关于温室钠灯补光系统的经济分析

李思博，杜孝明（农业农村部规划设计研究院设施农业研究所，农业农村部农业设施结构工程重点实验室，北京 100125）

目前，设施农业在国内蓬勃发展，受众多投资者的青睐，越来越多的荷兰高档温室进入国门。国外宣称“补多少光就增加多少产量”，这建立在标准的荷兰模式之上，即高投入、高产出，匹配的是荷兰数代人积累的种植经验。而国内设施农业发展时间并不长，经验与工艺积累并不深，实际产量很难达到国外同等温室能达到的峰值。因此，如何匹配国内的种植工艺及经验，合理选择温室配置，循序渐进发展，成为一个值得探讨的问题。

众所周知，荷兰的阳光资源匮乏，远逊于国内平均光照水平。在现代温室生产中，盈利是产业良性发展的首要动力。而增加补光系统，不仅需要考虑前期成本投入，还需要考虑运行成本支出，因此在项目前期做好精准的经济分析将格外重要。文章将从温室顶部高压钠灯补光系统的设备投入成本、生产运行成本、综合计算3 个方面进行经济性分析。

设备投入成本

计算条件

以1 栋144 m×72 m、肩高5.5 m、桁架底高4.7 m 的玻璃温室作为典型温室计算模型，选取额定电压380 V、额定功率1032 W 的农用高压钠灯作为补光灯具，工作面高度0.8 m，提出光合作用光子通量密度不低于150 μmol/（m2·s）的需求。

补光空间建模

厂家给出使用该灯具的平均照度达到11500 lx即可满足光合作用光子通量密度150 μmol/（m2·s）的要求，因此使用DIAlux 软件进行光环境模拟，结合连栋温室特点的补光灯布置方案见图1、补光灯点照度值见图2。

设备投资概算

图1 补光灯布置方案

图2 补光灯点照度值/lx

根据补光灯布置进行电气工程初步设计。共990 盏补光灯，总安装负荷为1021.7 kW，功率因数为0.9，补偿至0.95，采用2 台630kVA箱式变电站，负载率为87.2%；每99 盏高压钠灯配套1 台控制柜。出控制柜垂直方向敷设150 mm×50 mm 金属线槽，垂直于桁架方向布置50 mm×50 mm 金属线槽；补光灯干线采用YJV-1kV-4×6，支线采用YJV-1kV-3×2.5，均沿金属线槽敷设，出线槽后穿可弯曲金属导管KJG20 敷设。主电缆采用YJV22-1kV-3×185+2×95 直埋敷设，入户处穿电缆保护管。典型温室补光系统主要设备材料见表1。使用广联达概算软件进行补光电气工程概算见表2，得出初期投资M1为3571854.65 元。

生产运营成本

年运行成本

年运行成本可按公式（1）进行计算。

M2：年运行成本（元）

表1 典型温室补光系统主要设备材料表(材料价格综合参考北京造价信息及市场价）

表2 典型温室补光系统电气工程费用表

P：总安装负荷（kW）

D：年运行天数（天）

h1：高峰电价时段补光小时数（h）

h2：平价时段补光小时数（h）

h3：低谷电价时段补光小时数（h）

m1：高峰时段电价[元/（kW·h]

m2：平价时段电价[元/（kW·h]

m3：低谷时段电价[元/（kW·h]

假设该补光系统用于番茄种植，每年补光90 天，综合参考北京郊区农业生产用电时段和电价，7:00～9:00 补光2 h 对应电价为0.6005 元/（kW·h），17:00～18:00 补光1 h 对应电价为0.6055 元/（kW·h），18:00～19:00 补光1 h 对应电价为0.9042 元/（kW·h），根据公式1 可计算出年运行成本为250176.53 元。

全周期运行成本

全周期运行成本可按公式（2）进行计算。

M3：全周期运行成本（元）

Y：温室使用年限（年）

S：维护成本（元）

温室使用年限Y 按照20 年进行计算，补光灯寿命远大于运行时间，因此无需考虑维护成本S，则上述补光系统全周期运行成本为5003530.54 元。

综合计算

全周期补光总成本可按公式（3）计算。

M4：全周期补光总成本（元）

按公式（4）计算单位面积平均成本。

M：单位面积平均成本[ 元/（年·m2）]

S：温室面积（m2）

通过计算，上述补光系统全周期补光总成本为8575385.19 元，单位面积平均成本为41.36 元/（年·m2）。

结论

以上述假设条件进行补光后，若产量及品质的提升所带来的收益大于41.36 元/（年·m2），则设置补光系统有价值。文章提供的经济分析的方法，旨在指导用户合理设置补光系统，补光光合作用光子通量密度不为150 μmol/（m2·s）时，可用同样的方式进行估算。