Zeitschrift B&B Agrar

Messprogramm auf Praxisbetrieben

Jahreslastprofile helfen bei der Energiebedarfsplanung

Milchviehstall mit PV-Anlage und Wechselrichter
PV-Anlage und Wechselrichter auf dem Milchviehstall, Foto: Josef Neiber

Im Rahmen des Forschungsprojekts "Verbesserung der Energieeffizienz in der Landwirtschaft" der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft wurde ein Pilotbetriebsnetz aufgebaut. Ziel ist es unter anderem, Kenngrößen zum Energiebedarf abzuleiten.

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Der wachsende Energiebedarf in den einzelnen Produktionsketten in der Landwirtschaft durch den vermehrten Einsatz energieintensiver Anlagen einerseits, wieder ansteigende Kraftstoffpreise und kontinuierlich zunehmende Strompreise andererseits erfordern im Hinblick auf die wirtschaftliche Gesamtsituation mit stagnierenden Erzeugerpreisen einen äußerst effizienten Produktionsmitteleinsatz.

Das Pilotbetriebsnetz besteht aus 28 landwirtschaftlichen Praxisbetrieben und ist mit Messtechnik zur langfristigen Energieverbrauchs- und Energieerzeugungsmessung ausgestattet. Durch die Einrichtung der fest installierten Dauermesseinrichtung kann sowohl die zeitliche Variabilität als auch die Variabilität in der Ausstattung, zum Beispiel beim Austausch und Ersatz der Produktionstechnik, auf den Betrieben erfasst werden. Ziel ist es, Kenngrößen zum Energiebedarf abzuleiten und beispielhafte Lastgänge für Milchvieh- und Veredelungsbetriebe zu ermitteln.

Energieeinsatz

Milchviehbetriebe: Der durchschnittliche Stromverbrauch bei der Milchgewinnung lag bei den untersuchten Milchviehbetrieben mit Automatischem Melksystem (AMS) bei 366 kWh pro Kuh und Jahr und bei 4,1 kWh pro 100 Kilogramm Milch, bei den Betrieben mit konventionellem Melksystem (FGM) bei 333 kWh pro Kuh und Jahr und bei 3,9 kWh pro 100 Kilogramm Milch. In den Milchviehstallungen – in allen Betrieben werden die Kühe in Laufställen gehalten – lag der durchschnittliche Verbrauch bei 95 kWh pro Milchkuh und Jahr (s. Tabelle). Hauptverbraucher bei der Milchgewinnung sind die Vakuumpumpen, die Milchkühlung und die Warmwasserbereitung für die Melkanlagen- und Tankreinigung. In den Stallungen sind es die Beleuchtung, die Frostsicherung der Wasserversorgung und die Einrichtungen für die Stallentmistung inklusive Güllepumpen.

Ferkelerzeugerbetriebe: Der Stromverbrauch in Ferkelerzeugerbetrieben lag im Durchschnitt bei etwa 170 kWh pro Zuchtsau und Jahr. Hauptverbrauchsbereiche sind die Lüftung und die IR-Lampen der Ferkelnester. Die erheblichen Energieverbrauchsunterschiede sowohl auf Betriebsebene als auch bei den einzelnen Verbrauchsbereichen lassen sich dadurch erklären, dass unterschiedliche technische Anlagen auf den Praxisbetrieben eigesetzt werden.

Der thermische Energiebedarf der Betriebszweige Ferkelproduktion und Ferkelaufzucht ist im Vergleich zu anderen Produktionsbereichen sehr hoch und von schwankenden außenklimatischen Bedingungen (Außentemperaturen) abhängig.

Durch die Installation von Wärmemengenzählern ist es möglich, den Heizenergiebedarf des Produktionssystems unabhängig vom Wirkungsgrad des Heizkessels und unabhängig vom eingesetzten Energieträger zu bewerten. In den Betrieben mit Wärmetauschern (WRG) liegt der Heizenergiebedarf im Mittel bei etwa 300 kWh thermischer Energiebedarf pro Zuchtsau und Jahr, bei Betrieben ohne Wärmetauscher bei etwa 600 kWh thermischer Energiebedarf pro Zuchtsau und Jahr.

Schweinemastbetriebe: Der Energiebedarf in Mastschweineställen wird im Wesentlichen durch die Lüftung, Fütterung und Futteraufbereitung bestimmt. Bei Betrieben mit Abluftreinigungsanlagen erhöht sich der Energiebedarf durch Umwälzpumpen, aber auch durch höhere Druckverluste bei der Stallklimatisierung. Der durchschnittliche Gesamtstromverbrauch der konventionell wirtschaftenden Mastbetriebe ohne Abluftreinigung liegt bei 28 kWh pro Mastplatz und Jahr, mit Abluftreinigung bei 56 kWh pro Mastplatz und Jahr. Der thermische Energiebedarf ist im Gegensatz zur Ferkelerzeugung gering. Bei den Praxisbetrieben im Rein-Raus-Verfahren werden lediglich die Abteile vor der Neubelegung, zwischen ein und zwei Tagen vor dem Einstallen mit Heizkanonen aufgeheizt.

Tabelle Energieverbrauch in unterschiedlichen Betriebstypen - Klick führt zu Großansicht im neuen Fenster
Energieverbrauch in unterschiedlichen Betriebstypen

Lastprofile

Die zeitlich aufgelöste Verbrauchsmessung in 15 Minuten Messintervallen ermöglicht die Darstellung von Lastprofilen. Ebenso wie die Höhe des Stromverbrauchs ist das Lastprofil von der Betriebsausstattung und den Arbeitsabläufen sowie von der Witterung gerade bei der Stallklimatisierung und der Frostsicherung der Wasserleitungen beeinflusst.

Grafik
Lastprofil eines Schweinemastbetriebs und Solarstromerzeugung einer 30 kWp PV-Anlage

In der Abbildung ist das Jahreslastprofil eines Schweinemastbetriebs mit 1.214 Mastplätzen und die Solarertragskurve einer nach Süd-West ausgerichteten Photovoltaik(PV)-Anlage mit 30 kWp abgebildet. Deutlich erkennbar sind die jahreszeitlichen Verbrauchsunterschiede. Der Stromverbrauch der Stallklimatisierung bei den Betrieben mit zwangsgeführter Lüftungsanlage beeinflusst in starkem Maß das Jahreslastprofil. Die Höhe des Stromverbrauchs für die Fütterung und Futteraufbereitung ist über das Jahr gleichmäßig hoch.

Der Schweinemastbetrieb benötigte insgesamt 29.603 kWh. Die mögliche Eigenstromnutzung lag bei einem Solarertrag von 28.907 kWh bei 12.716 kWh. Das entspricht einer Eigenverbrauchsquote von etwa 44 Prozent. Für das Produktionsverfahren musste somit zusätzlich 16.887 kWh aus dem öffentlichen Stromnetz bezogen werden. Daraus errechnet sich ein Autarkiegrad von etwa 43 Prozent. In Ferkelerzeugerbetrieben können bei entsprechend gleich hohem Stromverbrauch etwas geringere Eigenverbrauchsquoten erreicht werden.

Bei Milchviehbetrieben mit konventionellen Melksystemen – die Lastspitzen sind morgens und abends zu den Melkzeiten – liegen die Eigenverbrauchsanteile bei gleich hohem Stromverbrauch und Solarstromerzeugung bei etwa 33 Prozent. Bei Betrieben mit automatischen Melksystemen – die Last verteilt sich über den gesamten Tag gleichmäßiger – kann wiederum etwas mehr Solarstrom selbst verbraucht werden.

Eine Möglichkeit zur Optimierung des Eigenstromverbrauchs von Photovoltaikanlagen liegt in der Verlagerung von Einsatzzeiten. Hierbei können Leistungsspitzen verschoben werden, um ein zwischen Energieerzeugung und Energiebedarf abgestimmtes Lastmanagement zu erreichen. Insgesamt betrachtet ist eine Verschiebung von Leistungsspitzen in Betrieben mit tierischer Erzeugung jedoch meist nur eingeschränkt möglich. Folglich ist es für die Planung und Dimensionierung schon im Vorfeld wichtig, darauf zu achten, Photovoltaikanlagen bedarfsgerecht auszulegen und dem betrieblichen Verbrauch anzupassen.

Energieberatung Beraternetzwerk LandSchafftEnergie

Ein weiterer Aufgabenschwerpunkt der Arbeitsgruppe Umwelttechnik in der Landnutzung am ILT ist die fachliche Betreuung und Schulung der Projektmitarbeiter des Beraternetzwerkes "LandSchafftEnergie" in den Bereichen Energieeinsparung und Energieeffizienz in der Land- und Forstwirtschaft.

Der Autor

Josef Neiber

Josef Neiber

Institut für Landtechnik und Tierhaltung (ILT) der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL), Freising
josef.neiber@LfL.bayern.de