryk útmeitsje. Hoewol LED 50% enerzjy besparje kin yn ferliking mei fluoreszinte lampen, is d'r noch altyd it potinsjeel en de needsaak foar ûndersyk nei enerzjybesparring en ferbrûksreduksje.

1.2.2 Mearlaachse trijediminsjonale kultivaasjetechnology en apparatuer

De laachkleau fan 'e mearlaachse trijediminsjonale kultivaasje wurdt fermindere om't de LED de fluoreszinte lampe ferfangt, wat de trijediminsjonale romtebenuttingseffisjinsje fan 'e plantekultivaasje ferbetteret. D'r binne in protte stúdzjes oer it ûntwerp fan 'e boaiem fan it kultivaasjebêd. De ferhege strepen binne ûntworpen om turbulinte stream te generearjen, wat plantwoartels kin helpe om fiedingsstoffen yn 'e fiedingsoplossing evenredich op te nimmen en de konsintraasje fan oploste soerstof te ferheegjen. Mei it kolonisaasjeboerd binne d'r twa kolonisaasjemetoaden, dat binne de plestik kolonisaasjebekers fan ferskate grutte of de sponsperimeterkolonisaasjemodus. In ferskowend kultivaasjebêdsysteem is ferskynd, en it plantboerd en de planten derop kinne mei de hân fan it iene ein nei it oare skood wurde, wêrtroch't de produksjemodus fan plantsjen oan it iene ein fan it kultivaasjebêd en rispjen oan it oare ein realisearre wurdt. Op it stuit binne in ferskaat oan trijediminsjonale mearlaachse boaiemleaze kultuertechnology en apparatuer ûntwikkele basearre op fiedingsfloeistoffilmtechnology en djippe floeistofstreamtechnology, en de technology en apparatuer foar substraatkultivaasje fan ierdbeien, aerosolkultivaasje fan blêdgrienten en blommen binne ûntstien. De neamde technology hat him rap ûntwikkele.

1.2.3 Sirkulaasjetechnology en apparatuer foar fiedingsoplossingen

Nei't de fiedingsoplossing in skoft brûkt is, is it nedich om wetter en minerale eleminten ta te foegjen. Yn 't algemien wurde de hoemannichte nij taret fiedingsoplossing en de hoemannichte soere-base-oplossing bepaald troch it mjitten fan EC en pH. Grutte dieltsjes sedimint of woartelôfskilfering yn 'e fiedingsoplossing moatte troch in filter fuorthelle wurde. Woarteleksudaten yn 'e fiedingsoplossing kinne fuorthelle wurde troch fotokatalytyske metoaden om trochgeande gewaaksobstakels yn hydroponika te foarkommen, mar d'r binne bepaalde risiko's yn 'e beskikberens fan fiedingsstoffen.

1.2.4 Miljeukontrôletechnology en apparatuer

De skjinens fan 'e loft yn 'e produksjeromte is ien fan 'e wichtige yndikatoaren fan 'e loftkwaliteit fan 'e fabryk. De skjinens fan 'e loft (yndikatoaren fan swevende dieltsjes en delsette baktearjes) yn 'e produksjeromte fan 'e fabryk ûnder dynamyske omstannichheden moat wurde kontroleare op in nivo boppe 100.000. Desinfeksje-ynfier fan materiaal, loftdouche foar ynkommende personiel, en it sirkulearjen fan frisse loft (luchtfiltraasjesysteem) binne allegear basisbeskermingsmaatregels. De temperatuer en fochtigens, CO2-konsintraasje en luchtstreamsnelheid fan 'e loft yn 'e produksjeromte binne in oare wichtige ynhâld fan loftkwaliteitskontrôle. Neffens rapporten kin it ynstellen fan apparatuer lykas luchtmingkasten, luchtkanalen, luchtinlaten en luchtútlaten de temperatuer en fochtigens, CO2-konsintraasje en luchtstreamsnelheid yn 'e produksjeromte evenredich kontrolearje, om in hege romtlike uniformiteit te berikken en te foldwaan oan 'e behoeften fan 'e fabryk op ferskate romtlike lokaasjes. It kontrôlesysteem foar temperatuer, fochtigens en CO2-konsintraasje en it frisse loftsysteem binne organysk yntegrearre yn it sirkulearjende loftsysteem. De trije systemen moatte de loftkanaal, loftinlaat en loftútlaat diele, en krêft leverje fia de ventilator om de sirkulaasje fan luchtstream, filtraasje en desinfeksje te realisearjen, en de loftkwaliteit te aktualisearjen en uniform te meitsjen. It soarget derfoar dat de plantproduksje yn 'e plantfabryk frij is fan pleagen en sykten, en dat der gjin gebrûk fan bestridingsmiddels nedich is. Tagelyk wurdt de uniformiteit fan 'e temperatuer, fochtigens, luchtstream en CO2-konsintraasje fan 'e groeiomjouwingseleminten yn it blêdedak garandearre om te foldwaan oan 'e behoeften fan plantgroei.

2. Untwikkelingsstatus fan 'e fabrykssektor

2.1 Status quo fan bûtenlânske fabryksyndustry

Yn Japan binne de ûndersyks- en ûntwikkelings- en yndustrialisaasjeprojekten foar keunstmjittige ljochtplanten relatyf fluch, en se binne op it liedende nivo. Yn 2010 hat de Japanske regearing 50 miljard yen ynvestearre om technologysk ûndersyk en ûntwikkeling en yndustriële demonstraasje te stypjen. Acht ynstellingen, wêrûnder de Universiteit fan Chiba en de Japan Plant Factory Research Association, diene mei. Japan Future Company ûndernaam en eksploitearre it earste yndustrialisaasjedemonstraasjeprojekt fan in plantfabryk mei in deistige produksje fan 3.000 planten. Yn 2012 wiene de produksjekosten fan 'e plantfabryk 700 yen/kg. Yn 2014 waard de moderne plantfabryk yn Taga Castle, Miyagi Prefecture, foltôge, wêrtroch't it de earste LED-plantfabryk fan 'e wrâld waard mei in deistige produksje fan 10.000 planten. Sûnt 2016 binne LED-plantfabriken yn Japan de snelle baan fan yndustrialisaasje yngien, en binne break-even of winstjouwende bedriuwen ien nei de oare ûntstien. Yn 2018 ferskynden grutskalige plantfabriken mei in deistige produksjekapasiteit fan 50.000 oant 100.000 planten ien nei de oare, en de wrâldwide plantfabriken ûntwikkelen har nei grutskalige, profesjonele en yntelliginte ûntwikkeling. Tagelyk begûnen Tokyo Electric Power, Okinawa Electric Power en oare fjilden te ynvestearjen yn plantfabriken. Yn 2020 sil it merkoandiel fan sla produsearre troch Japanske plantfabriken sawat 10% fan 'e heule slamerk útmeitsje. Fan 'e mear as 250 keunstmjittige ljochtplantfabriken dy't op it stuit yn wurking binne, binne 20% yn in ferliesjaande faze, 50% binne op it break-evennivo, en 30% binne yn in winstjouwende faze, wêrby't kultivearre plantesoarten lykas sla, krûden en siedlings belutsen binne.

Nederlân is in echte wrâldlieder op it mêd fan kombineare tapassingstechnology fan sinneljocht en keunstmjittich ljocht foar plantfabriken, mei in hege mjitte fan meganisaasje, automatisearring, yntelliginsje en ûnbemanning, en hat no in folsleine set technologyen en apparatuer as sterke produkten eksportearre nei it Midden-Easten, Afrika, Sina en oare lannen. De pleats American AeroFarms leit yn Newark, New Jersey, Feriene Steaten, mei in oerflak fan 6500 m2. It ferboud benammen grienten en krûden, en de produksje is sawat 900 t/jier.

Fertikale lânbou yn AeroFarms

De fertikale lânbouplantfabryk fan Plenty Company yn 'e Feriene Steaten brûkt LED-ferljochting en in fertikaal plantframe mei in hichte fan 6 m. Planten groeie fan 'e kanten fan' e planters. Dizze metoade fan plantsjen, dy't fertrout op swiertekrêftwettering, fereasket gjin ekstra pompen en is wettereffisjinter as konvinsjonele lânbou. Plenty beweart dat syn pleats 350 kear de opbringst produseart fan in konvinsjonele pleats, wylst hy mar 1% fan it wetter brûkt.

Fertikale lânbouplantfabryk, Plenty Company

2.2 Status fan 'e fabrykssektor yn Sina

Yn 2009 waard de earste produksjeplant yn Sina mei yntelliginte kontrôle as kearn boud en yn gebrûk nommen yn Changchun Agricultural Expo Park. It gebougebiet is 200 m2, en de miljeufaktoaren lykas temperatuer, fochtigens, ljocht, CO2 en fiedingsoplossingskonsintraasje fan 'e plantfabryk kinne automatysk yn realtime wurde kontroleare om yntelligint behear te realisearjen.

Yn 2010 waard de Tongzhou Plant Factory yn Peking boud. De haadstruktuer brûkt in ienlaachse lichte stielen struktuer mei in totale bouoerflak fan 1289 m2. It is foarme as in fleantúchskip, wat symbolisearret dat de Sineeske lânbou it foartou nimt yn it útstippeljen fan 'e meast avansearre technology fan moderne lânbou. De automatyske apparatuer foar guon operaasjes fan blêdgrienteproduksje is ûntwikkele, wat it nivo fan produksjeautomatisearring en produksjeeffisjinsje fan 'e plantfabryk ferbettere hat. De plantfabryk brûkt in grûnboarne waarmtepompsysteem en in sinne-enerzjyopwekkingssysteem, wat it probleem fan hege eksploitaasjekosten foar de plantfabryk better oplost.

Binnen- en bûtensicht fan 'e Tongzhou Plant Factory

Yn 2013 waarden in soad agraryske technologybedriuwen oprjochte yn 'e Yangling Agricultural High-tech Demonstration Zone, yn 'e provinsje Shaanxi. De measte fabryksprojekten dy't yn oanbou en eksploitaasje binne, lizze yn agraryske high-tech demonstraasjeparken, dy't benammen brûkt wurde foar demonstraasjes fan populêre wittenskip en sightseeing. Fanwegen har funksjonele beheiningen is it foar dizze populêre wittenskiplike fabryksfabriken lestich om de hege opbringst en hege effisjinsje te berikken dy't fereaske wurdt troch yndustrialisaasje, en it sil foar har lestich wêze om yn 'e takomst de mainstream foarm fan yndustrialisaasje te wurden.

Yn 2015 wurke in grutte LED-chipfabrikant yn Sina gear mei it Ynstitút foar Botany fan 'e Sineeske Akademy fan Wittenskippen om mienskiplik de oprjochting fan in plantfabrykbedriuw te inisjearjen. It is oergien fan 'e opto-elektronyske yndustry nei de "fotobiologyske" yndustry, en is in presedint wurden foar Sineeske LED-fabrikanten om te ynvestearjen yn 'e bou fan plantfabriken yn yndustrialisaasje. De Plant Factory set him yn foar yndustriële ynvestearrings yn opkommende fotobiology, dy't wittenskiplik ûndersyk, produksje, demonstraasje, ynkubaasje en oare funksjes yntegreart, mei in registrearre kapitaal fan 100 miljoen yuan. Yn juny 2016 waard dizze Plant Factory mei in 3-ferdjippings tellend gebou mei in oerflak fan 3.000 m2 en in teeltgebiet fan mear as 10.000 m2 foltôge en yn gebrûk nommen. Tsjin maaie 2017 sil de deistige produksjeskaal 1.500 kg blêdgrienten wêze, lykweardich oan 15.000 slaplanten per dei.

Views fan dit bedriuw

3. Problemen en tsjinmaatregels dy't te krijen hawwe mei de ûntwikkeling fan fabryksfabriken

3.1 Problemen

3.1.1 Hege boukosten

Plantefabriken moatte gewaaksen produsearje yn in sletten omjouwing. Dêrom is it needsaaklik om stypjende projekten en apparatuer te bouwen, ynklusyf eksterne ûnderhâldsstrukturen, airconditioningsystemen, keunstmjittige ljochtboarnen, mearlaachse teeltsystemen, sirkulaasje fan fiedingsoplossingen en kompjûterkontrôlesystemen. De boukosten binne relatyf heech.

3.1.2 Hege eksploitaasjekosten

De measte ljochtboarnen dy't plantfabriken nedich binne, komme fan LED-lampen, dy't in soad elektrisiteit ferbrûke, wylst se oerienkommende spektrums leverje foar de groei fan ferskate gewaaksen. Apparatuer lykas airconditioning, fentilaasje en wetterpompen yn it produksjeproses fan plantfabriken ferbrûke ek elektrisiteit, sadat elektrisiteitsrekken in enoarme útjefte binne. Neffens statistyk binne ûnder de produksjekosten fan plantfabriken de elektrisiteitskosten 29%, arbeidskosten 26%, ôfskriuwing fan fêste aktiva 23%, ferpakking en ferfier 12% en produksjematerialen 10%.

Ferdieling fan produksjekosten foar fabryk

3.1.3 Leech nivo fan automatisearring

De op it stuit tapaste plantefabryk hat in leech nivo fan automatisearring, en prosessen lykas siedlingen, ferplantsjen, fjildplantsjen en rispjen fereaskje noch altyd hânmjittige operaasjes, wat resulteart yn hege arbeidskosten.

3.1.4 Beheinde farianten fan gewaaksen dy't kultivearre wurde kinne

Op it stuit binne de soarten gewaaksen dy't geskikt binne foar plantfabriken tige beheind, benammen griene blêdgrienten dy't rap groeie, maklik keunstmjittige ljochtboarnen akseptearje en in lege kroan hawwe. Plantsjen op grutte skaal kin net útfierd wurde foar komplekse planteasken (lykas gewaaksen dy't bestove wurde moatte, ensfh.).

3.2 Untwikkelingsstrategy

Mei it each op de problemen dêr't de fabrykssektor mei te krijen hat, is it needsaaklik om ûndersyk út te fieren fanút ferskate aspekten lykas technology en operaasje. As antwurd op de hjoeddeiske problemen binne de tsjinmaatregels as folget.

(1) Fersterkje it ûndersyk nei yntelliginte technology fan plantfabriken en ferbetterje it nivo fan yntinsyf en ferfine behear. De ûntwikkeling fan in yntelligint behear- en kontrôlesysteem helpt om yntinsyf en ferfine behear fan plantfabriken te berikken, wat arbeidskosten sterk ferminderje kin en arbeid besparje kin.

(2) Untwikkelje yntinsive en effisjinte technyske apparatuer fan plantfabriken om jierlikse hege kwaliteit en hege opbringst te berikken. De ûntwikkeling fan heech-effisjinte teeltfoarsjennings en apparatuer, enerzjybesparjende ferljochtingstechnology en apparatuer, ensfh., om it yntelliginte nivo fan plantfabriken te ferbetterjen, is geunstich foar it realisearjen fan jierlikse heech-effisjinte produksje.

(3) Doch ûndersyk nei yndustriële teelttechnology foar planten mei hege tafoege wearde lykas medisinale planten, sûnenssoarchplanten en seldsume grienten, ferheegje it oantal soarten gewaaksen dat yn plantfabriken ferboud wurdt, ferbreedzje winstkanalen en ferbetterje it útgongspunt fan winst.

(4) Doch ûndersyk nei plantfabriken foar húshâldlik en kommersjeel gebrûk, ferrike de soarten plantfabriken, en berikke trochgeande winstjouwens mei ferskate funksjes.

4. Untwikkelingstrend en perspektyf fan plantfabryk

4.1 Trend yn technologyske ûntwikkeling

4.1.1 Folslein proses yntellektualisaasje

Basearre op it masine-keunst fúzje- en ferliesprevinsjemeganisme fan it gewaaks-robotsysteem, moatte hege-snelheid fleksibele en net-destruktive plant- en rispinge-eindeffektoren, ferspraat multidimensionale romte krekte posysjonearring en multi-modale multi-masine gearwurkingskontrôlemetoaden, en ûnbemanne, effisjinte en net-destruktive siedzjen yn hege plantfabriken - yntelliginte robots en stypjende apparatuer lykas plantsjen-rispjen-ynpakken makke wurde, wêrtroch't de ûnbemanne operaasje fan it heule proses realisearre wurdt.

4.1.2 Meitsje produksjekontrôle tûker

Op basis fan it reaksjemeganisme fan gewaaksgroei en -ûntwikkeling op ljochtstrieling, temperatuer, fochtigens, CO2-konsintraasje, fiedingsstoffenkonsintraasje fan fiedingsoplossing, en EC, moat in kwantitatyf model fan feedback oer gewaaksen en har omjouwing konstruearre wurde. In strategysk kearnmodel moat oprjochte wurde om ynformaasje oer it libben fan blêdgrienten en parameters fan 'e produksjeomjouwing dynamysk te analysearjen. It online dynamyske identifikaasje-, diagnoaze- en proseskontrôlesysteem fan 'e omjouwing moat ek oprjochte wurde. In gearwurkjend keunstmjittich yntelliginsje-beslútfoarmingssysteem mei meardere masines foar it heule produksjeproses fan in fertikale lânboufabryk mei hege folume moat makke wurde.

4.1.3 Produksje mei lege koalstofútstjit en enerzjybesparring

It opsetten fan in enerzjybehearsysteem dat gebrûk makket fan duorsume enerzjyboarnen lykas sinne-enerzjy en wyn om enerzjy-oerdracht te foltôgjen en it kontrolearjen fan enerzjyferbrûk om optimale enerzjybeheardoelen te berikken. It fêstlizzen en opnij brûken fan CO2-útstjit om gewaaksproduksje te stypjen.

4.1.3 Hege wearde fan premiumfarianten

Der moatte útfierbere strategyen nommen wurde om ferskate farianten mei hege wearde-tafoege fariëteiten te kweken foar planteksperiminten, in database fan saakkundigen op te bouwen foar kultivaasjetechnology, ûndersyk te dwaan nei kultivaasjetechnology, tichtheidseleksje, stoppellarranzjemint, oanpasberens fan fariëteiten en apparatuer, en standert technyske spesifikaasjes foar kultivaasje te foarmjen.

4.2 Perspektiven foar yndustryûntwikkeling

Plantfabriken kinne de beheiningen fan boarnen en it miljeu kwytreitsje, de yndustrialisearre produksje fan lânbou realisearje, en de nije generaasje arbeidskrêften oanlûke om mei te dwaan oan lânbouproduksje. De kaai technologyske ynnovaasje en yndustrialisaasje fan 'e plantfabriken fan Sina wurdt in wrâldlieder. Mei de fersnelde tapassing fan LED-ljochtboarne, digitalisaasje, automatisearring en yntelliginte technologyen op it mêd fan plantfabriken, sille plantfabriken mear kapitaalynvestearrings, talintferzameling en it gebrûk fan mear nije enerzjy, nije materialen en nije apparatuer oanlûke. Op dizze manier kin de yngeande yntegraasje fan ynformaasjetechnology en foarsjennings en apparatuer realisearre wurde, kin it yntelliginte en ûnbemanne nivo fan foarsjennings en apparatuer ferbettere wurde, de trochgeande fermindering fan systeemenerzjyferbrûk en eksploitaasjekosten troch trochgeande ynnovaasje, en de stadige kultivaasje fan spesjalisearre merken, yntelliginte plantfabriken sille in gouden perioade fan ûntwikkeling ynliede.

Neffens merkûndersyksrapporten is de wrâldwide merk foar fertikale lânbou yn 2020 mar US$ 2,9 miljard, en wurdt ferwachte dat de wrâldwide merk foar fertikale lânbou yn 2025 US$ 30 miljard sil berikke. Gearfetsjend hawwe plantfabriken brede tapassingsperspektiven en ûntwikkelingsromte.

Auteur: Zengchan Zhou, Weidong, ensfh

Sitaatynformaasje:Hjoeddeiske situaasje en perspektiven foar ûntwikkeling fan 'e fabryksyndustry [J]. Lânboutechnyk, 2022, 42(1): 18-23.troch Zengchan Zhou, Wei Dong, Xiugang Li, et al.