Energian käytön tehostaminen ja - Energia-akatemia energiankulutus... · 1530 1) TTS 2009 0,26 – 0,40 – Schäfer 2013 0,09 2) 950 2) Esimerkkitila 1 0,11 – 0,14 3) – Schäfer

8.5.2013

1

www.helsinki.fi/yliopistowww.helsinki.fi/yliopisto 1

www.helsinki.fi/yliopisto

• Energian käytön tehostuminen voidaan saavuttaa esim. parantamalla tuotosta, panosten pysyessä ennallaan tai vähentämällä panosten käyttöä, tuotannon pysyessä ennallaan tai energiapanoksia lisäämällä, tuotoksen lisääntyessä suhteessa enemmän.

• On muistettava, että uusiutuvan energian käyttö ei aina tarkoita energiansäästöä, sillä energiankulutus voi jopa lisääntyä siirryttäessä fossiilisen energian käytöstä uusiutuvan energian käyttöön.

• Esimerkiksi puu vs. öljy.• Uusiutuvan energian avulla on mahdollista vähentää

kasvihuonekaasupäästöjä ja saada aikaan taloudellisia säästöjä.• Energiaa ei tulisi ”tuhlata”, vaikka se olisi halpaa bioenergiaa.• Energiankäytön tehostamistoimenpiteet eivät ole aina

taloudellisesti järkeviä.

8.5.2013 2

Energian käytön tehostaminen ja uusiutuva energia

8.5.2013

2

www.helsinki.fi/yliopisto 8.5.2013 3

Lypsykarjatilan energiapanokset ja tuotokset

Sähkö

Polttoaineet

Kuivikkeet

Rakennukset

Ostetut eläimet

Rehut

Maito

Liha

Myydyt eläimet

Lanta

Suorat energiapa-nokset

Epäsuorat energiapa-nokset

Tuot

okse

t

Rehut ovat noin 60-85 % maidontuotannon kokonaisenergiankulutuksesta (Agree 2012).

www.helsinki.fi/yliopisto 4

Suora energiankulutus vuonna 2010

Lähde: Tike 2010

8.5.2013

3


kWh/kg-maitoa kWh/lehmä Lähde

0,128 – 0,207 1) 929 – 1 520 Hörndahl 2008

0,16 ja 0,19 1 478 ja 1 522 Johansson 2011

0,10 – 0,54 - Ek 2011

8.5.2013 5

Maidontuotannon suora energiankulutus• Energiankulutus ilmoitetaan yleensä tuotettua maitokiloa/-litraa, eläinpaikkaa tai

lehmää kohti.

• Navetan suorasta energiankulutuksesta suurin osa kuluu yleensä lypsyyn ja maidonkäsittelyyn sekä ruokintaan.

• Tilalla useimmiten tiedossa vain kokonaissähkönkulutus, jolloin navetan kulutus on vain arvio.

HUOM. Erilaiset laskentatavat vaikuttavat energiankulutukseen.

1) Maitolitrat muutettu kiloiksi tiheydellä 1,02 g/ml.


kWh/maito-kg kWh/lehmä Lähde

0,18 0,16 1)

1691 1530 1) TTS 2009

0,26 – 0,40 – Schäfer 20130,09 2) 950 2) Esimerkkitila 1

0,11 – 0,14 3) – Schäfer 2013

8.5.2013 6

Sähkönkulutus lypsykarjatiloilla

1) Tilat jotka ilmoittivat asumisen sähkönkäytön erikseen. Asumisen sähkönkäyttö vähennetty tuotannon sähkönkäytöstä.2) Alustava kulutus laskettu esimerkkitilan kahden kuukauden sähkönkulutuksen perusteella, joten se voi vielä muuttua.3) Energiankulutus virolaisilla mittaustiloilla.

8.5.2013

4


Suoran energiankulutuksen jakautuminen

kWh/

lehm

ä/vu

osi

150 lehmää, lypsyasema, laakasiilo

220 lehmää, lypsyasema, laakasiilo

120 lehmää, robotti, tornisiilo

146 lehmää, robotti/lypsyasema, laakasiilo

Lähde: Hörndahl 2008


Energiamittaukset

Tila 1 Tila 2 Tila 3

Navettatyyppi Pihattolypsyasemalla

Pihatto robotilla Pihatto lypsyasemalla

Eläimet Yhteensä 110, joista lypsyssä reilu 80.

Yhteensä 84, joista robottilypsyssävajaa 60.

Mittaukset alkoivat

Helmikuu 2013 Syyskuu 2011 Huhtikuu 2013

8.5.2013

5


Kolmivaihepistorasian ja laitteen väliin kytketty energiamittari

Kuva: A-P. Vuorentola

Tällaisilla energiamittareilla mitataan mm. maitotankin energiankulutusta.


Sähkönkulutuksen jakautuminen (tila 1)

Sähkönkulutuksen jakautuminen 6.2.-19.4.2013. Rehunjako ei mukana kulutuksessa, koska se hoidetaan polttoainekäyttöisellä itsekulkevalla seosrehuvaunulla.

8.5.2013

6


Sähkönkulutus (tila 1)

Sähkönkulutus aikavälillä 6.2.-11.3.2013 yhteensä 7 984 kWh ja 11.3.-19.4.2013 yhteensä 7 718 kWh. Kulutus keskimäärin 6 455 kWh/kk ja 0,09 kWh/maitolitra.


• Rasmussen & Pedersen (2004) listasivat suurimmiksi energiankuluttajiksi tyhjiöpumpun, kompressorin, sähköllä toimivan veden lämmityksen ja automaattisen pesusysteemin.

• Taajuusmuuntajalla ohjattu tyhjiöpumppu vähentää energiankulutusta.

• Useimmiten puhutaan noin 40 – 60 % energiansäästöstä.

• Tyhjiöpumpun oikea mitoitus.

• Ilmavuodot ja liian korkea paine lisäävät kompressorinenergiankulutusta.

• Veden esilämmitys lämmön talteenoton avulla?

8.5.2013 12

Lypsy ja maidonkäsittely

8.5.2013

7

• Robotti kuluttaa hieman enemmän energiaa kuin lypsyasema.• Robottilypsy lisää yleensä maidontuotantoa 3 -

11 %, koska robottilypsy mahdollistaa lehmien käymisen lypsyllä tavanomaisen kahden kerran sijaan kolmesti.

• Energiankulutus vaihtelee myös robottimerkeittäin.• Pesuveden kulutus.• Onko käytössä taajuusmuuntajalla ohjattu

tyhjiöpumppu.• Sähköenergiankulutus vaihteli

robottilypsyssä 14,8 – 85,5 kWh/tn maitoa (Rasmussen & Pedersen 2004).

• Sähköenergiankulutus 2 x 12 -kalanruotoasemalla (18,5 kWh/tn maitoa) ja 26-paikkaisella karuselliasemalla (20,9 kWh/tn maitoa) (Rasmussen & Pedersen 2004).

8.5.2013 13

Lypsymenetelmä


Esimerkki robottilypsyn sähkönkulutuksesta (tila 2)

Tilan 2 robotin (tyhjiöpumppu, maitopumppu ja autom. pesujärjestelmä sekä kompressori) sähkönkulutus 28 kWh/tn lypsettyä maitoa aikavälillä 1.8.2011-31.3.2013. Tanskalaisessa tutkimuksessa (Rasmussen & Pedersen, 2004) robottilypsyn kulutus vaihteli 14,8 - 83,5 kWh/tn lypsettyä maitoa.

8.5.2013

8


Esimerkki kahden tilan maaliskuun robotti- ja lypsyasemalypsyn energiankulutuksista

Lypsyasema Robotti

Lypsyssä noin 82 lehmää. Energiankulutus 0,037 kWh/tuotettu maitolitra.

Lypsyssä noin 57 lehmää. Energiankulutus 0,05 kWh/robotilla lypsetty maitokilo.


• Maito jäähdytetään noin 35–37 asteesta vähintään +6 asteeseen (mieluiten alle +4°C).

• Miksi lämmitämme maitohuonetta? Sitä enemmän jäähdyttäminen kuluttaa energiaa, mitä lämpimämpi ympäristö on.

• Lämmön talteenotto maidosta. • Perustuu jäähdytyksessä syntyvän lämmön talteenottoon.• Juoma- ja käyttöveden lämmittäminen.

• Käyttövettä tarvitsee lämmittää vähemmän energiaa säästyy.• Juomaveden lämmittäminen nostaa tuotosta?

• Ei lämmitetä maitohuonetta turhaan.

8.5.2013 16

Maidon jäähdyttäminen

8.5.2013

9


Tankin energiankulutus (tila 2)


Tilalla on 50 lehmää, joiden keskituotos on 10 000 kg/lehmä/vuosi.Oletetaan, että maidon ominaislämpökapasiteetti on 4,2 kJ/kgK. Maitojäähdytetään noin +37 asteesta +4 asteeseen. Mikä on vuoden aikanamaidon jäähdytyksessä vapautuva lämpöenergia ja lämmitysteho?

=

Q = Lämpöenergia (kJ) P = Lämmitystehoc = Lämpökapasiteetti normaalipaineessa (kJ/kgK) t = Aikam = Kokonaismaitomäärä (kg) Q = Lämpöenergia

T = Lämpötilamuutos (°C)

Lämpöenergia on tällöin: Lämmitysteho on tällöin:

= 4,2 50 10 000 37 4 =Q = 69 300 000 kJ = 69300 MJ = 19 250 kWh P = 2,19 kJ/s = 2,19 KW

Tämä vastaa noin yhden omakotitalon vuotuista energiankulutusta!Tätä lämpöenergiaa ei kuitenkaan saada talteen kokonaan.

8.5.2013 18

Maidon jäähdytyksessä vapautuva lämpöenergia

8.5.2013

10


Lypsyn sähkönkulutus (tila 2)

Lypsyrobotti sisältää tyhjiöpumpun, maitopumpun ja automaattisen pesujärjestelmän energiankulutukset.


• Pesuvesien kierrätys.• Käytetty vesimäärä vähenee.

Levitettävä lietemäärä vähenee.

8.5.2013 20

LypsyPesuvesi

8.5.2013

11


• Valaistus vaikuttaa mm. nautojen tuotokseen, kasvuun, hyvinvointiin ja hedelmällisyyteen.

• Valaistusvaatimus tilan ja eläimen tarpeen mukaan.• Ummessa olevilla lehmillä valontarve erilainen kuin

tuotannossa olevilla lehmillä.• Lypsyasemalla erilainen valontarve kuin eläintiloissa.

8.5.2013 21

Valaistus

Kohde LuxEläintilan yleisvalaistus 150 1)

Lypsyasema 250 2)

Nuoren karjan tila 100 1)

1) Kahden metrin korkeudella, 2) Utarekorkeudella (MMMa 8/2012)


1. Lampputyyppi • Energiatehokkuus

• lm/W ja lampun elinikä.• Hehkulamput ovat eniten energiaa kuluttava valaistusvaihtoehto.

2. Luonnonvalon hyödyntäminen• Himmentäminen/hämäräkytkin/aikakytkin.

3. Valaistusaika ja himmentäminen• Valaistuksen ajastaminen.• Sammuta turhat valot!• Himmentäminen vähentää pääsääntöisesti energiankulutusta ja

pidentää lampun elinikää.• Himmentimiä käytetään yleisesti mm. broilerintuotannossa.

8.5.2013 22

Valaistuksen energiankulutus ja -säästö (1/2)

8.5.2013

12


1. Lamppujen sijainti 2. Navetan pintamateriaalit

• Vaaleat pinnat heijastavat paremmin valoa kuin tummat.• Esim. sileä valkoinen pinta heijastaa siihen osuvaa valoa

noin 70 – 90 %, vaalean keltainen noin 50 – 70 %, rapattu pinta noin 40 – 50 % ja punatiilipinta noin 10 – 30 %.

3. Lamppujen ja pintojen puhtaanapito

8.5.2013 23

Valaistuksen energiankulutus ja –säästö (2/2)


• Huomattavasti energiatehokkaampia kuin hehkulamput.• Eliniässä melko paljon vaihtelua riippuen valmistajasta ja

lampputyypistä.• Taloudellinen polttoikä kaksikantaisella loistelampuilla noin 8 000-10 000

tuntia.• Valomäärä vähenee käyttöiän myötä.• Lyhyt polttoaika sytytystä kohden lyhentää hieman polttoikää.• Pienet jännitemuutokset ei juurikaan vaikuta polttoikään.

• Liitäntälaitteen ja sytyttimen ominaisuuksilla on asiaan suurempi vaikutus.

• Useimmat voidaan himmentää, mutta vaatii elektronisen liitäntälaitteen.

• Loistelamppujen valotehokkuus vaihtelee 15 - 90 lm/W.• Soveltuvuus kylmiin tiloihin.• Ongelmajätettä

• Sisältää pienen määrän elohopeaa.

8.5.2013 24

Energiatehokkaita valaistusvaihtoehtoja (loisteputkivalaisin)

Lähde: Halonen & Lehtovaara, 1992

8.5.2013

13


• Energiatehokkaita ja pitkäikäisiä.• Laadussa ja eliniässä suuria eroja.• Polttoikä noin 50 000 h.

• Huoltotarve vähäinen.

• Valoteho alenee käyttötuntien myötä.

• Kehittyvät koko ajan.• Syttyvät heti. • Eivät juurikaan lämpene.• Kierrätettäviä.• Ovat himmennettävissä.• Kallis hankintahinta.

8.5.2013 25

Energiatehokkaita valaistusvaihtoehtoja (LED-lamput)


• Hyvin energiatehokkaita.

• Valotehokkuus 60 - 120 lm/W.

• Lamppu kirkastuu hitaasti.Ei sovellu tiloihin, jossa tarvitaan heti täysi valaistusvoimakkuus.

• Ovat himmennettävissä tietyin rajoituksin.

• Toimivat hyvin kylmässäkin.

• Heikko värintoistokyky.• Väri kelta-oranssi.

8.5.2013 26

Energiatehokkaita valaistusvaihtoehtoja (Korkeapainenatriumlamput)

Lähteet: ASAE 2010; Halonen & Lehtovaara, 1992

8.5.2013

14


• Lannanpoistojärjestelmä vaikuttaa energiankulutukseen.

• Lantakoneen toimintatapa.

8.5.2013 27

Lannanpoisto


• Ilmanvaihdon tarkoituksena on mm. alentaa haitallisten kaasujen pitoisuuksia, vähentää kosteutta ja tuoda tilalle raikasta korvausilmaa.

• Koneellisista ilmanvaihtoratkaisuista tyypillisin on alipaineilmanvaihto.

• Navetassa oltava riittävä ilmanvaihto.• Lämpöstressi vähentää mm. kuiva-aineen syöntiä.

Maitotuotos laskee.

8.5.2013 28

Ilmanvaihto

8.5.2013

15


Esimerkki ilmanvaihdon energiankulutuksesta (tila 2)

Lehmät laitumella osittain syyskuun puoleenväliin saakka. Katossa viisi poistoilmapuhallinta (teho 0,29 kW/puhallin).


• Ilmanvaihtotapa.• Luonnollinen ilmanvaihto vs. koneellinen ilmanvaihto.• Osittain luonnollinen ilmanvaihto vähentää energiankulutusta.• Tasapaineilmanvaihto kuluttaa enemmän energiaa kuin

alipaineilmanvaihto.

• Puhaltimen energiatehokkuus (W/1000 m3/h).• Puhaltimien energiatehokkuudet vaihtelevat paljon.

• Ilmanvaihtohormin muotoilu.• Sulavasti muotoiltu

• Puhaltimen säätö taajuusmuuntajalla.

• Puhaltimien huolto ja puhtaanapito.8.5.2013 30

Ilmanvaihdon energiansäästö

8.5.2013

16


• Ruokinnan energiankulutukseen vaikuttaa se, miten ruokinta on järjestetty.

• Energiankulutus pääsääntöisesti pienempi tiloilla, jotka käyttävät sähkökäyttöisiä rehunjakolaitteita kuin niillä, jotka käyttävät traktorikäyttöisiä laitteita.

Sähkömoottorin hyötysuhde parempi kuin dieselmoottorin hyötysuhde.

• Hörndahlin (2008) tutkimuksessa energiaa kului eniten laakasiilo-traktori+apevaunu yhdistelmissä ja vähiten tornisiilo-kiskoruokkija yhdistelmissä.

• Ruokintakertojen määrä.

8.5.2013 31

Ruokinta


• Viljan ilmatiivis säilöntä tai murskesäilöntä• Vähentää/poistaa kuivaustarpeen.

• Kuivurin eristäminen • Energiansäästö noin 15 %.

• Väkirehun osuus ruokinnassa• Niiden tuottamiseen kuluu enemmän energiaa kuin

säilörehun tuottamiseen. Ohra (3900 kg/ha) 0,95 kWh/kg, vehnä (4200 kg/ha) 1,2 kWh/kg, rypsi (1500 kg/ha) 2,6 ja säilörehu (5300 kg ka/ha) 0,54 kWh/kg (Ahokas & Schäfer, 2012).

8.5.2013 32

Ruokinta (väkirehu)

8.5.2013

17


• Säilörehun korjuutekniikka• Pyöröpaalaus 5 l/ha (ei sisällä käärimistä, eikä paalien kuljetusta),

noukinvaunu 15 l/ha (ei sisällä auman tiivistämistä) (Jokiniemi ym., 2012).

• Rehunhakulogistiikka• Tuodaanko pellolta yksi paali vai useampi kerrallaan.

• Rehun kuiva-ainepitoisuus.• Kuljetetaanko pellolta turhaa vettä?

• Aperuokintaa käytettäessä energiankulutukseen vaikuttavat mm. säilörehusilpun pituus, kuiva-ainepitoisuus ja terien kunto.

• Typensitojakasvien käyttö.• Vähennetään lannoitetypen käyttöä.

• Laiduntaminen?

8.5.2013 33

Ruokinta (säilörehu/laidun)


Apesekoittimen sähkönkulutus (tila 2)

Rehu laakasiilostaPyöröpaalirehuLehmät laitumella Lehmät navetassa

8.5.2013

18


• Ammattitaito tuotetaan kohtuullisilla energiapanoksilla hyvinvoivat eläimet ja mahdollisimman paljon maitoa.

• Lämmön talteenotto maidosta.

• Ruokinta• Sähkötoimiset laitteet ruokinnassa.• Viljan ilmatiivis- tai murskesäilöntä.• Kuivurin eristäminen.• Typensitojakasvien käyttö.

8.5.2013 35

Energiansäästöpotentiaalit maidontuotannossa (1/2)


• Valaistus• Energiatehokkaat lamput.• Luonnonvalon hyödyntäminen.

• Valojen ajastaminen.• Lamppujen puhtaanapito.

• Ilmanvaihto• Puhaltimen energiatehokkuus.• Luonnollinen ilmanvaihto.

• Toimintatavat• Lypsytyö• Turhien valojen sammuttaminen.• Rehunhakulogistiikka.

8.5.2013 36

Energiansäästöpotentiaalit maidontuotannossa (2/2)

8.5.2013

19


Agree 2012. State of the art on energy efficiency in agriculture, Country data on energy consumption in different agroproduction sectors in the European countries. http://www.agree.aua.gr/Files/Agree_State.pdfAhokas, J. & Schäfer, W. 2013. Energiankäytön vertailu. Maatilojen energiankäyttö, ENPOS-hankkeentulokset. Toim. Ahokas, J. Maataloustieteiden laitoksen julkaisuja 15.

ASAE 2010. Lighting systems for agricultural facilities. ASABE standards 2010.

Ek, F. 2011. Energy usage and savings on farm. Seminaarissa: Towards Smart Farm Energy Solutions 27.-28.10.2011. Halonen, L. & Lehtovaara, J. 1992. Valaistustekniikka. 456 s.

Hörndahl, T. 2008. Energy use in farm buildings – a study of 16 farms with different enterprises. Swedishuniversity of agricultural sciences. Report 2008:8.

Johansson, C. 2011. Saving energy on Swedish farms. Seminaarissa: Towards Smart Farm Energy Solutions 27.-28.10.2011.Jokiniemi, T., Rossner, H. & Ahokas, J. 2012. Simple and cost effective method for fuel consumption measurements of agricultural machinery. Agronomy Research. Biosystem engineering. Special issue 1, s. 97-107.

MMMa 8/2012. Maa- ja metsätalousministeriön asetus tuettavaa rakentamista koskevista lypsykarjarakennusten rakennusteknisistä ja toiminnallisista vaatimuksista.

Rasmussen, J. B. & Pedersen, J. 2004. Electricity and water consumption at milking. Farm test-cattle nro 17.Schäfer, W. 2013. Esimerkkejä seurannasta. Maatilojen energiankäyttö, ENPOS-hankkeen tulokset. Toim. Ahokas, J. Maataloustieteiden laitoksen julkaisuja 15.

Tike 2010. Maa- ja puutarhatalouden energiankulutuksen jakautuminen tuotantosuunnittain ja energialähteittäin vuonna 2010. Maatalouden rakennetutkimus, Maatalouslaskenta 2010.

TTS 2009. Maatilojen energiankäyttö. Maatilojen energiasuunnittelijakoulutuksen 13.-14.10.2010 materiaali.

8.5.2013 37

Lähteitä


www.energia-akatemia.fi

8.5.2013 38

Lisätietoa

Documents

Energian käytön tehostaminen ja - Energia-akatemia energiankulutus... · 1530 1) TTS 2009 0,26 – 0,40 – Schäfer 2013 0,09 2) 950 2) Esimerkkitila 1 0,11 – 0,14 3) – Schäfer