ENERGIAN KÄYTTÖ JA SEURANTA MAATILOILLA

Transkriptio

1 ENERGIAN KÄYTTÖ JA SEURANTA MAATILOILLA AHOKAS J. (toim.) 25 MAATALOUSTIETEIDEN LAITOS JULKAISUJA HELSINGIN YLIOPISTO MAATALOUS-METSÄTIETEELLINEN TIEDEKUNTA

2

3 Yhteistyössä HELSINKI 2013 ISSN X (Online) ISBN (Online)

4 3 Johdanto Helsingin yliopiston Maataloustieteiden laitos - Agroteknologia, Seinäjoen ammattikorkeakoulun maa- ja metsätalouden yksikkö ja Jyväskylän ammattiko rkeakoulun teknologiayksikkö ovat saaneet Maaseudun energiaakatemia -nimiselle hankkeelle rahoituksen EU:n maaseuturahastosta. Hankkeen tutkimuskohteita ovat: maatalouden energian käyttö, energiatehokkuuden parantaminen sekä uusiutuvien energioiden käyttöön otto. Hanke on tuottanut kattavan maatalouden energiainformaatioaineiston ja tämä raportti on yksi hankkeen raporteista. Raportit on saatavissa pdf-muotoisina sivustolta. Suomen maatalouden energian kulutus on 10 TWh luokkaa ja se vastaa liki kolmea prosenttia koko maan energian kulutuksesta. Maatalouden energian säästö ei siten vaikuta paljoakaan koko maan energian kulutukseen. Tämä kulutus on suoraa energian kulutusta, tämän lisäksi tulee epäsuora energian kulutus. Suora energia ostetaan tilalle suoraan, esimerkiksi polttoaineina tai sähkönä. Epäsuoralla energialla tarkoitetaan energiaa, joka on käytetty esimerkiksi koneiden ja lannoitteiden valmistuksessa. Esimerkiksi peltokasvituotannossa lannoitteiden valmistus kuluttaa eniten energiaa. Tilastoissa tämä on teollisuuden energian kulutusta. Maatalouden menoista energian osuus on ollut jatkuvasti kasvussa ja oletettavaa on, että sen osuus kasvaa tulevaisuudessakin. Maataloustuotannossa käytetään yhä enemmän koneita ja laitteita, joten energian kulutus kasvaa ja toisaalta fossiilisen energian hinta on jatkuvasti kallistunut. Yksittäinen viljelijä voi säästää energiaa helposti kymmeniä prosentteja ja tällä on jo taloudellista merkitystä tilalle. Ennen kuin energiansäästötoimenpiteitä voidaan arvioida, pitää tietää nykyinen kulutus ja pitää tietää normaali kulutus. Tämä tarkoittaa energian käytön seurantaa ja vertailua muihin vastaavanlaisiin tuotantoihin. Osa säästöistä on helppo ja halpa toteuttaa, tarvitaan vain tietoa miten työ voidaan tehdä energiatehokkaasti. Energian käyttö ja seuranta maatiloilla oppaassa tarkastellaan yleisesti energiaa ja miten sitä käytetään maataloudessa. Energiansäästön tärkeimpiä toimenpiteitä on energian kulutuksen seuranta ja vertailu keskimääräisiin arvoihin. Pelkkä tilatason seuranta ei riitä, vaan kulutus pitää suhteuttaa tuotantoon. Käytännössä tämä tarkoittaa esimerkiksi kulutusta pinta-alaa kohden (l/ha) tai tuotekiloa kohden (kg/maito litra). Näitä lukuja kutsutaan energian ominaiskulutuksiksi ja ne kertovat kuinka energiatehokasta tuotanto on. Sää vaikuttaa sekä satoon että rakennusten energian kulutukseen. Tällöin muutaman vuoden energian seuranta ei vielä paljasta onko energian säästössä onnistuttu. Monivuotinen seuranta vasta näyttää energian kulutuksen suunnan. Energia-analyyseissä on myös tärkeää, että ne tehdään samalla lailla. Silloin puhutaan suorasta ja epäsuorasta energian kulutuksesta sekä siitä otetaanko niitä mukaan analyysiin vai ei. Samoin siemenet, ostorehut ja ostoeläimet muodostavat oman ongelmansa, kun vertaillaan esimerkiksi sikaloita, joista toinen kasvattaa siat porsaasta asti ja toinen ostaa porsaat. Tässä oppaassa selostetaan analyysejä ja myös tehdään ohjeita ja menettelytapoja energia-analyysien tekemiseen.

5 Sisältö 1 Mitä energia on? Työ ja teho Energia Hyötysuhde Mihin energiaa käytetään ja mitä päästöjä siitä syntyy Suora energian tarve Peltoviljelyn energian kulutus Kotieläintuotannon energian kulutus Epäsuora energian tarve Koneiden valmistusenergia Rakennusten valmistusenergia Lannoitteiden ja kemikaalien valmistusenergia Elävät tuotantopanokset Energia-analyysit Maataloustuotannon energia-analyysit Energiataseet Energiasuhde Nettoenergiasaanto Ominaistuotto Maatilan energia-analyysit Perusanalyysi (Top-Down) Yksityiskohtainen analyysi (Bottom-Up) Energia-analyysin tekeminen Päästöt CO 2 -ekvivalentti Hiilidioksidipäästö Päästökauppa Energiankäytön vertailu Energiankulutuksen seuranta Traktorit ja työkoneet Lämmityslaitteet Viljan kuivaus Rakennukset Sähkölaitteet Karjatalouskoneet Puhaltimet Veden pumppaus ja lämmin käyttövesi Ruokinta Lypsy ja maidonjäähdytys Lannanpoisto Valaistus

6 SISÄLTÖ 5 5 Esimerkkejä seurannasta Seurantamenetelmät Kasvintuotantotilat Kasvintuotantotila KTT Kasvintuotantotila KTT Lypsykarjatilat Lypsykarjatila LKT Lypsykarjatila LKT

7 Luku 1 Mitä energia on? Jukka Ahokas Helsingin yliopisto Nimi energia juontaa kreikan kielestä ja tarkoittaa toimeliaisuutta tai toimintaa. Fysiikassa energia tarkoittaa sitä, että järjestelmällä on mahdollisuutta tehdä työtä. Energian SI-järjestelmän mukainen yksikkö on joule (J), mutta sen rinnalla käytetään myös muita yksiköitä, kuten kwh tai sen monikertoja. Perusyksikköä joulea käytetäänkin melko harvoin johtuen siitä, että energian kulutus mitataan muina kuin perusyksikköinä. Sähkö mitataan yksikössä kwh, nestemäisten polttoaineiden kulutuksena käytetään litroja ja kiinteiden polttoaineiden kuten polttopuiden kuutiometrejä. Energia voi esiintyä eri muodoissa, esim. potentiaalienergiana, liike-energiana, lämpöenergiana ja sähkömagneettisina energiana. Tavallisimmin energia muutetaan mekaaniseksi työksi tai sitä käytetään rakennusten lämmittämiseen tai ruuan tai rehun valmistamiseen. Polttomoottoreiden ja lämmityskattiloiden käytössä polttoaineiden kemiallinen lämpöenergia vapautetaan ja sen avulla tehdään mekaanista työtä tai lämmitetään rakennuksia tai prosesseja. Erilaisia energioita voidaan näin muuttaa muodosta toiseen. Muunnosten hyötysuhteet eivät ole 100% vaan niissä tapahtuu aina energian häviämistä siten, että muunnetussa muodossa on aina vähemmän energia kuin alkuperäisessä muodossa. 1.1 Työ ja teho Fysiikassa työ määritetään siten, että voima kerrotaan matkalla, tai jos kyse on pyörivästä voimansiirrosta momentti kulmalla, yhtälöt 1.1 ja 1.2. Teho ilmoittaa kuinka nopeasti työ on tehty ja se saadaan jakamalla työ ajalla, yhtälöt 1.3 ja 1.4. W = F s (1.1) W = M α (1.2) P = W t (1.3) P = F s t W = työ F = voima s = matka M = momentti α = kulma t = aika P = teho v = nopeus = F v (1.4) Sähkötekniikassa teho saadaan kertomalla virta jännitteellä kun kyseessä on tasajännite, yhtälö 1.5. Vaihtojännitteen tehossa pitää ottaa huomioon sähkölaitteen mahdollisesti aiheuttama virran ja jännitteen vaihe-ero. Tämän cosφ arvo on usein ilmoitettu laitteen konekilvessä. Yksivaiheisen sähkölaitteen teho saadaan yhtälön 1.6 avulla. Kolmivaiheisen sähkölaitteen teho saadaan laskemalla kunkin vaiheen tehot yhteen. Usein kuormitus on symmetrinen eli kunkin vaiheen virta on yhtä suuri, silloin teho voidaan laskea yhtälön 1.7 avulla. 6

8 LUKU 1. MITÄ ENERGIA ON? 7 P = UI (1.5) U = jännite I = virta P = UIcosφ (1.6) φ = jännitteen ja virran välinen vaihe-ero P = 3U p I p cosφ (1.7) U p = pääjännite (nimellisarvo 400 V) I p = päävirta Edellä olevat sähkötekniikan tehoyhtälöt määrittävät verkosta otetun sähkötehon. Sähkölaitteella voi olla myös muitakin häviöitä ja saatu hyötyteho on edellä esitettyjä alhaisempi. Esimerkki 1. Äes tarvitsee 10 kn vetovoiman ja äestysnopeus on 11 km/h. Mikä on äkeen teho ja tekemä työ kun työleveys on 5 m.? m s P=Fv = 10 kn 11 3,6 = 30,6 kw. Traktorin moottorista vaaditaan tätä selvästi suurempi teho, koska osa moottoritehosta kuluu traktorin omaan liikkumiseen ja pyörien luistoon. Äkeen työsaavutus on q=bv=5m 11 m 3,6 s = 15,3 m 2 s = 5,5 ha/h. Yhden hehtaarin äestämiseen kuluu 0,18 h, jolloin tarvitaan 30,6 kw 0,18h=5,6 kwh työ. Yksi kwh = 1000 W 3600s = 3,6 MJ, jolloin perusyksikköä käyttäen saadaan 20,2 MJ/ha työ. Tehosta ja työstä puhuttaessa täytyy muistaa, että koneen tai laitteen kuorma määrittelee tarvittavan tehon, ei koneen nimellisteho. Moottoreiden nimellistehot on ilmoitettu niiden tyyppikilvissä. Nimellisteho tarkoittaa pitkäaikaiseen jatkuvaan työhön käytettävissä olevaa tehoa eikä sitä miten moottori kuormittuu työssä. Esimerkki 2. Pumpun sähkömoottorin tyyppikilvessä on ilmoitettu nimellistehoksi 11 kw ja cosφ arvoksi on annettu 0,85. Kuinka suuren tehon moottori ottaa sähköverkosta? Esimerkkiä ei voida laskea, koska ei tiedetä moottorin kuormitusta. Se täytyy mitata esimerkiksi mittaamalla moottorin verkosta ottama virta. Mittauksissa on saatu, että moottori ottaa 6 A virran. Nyt voidaan laskea sen ottama pätöteho, P= 3 400V 6A 0, 85= 3,5 kw. Edellä on käsitelty mekaanista työtä ja tehoa sekä sähkötehoa. Maataloudessa käytetään myös ilman tai nesteen virtausta. Ilmaa käytetään kuivureissa siirtämään kosteus pois materiaalista ja karjasuojissa se huolehtii hyvästä sisäilmasta. Työkonehydrauliikassa käytetään öljyn virtausta ja painetta työn tekoon. Vesipumpuissa käytetään virtausta siirtämään vettä paikasta toiseen. Virtauksessa oleva teho saadaan yhtälön 1.8 avulla. Yhtälön paine p tarkoittaa virtauksen kokonaispainetta, staattisen ja dynaamisen paineen summaa. Dynaamisen paineen osuus on usein pieni ja virtauksen teho voidaan laskea pelkästään staattisen paineen avulla. P = q v p (1.8) q v = materiaalin tilavuusvirtaus p = paine Esimerkki 3. Kuivuriuuni tuottaa m3 h ilmavirtauksen. Kuivuri ja vilja aiheuttavat 400 Pa vastapaineen (staattisen paineen). Mikä on virtauksen teho? P=18000 m3 3600s 400P a= 2000 W. Virtauksessa siirtyy koko ajan 2 kw virtausteho. Puhaltimien hyötysuhteet ovat %, jolloin puhaltimen moottorin akseliteho on esim. 50% hyötysuhdetta käytettäessä 4 kw. Jos P kyseessä on 3-vaiheinen sähkömoottori, sen ottama virta verkosta on yhtälöstä 1.7 ratkaistuna I = 3Ucosφ. Kun cosφon esim. 0,9 ja pääjännite 400 V, saadaan I = 4000W 3 400V 0,9 = 6, 4A. Polttoaineen kulutuksesta voidaan haluttaessa laskea pinta-alaa kohti tehty työ. Kun polttoaineen kulutus pinta-alaa kohti tiedetään, sen lämpösisällön ja moottorin hyötysuhteen avulla saadaan tehty työ, yhtälö 1.9. W = H a q a ρ η mo (1.9)

9 LUKU 1. MITÄ ENERGIA ON? 8 W = työ q a = polttoaineen kulutus pinta-alaa kohti η mo = moottorin hyötysuhde Polttomoottorin hyötysuhde voidaan laskea moottorin ominaiskulutuksesta, yhtälö Ominaiskulutus riippuu moottorin kuormittumisesta sekä myös moottorin ominaisuuksista. Kun moottoria kuormitetaan reilusti ominaiskulutus on luokkaa g/kwh. Kevyesti kuormitettuna ominaiskulutus on g/kwh. Dieselöljyn tai moottoripolttoöljyn lampösisältö on 43 MJ/kg (11,9 kwh/kg). η mo = Kun yhtälöt 1.9 ja 1.10 yhdistetään, saadaan yhtälö H a q om (1.10) W = q a ρ q om (1.11) Esimerkki 4. Kynnöllä polttoaineen kulutus on 18 l/ha ja koska on kyse raskaasta työstä voidaan moottorin katsoa kuormittuvan hyvin, jolloin ominaiskulutus on 250 g/kwh. Polttoaineen tiheys on 0,83 kg/l. Laske kynnön työ pinta-alaa kohti. 1 Moottorin hyötysuhde on η mo = kwh/ha = 215 MJ/ha. kg kw h 11,9 0,25 kw h kg 18 0,83 l kg kw h = 33,6 %. Kynnössä tehty työ on W= 0,25 ha l kg = 59,8 1.2 Energia Energialla tarkoitettiin kykyä tehdä työtä. Maataloudessa käytetään polttoaineita kiinteinä, nestemäisinä tai kaasumaisina energian lähteinä tai sähköenergiaa. Polttoaineiden sisältämä energia vapautetaan polttamalla ja se hyödynnetään joko lämpönä tai mekaanisena työnä polttomoottorin avulla. Energiasta käytetyt yksiköt vaihtelevat sen mukaan miten energiaa myydään. Sähköenergian määrä on helppo mitata kwh yksikkönä, joten sitä käytetään sähkön myynnissä yksikkönä. Polttoaineet mitataan usein tilavuusmittoina ja litrat ja kuutiometrit ovat käytössä niiden kaupassa. Kuljetusvälineiden polttoaineet ostetaan aina litroina ja kulutukset ilmoitetaan litroina yhteisesti sovittua yksikköä kohti (l/100 km, l/h, l/(t km)...). Joitakin aikoja sitten energian yksikkönä koko maata käsittelevissä tilastoissa käytettiin öljytonneja (toe = ekvivalenttinen öljytonni). Perusyksikköä joulea ei ole energian kaupassa käytössä, mutta polttoaineiden lämpöarvot ilmoitetaan tyypillisesti yksikkönä MJ/kg. Taulukossa 1.1 on esitetty eri energiayksiköiden muuntosuhteita. Taulukko 1.1: Energiayksiköiden muuntokertoimia MJ kwh toe kcal MJ 1 0, , ,89 kwh 3,6 1 0, toe kcal 0, , , SI-järjestelmässä käytetään varsinaisen yksikön lisänä yhteisesti sovittuja kirjainsymboleja esittämään tuhansien kertalukuja, nämä on esitetty taulukossa 1.2. Taulukko 1.2: SI-järjestelmän tuhansien kertaluvut ja niiden symbolit Nimi Lyhenne Suuruus kilo k 10 3 Mega M 10 6 Giga G 10 9 Tera T Peta P Exa E Materiaalien energiasisältö ilmoitetaan niiden lämpöarvojen avulla. Lämpöarvo tarkoittaa energiamäärää, joka materiaalista vapautuu lämpönä kun se poltetaan. Taulukossa 1.3 on esitetty muutaman materiaalin tyypillisiä lämpöarvoja silloin, kun tuote on täysin kuivaa. Energia muuntaminen lämmöksi tai työksi ei ole täysin

10 LUKU 1. MITÄ ENERGIA ON? 9 Taulukko 1.3: Materiaalien tehollisia lämpöarvoja Materiaali Lämpöarvo MJ/kg Lämpöarvo kwh/kg Vilja 20 5,6 Olki 19 5,3 Rypsin siemen 37 10,3 Puu 19 5,3 häviötöntä, palamisessa päästään parhaillaan yli 90 % hyötysuhteeseen. Lihastyön hyötysuhde on parhaimmillaan yli 20 % eli syödyn leivän energiasta vain osa voidaan muuttaa fyysiseksi työksi. Polttomoottorit pystyvät muuntamaan polttoaineen energiasta parhaimmillaan 45% mekaaniseksi työksi. Materiaaleissa on aina kosteutta mukana ja se otetetaan huomioon vähentämällä veden osuus painosta sekä myös vähentämällä veden höyrystymiseen tarvittava energiamäärä, yhtälö H a = H ak (1 w) 2, 443 w (1.12) H a = materiaalin tehollinen lämpöarvo käyttökosteudessa H ak = materiaalin kuiva-aineen lämpöarvo w = materiaalin vesipitoisuus Materiaalin vesipitoisuus voidaan ilmoittaa kahdella eri tavalla, joko aineen kuiva-aineen suhteen tai kokonaismäärän (vesi ja kuivamateriaali) suhteen. Yhtälössä 1.12 on käytetty jälkimmäistä tapaa ja se on meillä yleisesti käytetty ilmoitustapa. Vesipitoisuus määritetään kuivaamalla näyte-erä ja vähentämällä alkuperäistä painosta kuivattu paino saadaan näytteestä poistunut vesimäärä. Jos tätä verrataan alkuperäiseen painoon, saadaan ns märkäkosteus (wb = wet basis). Jos vertailuna on kuivattu paino, saadaan kuivakosteus tai kosteussuhde (db = dry basis). Tuotteen sisältämä energiamäärä saadaan kertomalla tuotemäärä sen lämpösisällöllä, yhtälö E tuote = m H a (1.13) H a = materiaalin tehollinen lämpöarvo käyttökosteudessa m = tuotteen massa Esimerkki 5. Viljan kosteus on 14%. Mikä on sen lämpöarvo? Viljan kuiva-aineen lämpöarvo on 20 MJ/kg, jolloin saadaan: H a = 20(1 0, 14) 2, 443 0, 14 = 16,9 MJ/kg = 4,7 kwh/kg. 1.3 Hyötysuhde Energian käytössä ei päässä koskaan 100% hyötysuhteeseen. Lisäksi samankin prosessin tai käytön hyötysuhde riippuu monesti kuormituksesta. Hyötysuhde voidaan laskea tehon tai energian avulla, yhtälö Hyötysuhdetta voidaan ajatella myös systeemianalyyttisesti. Piirrämme prosessin tai koneen ympärille rajan ja tarkastelemme energiavirtauksia systeemiin ja systeemistä pois. Saadun hyötytyön suhde systeemiin tulevaan energiaan on sen hyötysuhde. η = W E = P työ (1.14) P käyttö η = hyötysuhde W = tuotettu työ tai energia E = työhön käytetty energia P työ = saatu teho P käyttö = käyttöteho Esimerkki 6. Viljan viljelyssä käytämme energiaa 35 GJ/ha (9700 kwh/ha) ja saamme satona 3500 kg/ha viljaa. Mikä on viljelyn hyötysuhde? Sato on 3500 kg/ha ja sen varastointikosteus on 14%. Viljan energiasisältö on yhtälön 1.13 mukaisesti H a = 20 (1 0, 14) 2, 443 0, 14= 16,9 MJ/kg (4,7 kwh/kg) ja hehtaarilta saatu energiamäärä on , 9=59 GJ/ha (16400 kwh/ha). Hyötysuhde on η = = 169%. Hytötysuhdehan on aina alle 100%, muutoin keksisimme ikiliikkujan. Tässä tapauksessa olemme unohtaneet laskuista auringon energian. Jos hehtaarille tuleva auringon säteilyenergia otettaisiin mukaan, hyötysuhde olisi enään muutaman prosentin luokkaa. Emme siis keksineet ikiliikkujaa.

11 Luku 2 Mihin energiaa käytetään ja mitä päästöjä siitä syntyy Jukka Ahokas Helsingin yliopisto Tuotannossa käytetyt energiat voidaan jakaa kahteen osaan, suoraan ja epäsuoraan käyttöön. Suoraa käyttöä ovat viljelykautena tarvittavat polttoaineet ja sähköenergia eli kaikki suoraan tilalle tuotu energia. Epäsuoraan energiaan kuuluu koneiden valmistukseen ja huoltoon tarvittava energia. Lannoitteiden ja kemikaalien valmistus luentaan myös epäsuoraan energian tarpeeseen. Niiden levittämiseen pellolle tarvittava polttoaine on taasen suoraa energian tarvetta. Epäsuoran energian laskennassa joudutaan usein ongelmatilanteisiin, koska laskentaketju vaikuttaa päättymättömältä. Esimerkiksi maataloustyökoneiden valmistusta varten pitää hankkia koneita ja rakentaa rakennuksia ja taas näiden koneiden rakentamiseen tarvitaan omat koneet jne. Tämä ketju katkaistaan usein silloin, kun osan vaikutus kokonaiskulutukseen on alle 5%. Epäsuora energia otetaan lähes aina sen mukaan kuinka paljon energiaa on tarvittu valmistamiseen, ei lämpö- tai energiamäärän mukaan kuten suora energia. Suoran ja epäsuoran energian ongelmana on niiden erilaiset laskentatavat. Kun tilalle ostetaan sähkö sen energiasisältö on ostettu energiamäärä (kwh). Sähkön tuottamiseen ja siirtämiseen tarvitaan myös energiaa, mutta sitä ei oteta huomioon. Polttoaineiden energiasisältö on niiden lämpöarvo. Epäsuora energia lasketaan tavallisesti sen tuottamiseen tarvittavan energiamäärän mukaan, ei esimerkiksi sen lämpöarvon mukaan. Maatilalta pois lähtevien tuotteiden energia lasketaan niiden lämpöarvon mukaisesti. Suoran ja epäsuoran energian lisäksi on myös elävien tuotantopanosten energia. Kun maatila ostaa siemeniä tai porsaita, nämä eivät ole suoraa energiaa eivätkä epäsuoraa energiaa vaan usein tässä välimaastossa olevia panoksia. Näiden käsittely ja arvotus vaativat omia pelisääntöjä, jotta lukemista saataisiin vertailukelpoisia. Suoran ja epäsuoran energian tilastointi vaikuttaa myös erilailla energiansäästölukemiin. Maatalous voi säästää ravinnekierrolla ravinteita, mutta tämä säästö näkyy lannoitteiden valmistumisen vähenemisen takia teollisuuden energiankulutustilastoissa. 2.1 Suora energian tarve Peltoviljelyn energian kulutus Suoran polttoaineen kulutuksen ja kemikaalien valmistusenergioiden arvoja on taulukossa 2.1. Nämä arvot vaihtelevat maalajin, maan kosteuden, ajonopeuden, kasvuston ja konetyypin mukaan. Ne ovat siten vain tyypillisiä arvoja kyseiselle työlle. Traktorin ja työkoneen koolla on normaalisti pieni vaikutus hehtaari kohti laskettuun polttoaineen kulutukseen. Esimerkiksi äestettäessä meidän on tehtävä tietty työ jolla maa murretaan ja muokataan ja tämä työ aiheuttaa peruskulutuksen. Oikein valittuja koneita käytettäessä koneiden vaikutus on vähäinen, maan muokkaamiseen tarvittava energia pääosassa. Töiden polttoaineenkulutukset lasketaan yhteen ja muunnetaan polttoaineen lämpösisällön avulla energiaksi, yhtälö 2.1. Taulukossa 3.4on annettu eri polttoaineiden energiasisällöt. E = H a q pa ρ (2.1) E = energia q pa = polttoaineen kulutus ρ = polttoaineen tiheys H a = polttoaineen tehollinen lämpöarvo 10

12 LUKU 2. MIHIN ENERGIAA KÄYTETÄÄN JA MITÄ PÄÄSTÖJÄ SIITÄ SYNTYY 11 Taulukko 2.1: Peltotöiden ja tuotantopanosten tyypillisiä energiankulutuksia Työ Kulutus l/ha Kyntö Sänkimuokkaus, piikkiäes 10,0 Sänkimuokkaus, lautasäes 7 Pintaäestys 5 Kylvömuokkaus 5-10 Kylvö, yhdistelmäkone 4-8 Suorakylvö 8 Lannoitteen pintalevitys 3 Ruiskutus 2 Puinti 9-15 Heinän niitto 4-6 Viljan kuivaus 120,0 (g polttoöljyä haihdutettua vesikiloa kohden) Paalaus 4-8 Kuljetus tiellä 0,06 l/(t km) l/100 km Typpilannoitteen valmistus 49,2 MJ/kg (13,7 kwh/kg) Fosforilannoitteen valmistus (P 2 O 5 ) 15,5 MK/kg (4,3 kwh/kg) Kalilannoitteen valmistus (K 2 O) 9,7 MJ/kg (2,7 kwh/kg) Torjunta-aineiden valmistus 273,6 MJ/kg (76,0 kwh/kg) Kalkki 1,3 MJ/kg (0,4 kwh/kg) Esimerkki 7. Kynnössä polttoainetta tarvitaan 25,1 l/ha, mikä on tätä vastaava energiamäärä? Kun polttoaineen tiheys on 0,83 kg/dm 3, saadaan E=43MJ/kg 25,1 l/ha 0,83 kg/dm 3 = 896 MJ/ha. Tämä voidaan muuttaa yksikköön kwh, jolloin saadaan 249 kwh. Energiataseet lasketaan koko viljelykaudelle ja siihen otetaan mukaan kaikki pellolla tehty työ. Myös kuljetukset otetaan huomioon, samoin viljankuivaukseen ja käsittelyyn kuluva energia. Viljan kuivauksessa kulutetaan taulukon 2.1 mukaan 120 g eli 1,5 dl polttoöljyä haihdutettua vesikiloa kohden. Tämä vastaa 5,2 MJ tai 1,4 kwh energiamäärää. Puitavan viljan kosteudet vaihtelevat vuosittain ja haihdutettava vesikilomäärä ja tavittava energiamäärä muuttuu sen mukaisesti, yhtälö 2.2. M vp = M s w a w l 1 w a (2.2) M vp = poistettava vesimäärä M s = sato loppukosteudessa w a = viljan puintikosteus w l = kuivauskosteus Esimerkki 8. Vuotuinen tilan viljasato on 350t (13 % vilja). Keskimääräinen puintikosteus on 22% ja vilja kuivataan 13% kosteuteen. Kuinka paljon haketta pitää varata kuivausta varten? Lasketaan ensin poistettava vesimäärä, M vp = 350t 0,22 0,13 1 0,22 = 40, 4t. Jokaisen vesikilon poistamiseen tarvitaan 5,2 MJ energiaa eli kaikkiaan tarvitaan 210 GJ tai kwh energiaa. Jos hake on 25% kosteusta, yhden hakekilon energiamäärä on yhtälön 1.12 mukaan, H a = (1 0, 25) 19 MJ MJ kg - 2,443 kg 0, 25 = 13,6 MJ/kg. =15440 kg. Jos hakkeen tilavuuspaino on 200 kg/m 3, saadaan Tästä saadaan tarvittava hakemäärä, MJ 13,6 MJ kg tarpeeksi 77 m 3. Tässä laskussa ei ole otettu huomioon kattilahyötysuhdetta. Hakekattilalle voitaisiin käyttää 80% hyötysuhdetta, jolloin tarvittava hakemäärä on 77m3 0,8 = 96 m3.

13 LUKU 2. MIHIN ENERGIAA KÄYTETÄÄN JA MITÄ PÄÄSTÖJÄ SIITÄ SYNTYY 12 Esimerkki 9. Viljelykierrossa tehdään seuraavat toimenpiteet, kyntö syksyllä, äestys kolmeen kertaan keväällä, kylvö, kasvinsuojelu, puinti ja kuivaus. Kuinka paljon energiaa kulutetaan hehtaaria kohti kun satotaso on 3,5t ja puintikosteus on 20%? Alla olevassa taulukossa on laskettu yhteen eri töiden energian kulutukset sekä myös hiilidioksidimäärät. Suurimpana kuluttajana on viljan kuivaus, joka kuluttaa lähes yhtä paljon kuin muut työt yhteensä Kotieläintuotannon energian kulutus Kotieläintuotannon kokonaisenergian kulutus koostuu karjarakennusten kulutuksista ja sen lisäksi niihin yleensä lasketaan mukaan rehun hankkimiseen, tekemiseen ja kuljettamiseen tarvittava energiamäärä. Esimerkiksi viljan tai heinän viljelyn tarvittava energiamäärä saadaan peltotuotannon energialaskelmien avulla. Taulukossa 2.2 on esitetty sianlihan ja maidon ominaisenergian kulutuksia. Taulukko 2.2: Eläintuotannon energiankulutuslukuja ([Hörndahl 2007, Mikkola and Ahokas 2009]) Tuotanto Ominaiskulutus Maito Sianliha Munan tuotanto Broilerituotanto 0,3-0,9 kwh/l maitoa 4,4-8,1 kwh/kg lihaa 0,15-0,25 kwh/kg munia 0,91 kwh/kana 2.2 Epäsuora energian tarve Epäsuoralla energialla tarkoitetaan sitä energian käyttöä, joka ei tapahdu tilalla vaan sen ulkopuolella. Tyypillisesti kyseessä ovat erilaiset valmistusenergiat. Nämä pitäisi myös ottaa huomioon energia-analyyseissä, ongelmana on tietojen heikko saatavuus. Lisäongelmana on energian kulutuksen kohdentaminen koneille ja rakennuksille. Usein koneita ei käytetä täysin loppuun vaan ne vaihdetaan uudempaan. Tällöin koneen koko elinikä ei ensimmäisellä käyttäjällä tule täyteen. Lisäksi koneen käyttökelpoista elinikää on vaikea arvioida. Epäsuora energiapanos lasketaan lähes aina sen valmistukseen, kuljettamiseen ja ylläpitoon kuluneen energian perusteella ei sen lämpöarvon perusteella Koneiden valmistusenergia Koneiden valmistusenergiassa teräksen käyttö näyttelee suurinta osaa. Yhden teräskilon valmistamiseen tarvitaan MJ/kg (5,6-8,3 kwh/kg) energiamäärä. Koneet tarvitsevat varaosia ja huoltoa. Näihin tarvitaan oma energiamääränsä. Näissä arviot liikkuvat % luokassa kun ylläpitoa verrataan valmistukseen. Joidenkin koneiden osalta varaosiin ja korjauksiin tarvitaan selvästi suurempi energiamäärä kuin valmistukseen. Traktoreilla ja itsekulkevilla työkoneilla valmistus- ja huoltoenergian tarve voidaan laskea myös polttoainekulutuksen mukaan. Näin laskien sen osuus on 20-30% polttoaineen kulutuksesta ([Mikkola ja Ahokas 2009]). Maatiloille tehtävissä energia-analyyseissä koneiden valmistukseen ja ylläpitoon tarvittavaa energiaa ei yleensä oteta huomioon.

14 LUKU 2. MIHIN ENERGIAA KÄYTETÄÄN JA MITÄ PÄÄSTÖJÄ SIITÄ SYNTYY Rakennusten valmistusenergia Rakennusten epäsuora energiantarve on samanlainen kuin koneilla. Rakennuksen ja rakennusmateriaalein valmistamiseen tarvitaan energiaa. Energiaa tarvitaan myös rakennusten hoitamiseen ja korjaukseen ja lopuksi tarvitaan energiaa rakennusten hävittämiseen. Rakennusten erilaisista rakennustavoista ja materiaalieista johtuen tarkka epäsuoran energian käytön laskenta on hyvin vaativa tehtävä. Epäsuora energian käyttö ilmoitetaan myös eri tavoilla ja laskenta voidaan tehdä eripitkälle kestoiälle. Rakentamiseen ja rakennuksen hävittämiseen elinkaaren lopulla tarvitaan energiaa 5-34 GJ/m 2 ( kwh/m 2 ). Rakennusten elinikinä on käytetty vuotta, jolloin vuotta kohden saadaan MJ/m 2 ( kwh/m 2 ) energian tarve [Ahokas ja Schäfer 2010]. Maatalousrakennuksille 150 MJ/m 2 (42 kwh/m 2 ) vuotuinen epäsuoran energian tarve vaikuttaa normaalilta lukemalta. Pitkä elinikä vähentää vuotuista epäsuoran energian tarvetta. Maatiloille tehtävissä energia-analyyseissä rakennusten valmistukseen ja ylläpitoon tarvittavaa energiaa ei yleensä oteta huomioon Lannoitteiden ja kemikaalien valmistusenergia Lannoitteiden ja kemikaalien valmistusenergiat on myös esitetty taulukossa 2.1. Lannoitteiden käyttö vaikuttaa satotasoihin ja sitä kautta myös energiasuhteisiin, kuva 2.1. Lannoituksen lisääntyessä energiasuhde paranee, mutta sillä on myös havaittavissa selvä optimikohta, jonka jälkeen lannoitteen lisäkäyttö pienentääkin suhdetta. Silloin sadon lisäyksessä saatava energian lisäys on pienempi kuin lannoitteen lisäyksen valmistuksessa tarvittava energiamäärä. Kuva 2.1: Kasvintuotannon energiasuhteita lannoitetason funktiona [Mikkola ja Ahokas 2009] Elävät tuotantopanokset Maatalous on erikoistunut siten, että osa viljatiloista on erikoistunut siementuotantoon, osa karjatiloista on erikoistunut tietyn osan esimerkiksi porsaiden tuotantoon. Näiden ns elävien panosten laskennassa voidaan käyttää niiden lämpöarvoa, niiden tuottamiseen tarvittavaa energiamäärää tai näiden summaa. Otetaan esimerkkinä kaksi tilaa, joista toinen ostaa siemenet ja myy koko sadon, toinen tila taas käyttää omaa siementä koko ajan. Jälkimmäisen myyty sato on aina siemenmäärän verran pienempi, koska seuraavan vuoden kylvöihin on varattava siemenet korjatusta sadosta. Tilalta poistunut energiapanos jää siten siemenmäärän verran pienemmäksi. Jotta tilojen viljelymenetelmien energiatehokkuuksia voitaisiin verrata, ostosiemenen hankkivan tilan siementen lämpöarvo täytyy ottaa huomioon, koska omaa siementä käyttävä tila käyttää osan tuotantopanoksesta siementuotantoon. Jotta nämä kaksi tilaa olisivat tasa-arvoisia analyyseissä, ostosiementen lämpöarvoon on lisättävä vielä siementen tuotantoon tarvittava energiamäärä. Tämä voidaan tehdä tietysti myös niin, että sadosta vähennetään aina siemenmäärä ja ostosiemenelle käytetään vain sen tuottamiseen tarvittavaa energiamäärää. Se kumpaa tapaa käytetään vaikuttaa energiavirtojen suuruuksiin. Jos ostosiemenen lämpöarvo ja

15 LUKU 2. MIHIN ENERGIAA KÄYTETÄÄN JA MITÄ PÄÄSTÖJÄ SIITÄ SYNTYY 14 valmistusenergia summataa, silloin tilalle tuleva energiavirta on suurempi ja sen osuus kaikista tulevista energiavirroista on myös suurempi. Toisaalta sadon mukana poistuva energiavirta on myös suurempi. Analyyseissä pitäisi selvästi ilmoittaa miten se on tehty. Sama asia tulee esiin myös karjataloudessa. Sianlihan tuottajat harvoin tuottavat porsaat itse vaan ne ostetaan muualta ja ne ovat saapuessaan n 30 kg painoisia. Teurastomoon lähtiessään niiden paino on reilut 100 kg eli lihantuottaja on kasvattanut niitä n 70 kg verran. Sian alkukaskasvatus vaatii myös energiaa eli se pitää arvioida jos esimerkiksi verrataan tiloja, joista toinen kasvattaa myös porsaat ja toinen ostaa ne. Karjatilalla lanta pellolle levitettynä vähentää omalta osuudeltaan tarvittavaa ostolannoitteiden määrää. Lanta ei aina ylitä tilan rajoja ja sen vaikutus näkyy lannoitteiden määrässä, joten sitä ei tarvitse laskea erikseen. Jos halutaan selvittää sen merkitys, niin silloin voidaan käyttää lannan arvona sitä energiamäärä kuinka paljon se vähentää väkilannoitemäärää ja sitä kautta laskettua valmistusenergiamäärää. Jos tila myy lantaa tai olkea, niin silloin niiden energiamäärä ylittää tilan rajan ja lämpöarvoa voidaan käyttää saatuna tuottona. Karjan rehu voi olla joko tilalla tuotettua tai ostorehua. Ongelmana on ostorehun energiapanoksen määrittäminen. Tilalla viljellyn rehun energian kulutus muodostuu pelkästään viljelyyn käytetystä energiasta. Tämä tarkoittaa sitä, että oman rehun energiapanoksena on lannoitteiden valmistusenergia ja viljelyssä ja sadon korjuussa käytettyä energiamäärää. Jotta ostorehua käsiteltäisiin samalla lailla, silloin otetaan huomioon vain rehun tuottamiseen tarvittava kaikki energiamäärä. Jos tila ostaa rehuohraa, sen panoksena on ohran viljelyyn tarvittu energiamäärä lisättynä tilalle kuljetukseen tarvittava energiamäärä. Jos kyseessä on rehutiiviste, silloin laskuissa pitäisi olla raaka-aineen viljelyyn käytetty energia + raaka-aineen kuljetukseen käytetty energia + tiivisteen valmistukseen käytetty energia + tiivisteen kuljettamiseen tilalle käytetty energia. Karjanlantaa voidaan käyttää joko suoraan ravinteeksi pellolla tai sitä voidaan hyödyntää mädätysprosessin kautta biokaasun raaka-aineena. Käyttötarkoituksesta riippuen sillä joko korvataan väkilannoitteita tai sitten se on energialähde. Periaatteessa lanta on jäte, joka hyödynnetään. Sillä ei ole valmistusenergiaa samalla lailla kuin lannoitteella ja sen tuottamiseen tarvittava energia on kohdistettu jo maidon tai lihan tuotannon energian kulutukseen. Lannan käsittely ja kuljettaminen kuitenkin vaatii energiaa, joten tilalla tapahtuva levitys ja käsittely on tilan omaa energian käyttöä. Kun lantaa siirretään tilalta toiselle, voidaan ajatella, että maatilalle tuodun lannan energiasisältö on sen kuljettamiseen ja käsittelyyn tarvittava energia silloin, kun se ylittää tilan rajan. Lannan lastauksen energian kulutus on 3-10 kwh/t [Posio 2010] ja trakorikuljetusten energian kulutus on luokkaa 1 kwh/(t km). Esimerkiksi 10 km kuljetusmatkalla energiantarve on kwh/t (märkä paino). Tällöin käsittelylle ja siirrolle voidaan käyttää esimerkiksi arvoa 15 kwh/t. Jos lantaa käytetään energialähteenä, silloin biokaasutukseen menevälle lannalle voidaan käyttää sen lämpöarvoa, etenkin jos tutkitaan biokaasuprosessin toimintaa. Tilalta lähtevä lanta on sivutuotetta tai jätettä tilalle ja jos se käytetään energiaksi (biokaasu), silloin voidaan käyttää sen lämpöarvoa lähtevänä energiamääränä. Olki on sivutuote ja maahan sekoitettuna se lisää maan multavuutta. Lantaan sekoittunut olki voidaan käsitellä lantana. Polttoon menevä olki taasen voidaan käsitellä sen lämpöarvon perusteella. Oljen kuiva-aineen lämpöarvo on 5,0 kwh/kg. Se mitä arvoa kussakin tapauksessa pitäisi käyttää ei ole kovin selvää, eikä näistä ole olemassa yhteisiä sopimuksia tai standardeja. Se mitä halutaan vertailla määrittää sen mitä arvoja voidaan käyttää. Tälläisessä tilanteessa pitäisi aina kertoa selvästi miten analyysi on tehty ja mitä arvoja siinä on käytetty. Taulukkoon 2.3 on koottu esimerkkejä siitä miten maatilojen energia-analyyseissä voitaisiin elävien tuotantopanosten suhteen menetellä. Edellä kuvatut laskentatavat pätevät kun tehdään maatilojen välistä tuotannon vertailua. Muissa analyyseissä menettelytavat on sovittava siten, että saadaan vertailukelpoisia tuloksia. Taulukossa 2.4 on esitetty analyysejä varten tarvittavia keskimääräisiä tuottamiseen tai valmistamiseen tarvittavia kulutustietoja.

16 LUKU 2. MIHIN ENERGIAA KÄYTETÄÄN JA MITÄ PÄÄSTÖJÄ SIITÄ SYNTYY 15 Kohde Lannoitteet Tilalta myytävät tuotteet Ostosiementen energiapanos Ostoporsaiden energiapanos lihantuotannossa Ostovasikan energiapanos maidontuotannossa Lanta tilan omassa käytössä Lantaa käytetään biokaasun raaka-aineena Lanta myydän levitettäväksi pellolle Olki Polttopuu Taulukko 2.3: Maatilojen elävien tuotantopanosten periaatteita Menettelytapa Enerigamääränä käytetään lannoitteen valmistukseen ja kuljetukseen käytetty energiamäärä Energiamääränä käytetään lämpöarvoa. Lihan osalta käytetään painona teuraspainoa, viljan osalta 14% kosteuden mukaista lämpöarvoa ja muiden tuotteiden osalta kuiva-ainepainoa. Tapa 1: Ostosiementen energiamäärä lasketaan lisäämällä lämpöarvoon sen tuottamiseen tarvittu energiamäärä (kuljetus ja käsittely). Tapa 2: Sadosta vähennetään siemenmäärä ja siementen energiapanoksena käytetään siementen käsittelyyn ja kuljetuksiin tarvittavaa energiaa. Tapa 1: Ostoporsaiden energiamäärä on niiden lämpöarvo lisättynä kasvattamiseen ja kuljettamiseen tarvittu energiamäärä Tapa 2: Myyntipainosta vähennetään porsaan paino ja energiapanoksena käytetään porsaan kasvattamiseen ja kuljettamiseen tarvittua energiaa Vasikan energiapanoksena käytetään niiden kasvattamiseen tarvittua energiamäärää. (Lihan merkitys katsotaan niin pieneksi ettei sitä oteta huomioon) Lanta vähentää tarvittavaa ostolannoitteiden määrää. Jos lannalle halutaan energia-arvo, niin sen arvona voidaan käyttää sitä kuinka paljon se on vähentänyt ostolannoitteen valmistusenergiaa. Esimerkiksi lannan liukoisen typen määrä on 15 kg/ha. Typen valmistusenergia on 13,7 kwh/kg. Tällöin lannan käyttö aikaansaa 206 kwh (15 kg/ha 13,7 kwh/kg) säästön tai hyödyn. Jos kyse on tilan sisäisestä biokaasulaitoksesta, lannan hyödyntäminen energiana vähentää polttoaineiden ja sähkön käyttöä. Jos tarkastellaan pelkästään biokaasulaitosta, silloin lannan energiana laitokseen laitettuna käytetään sen lämpöarvoa. Samalla lailla kuin ostolannoitteidenkin osalta energia-arvona käytetään valmistusenergiaa. Tämä tarkoittaa ostavalle tilalle kuljetukseen ja levittämiseen tarvittavaa energiamäärää. Jos olki myydään tilalta energiakäyttöön, sen energiamääränä voidaan käyttää sen lämpöarvoa. Kuivikkeeksi ostettu oljen energiamäärä on sen käsittelyyn ja kuljettamiseen tarvittu energiamäärä. Polttopuu ja hake on usein tilan sisäistä energiaa. Jos polttoaine ostetaan, silloin sen energiasisältönä käytetään sen lämpöarvoa. Taulukko 2.4: Tilojen välisessä vertailussa tarvittavia energian kulutustietoja Tuote Tuottamiseen/valmistamiseen tarvittava energiamäärä kwh/kg Viljan tuotantoon tarvittava 1,1 (14 % vilja) energia Viljan lämpöarvo 4,0 (14% vilja) Säilörehun tuotantoon 0,8 (kuiva-aine) tarvittava energia Nurmirehun lämpöarvo 4,7 (kuiva-aine) Karjan rehun valmistus ja 1,4 kuljetus Typpilannoitteen tuotanto 13,7 Fosforilannoitteen tuotanto 4,3 Kalilannoitteen tuotanto 2,7 Kalkin tuotanto 0,4 Lannan käsittely ja siirto 15 kwh/t (märkä paino) Lannan lämpöarvo 4,2 kwh/t (kuiva-aine) Polttopuu ja hake 5 kwh/kg (kuiva-aine)

17 Luku 3 Energia-analyysit Jukka Ahokas Helsingin yliopisto Energian kulutuksen selvittämiseen tarvitaan sekä tilakohtaista että myös kone- tai työkohtaista seurantaa ja kirjanpitoa. Tätä tarvitaan useammalta vuodelta, jotta vuotuiset säästä ja satovaihteluista johtuvat muutokset eivät vääristäisi tulosta. Saatuja tuloksia pitää verrata muiden viljelijöiden tuloksiin, jotta nähtäisiin onko oma kulutus normaalia, suurta tai pientä. Käytettäviä menetelmiä on useita erilaisia ja niissä käytetään erilaisia systeemin rajauksia. Energia-analyyseihin liittyy myös omaa terminologiaa ja nimityksiä. Näitä on esitetty mm Antikaisen raportissa [Antikainen 2010]. Alla on kyseisestä raportista poimittuja analyysien ja käsitteiden selostuksia: Nettoenergia-analyysi: Analyysissä verrataan tuotetun hyötyenergian määrää etsintään, jalostukseen ja jakeluun kuluvan kokonaisenergiamäärän. Tulos ilmoitetaan EROI (Energy Return on Investment) suhdeluvulla. Analyysin ongelmana on rajojen määrittely ja se, ettei se ota huomioon tuotetun energian käyttökohdetta. Exergia: Käytettävissä oleva energia, suurin mahdollinen työ, joka saadaan energia- tai materiaalivirrasta. Laskuja varten on kehitetty useita erilaisia menetelmiä. Exergialaskuissa on käytössä useita menetelmiä Cumulative Exergy Demand (CExD), Ecological Cumulative Exergy Consumption (ECEC), Extended Exergy Accounting (EEA), Cumulative Exergy Extraction from the Natural Environment (CEENE), Exergetic Life-cycle Analysis (ELCA)... Emergia: Tuotteen energiatarve lasketaan tarvittavan aurinkoenergian määrän avulla. Maatilojen energia-analyyseissä on erilainen lähtökohta. Niitä tehdään energiatehokkuuden parantamisen takia. Tässä kappaleessa selostetaan tätä tarkoitusta varten tehtävien analyysien menetelmiä. 3.1 Maataloustuotannon energia-analyysit Maataloustuotannon energiankäyttö on lisääntynyt voimakkaasti. Tähän on syynä maapallon väestönkasvu, työvoiman siirtyminen maaseudulta asutuskeskuksiin ja uudet tuotantotekniikat. Maataloustuotanto perustuu nykyisellään hyvin voimakkaasti energian käyttöön, 70 % tuotannon energiasta kuluu polttoaineisiin ja lannoitteisiin. Jotta maataloustuotantoa ja erilaisia tuotantotapoja voitaisiin arvioida niille on tehty energia-analyysejä sekä elinkaariarviointeja. Nämä liittyvät tuotannon ja menetelmien ekologiseen arviointiin ja niiden merkitys kasvaa jatkuvasti. Maataloudessakin pyrkimyksenä on energiatehokas tuotanto kestävän kehityksen mukaisesti. Energia-analyyseissä käytetään usein seuraavia askeleita: Tuotantoprosessi rajataan systeemianalyysin mukaisesti siten, että sen ympärille piirretään raja. Tämän lähestymistavan ansiosta itse prosessien sisäistä toimintaa ei tarvitse tietää, riittää kun tiedetään rajapinnan ylittävät virrat (kuva 3.1). Tämän alueen sisälle meneviä energioita ja ulos tulevia energioita tarkastellaan niiden lukuarvojen avulla. Itse päätuotteen lisäksi myös sivutuotteiden energiat voidaan ottaa tarkasteluun mukaan. Verrataan saatua energiaa tuotantoon käytettyyn energiaan, jolloin saadaan tuotannon energiasuhde. Myös voidaan verrata tuotettua yksikköä kohti käytettyä energiamäärää. Jos halutaan tehdä elinkaariarviota, silloin tarkastellaan myös päästöjä. Riippuen siitä mitä halutaan tarkastella rajattu systeemi voi sisältää myös alisysteemejä. Esimerkiksi tilalla, joka harjoittaa vain viljan viljelyä, voidaan tarkastella koko tilaa yhtenä systeeminä. Silloin systeemiin tuotu energia polttoaineina, sähkönä tai 16

18 LUKU 3. ENERGIA-ANALYYSIT 17 lannoitteina on tuotantoon käytetty energiavirta. Vastaavasti saatu sato on tuotettua hyötyenergiaa. Jos tarkastellaan alasysteemejä, niin esimerkiksi maan muokkaus voi olla oma alasysteemi. Muokkausmenetelmästä riippuen samaan lopputulokseen voidaan joutua käyttämään eri määrä energiaa. Energian käytön lukuarvot vaihtelevat maalajin, sääolojen ja maantieteellisen sijainnin mukaan. Esimerkiksi viljan kuivausta ei tarvita edullisilla alueilla (esim. Keski ja Etelä Eurooppa). Jos kuivausta tarvitaan siihen tarvittava energiamäärä riippuu viljan alkukosteudesta sekä myös ulkoilman lämpötilasta. Maalaji vaikuttaa voimakkaasti maan muokkaamiseen tarvittavaan energiamäärään. Analyyseissä pitääkin tämän takia selostaa laskentamenetelmät ja alkuarvot. Analyysien teko ei myöskään ole aina helppoa. Viljanviljelyssä sadoksi saadaan sekä olki että jyvät. Jos olkea ei pystytä hyödyntämään, sitä ei voida laskea hyödyksi. Kuva 3.1: Esimerkki viljelyn systeemianalyyttisestä tarkastelusta. 3.2 Energiataseet Tuotannolle voidaan laskea erilaisia energiataseita, kuten energiasuhteita, nettoenergiasaantoa tai ominaistuottoa. Näitä kutakin käytetään kuvaamaan tuotannon energian käyttöä ja tehokkuutta Energiasuhde Energiasuhde lasketaan käytetyn energiamäärän ja tuotteesta saadun lämpömäärän avulla. Tämä voidaan laskea yhtälön 3.1 mukaisesti. Energiasuhteen ja myös nettoenergiasaannin laskennassa on muistettava, että siinä käsitellään panoksia erilailla sen mukaan onko kyseessä suora energian kulutus, epäsuora energian kulutus tai elävä panos vai lähteekö se tilalta. Lähtevät panokset lasketaan lähes aina niiden sisältämän energian eli lämpöarvon avulla. Tämä energiamäärä saadaan vapautettua vain polttamalla materiaali. Usein lähtevä materiaali käytetään ravinnoksi, jolloin riippuu eläimestä (ihminen, nauta, sika, siipikarja) kuinka hyvin se pystyy hyödyntämään sen. Tilalle ostettujen epäsuorien energiapanosten energiasisältönä käytetään niiden tuottamiseen tarvittua energia, ei lämpöarvoa. Elävien panosten energiasisältö pitää tarkastella kappaleen mukaisesti. Tilalle ostetun suorien energiapanosten energia-arvona käytetään lämpöarvoa, koska siinä nimenomaan muutetaan energiaa työksi. N e = E tuote E tuotanto (3.1) N e = energiasuhde E tuote = tuotteen energiamäärä lämpöarvon mukaan laskettuna E tuotanto = tuotantoon käytetty energiamäärä

19 LUKU 3. ENERGIA-ANALYYSIT 18 Esimerkki 10. Viljan hehtaarisato on 3500 kg/ha. Viljelyyn tarvitaan kaikkiaan energiaa 400 l/ha polttoöljymäärä. Mikä on tuotannon energiasuhde? Kevyen polttoöljyn lämpösisältö on 43 MJ/kg, tiheys 0,835 kg/l ja viljan lämpöarvo on edellisten esimerkkien mukaisesti (14% kosteus) 16,9 MJ/kg. Tämän perusteella saadaan viljelyyn käytetyksi panokseksi E tuotanto = 0, = 14,4 GJ/ha. Vastaavasti sadossa on E tuote = ,9 = 59,2 GJ/ha energiamäärä, jolloin Ne = 59,2/14,4 = 4,1. Viljassa saadaan siten 4,1 kertainen energiamäärä, kun sitä verrataan käytettyyn panokseen. Olkisato voi olla lähes samansuuruinen kuin jyväsato, jolloin jos oljet voitaisiin hyödyntää saataisiin kuusinkertainen energiasuhde. Olkien energiakäyttö on kuitenkin hankalaa ja esimerkiksi lämmityskäyttöön tarvittaisiin olkien kuivaamista. Tuotannossa pitäisi päästä aina yli yhden energiasuhteeseen, muutoin tuotannossa käytetään enemmän energiaa kuin mitä tuotteesta saadaan. Etenkin bioenergian tuotannossa tämä on tärkeää, muutoin tuhlaamme energiaa bioenergian tuotantoon. Kasvintuotannon tyypillisiä energiasuhteiden arvoja on esitetty taulukossa 3.1. Taulukko 3.1: Tyypillisiä peltotuotannon energiasuhteita Kasvi Energiasuhde N e Vilja 3-5 Ruokohelpi 8-15 Säilörehu Nettoenergiasaanto Nettoenergiasaannossa lasketaan kuinka paljon hyötyenergiaa pystytään tuottamaan, yhtälö 3.2. Usein nettoenergiasaanto lasketaan pinta-alaa eli yhtä hehtaaria kohti. E netto = E tuote E tuotanto (3.2) E netto = tuotannon nettoenergiasaanto Esimerkki 11. Edellisen laskun nettoenergia hehtaarilta on 70 GJ - 21,5 GJ = 48,5 GJ, jolloin E netto = 48,5 GJ/ha Ominaistuotto Ominaistuotossa lasketaan kuinka paljon tuotetta tuotetaan tuotantoon käytettyyn energiamäärään nähden, yhtälö 3.3. Ominaistuottoa käytetään kun halutaan verrata eri tuotantoja. Luku ilmaisee suoraan tuotannon energiatehokkuuden ja sen avulla voidaan verrata esim. erilaisia tuotantotapoja. N o = S E tuotanto (3.3) N o = ominaistuotto S = sadon määrä Ominaistuotto voidaan myös laskea toisinpäin eli edellisen käänteislukuna. Silloin saadaan kuinka paljon energiaa tarvitaan esimerkiksi yhden kilon tuottamiseen. Esimerkki 12. Edellisten laskujen mukaan hehtaarisato oli 3500 kg/ha ja siihen käytettiin 21,5 GJ/ha energiamäärä. Ominaistuotto on siten N o = 3500/21,5 = 163 kg/gj eli 1 GJ energiapanoksella saadaan 163 kg viljaa tai yhden viljakilon tuottamiseen tarvitaan 6,1 MJ energiaa (21500 MJ/3500 kg). 3.3 Maatilan energia-analyysit Energia-analyyseissä tehdään kartoitus maatilan energiankäytöstä. Tämä voidaan tehdä kahdella eri tavalla. Perusanalyysissä tarkastellaan pelkästään maatilalle ostettua energiaa ja sieltä myytyjä tuotteita. Näiden perusteella voidaan laskea kuinka paljon energiaa on käytetty esimerkiksi pinta-alaa, eläintä tai tuotettua tuotekiloa kohden. Analyysistä käytetään myös nimeä Top-Down (ylhäältä alas) analyysi, koska asiaa tarkastellaan lähtien kokonaiskulutuksesta ja -tuotannosta. Kun halutaan saada yksityiskohtaista tietoa kulutuksista, silloin tehdään yksityiskohtainen analyysi. Siinä selvitetään kunkin toiminnon tai laitteen kulutus. Tästä analyysistä käytetään nimeä Bottom-Up (alhaalta

20 LUKU 3. ENERGIA-ANALYYSIT 19 ylös), koska lähdetään tarkastelemaan yksityiskohtaisia kulutuksia ja nämä summaamalla saadaan koko tuotannon kulutus. Kun tilalle tehdään kummatkin analyysit ja verrataan näitä kahta analyysitulosta, nähdään usein selvästi onko tilalla joitakin analyysistä poisjääneitä kulutuksia tai tavallista suurempia kulutuksia. Jos yksityiskohtaisen analyysin summa on paljon pienempi kuin perusanalyysin luku, silloin tilalla on kulutuksia, joita ei ole otettu yksityiskohtaisessa analyysissä huomioon. Kummankin analyysin tulosta pitää verrata keskimääräisiin kulutuslukemiin. Tämä paljastaa tilan energiasyöpöt toiminnot. Valitettavasti nämä tunnusluvut eivät ole kovin tarkkoja. Se johtuu erilaisista laskentatavoista ja olosuhteiden sekä sään vaihtelusta. Seuraavat asiat vaikuttavat näihin tunnuslukuihin: Miten kulutukset rajataan, otetaanko esimerkiksi koneiden käytössä huomioon huollot, tarvikkeet, korjaukset, huoltotilojen sähkön käyttö ja lämmitys. Mitä kohden luku ilmoitetaan, luku voi olla ilmoitettu elopainoa kohden tai teuraspainoa kohden. Kasvintuotannossa voidaan käyttää joko korjatun sadon, kuivatun sadon massaa tai kuiva-aineen määrää. Jos käytetään oman tilan polttoainetta lämmitykseen, miten se huomioidaan analyysissä Sään vaikutus, kylmä sää lisää lämmitystarvetta. Kuuma sää lisää eläintuotannossa ilmanvaihdon tarvetta. Märkä sato lisää viljan kuivausenergiantarvetta. Kova maa lisää koneiden tehontarvetta. Vaihteluista ja erilaisista laskentatavoista johtuen vertailulukujen vaihtelu on melko suurta. Ne kuvaavat kuitenkin energiankulutuksen suuruusluokat oikein ja vertailussa selviää myös onko kulutus normilukujen pienempi tai suurempi Perusanalyysi (Top-Down) Perusanalyysissä selvitetään tuotantoon käytetyt energiamäärät ja tilan tuotantomäärät. Kuvassa 3.2 on esimerkki tilan energia- ja tuotevirroista. Analyysin tekeminen on yksinkertaista, jos tilalla on vain yksi tuotantosuunta ja kaikki energia ostetaan ulkoa. Jos tilalla on sekä eläintuotantoa että kasvintuotantoa, silloin energiankäyttö pitää jakaa näiden tuotantojen kesken. Kuva 3.2: Maatilan energia- ja tuotevirrat Taulukossa 3.2 on esimerkki siitä, miten analyysiä voidaan käyttää hyväksi kasvintuotantotilalla. Kyseessä on pelkkä viljatila, jossa käytetään myös osaksi omaa polttoainetta viljankuivauksessa. Esimerkki sopii myös eläintilan kasvintuotannon analyysiin. Asuinrakennukset jätetään tarkastelusta pois. Tilan energiankulutusta voidaan havainnollistaa kuvaamalla panosten energiavirtaa tilalle ja tuotosten virtausta tilalta (kuva 5.2). Tässä esimerkissä on kyseessä pelkkä kasvintuotantotila. Karjatilalla vastaava kuvio on monipuolisempi, koska tilalla harjoitetaan kahta tuotantoa, kasvintuotantoa ja karjantuotantoa.

21 LUKU 3. ENERGIA-ANALYYSIT 20 Taulukko 3.2: Esimerkki peltokasvintuotannonperusanalyysistä Ostot m 3 kwh Tuotantorakennusten lämmityspolttoöljy 1, Tuotantorakennusten lämmityshake - - Kuivurin lämmitysöljy - - Kuivurin lämmityshake Traktoreiden ja työkoneiden polttoaine Tuotantorakennusten sähkö Yhteensä Tuotanto Pinta-ala (ha) 90 Myyty satomäärä (kg) Energian kulutus m 3 kwh Polttoöljy 6, Hake Sähkö Yhteensä Energian ominaiskulutus l kwh Työkoneiden kulutus pinta-alaa (ha) kohti Työkoneiden kulutus tuotettua viljakiloa kohden 0,16 Kuivauksen energian kulutus viljakiloa kohden 0,1 Kokonaiskulutus pinta-alaa (ha) kohden 1122 Kokonaiskulutus tuotettua viljakiloa kohden 0, Yksityiskohtainen analyysi (Bottom-Up) Yksityiskohtaisessa analyysissä lähdetään selvittämään kunkin toiminnon tai työvaiheen kulutuksia ja nämä summataan yhteen, jolloin saadaan koko tuotannon analyysi. Tätä analyysiä on mahdollisuus tehdä joko koko tilan analyysinä tai sitten se voidaan kohdentaa vaikka lohkokohtaiseksi tai kasvilajikohtaiseksi. Taulukko 3.3: Esimerkki yksityiskohtaisesta energia-analyysistä Energian kulutus Yksikkö Kyntö 2200 l Äestys 1200 l Kasvinsuojelu 400 l Puinti 1400 l Tuotantorakennusten lämmityspolttoöljy 1200 l Tuotantorakennusten lämmityshake 0 m 3 Kuivurin lämmitysöljy 0 l Kuivurin lämmityshake 35 m 3 Tuotantorakennusten sähkö 5500 kwh Tuotanto Pinta-ala 90 ha Myytävän sadon määrä kg Energian kulutus Energian ominaiskulutus Yksikkö Yksikkö Yksikkö Traktori ja työkoneet 5200 l 58 l/ha 0,02 l/kg Traktori ja työkoneet kwh 578 kwh/ha 0,16 kwh/kg Tuotantorakennusten lämmitys kwh 133 kwh/ha 0,04 kwh/kg Kuivurin lämmitysenergia kwh 350 kwh/ha 0,1 kwh/kg Tuotantorakennusten sähkö 5500 kwh 61 kwh/ha 0,02 kwh/kg Yhteensä kwh 1122 kwh/ha 0,32 kwh/kg Taulukossa 3.3 ja kuvassa 3.3 on esimerkki yksityiskohtaisesta analyysistä. Perusanalyysiin verrattuna peltotyövaiheet jaetaan työvaiheisiin ja nähdään mikä niistä kuluttaa paljon energiaa. Säästötoimenpiteet kannattaa aloittaa eniten kuluttavista osioista.

22 LUKU 3. ENERGIA-ANALYYSIT 21 Puinti 27 % Kyntö 42 % Kasvinsuojelu 8 % Äestys 23 % Kuivurin lämmitysenergia 31 % Tuotantorakennusten sähkö 5 % Traktori ja työkoneet 52 % Tuotantorakennusten lämmitys 12 % Kuva 3.3: Yksityiskohtainen energia-analyysi Energia-analyysin tekeminen Energia-analyysien tekemisessä joudutaan usein ongelmiin sen suhteen mitä lukuarvoja tuotteille missäkin vaiheessa pitäisi käyttää. Energiasuhteessa lasketaan mikä on saatu energiamäärä verrattuna panokseen ja panosten energiat lasketaan niiden energiasisältöjen mukaan. Näin tehdään kuitenkin vain suoran energian osalta. Epäsuora energia lasketaan sen mukaan kuinka paljon energiaa on käytetty tuotteen valmistamiseen. Esimerkiksi lannoitteiden energiapanosta ei lasketa sen mukaan mikä on niiden lämpöarvo vaan se lasketaan valmistukseen kuluneen energian mukaan. Samoin koneiden osalta lasketaan vain sen valmistamiseen tarvittava energia ja siihen lisätään korjauksien ja huoltojen vaatima energia. Koneissa raaka-aine (teräs) on kierrätettävissä ja uudelleen hyödynnettävissä. Rakennusten osalta puurakenteiden lämpöarvo voidaan hyödyntää purkamalla rakennus ja käyttämällä puu polttoaineena. Silloin rakennusmateriaalin energiapanos rakennusta tehtäessä ei ole sen lämpöarvo. Analyyseissä tulee ongelmaksi myös kulutuksen kohdentaminen. Karjatiloilla on sekä kasvintuotantoa että karjatuotantoa. Jos halutaan tehdä analyysit erikseen kummallekin tuotannolle, silloin kulutuksen jakaminen näiden tuotantojen välillä aiheuttaa usein ongelmia. Esimerkiksi kuljetukset (lanta, säilörehu) voidaan kohdistaa jompaan kumpaan toimintaan. Maitotaloudessa ongelmana on myös maidon tuotannon ja lihan tuotannon suhde ja panosten jakaminen näiden välillä. 3.4 Päästöt Samalla lailla kuin energia-analyyseissä myös päästöjen tai toiminnan luontoon aiheuttaman vaikutuksen arvioinnissa on useita erilaisia menetelmiä käytössä. Näitä eri menetelmiä on selostettu tarkemmin Antikaisen raportissa [Antikainen 2010]. Alla on lyhyt kuvaus kustakin menetelmästä: Hiilijalanjälki: Alunperin kyseessä oli osa ekologista jalanjälkeä. Se kuvasi metsämaan pinta-alaa, joka tarvittiin tietyn hiilidioksidimäärän sitomiseen ilmakehästä. Myöhemmin hiilidioksidiekvivalentteja on alettu kutsumaan hiilijalanjäljeksi. Hiilijalanjäljellä onkin monia erilaisia määritelmiä ja rajauksia ja analyysien tulokset voivat vaihdella huomattavasti. Tätä menetelmää ollaan parhaillaan standardoimassa kansainvälisesti. Ekologinen jalanjälki: Ekologisella jalanjäljellä tarkoitetaan sitä maa- ja vesipintaa, joka tarvitaan kulutuksen resursseihin ja jätteiden käsittelyyn. Ekologista jalanjälkeä verrataan biokapasiteettiin (tuottavaan maapinta-alaan) ja sen avulla arvioidaan onko toiminta kestävää. Esimerkiksi Suomella on käytettävissä enemmän biokapasiteettia kuin kulutus tarvitsee. Vesijalanjälki: Virtuaalinen vedenkulutus summaa koko tuotannon aikaisen vedenkulutuksen. Vesijalanjälki jakaa kulutuksen kolmeen komponenttiin: sininen vesi (haihdutettu pinta- ja pohjavesi), vihreä vesi

23 LUKU 3. ENERGIA-ANALYYSIT 22 (haihdutettu sadevesi) ja harmaa vesi (saastunut vesi). Soveltamista varten on julkaistu ohjeistuksia ja oppaita, esim CO 2 -ekvivalentti Tuotannon ilmastovaikutus otetaan huomioon laskemalla tuotannon hiilidioksidiekvivalentti (CO 2 -ekv., CO 2e ). Ilmaston lämpenemistä laskettaessa käytetään yleisesti IPCC laskentamenetelmää [IPCC1996]. Siinä lasketaan päästökaasujen vaarallisuus siten, että esim. 100 vuoden ajanjaksolla metaanin GWP-kerroin (Global Warming Potential) on 24,5 ja typpioksidulin 320. Hiilidioksidin kerroin on 1 eli metaani on 24,5 kertaa ja typpioksiduli 320 kertaa haitallisempi kuin hiilidioksidi. Biopolttoaineiden poltossa hiilidioksidia ei oteta huomioon, koska kasvien ajatellaan sitovan sen uudelleen kasvukierrossa Hiilidioksidipäästö Kun lasketaan polton aiheuttamaa hiilidioksidimäärää, silloin päästömäärä saadaan suoraan polttoaineen hiilen muuttumisesta hiilidioksidiksi. Arvot voidaan laskea polton kemiallisista yhtälöistä kun polttoaineen keskimääräinen koostumus tiedetään. Tilastokeskus käyttää laskennassaan taulukon 3.4 mukaisia arvoja. Taulukkoon on kerätty myös polttoaineiden tyypillisiä tiheyksiä. Kiinteiden polttoaineiden osalta on muistettava, että niiden tilavuuspainot (kuormapainot) ovat huomattavasti tiheyttä pienempiä. Kaasumaisten polttoaineiden tiheys riippuu myös lämpötilasta ja paineesta. Taulukko 3.4: Tilastokeskuksen laskennassa käyttämät hiilidioksidipäästömäärät Polttoaine CO 2 päästö g/mj Lämpöarvo MJ/kg Tiheys kg/dm 3 Nestekaasu 65,0 46,2 Moottoribensiini 72,9 43,0 0,75 Dieselöljy ja moottoripolttoöljy 73,6 42,8 0,82-0,84 Kevyt polttoöljy 74,1 42,7 0,82-0,84 Raskas polttoöljy 78,8 41,1 0,9-1,0 Maakaasu 55,04 kg/m 3 36,0 MJ/m 3 Jyrsinturve 105,9 10,1 Puu 109,6 7,5-14,0 0,4-0,6 Ruokohelpi 100,0 14,6 Vilja ja olki 109,6 13,5 Biokaasu 56,1 kg/m 3 20,0 MJ/m 3 Esimerkki 13. Traktori kuluttaa kynnössä 20 l/ha moottoripolttoöljyä. Kuinka suuri hiilidioksipäästö siitä syntyy ja kuinka paljon energiaa käytetään hehtaaria kohden? Moottoripolttoöljyn tiheys on 830 g/l ja lämpösisältö 43 MJ/kg, jolloin hehtaaria kohti käytetään 20 0, 83= 16,6 kg polttoainetta. Hehtaaria kohden käytetään 16,6 43=714 MJ, mikä vastaa 198 kwh. Hiilidioksidipäästö on ,6 = 52,6 kg/ha. Miksi hiilidioksidia syntyy enemmän kuin mitä polttoainetta alunperin on? Kun lasketaan ekvivalenttisia hiilidioksidipäästöjä, silloin otetaan huomioon myös muiden kaasujen päästöt, yleensä metaani ja typpioksiduli. Esimerkiksi Mäkinen et al [Mäkinen et al 2006] käyttivät työkoneiden päästöinä 98,48 g/mj pa. Tämä saatiin lisäämällä hiilidioksidipäästöön palamisen metaanipäästö 0,004 g/mj pa ja typpioksidulipäästö 0,031 g/mj pa. Metaanin ja typpioksidulin korkeista kertoimista (21 ja 310) johtuen kokonaispäästö lisääntyy pelkkään hiidikioksidipäästöön verrattuna reilusti Päästökauppa Päästökaupassa käytetään omaa päästökerrointa hiilidioksidipäästön laskennassa, yhtälö 3.4[Energiamarkkinavirasto]. k = 3664 C (1 w) H a (3.4) k = päästökerroin C = kuiva-aineen hiilipitoisuus w = polttoaineen vesipitoisuus H a = polttoaineen tehollinen lämpöarvo

24 LUKU 3. ENERGIA-ANALYYSIT Energiankäytön vertailu Kun energiankulutuksia analysoidaan, niitä pitää myös verrata toisten tilojen vastaaviin kulutuksiin. Vertailussa pitää muistaa, että luvuissa on runsaasti sään ja olosuhteiden aiheuttamaa vaihtelua. Tämä näkyy vuosien välisenä vaihteluna tuloksissa. Tämän takia vertailun lisäksi kannattaa aina seurata oman tilan pitkäaikaista kehitystä. Taulukossa 3.5 on esimerkkejä kasvintuotannon energiankulutuksista ja taulukossa 3.6 eläintuotannon. Polttoöljyn ja dieselpolttoaineen lämpösisältö on 43 MJ/kg. Polttoaineen tiheys vaihtelee talvi- ja kesälaadun olleessa kyseessä 0,82 0,84 kg/l. Jos tiheytenä käytetään 0,83 kg/l, silloin litrassa on 36 MJ ja tämä vastaa 10 kwh. Jakamalla polttoaineiden litramäärät kymmenellä ne saadaan muutettua kwh yksikköihin. Taulukon 3.5 suora energiankulutus tarkoittaa viljelyä varten ostettua polttoainetta ja sähköä. Epäsuorassa kulutuksessa on mukana lannoitteet, torjunta-aineet, koneiden valmistus ja huolto. Taulukko 3.5: Esimerkkejä peltokasvintuotannon suorasta ja epäsuorasta energiankulutuksesta Kasvi Suora energia kwh/h Epäsuora energia kwh/h Kokonaisenergia kwh/ha Kokonaisenergia kwh/kg Ohra 3900 kg/ha ,95 Vehnä 4200 kg/ha ,2 Säilörehu ,54 kg/ha (ka) Rypsi 1500 kg/ha ,6 Ruokohelpi ,44 kg/ha (ka) Sokerijuurikas ,13 kg/ha (ka) Peruna 4900 kg/ha (ka) ,25 Taulukko 3.6: Esimerkkejä karjatuotannon energiankulutuksesta syötävää tuotekiloa kohden Tuotanto Suora kulutus kwh/kg Kokonaiskulutus kwh/kg Broileri 0,5-0, Sianliha Lihanauta Maito 0,1-0,3 1,4-1,9 Energia-analyysit ja kulutuksen vertailu: Yksinkertaisin analyysi on perusanalyysi. Se voidaan tehdä selvittämällä koko tilan käyttämät energiamäärät ja myydyt tuotteet. Jos halutaan saada selville tarkemmin mihin energiaa kuluu, silloin joudutaan tekemään yksityiskohtainen analyysi. Tilan lukuja pitää verrata muiden tilojen vastaaviin lukuihin. Selvästi liian pieni kulutus tarkoittaa usein, että jotain on unohtunut analyysistä. Liian suuri luku tarkoittaa normaalia suurempaa kulutusta ja syy tähän pitäisi selvittää.

25 Luku 4 Energiankulutuksen seuranta Jukka Ahokas Helsingin yliopisto ja Jussi Esala Seinäjoen ammattikorkeakoulu Tilan energia-analyysi vaatii seurannan. Sen avulla nähdään mihin suuntaan energiankäyttö kehittyy. Perusanalyysin avulla saadaan, kun otetaan huomioon varastot, kokonaiskuva kauden energiankäytöstä. Jos halutaan tarkemmin selvittää energiankulutusta, silloin tarvitaan yksityiskohtainen analyysi, mikä merkitsee myös energiankulutuksen mittaamista. Usein tilan yksityistalouden kulutus on mukana esimerkiksi lämmityspolttoaineiden ja sähkön kulutuksessa. Tila voi myös tehdä urakointitöitä, jolloin maatalouden lisäksi siinä on mukana muutakin kulutusta. Analyysejä varten nämä pitäisi voida eritellä. Erittely tarkoittaa joko erillisten mittareiden tai polttoainesäiliöiden/-varastojen käyttöä ja kulutusten kirjaamista. Etenkin silloin, kun halutaan yksityiskohtaisia kulutustietoja, tarvitaan myös joko erillisiä mittareita tai tarkkaa kirjanpitoa. Ongelmana on, että mittalaitteet merkitsevät investointeja ja kirjanpito merkitsee lisätyötä. Energian säästön pitäisi olla riittävä kattamaan nämä vaivat ja kulut. 4.1 Traktorit ja työkoneet Kulutuskirjanpito Kulutuskirjanpidossa kirjataan ylös kaikki koneiden tankkaukset ja niillä tehdyt työt. Kirjanpito voi olla esimerkiksi kuvan 4.1 mukainen. Jokaisen tankkauksen yhteydessä kirjataan kulutetulla polttoaineella tehty työ ja arvio alasta. Tällä kirjanpidolla pystytään luotettavasti rekisteröimään suuret kulutukset. Jos pienikulutuksiset työt halutaan rekisteröidä, niin silloin traktori joudutaan tankkaamaan jokaisen työvaiheen jälkeen vaikka polttoainetta olisi vielä riittävästi tankissa. Kulutuslukemat voidaan käsitellä taulukkolaskentaohjelmilla. Kuva 4.1: Esimerkki kulutuskirjanpidosta taulukkolaskentaohjelmalla Polttoaineen kulutuksen mittalaitteet Uusimmissa traktoreissa on polttoaineen kulutuksen näyttö. Kulutus saadaan joko l/h tai l/ha muodossa. Jälkimmäinen soveltuu hyvin suoraan seurantaan. Se vastaa autojen l/100 km näyttöä. Tuntikulutus kertoo lähinnä kuinka suurta moottoritehoa käytetään eikä se ota huomioon tehtyä työtä. Kun tuntikulutus jaetaan työsaavutuksella (ha/h), saadaan pinta-alaa kohden käytetty kulutus. Vanhempiin traktoreihin on asennettavissa polttoaineen mittauslaitteet. Yksinkertaisimmat mallit käyttävät traktorin polttoainemittarin jännitettä hyväksi. Tarkemmissa malleissa on virtausmittarit, jotka rekisteröivät kulutuksen. Polttoaineen kulutusmittaus yhdessä GPS-laitteiston kanssa mahdollistaa myös peltolohkolla tehdyn työn määrittämisen. Kuvassa 4.2 on esimerkki GPS-laitteen avulla tehdystä traktorin seurannasta. Maatalouskäyttöön valmiita laitteita ei ole vielä saatavissa, mutta on odotettavissa, että näistä tulee myös tarjontaa ja silloin 24

26 LUKU 4. ENERGIANKULUTUKSEN SEURANTA 25 työtehtävät samoin kuin kulutukset ja työsaavutukset saadaan automaattisesti tai puoliautomaattisesti kirjattua. Kuva 4.2: Esimerkki GPS seurannan tuottamasta traktorin liikekartasta Polttoaineen kulutuksen mittaus virtausmittarin avulla Polttoaineen kulutuksen mittaus on mahdollista myös vanhemmissa traktoreissa, joissa ei ole sähköistä polttoaineen ruiskutuksen ohjausta ja sitä kautta saatavaa polttoaineen kulutusinformaatiota. Näissä traktoreissa on yleensä perinteiden jakaja- tai rivipumppuun perustuva ruiskutusjärjestelmä. Polttoaineen kulutusseurantaa haluavan kannattaa paneutua hetkeksi oman traktorin polttoainejärjestelmään ja vaihtoehtoisten mittareiden asennusohjeisiin sekä pohtia myös, minkä tasoiseen laitteeseen haluaa investoida. Välisäiliö Suodatin Virtausmittari Siirtopumppu Kuva 4.3: Tyypillinen traktorin polttoaineen ruiskutusjärjestelmä. Kuvassa on myös mahdollisen läpivirtausmittarin paikka, ja punaisella merkittynä ne muutokset, jotka tarvitaan mittauksen toteuttamiseksi. Kuvassa 4.3 on periaatekuva tyypillisestä traktorin polttoainejärjestelmästä ja polttoaineen mittauksen vaatimista järjestelyistä. Siirtopumppu imee polttoaineen tankista ja siirtää ruiskutuspumpulle suodattimen läpi. Ruiskutuspumpussa paine nousee ruiskutussuuttimien avautumis- ja toimintapaineen tasolle (yleensä vähintään 200 bar). Järjestelmässä täytyy olla paluuputket takaisin tankkiin, koska ruiskutuspumppu tarvitsee toimiakseen ylimäärän polttoainetta ja suuttimista tulee aina hieman ohivuotoa. Niinpä järjestelmässä kiertääkin reilusti suurempi polttoainemäärä kuin mitä tehon tuottamiseksi tarvitaan. Kaikissa läpivirtatausmittausasennuksissa joudutaan puuttumaan polttoaineen kulkuun. Näissä toimissa tulee muistaa, että lika, vesi ja ilma ovat järjestelmän pahimmat ongelmien aiheuttaja. Myös polttoaineen lämmön nouseminen saattaa aiheuttaa ongelmia. Jos paluupolttoaine ohjataan välisäiliön (kuva 4.3) kautta

27 LUKU 4. ENERGIANKULUTUKSEN SEURANTA 26 läpivirtausmittarin ja ruiskutuspumpun väliseen putkeen, voidaan ainakin ilman kertymisestä ja polttoaineen lämpenemisestä johtuva häiriöt minimoida. Kuva 4.4: Polttoaineen työkohtainen kulutus voidaan yksinkertaisimmillaan mitata kuvan kaltaisilla mittareilla. (Kuva: Omega) Yksinkertaisimmillaan mittaus tapahtuu niin (Kuva 4.4), että läpivirtausmittari mittaa läpivirtaavan polttoaineen määrän ja lukema näkyy mittarin kyljessä joko mekaaniselta tai digitaaliselta näytöltä. Tällöin lukemat täytyy kirjata ennen työsuoritusta ja sen jälkeen. Koska polttoainejärjestelmään poikkeuksetta kuuluu paluuvirtaus, tulee sekin mitata tai sitten paluuvirtaus tulee estää. Monilla valmistajilla onkin valmiita kaksisuuntaisia mittareita tähän tarkoitukseen. Mittarien hinnat vaihtelevat Jos mittauksesta halutaan hieman monipuolisempi, tulee mittaustieto olla siirrettävissä ohjaamossa olevaan lukijaan, jossa minimissään olisi hyvä olla mittauksen aloitus- ja lopetustoiminto. Mittaustiedon käyttökelpoisuutta lisää, jos laitteessa on muistitoiminto ja laite kykenee vastaanottamaan ja taltioimaan paikannussignaalin. Edelliseen kuuluu lisäksi, että koko mittaustieto on siirrettävissä tietokoneelle joko omalle ohjelmalle tai taulukkolaskentaohjelmaan. Tällaisia mittausjärjestelmiä on vähän saatavilla, mutta teknisesti taitava henkilö voi hankkia mittarin, tiedonkeruulaitteen (loggerin) ja paikannusantennin ja koota niistä mittausjärjestelmän. Koska läpivirtausmittarit tuottavat lähes poikkeuksetta pulssitietoa, täytyy tiedonkeruulaitteessa olla tällaisen signaalin vastaanottomahdollisuus. Pulssisisääntulolla varustetut tiedonkeruulaitteet voivat maksaa jopa yli tuhat euroa. Myös mittaustiedon siirto ja käsittely vaatii omatoimista toteutusta ja osaamista. Parhaimmillaan edellisen kaltainen laite tarjoaa varsin monipuolisen kulutuksen seurannan kuten Valkovenäläisen yrityksen (Technoton) valmistamaan mittausjärjestelmään (CKPT) perustuva esimerkki osoittaa. Kuva 4.5: Vasemmassa kuvassa CKPT läpivirtausmittari asennettuna ja oikealla olevassa kuvassa kojelautaan kytketty yhdistetty näyttö ja tiedonkeruulaite. Kuva: Esala 2012 Esimerkin läpivirtausmittari on asennettu suodattimen jälkeen, ja ruiskutuspumpun paluu on ohjattu haa-

28 LUKU 4. ENERGIANKULUTUKSEN SEURANTA 27 rakappaleella läpivirtausmittarin ja ruiskutuspumpun väliseen letkuun ilman kuvassa 4.3 esitettyä ilmaa erottelevaa säiliötä (Kuva 4.5). Tässä tapauksessa vain ruiskutuspumpun paluupolttoaine on palautettu kiertoon ruiskutussuuttimien ylivuodon valuessa yksinkertaisuuden vuoksi takaisin polttoainetankkiin. Ruiskutussuuttimien paluuvirtaus todettiin mittauksissa olevan suurimmillaankin alle 2 % polttoaineen kulutuksesta, ja se voidaan haluttaessa laskennallisesti vähentää mittaustuloksista. Laite on toiminut häiriöttä esitetyllä tavalla asennettuna yli 400 h. Esimerkin laite edustaa ominaisuuksiltaan yli keskitasoa olevaa toimittajan valikoimassa. Tämä tarkoittaa sitä, että siihen kuuluu mm. traktorin ohjaamon katolle asennettava pieni GPS antenni ja laturin W- liittimeen kytkettävä moottorin kierrosnopeutta seuraava liitäntä. Lisäksi laitteeseen kuuluu kaksi analogista jännitesisääntuloa, jotka on tarkoitettu polttoaineen tason seurantaan kahdessa eri polttoainetankissa. Nämä sisääntulot voi käyttää mihin tahansa muuhunkin mittaukseen, esimerkiksi vaikka työsyvyyttä mittaavan anturin liittämiseksi järjestelmään. Esimerkkitapauksessa ne ovat jätetty toistaiseksi hyödyntämättä. Laitteen tarvitseman virran voi ottaa virtalukolta, mutta esimerkkitapauksessa se otettiin ruiskutuspumpun sähköisen sammuttimen johdosta, ja samaan pisteeseen kytkettiin myös moottorin tilaa (sammuksissa / käynnissä) osoittava tunnistejohdin. Kaikkiaan asennukseen kuluu noin puoli päivää, ja laitteen hinta on Manager ohjelman kera n Näytöltä (Kuva 4.5) voi seurata polttoaineen kulutusta l/h ja l/100 km sekä kulutettua kokonaismäärää. Litraa pinta-alaa kohti toiminto puuttuu, mutta pienellä päässälaskulla tiedon saa l/100 km lukemasta. Esimerkiksi multamaan muokkauksessa 5 m leveällä äkeellä n. 4 cm työsyvyyteen näytön lukema vaihteli l/100 km. Koska 5 m leveä äes muokkaa 100 km ajossa 50 ha, on näytön lukemat jaettava tällä ja tuloksena on 3,5 3,8 l/ha. Hehtaarikohtainen todellinen lukema on päällekkäisajon verran (tyypillisesti %) laskettua suurempi. Näytöltä näkee myös moottorin nopeuden sekä ajonopeuden. Analogisten jännitesisääntulojen kytkennöistä riippuen myös niiden informaatio on seurattavissa näytöllä. Laitteen varsinainen käyttöasennus tehdään mukana seuraavan tietokoneelle asennettavan ohjelman avulla. Sillä mm. asetetaan läpivirtausmittarin signaalin tallennusväli, joka voi vaihdella sekunneista minuutteihin. Ohjelman avulla puretaan myös näytön keräämä data, ja ohjelman grafiikka näyttää kulutuksen aikajanalla. Kuva 4.6: CKPT laitteistolla mitattua kulutustietoa taulukkolaskentaohjelmalla käsiteltynä. (Kuva: Esala 2013) Lisähintaan myytävä Manager ohjelma on lähes välttämätön, sillä sen avulla tiedoston voidaan purkaa taulukkolaskentaohjelmaan. Tällöin kulutustietoja voi esittää haluamallaan tavalla. Kuvassa 4.6 on esimerkki kyntötyön kulutuksesta multamaalla 4x40 cm auroilla 20 cm syvyyteen kynnettäessä. Kuvion kuoppakohdat kuvaavat päisteajoa ja huiput varsinaista kyntöä. Vasemmalta lukien 5. ja 6. käyrähuipun kohdalla on käytetty pienempää vaihdetta ja vastaavasti suurempaa moottorin nopeutta ja seurauksena on ollut aavistuksen kohonnut hehtaarikohtainen kulutus. Moottori on kuormittunut varsin sopivasti sillä maksimiteholla 25 l/h kuluttava moottori kuluttaa mittaustilanteessa polttoainetta n. 20 l/h. Kulutuslukemat voidaan GPS- laitteen tuottamien koordinaattilukemien avulla jälkikäteen kytkeä tiettyyn lohkoon ja paikkaan vaikka laitteessa itsessään ei ole mitään lohkotietojen syöttömahdollisuutta ja vaikka muistiinpanotkin olisi jäänyt tekemättä.

29 LUKU 4. ENERGIANKULUTUKSEN SEURANTA 28 Kulutuksen vertailu Maataloustöille on mitattu polttoaineen kulutuksia. Taulukossa 2.1 on tyypillisiä maataloustöiden kulutuslukemia. Vertaamalla omia kulutuslukemia näihin voidaan arvioida ollaanko normaalilla kulutusalueella vai onko kulutus normaalia pienempää tai suurempaa. 4.2 Lämmityslaitteet Maatilan lämmityslaitteet voivat toimia joko polttoöljyllä, sähköllä tai biopolttoaineilla. Kulutuksen seurantaa varten käytetty polttoainemäärä täytyy kirjata ylös. Polttoöljyä käytettäessä polttimet voidaan varustaa kulutusmittareilla (Kuva 4.7). Kulutusmittari mahdollistaa tarkemman polttoaineen kulutuksen seurannan, esimerkiksi viljan kuivauksessa saadaan eräkohtaiset kulutukset selvitettyä. Kuva 4.7: Viljankuivurin polttimeen asennettu kulutusmittari Haketta tai turvetta käytettäessä kulutus pitää arvioida kulutettujen polttoainetilavuuksien perusteella. Polttoaineen lämpöarvo tilavuutta kohden vaihtelee sen mukaan mikä on tilavuuspaino (kg/m 3 ) ja kosteus (Kuva 4.8). Tilavuuspainoon vaikuttaa esim. hakkeen palakoko. 4.3 Viljan kuivaus Viljan kuivauksen energiankulutus riippuu hyvin voimakkaasti viljan kosteudesta. Keskimäärin viljankuivaus kuluttaa noin 1,5 dl polttoöljyä yhtä poistettua vesikiloa kohden. Tämä vastaa 1,5 kwh energiana. Kuvassa 4.9 on esitetty viljan kuivauksen polttoaineen tarve viljatonnia kohden kun puintikosteus vaihtelee. Polttoaineen lisäksi kuivauksessa tarvitaan sähköä. Tämän osuus on noin 10 % polttoaineen kulutuksesta. 4.4 Rakennukset Taulukossa 4.1 on tyypillisiä rakennusten energiankulutuslukuja. Näihin kulutuksiin vaikuttavat sääolot ja karjasuojissa myös eläintiheydet, sisälämpötilat, eläinten koko, rakennuksen eristykset ja ilmanvaihtomäärät. Luvut ovat laskennallisia lukuja siten, että maatalousrakennusten rakennusohjeita on noudatettu rakenteissa ja ilmanvaihdossa. Lihasiat ja broilerit kasvatetaan yleensä erissä. Taulukon lukemat ovat jatkuvan kasvatuksen lukuja eli vuosikeskiarvoja.

30 LUKU 4. ENERGIANKULUTUKSEN SEURANTA Lämpöarvo kwh/m Hakkeen kosteus % Kuva 4.8: Hakkeen kosteuden ja tilavuuspainon ( kg/m 3 ) vaikutus sen lämpöarvoon Energian tarve kwh/ton viljaa Viljan puintikosteus % Polttoöljyn tarve l/ton viljaa Kuva 4.9: Viljankuivauksen energiantarve yhtä viljatonnia kohden kun viljan puintikosteus vaihtelee 4.5 Sähkölaitteet Sähkölaitteiden ottama sähköteho saadaan mitattua kwh-mittareilla. Näissä mittareissa mitataan samanaikaisesti jännite ja laitteen ottama virta ja siitä lasketaan energiankulutus. Sähköenergian seuraamiseen on tarjolla monia erilaisia ja eritasoisia mittareita. Yksinkertaisinta on mitata kulutusta yksivaiheisesta sähköpistokkeesta. Tähän soveltuvia mittareita on myynnissä useissa kaupoissa. Uusimpiin sähköyhtiöiden kulutusmittareihin voidaan asentaa kulutuksen seuranta. Tämä onnistuu, jos mittarissa on vilkkuva led-valo. Valo vilkkuu esimerkiksi siten, että 1000 impulssia vastaa yhtä kilowattitunnin kulutusta. Vilkkuvan led-valon päälle asetataan anturi, joka rekisteröi vilkunnan ja sen perusteella saadaan tallennettua kulutukset (esim. Norgo energiamittari, Älykoti). Näiden mittareiden hinnat ovat muutaman kymmenen euron suuruisia. Näihin mittareihin on saatavissa myös tietokoneohjelmia, joilla kulutustieto saadaan siirrettyä ja analysoitua tarkemmin. Kiinteästi sähköverkkoon asennettujen koneiden ja laitteiden kulutusmittausta varten tarvitaan virtamuuntajat, jotka asennetaan kunkin vaihejohdon ympärille. Tämän voi tehdä vain valtuutettu sähköasentaja. Lisäksi tarvitaan jännitteen mittaus kustakin vaiheesta ja sähkönkulutusmittari. Jännite pysyy melko vakiona, jolloin myös pelkkä virran rekisteröinti riittää silloin, kun ei tarvita suurta tarkkuutta. Halpoja kolmivaiheisen kulutuksen seurantalaitteita on myös saatavilla postimyyntiliikkeistä. Jos laitteet ovat liitetty pistokkeilla sähköverkkoon, voidaan käyttää siirrettäviä kwh-mittareita, jotka laitetaan laitteen ja pistokkeen väliin. Kuvassa 4.10 on esimerkki sähkönmittauksesta. Vasemman puoleisessa osassa sähköpistokkeen ja laitteen väliin on asennettu sähköenergian kulutusmittari. Oikean puoleisessa osassa ohjaus-

31 LUKU 4. ENERGIANKULUTUKSEN SEURANTA 30 Taulukko 4.1: Tyypillisiä rakennusten vuosienergiankulutuksia Rakennustyyppi Kulutus Huolto- tai korjaustila kwh/(vuosi m 3 ) Uusi asuintalo kwh/(vuosi m 2 ) Vanha asuintalo kwh/(vuosi m 2 ) Lämmin navetta kwh/(vuosi eläin) Lihasikala kwh/(vuosi eläin) Broilerihalli 1-4 kwh/(vuosi eläin) kaappiin on asennettu virtamuuntajat, joiden avulla koneiden tarvitsema virta rekisteröidään. Kuva 4.10: Esimerkki sähköenergianmittauksesta, vasemmassa kuvassa on pistokkeen ja laitteen väliin asennettu energiankulutusmittarit, oikeassa kuvassa on koneen ohjaustauluun asennettu virtapihdit Sähköyhtiöt ovat muuttamassa energianmittauksia reaaliaikaisiksi. Tällöin kuluttajalla on mahdollisuus internetin kautta seurata kokonaiskulutusta entistä tarkemmin ja verrata tietoja edellisiin vuosiin. Tämä mahdollistaa tarkemman kulutuksen seurannan ja muutokset on helpommin havaittavissa. Esimerkki tästä on kuvassa 4.11, jossa on tammikuun 2012 sähkönkulutus eri kellonaikoina sekä myös yhden päivän aikainen kulutus. Asennuttamalla useita mittareita näin voitaisiin seurata esimerkiksi karjarakennuksen sähkön kulutusta erikseen. Rakennuksia ja sähköasennuksia suunniteltaessa kannattaa varautua sähkönkulutuksen mittaamiseen. Tällöin kustannukset ovat selvästi pienempiä kuin jälkiasennukset ja ne on helppo tehdä asennuksen yhteydessä. Sähkönkulutusmittarit olisi myös helppo asentaa valmiiksi koneisiin. Tehdasasennuksina ne eivät lisäisi paljoakaan laitteiden hankintakustannuksia. 4.6 Karjatalouskoneet Puhaltimet Puhaltimien tarvitsema sähköteho voidaan arvioida puhallusilmamäärän qv, paine-eron Δp ja puhaltimien hyötysuhteen η avulla (Yhtälö 4.1). 1 Karjatalouskoneiden kulutukset on koottu seuraavista lähteistä: Hörndahl, T Energiförbrukning i jordbrukets driftsbyggnader en kartläggning av 16 gårdar med olika driftsinriktning. Rapport 145. Sveriges lantbruksuniversitet Institution för jordbrukets biosystem och teknologi (JBT) Posio M. Kotieläintilojen energiankulutus. Pro Gradu Tutkielma. Helsingin Yliopisto Agroteknologian laitos

32 LUKU 4. ENERGIANKULUTUKSEN SEURANTA 31 Teho kwh/h Teho kwh/h Päivä tammikuussa tammikuuta 2012, klo Kuva 4.11: Esimerkkitilan 2 FIN sähkötoimittajan kulutustietoja navetassa 2012 P = q v p η Rakennusten paine-erot ovat Pa luokkaa, usein käytetään 30 Pa arvona. Jos puhaltimet ovat suoraan seinään tai kattoon asennettuja, silloin tämä on niihin kohdistuva paine-ero. Jos ilma jaetaan putkien ja kanavien kautta, silloin kanavat aiheuttavat helposti Pa paine-eron. Puhaltimet aiheuttavat toimintatavastaan riippuen joko tämän suuruisen ali- tai ylipaineen rakennukseen. Puhaltimien hyötysuhteet ovat % luokkaa. Kuvassa 4.12 on esimerkki puhaltimien vuotuisesta sähköenergiantarpeesta. Suositeltavat eläinkohtaiset ilmamäärät ovat lehmille m 3 /h, lihasioille m 3 /h ja broilereille 0,3 5 m 3 /h. Talvella ilmanvaihto on yleensä pienimmillään (minimi-ilmanvaihto) ja kesällä suurimmillaan (maksimi-ilmanvaihto). Lisäksi eläimen paino vaikuttaa tarvittavaan ilmanvaihtomäärään. Lihaeläinten kasvatuksessa ilmanvaihtoa joudutaan lisäämään eläinten koon kasvaessa. Kylmässä tai puolikylmässä pihatossa on luonnollinen ilmanvaihto, jolloin sen toimintaan tarvitaan energiaa lähinnä ilmanvaihtoluukkujen ja verhoseinien säätöön. Tämä tarve on hyvin pieni. Otetaan esimerkiksi 120 lehmän lypsykarja. Arvioidaan keskimääräiseksi ilmanvaihtomääräksi 150 m 3 /h, tällöin ilmanvaihdon puhaltimet tarvitsevat yhtä lehmää kohden noin 22 kwh ja koko karjaa kohden 2600 kwh sähköenergiaa vuodessa. Lypsykarjan mitatut ilmanvaihdon sähköntarpeet ovat olleet hieman suuremmat, kwh/(eläin vuosi). Nämä mittaukset on tehty Etelä-Ruotsissa, jossa maksimi ilmanvaihdon tarve on meitä suurempi. Eläintä kohti mitattuja kulutusarvoja on taulukossa 4.2. (4.1) Taulukko 4.2: Ilmanvaihdon energiantarve eläinpaikkaa ja vuotta kohden Tuotanto Ilmanvaihdon energian kulutus kwh//(vuosi eläin) Maidontuotanto Sianlihan tuotanto Siipikarjan tuotanto 1,3-2, Veden pumppaus ja lämmin käyttövesi Veden pumppauksen perustehon tarve voidaan laskea myös yhtälön 4.1 avulla. Paineena on nyt imukorkeuden ja verkostopaineen aiheuttama paine-ero. Vettä tarvitaan eläinten juomavedeksi sekä pesuvedeksi. Tähän

33 LUKU 4. ENERGIANKULUTUKSEN SEURANTA 32 Kuva 4.12: Ilmanvaihdon puhaltimien vuotuinen sähköenergiantarve kun paine-ero on 30, 100 tai 200 Pa. tarvittavia energiamääriä on esitetty taulukossa 4.3. Taulukko 4.3: Veden käsittelyyn tarvittavia energiamääriä Tuotanto Veden pumppaus kwh/(vuosi eläin) Lämmin käyttövesi kwh/(vuosi eläin) Maidontuotanto Sianlihan tuotanto 0,5-1, Ruokinta Ruokinnan rehunkulutuksissa on huomattavia eroja sen mukaan, minkälaista ruokintaa ja koneita käytetään. Esimerkiksi traktoria käytettäessä suora energiankulutus on sähkökäyttöä suurempi. Taulukossa 4.4 on esimerkkejä maidontuotannon ruokinnan energiankulutuksesta. Lihasikalassa liemiruokinta kulutti 2,3 kwh/(eläin vuosi) energiaa. Taulukko 4.4: Esimerkkejä maidontuotannon ruokinnan energiankulutuksesta Ruokintatapa Energian kulutus kwh/(vuosi eläin) tasosiilo + traktori + rehuvaunu + kioski 652 tasosiilo + traktori + rehuvaunu kiskoruokkija + trukki nuorkarjalle tornisiilo + kiskoruokkija + kioskit 160 tasosiilo + traktori + rehuvaunu mattoruokkija viljalle + sähkötoiminen karkearehun jakovaunu tornisiilo + kiskoruokkija + sähkötoiminen 274 sekoitin + kioskit Lypsy ja maidonjäähdytys Lypsyn ja maidonjäähdytyksen energiankulutuksia on taulukossa Lannanpoisto Lannanpoistossa voi olla käytössä lietelanta- tai kuivalantajärjestelmä. Näiden energiantarpeessa on eroja. Taulukossa 4.6 on esimerkkejä lannanpoiston energiankulutuksesta. Nämä kulutuslukemat sisältävät vain rakennuksessa tapahtuvan lannan käsittelyn. Lannan lastaus, kuljetus ja levitys kuluttavat myös energiaa.

34 LUKU 4. ENERGIANKULUTUKSEN SEURANTA 33 Taulukko 4.5: Lypsyn ja maidonjäähdytyksen energiankulutus Laite Energian kulutus kwh/(vuosi eläin) Konelypsy Robottilypsy Maidon jäähdytys Taulukko 4.6: Lannanpoiston energiankulutus Tuotanto Kuivalanta kwh/(vuosi eläin) Lietelanta kwh/(vuosi eläin) Maidontuotanto Sianlihan tuotanto 5,4 0,5-1, Valaistus Maa- ja metsätalousministeriöllä on karjasuojien valaistusohjeet. Jos näiden ohjeiden mukaan arvioidaan valaistukseen tarvittavaa energiamäärää, navetassa tarvitaan kwh/(eläin vuosi) ja lihasikalassa noin 5 kwh/(eläin vuosi). Yksinkertaisin tapa valaistuksen seurantaan on laskea lamppujen määrä ja niiden teho. Kertomalla tämä käyttöajalla saadaan arvio niiden energiantarpeesta. Esimerkiksi navetassa on 30 kpl loisteputkia, joiden teho on 36 W. Kun kaikki lamput ovat päällä, ne ottavat W = 1080 W tehon. Jos valot ovat päällä koko ajan, vuorokaudessa tulee 1,08 kw 24 h = 25,9 kwh/vrk energiantarve ja vuodessa 356 vrk 25,9 kwh/vrk = 9460 kwh. Taulukossa 4.7 on tyypillisiä valaistuksen kulutuslukemia Tuotanto Taulukko 4.7: Valaistuksen energiantarpeita Valaistuksen energian kulutus kwh/(vuosi eläin) Maidontuotanto Sianlihan tuotanto 0,3-6,3 Siipikarjan tuotanto 0,001-2,4 Energiankulutuksen seuranta: Yksinkertaisin menetelmä kulutuksen seurantaan on kirjanpidon järjestäminen. Tarkempia kulutustietoja haluttaessa polttoaineiden ja sähkön kulutukset on mitattava. Mittareiden asentaminen merkitsee kustannuksia ja usein niissä tarvitaan ammattiasentajia. Kun kulutusmittarit ovat käytössä, voidaan selvittää jopa yksittäisten koneiden ja laitteiden kulutuksia. Kulutusmittauksia pitää aina verrata muiden tilojen vastaaviin kulutuksiin.

35 Luku 5 Esimerkkejä seurannasta Jussi Esala Seinäjoen ammattikorkeakoulu ja Jyrki Kataja Jyväskylän ammattikorkeakoulu 5.1 Seurantamenetelmät Hankkeessa analysoitiin viiden kasvinviljelytilan ja kolmen lypsykarjatilan energian kulutusta. Perustiedot kerättiin tiloilta suoran energian kulutuksen osalta noudattaen Maatilojen energiaohjelman Maatilan energiasuunnitelman mukaista energian käytön jaottelua. Tilakohtaisen epäsuoran energiakulutuksen selvittämiseksi tiloilta kerättiin lisäksi arviot vuosittaisista siemen-, lannoite- ja ostorehumääristä. Tuotostiedot kerättiin vuosittaisina viljelykasveittain tuotettuina kokonaissatomäärinä sekä kotieläintuotannon osalta myytyinä tuotantomäärinä. Perustietolomake on esitetty kuvassa 5.1. Kuva 5.1: Maatilan energiakulutuksen seurannan perustietolomake 5.2 Kasvintuotantotilat Kasvintuotantotilojen energia-analyysit on melko suoraviivaisia johtuen niiden yksinkertaisesta tuotantorakenteesta. Analyysi tehtiin kappaleen 3.3 menetelmiä käyttäen. Kasvinviljelytiloista tässä esitetään kahden tilan 34