Rau diếp được trồng trong trang trại thẳng đứng với chế độ chiếu sáng được điều khiển theo giá điện để tối ưu hóa chi phí.

Các công ty điện lực cung cấp giá điện linh hoạt tùy thuộc vào thời gian trong ngày để giảm nhu cầu vào giờ cao điểm. Theo cách đó, người tiêu dùng có thể tiết kiệm một số tiền, chẳng hạn như bằng cách sử dụng máy rửa chén hoặc máy sấy quần áo vào ban đêm. Và các công ty tiện ích tránh được nhu cầu đầu tư lớn vào các nhà máy điện để theo kịp nhu cầu cao điểm.

Bây giờ, nếu điều này hiệu quả với quần áo giặt của bạn, thì không có lý do gì nó không hiệu quả với nông nghiệp trong nhà và cũng làm cho rau ăn lá rẻ hơn. Nếu bạn trồng rau diếp vào ban đêm, thì nó vẫn là rau diếp, đúng không? Các nhà nghiên cứu Skoltech quyết định tìm hiểu bằng cách tiến hành một thí nghiệm kéo dài một tháng trong các nhà kính mô hình và trang trại thẳng đứng được gọi là phytotron.

Bài báo của họ trên tạp chí Applied Energy kết luận rằng bằng cách điều chỉnh lịch chiếu sáng nhân tạo, có thể giảm hóa đơn tiền điện liên quan xuống gần một phần tư. Và rau diếp thì vẫn phát triển tốt.

Khí hậu ở nhiều quốc gia khiến nhà kính trở thành phương thức trồng rau tối ưu, không chỉ vì lý do nhiệt độ mà còn vì không có đủ ánh sáng tự nhiên. Vì vậy nếu nông dân vẫn dựa vào đèn điện, tại sao không bật chúng vào giờ khuyến mãi của công ty điện lực?

Hệ thống kiểm soát vi khí hậu trong nhà ở nhà kính hoặc trang trại thẳng đứng có thể tắt đèn trong những giờ giá cao hơn. Vì rau cần ban đêm để phát triển khỏe mạnh trong mọi trường hợp nhưng không giống như máy giặt, cây trồng là một sinh vật sống, đang phát triển và chúng ta cần đảm bảo rằng việc thay thế một đêm liên tục bằng nhiều khoảng thời gian bóng tối ngắn hơn sẽ không ảnh hưởng đến sự phát triển.

"Chúng tôi đã tiến hành một thí nghiệm trồng các loại rau diếp và rau diếp xoăn khác nhau (còn gọi là cải ô rô) trong hai nhà kính giống hệt nhau trong cùng điều kiện ngoại trừ chế độ chiếu sáng", tác giả chính của nghiên cứu Javier Peñuela, một nghiên cứu sinh về hệ thống kỹ thuật tại Skoltech, cho biết.

"Cả hai nhóm cây đều được chiếu sáng 16 giờ mỗi ngày với cường độ khuyến nghị. Tuy nhiên, ở nhóm đối chứng, giờ tối được gộp lại để trùng với giờ đêm tự nhiên. Trong khi ở nhóm thử nghiệm, giờ tối được rải rác trong ngày dựa trên thời điểm điện đắt nhất. Điều này không ảnh hưởng đáng kể đến sự phát triển của cây ở bất kỳ giống nào".

"Chúng tôi tin rằng kết quả này có thể được mở rộng sang húng quế, rau bina và các loại rau ăn lá khác, vì trong các thí nghiệm của mình, chúng tôi đã tính đến sự đa dạng di truyền để kiểm tra những tác động tiêu cực có thể xảy ra đối với tốc độ tăng trưởng", Phó giáo sư Cécile Ben của Skoltech Agro, đồng tác giả của nghiên cứu, cho biết thêm.

Giá điện theo giờ vào một ngày hè trung bình dựa trên dữ liệu được sử dụng trong nghiên cứu. Trên thực tế, biểu đồ này sẽ thay đổi theo từng ngày, nhưng mấu chốt là người nông dân hôm nay biết tám giờ nào - không nhất thiết là những giờ liên tiếp - sẽ đắt nhất vào ngày mai và có thể tắt đèn trong những giờ đó. Nguồn: Javier Peñuela/Skoltech.

Các nhà nghiên cứu cũng đã tiến hành một thí nghiệm tương tự chỉ trên rau diếp trong một trang trại thẳng đứng bốn tầng, với kết quả tương tự. Cụ thể là, sau khi thời gian thử nghiệm kết thúc, nhóm đã so sánh các loại cây trồng trong nhóm thử nghiệm với nhóm đối chứng bằng cách đếm số lá và đo trọng lượng của cây - cả cây mới thu hoạch và cây đã sấy khô. Quan sát thấy không có sự khác biệt đáng kể nào.

Về tiềm năng tiết kiệm chi phí, các tính toán được báo cáo trong nghiên cứu cho thấy chi phí chiếu sáng nhân tạo có thể được cắt giảm từ 15% đến 23%, tùy thuộc vào chế độ bù trừ nào của công ty điện lực. Giá trị thấp hơn trong hai giá trị tương ứng với cái gọi là phản ứng nhu cầu dựa trên giá, và giá trị cao hơn là kết quả của việc thêm phản ứng nhu cầu dựa trên hợp đồng vào đó.

Cách đầu tiên có nghĩa là tận dụng giá điện theo giờ, và cách thứ hai liên quan đến một hợp đồng dài hạn rõ ràng, trong đó trang trại cam kết tắt đèn trong một khoảng thời gian nhất định theo yêu cầu của công ty điện lực. Đối với lưới điện Nga, điều này sẽ tiết kiệm được tới 110 triệu đô la mỗi năm.

Cuối cùng, việc giảm chi phí sản xuất rau có thể làm giảm tốc độ tăng giá.

Hai môi trường thực hiện các thí nghiệm: trang trại thẳng đứng (trái) và nhà kính (phải), Nguồn: Javier Peñuela và cộng sự/Applied Energy

Giáo sư Laurent Gentzbittel của Skoltech Agro, đồng tác giả nghiên cứu, cho biết: "Về cơ bản, nghiên cứu của chúng tôi tập trung vào tiềm năng tương tác chưa được khai thác giữa ngành công nghiệp thực phẩm và hệ thống năng lượng trong môi trường đô thị".

Phó giáo sư Henni Ouerdane của Trung tâm Kỹ thuật, nhà nghiên cứu chính của nghiên cứu, cho biết: "Những sự tương tác như vậy có thể thực hiện được nhờ số hóa và khử cacbon trong hệ thống năng lượng".

"Sự chuyển đổi này là một nỗ lực tốn kém, tuy nhiên, nó tạo ra nhiều cơ hội để tăng hiệu quả của công suất phát điện, giảm chi phí vận hành và mở rộng hệ thống năng lượng. Tính linh hoạt của phía cầu cho phép phần lớn các lợi ích giảm chi phí đó được phân bổ cho các ngành công nghiệp như nông nghiệp trong nhà, biến tình trạng thiếu năng lượng của họ từ một gánh nặng thành một cơ hội".

Theo các nhà nghiên cứu, lợi thế kinh tế mà họ chứng minh được có thể được chuyển giao một phần sang cà chua, dưa chuột và - ở mức độ thấp hơn - sang dâu tây. Vì những cây này ra hoa và kết trái, chúng trải qua các giai đoạn phát triển bổ sung trong hơn một nửa vòng đời, trong thời gian đó những phát hiện từ nghiên cứu về rau ăn lá có thể không áp dụng được.

Đối với một số giống, điều kiện chiếu sáng rất quan trọng trong khi và sau khi hoa xuất hiện. Phát triển các giống trung tính không nhạy sáng có thể ra hoa bất kể độ dài ngày có thể cho phép hưởng lợi từ tính linh hoạt về nhu cầu năng lượng tiết kiệm chi phí cho nông nghiệp trong nhà đối với các loại cây trồng đó.

Bên cạnh việc bao gồm nhiều giống cây trồng hơn, nghiên cứu có thể mở rộng bằng cách xem xét các cách tiết kiệm chi phí sưởi ấm. Các thành viên của nhóm nghiên cứu này coi phản ứng nhu cầu là tương lai của ngành điện.

Trong khi các mảng tích trữ lớn, chẳng hạn như pin dòng oxy hóa khử vanadi được phát triển tại Skoltech, chắc chắn sẽ đóng vai trò cân bằng tải cho mạng lưới, các chiến lược phản ứng nhu cầu ngày càng phức tạp hơn sẽ góp phần đạt được mục tiêu tương tự mà không cần bất kỳ phần cứng lớn nào liên quan - duy trì mạng lưới cân bằng chỉ nhờ vào các lực lượng thị trường.

Huỳnh Thị Đan Anh theo Phys.org