埼玉大学研发动态曝气控制系统助力水产养殖节能降碳

循环水养殖系统（RAS）因节水、可控性强及环境友好而受关注，但依赖水泵、过滤器和曝气机等设备的持续或保守固定运行，导致耗电量巨大。可再生能源虽可提供清洁电力，但其出力受天气影响波动较大，且养殖设施的水质与生物条件限制了用电调整的灵活性。

针对这一挑战，日本埼玉大学与琉球大学联合研究团队开发了一套工艺感知型能源管理框架。该框架以溶解氧（DO）作为连接曝气机运行与鱼类安全的核心状态指标，利用实验数据构建了针对商业养殖物种巴鲵（Epinephelus malabaricus）的物种特异性DO估算模型，将鱼体质量与摄食对溶氧的影响纳入计算，并设定了Zui低安全溶氧水平作为运行约束。

研究人员将该模型嵌入经济模型预测控制策略中，实现曝气机运行与电池/电网用电的协同调度，并与现场太阳能和风能发电进行匹配。为期一年的模拟结果显示，该框架在维持溶氧高于规定安全裕度的同时，可大幅降低用电量及相关二氧化碳排放，并提升了电网停电期间的系统韧性。

通讯作者、埼玉大学助理教授Akito Nakadomari指出，传统视角常将曝气机视为固定电力负荷，而本研究揭示了电力需求背后的工艺动态决定了设备运行的时机与方式。通过识别并利用隐藏在工艺要求中的灵活性，可在不牺牲安全生产的前提下优化能源使用。

相关成果已发表于《可持续能源技术与评估》（Sustainable Energy Technologies and Assessments）。研究团队表示，未来将在日本科研基金支持下开展后续项目，重点建模多种水质条件及水温控制设备的运行变化，并将生物需求与生产目标纳入整体评估，以进一步挖掘系统灵活性并拓展至不同养殖品种与更大规模设施。