1 Energian käytön tehostaminen ja uusiutuva energia 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 1
Lypsykarjatilan energiapanokset ja tuotokset Suorat energiapanokset Epäsuorat energiapanokset Sähkö Polttoaineet Rehut Kuivikkeet Rakennukset Maito Liha Myydyt eläimet Lanta Tuotokset Ostetut eläimet Rehut ovat noin 60-85 % maidontuotannon kokonaisenergiankulutuksesta (Agree 2012). 8.5.2013 3 Suora energiankulutus vuonna 2010 Lähde: Tike 2010 4 2
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. 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 1) Maitolitrat muutettu kiloiksi tiheydellä 1,02 g/ml. HUOM. Erilaiset laskentatavat vaikuttavat energiankulutukseen. 8.5.2013 5 Sähkönkulutus lypsykarjatiloilla kwh/maito-kg kwh/lehmä Lähde 0,18 0,16 1) 1691 1530 1) TTS 2009 0,26 0,40 Schäfer 2013 0,09 2) 950 2) Esimerkkitila 1 0,11 0,14 3) Schäfer 2013 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 6 3
Suoran energiankulutuksen jakautuminen kwh/lehmä/vuosi 150 lehmää, lypsyasema, laakasiilo 220 lehmää, lypsyasema, laakasiilo 120 lehmää, robotti, tornisiilo 146 lehmää, robotti/lypsyasema, laakasiilo Lähde: Hörndahl 2008 8.5.2013 7 Energiamittaukset Tila 1 Tila 2 Tila 3 Navettatyyppi Pihatto lypsyasemalla Pihatto robotilla Pihatto lypsyasemalla Eläimet Yhteensä 110, joista lypsyssä reilu 80. Yhteensä 84, joista robottilypsyssä vajaa 60. Mittaukset alkoivat Helmikuu 2013 Syyskuu 2011 Huhtikuu 2013 8.5.2013 8 4
Kolmivaihepistorasian ja laitteen väliin kytketty energiamittari Tällaisilla energiamittareilla mitataan mm. maitotankin energiankulutusta. Kuva: A-P. Vuorentola 8.5.2013 9 Sähkönkulutuksen jakautuminen (tila 1) Sähkönkulutuksen jakautuminen 6.2.-19.4.2013. Rehunjako ei mukana kulutuksessa, koska se hoidetaan polttoainekäyttöisellä itsekulkevalla seosrehuvaunulla. 8.5.2013 10 5
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. 8.5.2013 11 Lypsy ja maidonkäsittely 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 kompressorin energiankulutusta. Veden esilämmitys lämmön talteenoton avulla? 8.5.2013 12 6
Lypsymenetelmä 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 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 14 7
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. 8.5.2013 15 Maidon jäähdyttäminen 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 8
Tankin energiankulutus (tila 2) 8.5.2013 17 Maidon jäähdytyksessä vapautuva lämpöenergia Tilalla on 50 lehmää, joiden keskituotos on 10 000 kg/lehmä/vuosi. Oletetaan, että maidon ominaislämpökapasiteetti on 4,2 kj/kgk. Maito jäähdytetään noin +37 asteesta +4 asteeseen. Mikä on vuoden aikana maidon jäähdytyksessä vapautuva lämpöenergia ja lämmitysteho? = Q = Lämpöenergia (kj) c = Lämpökapasiteetti normaalipaineessa (kj/kgk) m = Kokonaismaitomäärä (kg) T = Lämpötilamuutos ( C) P = Lämmitysteho t = Aika Q = Lämpöenergia 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 9
Lypsyn sähkönkulutus (tila 2) Lypsyrobotti sisältää tyhjiöpumpun, maitopumpun ja automaattisen pesujärjestelmän energiankulutukset. 8.5.2013 19 Lypsy Pesuvesi Pesuvesien kierrätys. Käytetty vesimäärä vähenee. Levitettävä lietemäärä vähenee. 8.5.2013 20 10
Valaistus Valaistus vaikuttaa mm. nautojen tuotokseen, kasvuun, hyvinvointiin ja hedelmällisyyteen. Valaistusvaatimus tilan ja eläimen tarpeen mukaan. Kohde Ummessa olevilla lehmillä valontarve erilainen kuin tuotannossa olevilla lehmillä. Lypsyasemalla erilainen valontarve kuin eläintiloissa. Lux Eläintilan yleisvalaistus 150 1) Lypsyasema 250 2) Nuoren karjan tila 100 1) 1) Kahden metrin korkeudella, 2) Utarekorkeudella (MMMa 8/2012) 8.5.2013 21 Valaistuksen energiankulutus ja - säästö (1/2) 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 11
Valaistuksen energiankulutus ja säästö (2/2) 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 Energiatehokkaita valaistusvaihtoehtoja (loisteputkivalaisin) 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. Lähde: Halonen & Lehtovaara, 1992 8.5.2013 24 12
Energiatehokkaita valaistusvaihtoehtoja (LED-lamput) 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 (Korkeapainenatriumlamput) 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. Lähteet: ASAE 2010; Halonen & Lehtovaara, 1992 8.5.2013 26 13
Lannanpoisto Lannanpoistojärjestelmä vaikuttaa energiankulutukseen. Lantakoneen toimintatapa. 8.5.2013 27 Ilmanvaihto 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 14
Esimerkki ilmanvaihdon energiankulutuksesta (tila 2) Lehmät laitumella osittain syyskuun puoleenväliin saakka. Katossa viisi poistoilmapuhallinta (teho 0,29 kw/puhallin). 8.5.2013 29 Ilmanvaihdon energiansäästö Ilmanvaihtotapa. Luonnollinen ilmanvaihto vs. koneellinen ilmanvaihto. Osittain luonnollinen ilmanvaihto vähentää energiankulutusta. Tasapaineilmanvaihto kuluttaa enemmän energiaa kuin alipaineilmanvaihto. Puhaltimen energiatehokkuus (W/1000 m 3 /h). Puhaltimien energiatehokkuudet vaihtelevat paljon. Ilmanvaihtohormin muotoilu. Sulavasti muotoiltu Puhaltimen säätö taajuusmuuntajalla. Puhaltimien huolto ja puhtaanapito. 8.5.2013 30 15
Ruokinta 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 (väkirehu) 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 16
Ruokinta (säilörehu/laidun) 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 Apesekoittimen sähkönkulutus (tila 2) Pyöröpaalirehu Rehu laakasiilosta Lehmät laitumella Lehmät navetassa 8.5.2013 34 17
Energiansäästöpotentiaalit maidontuotannossa (1/2) 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 (2/2) Valaistus Energiatehokkaat lamput. Luonnonvalon hyödyntäminen. Valojen ajastaminen. Lamppujen puhtaanapito. Ilmanvaihto Puhaltimen energiatehokkuus. Luonnollinen ilmanvaihto. Toimintatavat Lypsytyö Turhien valojen sammuttaminen. Rehunhakulogistiikka. 8.5.2013 36 18
Lähteitä 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.pdf Ahokas, J. & Schäfer, W. 2013. Energiankäytön vertailu. Maatilojen energiankäyttö, ENPOS-hankkeen tulokset. 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. Swedish university 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 Lisätietoa www.energia-akatemia.fi 8.5.2013 38 19