农业工程与新能源结合的研究领域是当前推动农业可持续发展和实现“双碳”目标的重要方向，其核心在于通过技术创新与能源结构优化，提升农业生产效率并减少环境负担。以下是该领域的主要研究方向及典型案例：

1. 生物质能高效利用

  • 研究方向：利用农作物秸秆、畜禽粪便等农业废弃物生产生物质能源，如生物燃气、生物柴油等，并通过热化学或生物化学转化技术实现资源化利用。
  • 案例：秸秆直燃供暖、生物天然气技术已在农村推广，如河北平泉县的菌菇光伏项目结合秸秆资源化利用，实现能源与农业协同发展。

    • 2. 太阳能与农业设施集成

  • 研究方向：开发光伏农业系统，如农光互补、渔光互补等模式，利用太阳能发电的同时支持农业生产。
  • 技术应用：寿光蔬菜大棚的太阳能热水系统结合“地暖”土壤增温技术，提升冬季作物生长环境；香港坚农圃的屋顶光伏与垂直农场结合，实现能源自给。

    • 3. 风能及地热能开发

  • 研究方向：在农业区域布局风力发电设施，或利用地热能为温室大棚、养殖场提供热能。
  • 案例：美国AeroFarms垂直农场结合风能供电；甘肃张掖农村通过地热能改造供暖系统，减少煤炭依赖。

    • 4. 农业电气化与智能装备

  • 研究方向：推动农业机械电动化、智能化，如新能源拖拉机、无人驾驶灌溉系统等。
  • 技术进展：江苏田野智能纯电动拖拉机实现零排放作业；超星智能研发的北斗导航农机提升精准农业水平。

    • 5. 综合能源系统与智慧管理

  • 研究方向：构建农村电-热-冷多能互补系统，整合可再生能源与储能技术，优化能源调度。
  • 案例：上海连民村通过地源热泵、分布式光伏和储能系统，实现区域能源自平衡与碳管理；荷兰食品谷通过能源互联网优化农业园区用能效率。

    • 6. 氢能与农业储能技术

  • 研究方向：探索氢能在农业机械动力、储能及化肥生产中的应用，如电解水制氢与农业副产物结合。
  • 潜力领域：生物质制氢技术可降低氢能成本，未来或应用于大型农场能源储备。

    • 7. 跨学科技术融合

  • 研究方向：结合人工智能、物联网与新能源技术，开发智慧农业监测系统，如土壤墒情监测、病虫害预警等。
  • 案例：数字农业“四情监测”系统通过传感器与无人机实现精准管理；禾木太阳能结合5G技术远程运维农业设备。

    • 政策支持与未来趋势

    国家政策如《农业农村减排固碳实施方案》和“双碳”目标推动下，新能源与农业工程结合的研究呈现以下趋势：

  • 技术集成化：如“风光+生态修复”“风光+交通设施”等多功能融合模式。
  • 市场化拓展：碳交易市场与农业碳汇结合，探索秸秆碳汇交易等新模式。
  • 区域定制化：根据不同地区的资源禀赋（如光照、生物质储量）设计差异化能源方案。

    • 未来，随着新材料（如纳米材料在智能包装中的应用）和先进算法（如SAGA-FCM优化能源套餐）的突破，农业工程与新能源的融合将更趋深度与多元化。