Smart energy usage in horticultural facilities

No Thumbnail Available

Files

URL

Journal Title

Journal ISSN

Volume Title

Sähkötekniikan korkeakoulu | Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.

Authors

Date

2024-05-10

Department

Major/Subject

Automaatio ja robotiikka

Mcode

ELEC3014

Degree programme

Sähkötekniikan kandidaattiohjelma

Language

en

Pages

40

Series

Abstract

The increasing number of challenges in traditional farming due to population growth and global warming have stimulated the adoption of controlled envi-ronment agriculture. However, the energy-intensive nature of automated in-door farming poses significant sustainability concerns. This thesis investigates energy optimization in horticultural facilities through control strategies and demand responsive systems. In addition, two other energy optimization methods, indirect evaporative cooling, and pulsed LED lighting are explored. The objective is to define the current state of the research domain and identify possible research gaps. This work is carried out as a literature review. This work divides current control approaches into AI-based, model predictive, and integrated control strategies, each offering energy savings. Integrated solutions arise as the most common approach, usually utilizing a prediction model together with an optimization technique. The main drawback across all control strategies is the systems’ dependency to accurate modelling. Electricity market responsive systems remain relatively under-researched despite their energy-saving potential. Employing load shifting, these systems show special compatibility with vertical farms. Currently, demand responsive systems lack generality across various facility types, as they are often custom-ized for specific facilities.

Väestönkasvu ja ilmastonmuutos aiheuttavat huomattavia ongelmia perinteisille maatalousmenetelmille, mikä on johtanut automatisoitujen sisäpuutarhalaitosten käytön yleistymiseen. Automaattiset viljelytoiminnot kuitenkin johtavat korkeaan energiankulutukseen, joka on merkittävä ongelma alan kehittymisen näkökulmasta. Tässä työssä tutkitaan sisäpuutarhalaitosten energiaoptimointia ohjausjärjestelmien ja sähköhintoihin reagoivien järjestelmien näkökulmasta. Lisäksi tutkitaan kahta muuta energiaoptimointimenetelmää: haihdutusjäähdytystä ja sykkivää LED-valaistusta. Tavoitteena on määritellä tutkimusalueen nykytila ja tunnistaa mahdolliset tutkimusaukot. Työ on toteutettu kirjallisuuskatsauksena. Työssä jaetaan nykyiset ohjausjärjestelmät tekoälypohjaisiin, mallipohjaisiin ja integroituihin järjestelmiin, joista kukin tarjoaa energiasäästöjä. Integroidut ratkaisut nousevat yleisimmäksi strategiaksi, jossa yleensä hyödynnetään mallia yhdessä jonkinlaisen optimointitekniikan kanssa. Suurin haaste ohjausjärjestelmissä on niiden riippuvuus käytettävien mallien tarkkuuteen. Sähkömarkkinoihin reagoivia järjestelmiä on tutkittu suhteellisen vähän niiden energiansäästöpotentiaalista huolimatta. Nämä järjestelmät hyödyntävät yleensä kuormansiirtoa ja sopivat erityisesti vertikaaliviljelmille. Tällä hetkellä kysyntään reagoivat järjestelmät eivät ole yleisiä eri laitostyypeille, koska ne ovat usein räätälöityjä tiettyjä laitoksia varten.

Description

Supervisor

Forsman, Pekka

Thesis advisor

Ovsiannikova, Polina

Keywords

horticulture, energy optimization, vertical farm, greenhouse, control

Other note

Citation

Permanent link to this item

https://urn.fi/URN:NBN:fi:aalto-202407025016

Collections

[kand] Sähkötekniikan korkeakoulu / ELEC