Energieverbrauch automatischer Fütterungssysteme in Praxisbetrieben

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1 Smart Farming Anwendungen Energieverbrauch automatischer ssysteme in Praxisbetrieben Energy consumption of automatic feeding systems in farms under practical conditions Rosemarie Oberschätzl, Bernhard Haidn, Josef Neiber, Stefan Neser Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für Landtechnik und Tierhaltung, Prof.-Dürrwaechter- Platz 2, Poing-Grub, Vöttinger Straße 36, Freising; Schlüsselwörter: Automatische ssysteme, Elektroenergieverbrauch, Milchkühe, Mastbullen Keywords: automatic feeding systems, electrical energy consumption, dairy cows, fattening bulls Zusammenfassung Automatische ssysteme (AFS) gewinnen in der Milchvieh- und Mastbullenhaltung immer mehr an Bedeutung. Mit betrieblichem Wachstum und zunehmender Technisierung sowie Automatisierung steigt der Energieverbrauch in landwirtschaftlichen Betrieben kontinuierlich an. Ziel der Untersuchungen ist es deshalb, den Elektroenergieverbrauch von AFS auf vier bayerischen Praxisbetrieben zu erfassen. Die resultierenden Stromkosten sollen unter Berücksichtigung der Dieselkosten mit jenen verglichen werden, welche beim Füttern mit einem Futtermischwagen entstehen würden. Der tägliche Elektroenergieverbrauch der untersuchten AFS unterliegt einer großen Spanne von 9,3 kwh bis zu 51,6 kwh. Der Vergleich der Gesamtenergiekosten beim Einsatz eines AFS und den kalkulierten Dieselkosten, welche beim Füttern mit einem Futtermischwagen entstehen würden zeigt, dass die Energiekosten für das Füttern durch ein AFS um bis zu 50 je GV und Jahr reduziert werden können. Summary Automatic feeding systems (AFS) for dairy cows and fattening bulls gain in importance. But increasing farm sizes, automation and mechanization can lead to rising energy consumption and costs. Therefore, the aim of the study was to analyse the electrical energy consumption of AFS on four Bavarian farms. Furthermore, the costs incurred should be compared with the calculated costs of diesel when feeding with a fodder mixing wagon. The results of the acquired daily electrical energy consumption show a wide range between 9.3 kwh and 51.6 kwh. A comparison of the total energy costs of feeding with an AFS and those of diesel-driven fodder mixing wagons shows that energy costs for feeding can be saved up to 50 per livestock unit and year by using an AFS. Bau, Technik und Umwelt in der landwirtschaftlichen Nutztierhaltung 2015, Freising 1

2 Vorträge 1 Einleitung und Zielstellung Die automatisierte Vorlage von Futtermischrationen gewinnt in der Milchvieh- und Mastbullenhaltung insbesondere aus Gründen der Arbeitszeiteinsparung und -flexibilisierung aber auch wegen der Möglichkeit zu einer mehrmals täglichen und leistungsgruppenbezogenen immer mehr an Bedeutung. Deutschlandweit werden derzeit etwa 300 automatische ssysteme (AFS) eingesetzt, wobei vor allem Betriebe in Süddeutschland diese Technik nutzen. Allein in Bayern füttern mehr als 100 rinderhaltende Landwirte automatisch. Mit betrieblichem Wachstum und zunehmender Technisierung sowie Automatisierung steigt der Energieverbrauch in landwirtschaftlichen Betrieben kontinuierlich an (AEL 2012). Milchviehhaltende Betriebe liegen bei einem Stromverbrauch von durchschnittlich 640 kwh/(tier a) (Neser et al. 2014), wobei davon die mit einem Anteil von 20 % nach dem Melken den zweitgrößten Verbraucher darstellt (Neser et al. 2012). Trotz der zunehmenden Bedeutung der Technik liegen zum Energiebedarf von AFS bis auf wenige Praxiserfahrungen bisher noch keine belastbaren Aussagen vor. Ziel der Untersuchungen ist es deshalb, den Elektroenergieverbrauch von AFS auf vier bayerischen Praxisbetrieben zu erfassen. Die aus dieser IST-Analyse hervorgegangenen Elektroenergiekosten sollen dann unter zusätzlicher Berücksichtigung der Dieselkosten mit jenen verglichen werden, welche beim Füttern mit einem konventionellen Futtermischwagen entstehen würden. Mithilfe dieser Untersuchungen sollen Energieeinsparpotenziale beim Füttern in der Rinderhaltung aufgezeigt werden. 2 Material und Methode Die Erhebungen werden als Langzeitmessungen seit Juli 2013 auf vier bayerischen Praxisbetrieben (drei Milchviehbetriebe und ein Bullenmastbetrieb) mit unterschiedlichen Betriebsausstattungen, Tierzahlen und Anlagentypen durchgeführt (Tab. 1). Milchviehbetrieb 1 und 2 sowie der Bullenmastbetrieb haben einen schienengeführten Misch- und Verteilwagen installiert und lagern ihre Futtermittel in Vorratsbehältern zwischen. Die Komponenten können über verschiedene Dosiersysteme in die Verteilwägen gefüllt werden. Auch die Antriebssysteme der Wägen sind unterschiedlich. Milchviehbetrieb 3 füttert mit einer Bandanlage in einem vollautomatisierten System. Die Silage wird hier in Tiefsilos bevorratet. Mais- und Grassilage werden über eine Obenentnahmefräse und ein Saugwurfgebläse entnommen und gefördert sowie über Abführbänder zu einem stationären Mischer transportiert. Die ssysteme in den Praxisbetrieben sind in Futterhallen untergebracht. In Milchviehbetrieb 1 und dem Bullenmastbetrieb befindet sich die Futterhalle direkt neben den Ställen, wodurch sich kurze Fahrwege für die Futtermisch- und Verteilwägen ergeben. Milchviehbetrieb 2 und 3 haben eine separate Futterhalle gebaut. Dies resultiert vor allem in Betrieb 2 in größeren Entfernungen zwischen Futterküche und Stall. Außerdem muss hier der Wagen mithilfe eines zweiten Antriebsmotors Höhenunterschiede des Hofgeländes überwinden. 2 Bau, Technik und Umwelt in der landwirtschaftlichen Nutztierhaltung 2015, Freising

3 Smart Farming Anwendungen Tab. 1: Übersicht der ssysteme und des smanagements in den Untersuchungsbetrieben Tab. 1: Overview of the automatic feeding systems and the feeding managament in the four farm types ssystem Automatisierungsstufe Futtermittel und Lagerung Befüllen der Dosiersystem der Mischsystem Antriebssystem der Mischund Verteileinrichtung Gefütterte Gruppen und sfrequenzen Anzahl gefütterter Tiere Milchviehbetrieb 1 Milchviehbetrieb 2 Milchviehbetrieb 3 Bullenmastbetrieb MixFeeder GEA/ Mullerup Schienengeführter Misch- und Verteilwagen Teilautomatische Grassilage (gehäckselt): lose in einem Maissilage (gehäckselt): lose in einem Heu: in Ballen in einem Stroh (gehäckselt): in Ballen in einem Kraft- und Mineralfutter: in Hochsilos und Dosierern Mit Schlepper und Greifschaufel Silagen: Dosierwalzen Stroh und Heu: Schneideinrichtung 1 horizontale Mischschnecke T40 Trioliet Schienengeführter Misch- und Verteilwagen Teilautomatische Grassilage: in Blöcken in einem Maissilage (gehäckselt): in Blöcken in einem Heu: in Ballen in einem Stroh: in Ballen in einem Kraft- und Mineralfutter: in Hochsilos und Dosierern Mit Schlepper und Blockschneider Pellon Futterband und stationärer Mischer Vollautomatische Grassilage (gehäckselt): in Tiefsilos Maissilage (gehäckselt): in Tiefsilos Stroh (gehäckselt): in Ballen in einem Kraft- und Mineralfutter: in Hochsilos und Dosierern Stroh: mit einem Kran Transfeed DEC Schauer/Rovibec Schienengeführter Misch- und Verteilwagen Teilautomatische Maissilage und Stroh (gehäckselt): lose in einem Kraft- und Mineralfutter: in Hochsilos und Dosierern Mit Schlepper und Greifschaufel Schneideinrichtung Dosierwalzen Dosierwalzen 2 vertikale Mischschnecken Elektromotor über Akku Elektromotor über Stromschiene HL 1) NL 2) TS 3 JV 4) HL 1) NL 2) TS 3) Transit 1 vertikale Mischschnecke Stationärer Elektromotor HL 1) NL 2) TS 3 JV 4) MA 5) 1 Paddelmischer Elektromotor über Schleppkabel MA 5) 2 MA 5) Kühe + Jungvieh (190 GV) 135 Kühe + Jungvieh (220 GV) 150 Kühe + Jungvieh (230 GV) 1) Hochleistungsgruppe. 2) Niederleistungsgruppe. 3) Trockensteher. 4) Jungvieh. 5) Mastabschnitt. MA 5) Bullen + Kälber + Fresser (150 GV) Der Energieverbrauch der einzelnen Komponenten der AFS wird in einem 15-Minuten- Intervall über Stromzähler erfasst, mithilfe von Datenloggern gespeichert und über ein GSM-Modem (Global System for Mobile Communications) zur weiteren Verarbeitung auf einen Server übertragen. Zusätzlich werden die Daten der AFS (szeiten, gefütterte Gruppen und Komponenten, Fehlermeldungen etc.) in regelmäßigen Abständen dokumentiert. Die Auswertungen des Energieverbrauchs der Systeme in den vier Praxisbetrieben erfolgten für das Jahr Dabei wurde zwischen den Hauptver- Bau, Technik und Umwelt in der landwirtschaftlichen Nutztierhaltung 2015, Freising 3

4 Vorträge brauchsbereichen Zuführung von Grundfutter, Zuführung von Kraft- und Mineralfutter, Mischen der Ration und Transport/Verteilen/Nachschieben des Futters unterschieden. Um die beim Füttern mit einem AFS verursachten Energiekosten (einschließlich Dieselkosten für das Befüllen der Vorratsbehälter) mit den Dieselkosten für das Füttern mit einem Futtermischwagen vergleichen zu können, wurden folgende Annahmen getroffen: Bedarf an Schlepperstunden (Sh) für die Futterzwischenlagerung im - Milchviehbetrieb 1: 1,6 Sh/(GV a) - Milchviehbetrieb 2: 1,3 Sh/(GV a) - Bullenmastbetrieb: 0,6 Sh/(GV a) Bedarf an Schlepperstunden für das Füttern mit einem Futtermischwagen in den betrachteten Betrieben: 2 bis 6 Sh/(GV a) Nettodieselkosten: 1,18 /l Dieselverbrauch: 10,0 l/sh (Lopotz und Nacke 2014) Nettoenergiekosten: 0,227 /kwh Aufgrund unterschiedlicher Anordnungen der Hofgelände und Entfernungen zwischen Futterhalle und Silos in den Betrieben sowie der zu fütternden GV wurde jeweils ein anderer Bedarf an Schlepperstunden für das Befüllen der Vorratsbehälter unterstellt. 3 Ergebnisse und Diskussion Die Auswertungen der Elektroenergieverbrauchsmessungen zeigen für die drei Milchviehbetriebe eine Spannweite des Verbrauchs zwischen 9,3 kwh/d bei einer teilautomatischen (Milchviehbetrieb 1) und 51,6 kwh/d bei einem vollautomatisierten Verfahren mit der Futterzuführung aus Tiefsilos (Milchviehbetrieb 3). Mit einem mittleren täglichen Elektroenergieverbrauch von 6,4 kwh/d weist die Anlage des Bullenmastbetriebs den geringsten Verbrauch auf. Dort wird nur ein Vorratsbehälter gemeinsam für Maissilage und Stroh eingesetzt, weshalb der Bereich der Grundfutterzuführung mit 0,8 kwh/d als wenig Energie verbrauchend einzustufen ist (Abb. 1). Elektroenergieverbrauch [kwh / d] Milchviehbetrieb 1 Milchviehbetrieb 2 Milchviehbetrieb 3 Bullenmastbetrieb 2,4 17,2 33,7 0,8 0,2 1,4 1,0 0,5 1) 2) 3) 17,3 11,2 11,7 5,8 5,0 4,1 2,7 Zuführung GF Zuführung KF / MF Mischen Transport/ Verteilen/ Nachschieben 4) 51,6 47,6 9,3 6,4 Gesamt 1) Grundfutter. 2) Kraftfutter. 3) Mineralfutter. 4 ) Einschließlich Verbrauch für Mischvorgang. Abb. 1: Täglicher Elektroenergieverbrauch (kwh/d) in vier Betrieben im Jahr 2014 Fig. 2: Daily electrical energy consumption (kwh per day) on four farms in the year Bau, Technik und Umwelt in der landwirtschaftlichen Nutztierhaltung 2015, Freising

5 Smart Farming Anwendungen Es lässt sich feststellen, dass die Zuführung des Grundfutters und das Mischen der Ration mit einem Anteil von im Mittel 76 % am Gesamtenergieverbrauch der Anlagen in den betrachteten Milchviehbetrieben die wesentlichen Verbraucher der AFS darstellen. Der Transport der Silage aus den Tiefsilos zum Mischer ergibt einen hohen Elektroenergieverbrauch von 33,7 kwh/d. Die Vorratsbehälter der Anlage in Betrieb 2 weisen vermutlich aufgrund ihrer Schneideinrichtung ebenfalls einen höheren Energieverbrauch auf. Die vertikalen Schneckenmischsysteme in Milchviehbetrieb 2 und 3 benötigen gemäß den Messungen mehr Energie als der Paddelmischer im Bullenmastbetrieb. In Milchviehbetrieb 2 wird jedoch langes Stroh gefüttert, welches zusätzlich noch durch die Mischeinrichtung zerkleinert werden muss. Dagegen wird in Milchviehbetrieb 1 und beim Bullenmäster gehäckseltes Stroh verwendet. Daraus kann geschlossen werden, dass die Struktur der Futterkomponenten einen Einfluss auf den Energieverbrauch der Grundfutterzuführung und des Mischens haben dürfte. Ferner ist anzunehmen, dass ein Zusammenhang zwischen dem Energieverbrauch von AFS und der gefütterten Tierzahl, der Anzahl und Menge der Futterkomponenten, der Häufigkeit der Mischungsherstellung und sowie der Entfernung zwischen der Futterhalle und dem Stall besteht. Ein Vergleich des Elektroenergieverbrauchs der vier Anlagen je Großvieheinheit (GV) und Jahr und den daraus entstehenden Kosten lassen eine ähnliche Tendenz erkennen. Milchviehbetrieb 3 muss bei einer vollautomatischen mit 18,59 rechnen, während die Stromkosten im Bullenmastbetrieb nur bei 3,53 liegen (Tab. 2). Neben dem Elektroenergieverbrauch und den hierfür entstehenden Kosten je GV und Jahr wurden die anfallenden Dieselkosten für das Befüllen der Vorratsbehälter in den Betrieben errechnet. Diese jährlichen Gesamtenergiekosten wurden dann den Dieselkosten für das Füttern mit einem Futtermischwagen gegenübergestellt (Tab. 2). Tab. 2: Vergleich des Elektroenergieverbrauchs und der kosten beim Einsatz eines AFS mit den Dieselkosten für das Füttern mit einem Futtermischwagen in den vier Untersuchungsbetrieben Tab. 2: Comparison of the electrical energy consumption and costs using an AFS and the diesel costs incurred when feeding with a fodder mixing wagon in the four farms Untersuchungsbetrieb Milchviehbetrieb 1 Milchviehbetrieb 2 Milchviehbetrieb 3 Bullenmastbetrieb kwh/(gv a) Elektroenergiekosten AFS Dieselkosten Befüllen VB1) Elektroenergieverbrauch Gesamtenergiekosten AFS 17,92 4,07 18,90 22,97 78,98 17,93 15,30 33,23 81,91 18,59 18,59 15,53 3,53 7,10 10,63 Bedarf an Schlepperstunden FMW2) Sh/(GV a) Dieselkosten FMW2) 4 47, , , , , , , ,40 1) Vorratsbehälter. 2) Futtermischwagen. Bau, Technik und Umwelt in der landwirtschaftlichen Nutztierhaltung 2015, Freising 5

6 Vorträge Entgegen bisheriger Ergebnisse zeigt Milchviehbetrieb 3 Gesamtenergiekosten von lediglich 18,59. Aufgrund der Vollautomatisierung des ssystems ist kein Befüllen von Vorratsbehältern erforderlich, sodass keine zusätzlichen Dieselkosten anfallen. Im Vergleich dazu liegen die Energiekosten in den anderen beiden Milchviehbetrieben auf einem höheren Niveau. Die Berechnungen des Verfahrensvergleichs ergaben, dass in Abhängigkeit des Bedarfs an Schlepperstunden (4 6 Sh/(GV a) für das Füttern mit einem Futtermischwagen Energiekosten durch den Einsatz eines AFS im Vergleich zu einem Futtermischwagen eingespart werden können. Auch die Betriebsleiter der Milchviehbetriebe 1 und 2 können durch ein AFS die Energiekosten für das Füttern reduzieren. Das höchste Einsparpotenzial liegt jedoch bei einer vollautomatischen vor (15 50 /(GV Jahr)). 4 Schlussfolgerungen Durch den Einsatz von AFS mit effizienten Elektromotoren können die Energiekosten für die Rinderfütterung im Vergleich zu konventioneller stechnik reduziert werden. Außerdem bietet diese Technik die Möglichkeit, Eigenstrom einer Photovoltaikanlage zu nutzen und somit steigenden Energiekosten und gleichzeitig sinkenden Vergütungen für Solarstrom zu begegnen. Literatur Arbeitsgemeinschaft für Elektrizitätsanwendung in der Landwirtschaft e.v. (2012): Stromtipps - Hinweise zum effizienten Stromeinsatz in der Landwirtschaft. (AEL) ael-online.de/inhalt/fachinfo/download/tipps.pdf., Zugriff am 3. September 2014 Lopotz, H., Nacke, K. (2014): Erfahrungssätze für überbetriebliche Maschinenarbeiten Landwirtschaftskammer Nordrhein-Westfalen und Rheinischer Landwirtschafts-Verband e.v. (Hrsg.), Zugriff am 14. Januar 2014 Neser, S.; Neiber, J.; Bonkoß, K. (2012): Stromverbrauch und Energieeffizienz im landwirtschaftlichen Betrieb. In: Energiewende und Landwirtschaft. LfL-Schriftenreihe. 22. November 2012, Bad Staffelstein, S publikationen/daten/schriftenreihe/p_45228.pdf., Zugriff am 19. März 2015 Neser, S.; Neiber, J.; Bonkoß, K. (2014): Energiebedarf und Einsparmöglichkeiten in der Rinderhaltung. In: Energieverbrauch im Milchviehbetrieb - Effizienz und Einsparpotenzial. LfL-Information. 26. März 2014, Grub, S publikationen/daten/informationen/energieverbrauch_im_milchviehstall_ pdf., Zugriff am 12. September Bau, Technik und Umwelt in der landwirtschaftlichen Nutztierhaltung 2015, Freising