Nội dung chính

Ước lượng nhu cầu năng lượng trong hệ thống nuôi lọc tuần hoàn cho cá hồi

Hệ thống nuôi thủy sản tuần hoàn (RAS) đã thu hút sự nhiều sự chú ý vì là hệ thống nuôi thủy sản tiềm năng nhất nhất để sản xuất bền vững.

Nhu cầu về nước ngọt trong RAS thấp hơn nhiều do được tuần hoàn và xử lý, do đó hạn chế phát sinh thêm nước thải.

Tuy nhiên, để hoạt động hiệu quả, RAS yêu cầu sự đồng bộ về thiết bị, dẫn đến vốn đầu tư ban đầu cao nhưng có thể được bù đắp bằng sản xuất quy mô lớn và kỹ thuật cao.

Một nhóm các nhà khoa học từ Đại học Khoa học Ứng dụng Tây Na Uy đã lập mô hình, nghiên cứu xác nhận và mô phỏng Hệ thống Nuôi trồng Thủy sản Tuần hoàn (RAS) để ước tính nhu cầu năng lượng của RAS và các thành phần chính của nó.

Các nhà khoa học nhấn mạnh: “Mô hình được đề xuất trong Matlab và Aspen HYSYS mô phỏng giai đoạn tăng trưởng của cá hồi Đại Tây Dương trong khoảng thời gian 15 tuần, cho đến khi chúng sẵn sàng chuyển sang lồng nuôi”.

Nhu cầu năng lượng của RAS

Cần nhiều loại thiết bị để kiểm soát chất lượng nước khiến các hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn sử dụng nhiều năng lượng. So với các hệ thống nuôi trồng thủy sản khác, RAS là phương pháp tiêu tốn nhiều năng lượng nhất so với khối lượng cá sản xuất.

Trong Đánh giá vòng đời sản phẩm (LCA), nhu cầu năng lượng của RAS cao hơn 1,4 – 1,8 lần so với hệ thống mở. Một nghiên cứu khác so sánh LCA cho thấy nhu cầu năng lượng cụ thể trên một đơn vị khối lượng cá được sản xuất trong các hệ thống mở là 2,55 kWh/kg, trong khi ở RAS cao hơn nhiều lần ở mức 19,6 kWh/kg.

Mặc dù rõ ràng các hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn sử dụng nhiều năng lượng hơn, các ước tính về nhu cầu năng lượng đưa ra một loạt các giá trị.

Đánh giá mô hình Matlab – Aspen HYSYS trong RAS

Mô hình xử lý nước tuần hoàn trong Aspen HYSYS là phương pháp khả thi để mô phỏng RAS. Các phương trình và hoạt động mô phỏng tích hợp hỗ trợ rất nhiều cho việc giải quyết các quá trình có tương tác pha khí-lỏng, chẳng hạn như thiết bị sục khí và oxy.

“Mô phỏng cho thấy không có vấn đề về độ ổn định, nhưng hoạt động RAS mô phỏng có những biến động hạn chế mà không có biến đổi theo ngày. Nhà nghiên cứu cho biết việc cho cá ăn, cung cấp ánh sáng cho bể nuôi liên tục và nhiệt độ nước được điều chỉnh bằng cách cho nước ngọt vào”.

Theo kết quả nghiên cứu, RAS chủ yếu ở trạng thái ổn định, ngoại trừ trường hợp thay đổi lưu lượng nước tuần hoàn và oxy.

Họ đưa ra cảnh báo: “Phương pháp trên mang lại kết quả khả quan cho mô phỏng này, nhưng cần thận trọng khi triển khai trong các hệ thống có sự biến đổi mạnh mẽ trong ngày”.

Nhu cầu năng lượng RAS

Theo nghiên cứu, mang tính tuyệt đối, mô hình RAS có tổng nhu cầu năng lượng khi bắt đầu hoạt động là 4,933 MWh/ngày và không đổi cho đến khi bật bơm oxy. RAS sau đó kết thúc với tổng nhu cầu năng lượng là 6,955 MWh/ngày.

Năng lượng cần thiết để vận hành hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn giai đoạn tăng trưởng từ đầu đến cuối là 663,8 MWh.

Mặt khác, nhu cầu năng lượng riêng của RAS mô phỏng là 9,586 kWh/kg. Ít nhất một phần ba năng lượng được dành riêng để đáp ứng nhu cầu năng lượng nhiệt của nước ngọt.

Bơm tuần hoàn chiếm 22,6% tổng nhu cầu năng lượng trong cả giai đoạn. Nếu bao gồm cả máy bơm oxy thì tất cả các máy bơm đều đáp ứng 45,48% tổng nhu cầu năng lượng.

Điều chỉnh lưu lượng nước với nhu cầu năng lượng

“Từ góc độ năng lượng, việc điều chỉnh lưu lượng nước trong RAS là một lựa chọn khả thi để giảm nhu cầu. Các nhà khoa học nhấn mạnh, nhu cầu năng lượng RAS đã giảm 7,92% khi lưu lượng nước được điều chỉnh.

Tuy nhiên, việc điều chỉnh lưu lượng nước ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng nước trong bể nuôi. “Khi khả năng tuần hoàn nước giảm, chất lượng nước sẽ giảm.”

Theo các nhà nghiên cứu, nhu cầu năng lượng trong RAS sẽ giảm nếu khoảng giới hạn của các thông số chất lượng nước rộng hơn.

Kết luận

“Nghiên cứu chứng minh tính khả thi của Aspen HYSYS để mô hình hóa và mô phỏng các hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn bằng Matlab. Theo kinh nghiệm của tác giả, lần đầu tiên hệ thống RAS, hoặc một phần của hệ thống, được mô hình hóa và xác thực trong Aspen HYSYS,” họ nhấn mạnh.

Nhu cầu năng lượng riêng cho sự tăng trưởng của cá hồi Đại Tây Dương sau giai đoạn thích nghi là 9,589 kWh/kg. Họ kết luận: “Tổng nhu cầu năng lượng RAS cho hoạt động tăng trưởng là 663,8 MWh”.

Nghiên cứu được tài trợ bởi Hội đồng nghiên cứu Na Uy và Đại học Khoa học Ứng dụng Tây Na Uy.

Bài viết được trích dịch từ phần tổng kết trích dẫn của bài báo nghiên cứu ứng dụng trên internet, các bạn cần chi tiết bài viết vui lòng liên hệ Hội đồng nghiên cứu Na Uy và Đại học Khoa học Ứng dụng Tây Na Uy.