Analyse des Elektroenergieverbrauchs und Konzeption energetisch und verfahrenstechnisch optimierter Lösungen für die Milchvieh- und Schweinehaltung:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
[München]
2000
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| Schriftenreihe: | Max-Eyth-Gesellschaft für Agrartechnik / Arbeitskreis Forschung und Lehre: Forschungsbericht Agrartechnik des Arbeitskreises Forschung und Lehre der Max-Eyth-Gesellschaft (MEG)
351 |
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| Beschreibung: | Zugl.: Kiel., Univ., Diss., 2000 |
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| adam_text | Titel: Analyse des Elektroenergieverbrauchs und Konzeption energetisch und verfahrenstechnisch optimierter
Autor: Clausen, Niels
Jahr: 2000
Inhaltsverzeichnis
Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen
Verzeichnis der Abbildungen
Verzeichnis der Tabellen
Seite
1 Einleitung und Problemstellung.......................................................................17
2 Grundlagen der Stromversorgung.....................................................................19
2.1 Physikalische Grundlagen................................................................................19
2.1.1 Elektrische Arbeit.............................................................................................19
2.1.2 Elektrische Leistung.........................................................................................19
2.2 Meßtechnische Grundlagen..............................................................................20
2.3 Versorgungstechnische Grundlagen.................................................................21
2.4 Rechtliche Grundlagen der Stromversorgung..................................................22
2.5 Struktur der Strompreise...................................................................................23
2.5.1 Allgemeine Tarife.............................................................................................24
2.5.1.1 Pflicht- und Wahitarif.......................................................................................24
2.5.1.2 Die Wärmepumpenregelung.............................................................................26
2.5.2 Sonderverträge und Sondervereinbarungen......................................................26
3 Die Lastganganalyse.........................................................................................29
3.1 Möglichkeiten der Lastgangerfassung.............................................................30
3.1.1 Kalkulation des Lastgangs..............................................................................30
3.1.2 Gemessener Lastgang....................................................................................32
3.2 Erfassungsbogen zur technischen Ausstattung des gemessenen Betriebes......36
3.3 Auswertung der Lastgänge..............................................................................36
3.3.1 Die Grundlast...................................................................................................38
3.3.2 Die Mitteüast...................................................................................................38
3.3.3 Die Leistungsspitze.........................................................................................39
3 3.3.1 Vermeidbare Leistungsspitze...........................................................................39
3.3.3.2 Nicht vermeidbare Leistungsspitze.................................................................40
Seite
3.3.3.3 Relevanz der Leistungsspitze...........................................................................40
3.4 Möglichkeiten der Lastgangbeeinflussung.......................................................41
3.4.1 Organisatorische Maßnahmen..........................................................................41
3.4.1.1 Verlagerung......................................................................................................41
3.4.1.2 Verriegelung.....................................................................................................42
3.4.1.3 Maximumüberwachung....................................................................................43
3.4.1.4 Leistungsoptimierungsanlagen.........................................................................43
3.4.2 Technische Alternativen...................................................................................44
3.4 2.1 Verfahren mit geringerer elektrischer Leistungsaufnahme..............................44
3.4.2.2 Verfahren mit Lastverlagerungspotential.........................................................45
3.4.2.3 Verfahren ohne elektrischen Energiebedarf.....................................................45
3 4.3 Lastgangbeeinflussung durch Eigenstromerzeugung.......................................46
3 4.3.1 Reduktion der Grundlast...................................................................................46
3.4.3.2 Reduktion der Spitzenlast.................................................................................48
3 5 Möglichkeiten der Kostenreduktion für den Strombezug durch Veränderungen
der Bezugsbedingungen....................................................................................49
3.5.1 Auftrennen der Verbrauchseinrichtungen........................................................49
3.5.2 ..Spitzenzeitregelung .......................................................................................50
3.5.3 ..Wärmepumpenregelung ................................................................................51
3.5.4 Sonderregelungen.............................................................................................51
4 Nutzung der elektrischen Energie in der Milchvieh- und Schweinehaltung.... 52
4 I Grundlage.......................................................................................................52
4.2 Tierartübergreifende Anwendungen............................................................. 53
4.2.1 Beleuchtung..........................................................................................53
4 2 2 Wasserversorgung und Tränken............................................................57
4 2.3 Entsorgung...........................................................................................59
4.2 3 1 Gülle............................................................................................59
4.2.3.2 Festmist...................................................................................60
42 4 Beheizung von Nebenräumen..........................................................61
4.2.5 Kleingeräte.....................................................................................62
4.3 Nutzung elektrischer Energie in der Milchviehhaltung.................................63
Seite
4.3.1 Stallklima..........................................................................................................64
4.3.2 Fütterung...........................................................................................................64
4.3.2.1 Getrennte Kraft-und Grundfuttervorlage.........................................................67
4.3.2.2 Gemeinsame Kraft-und Grundfuttervorlage....................................................68
4.3.2.3 Fütterung von Kälbern......................................................................................69
4.3.3 Milchgewinnung...............................................................................................70
4.3.3.1 Milchförderung.................................................................................................72
4.3.3.2 Milchlagerung...................................................................................................72
4.3.3.3 Milchkühlung....................................................................................................72
4.3.4 Reinigung und Desinfektion der Melkanlage...................................................76
4.3.4.1 Zirkulationsreinigung.......................................................................................76
4.3.4.2 Kochendwasserreinigung..................................................................................77
4.3.4.3 Reinigung des Milchlagerbehälters..................................................................79
4.3.5 Reinigung des Melkstandes..............................................................................80
4.3.6 Melkstandsteuerung und automatische Melksysteme......................................80
4.3.7 Beheizen und Lütten des Melkstandes.............................................................82
4.3.8 Warmwasser-Bereitung und Wärmerückgewinnung aus der Milchkühlung ... 83
4.3.9 Kleingeräte in der Milchviehhaltung................................................................84
4.3.10 Umfrage zum Stromverbrauch in milchviehhaltenden Betrieben....................84
4.4 Nutzung elektrischer Energie in der Schweinemast.........................................85
4.4.1 Stallüftung........................................................................................................86
4.4.2 Heizung.............................................................................................................89
4.4.3 Fütterung von Mastschweinen..........................................................................90
4.4.3.1 Flüssigftirterung................................................................................................91
4.4.3.2 Trockenfütterung..............................................................................................92
4.4.4 Reinigung von Räumen....................................................................................93
4 4.5 Umfrage zum Stromverbrauch in Betneben mit Schweinemast......................93
4.5 Nutzung elektrischer Energie in der Ferkel Produktion...................................95
4.5.1 Staltkiima..........................................................................................................96
4.5.2 Heizung.............................................................................................................96
4.5.3 Fütterung allgemein........................................................................................ICH)
4.5.3.1 Fütterung der Sauen........................................................................................101
Seite
4.5.3.2 Fütterung der Ferkel.......................................................................................103
4.5.3.3 Fütterung im Aufzuchtstall............................................................................. 03
4.5.4 Reinigen von Räumen....................................................................................103
4.5.5 Bereiten von warmen Wasser.........................................................................104
4.5.6 Umfrage zum Stromverbrauch in Betrieben mit Ferkelproduktion................104
5 Lastmanagement für Verfahren der Milchvieh- und Schweinehaltung..........106
5.1 Aufgabenstellung............................................................................................106
5 2 Lastmanagement in der Milchviehhaltung.....................................................108
5.2.1 Leistungsbedarf in der Milchviehhaltung.......................................................108
5.2.2 Maßnahmen zur Leistungsreduzierung in der Milchviehhaltung...................111
5.2.2 1 Organisatorische Maßnahmen........................................................................111
5.2.2.2 Technische Maßnahmen.................................................................................112
5.2.3 Energiewirtschaftliche Kennzahlen................................................................116
5 2 4 Wirtschaftlichkeit der Maßnahmen zur Leistungsreduzierung in der
Milchviehhaitung............................................................................................121
5.2.5 Lastgänge von Betrieben mit speziellen arbeitswirtschaftlichen und
technischen Organisationsformen...................................................................135
5.2.5.1 Milchviehbetrieb mit 1800 Kühen und Nachzucht.........................................136
5.2.5.2 Milchviehbetrieb mit automatischem Melksystem.........................................137
5.2.5.3 Automatisches Melksystem ..Mehr-Boxen-System ......................................138
5.2.5.4 Automatisches Melksystem ,.Ein-Boxen-System ........................................139
5.3 Lastmanagement in der Schweinemast..........................................................141
5.3.1 Leistungsbedarf in der Schweinemast...........................................................141
5.3 2 Maßnahmen zur Leistungsreduzierung in Schweinemastbetrieben...............146
5.3.2 1 Organisatorische Maßnahmen......................................................................146
5 3.1 2 Technische Maßnahmen.............................................................................147
5.3.3 Energiewirtschaftliche Kennzahlen............................................................147
5.3.4 Wirtschaftlichkeit der Maßnahmen zur Leistungsreduzierung in der
Schweinemast..........................................................................................149
5 4 Lastmanagement in der Ferkelproduktion...................................................153
5 4.1 Leistungsbedarf in Betrieben der Ferkelproduktion......................................154
5.4 2 Maßnahmen zur Leistungsreduzierung in Ferkelproduktionbetrieben..........162
Seite
5.4.2.1 Organisatorische Maßnahmen........................................................................162
5.4.2.2 Technische Maßnahmen.................................................................................162
5.4.3 Energiewirtschaftliche Kennzahlen................................................................163
5.4.4 Wirtschaftlichkeit der Maßnahmen zur Leistungsreduzierung in der
Ferkelproduktion............................................................................................167
6 Zusammenfassung..........................................................................................174
7 Literaturverzeichnis........................................................................................178
Verzeichnis der Abbildungen
Seite
Abb. 2.1: Aufbau eines Induktionszählers..................................................................20
Abb. 3.1: Ermittlung der mittleren V* Stundenleistung...............................................30
Abb. 3.2: Beispiel für einen mit einer Tabellenkalkulation errechneten Lastgang.....31
Abb. 3.3: schematische Darstellung der Meßeinrichtung zur Lastgangerfassung.......33
Abb. 3.4: LEDAN * Systemkomponenten und Darstellung des Einsatzes.................35
Abb. 3.5: Darstellung der Lastbereiche eines Lastganges...........................................38
Abb. 3.6: Einsatz der Eigenstromerzeugung zur Senkung des Grundlastbedarfs........47
Abb. 3.7: Einsatz der Eigenstromerzeugung zur Senkung der Leistungsspitze..........48
Abb. 3.8: Beispiel für Zeiträume der Leistungsmessung mit „Spitzenzeitregelung .. 50
Abb. 4.1: Lichtleistung von Kompakt-Leuchtstofflampen in Abhängigkeit von der
Umgebungstemperatur und der Brennlage..................................................56
Abb. 4.2: Einteilung der Verfahren der Flüssigentmistung.........................................60
Abb. 4.3: Schematische Darstellung des Verfahrens der direkten Milchkühlung.......73
Abb. 4.4: Schematische Darstellung des Verfahrens der indirekten Milchkühiung.... 74
Abb. 4.5: Spezifischer Stromverbrauch in Betrieben mit Milchviehhaltung...............84
Abb. 4.6: Spezifischer Stromverbrauch in Betrieben mit Schweinemast....................94
Abb. 4.7: Stromverbrauch in Betrieben mit Sauenhaltung........................................105
Abb. 5.1: Lastgang eines Milchviehbetriebes mit 60 Kühen
(Direktverdampferkühlung und Zirkulationsreinigung)............................110
Abb. 5.2: Maximaler, mittlerer und minimaler Leistungsbedarf eines
Miichviehbetriebes mit 60 Kühen (über einen Zeitraum von 14 Tagen)... 111
Abb. 53: Lastgang des Milchviehbetriebes mit 60 Kühen (nach Verlagerung der
Reinigung auf einen Zeitraum vordem Melken).......................................112
Abb. 5.4: Lastgang eines Milchviehbetriebes mit 60 Kühen
(Direktverdampferkühlung und Kochendwasserreinigung;
Heißwasserbereitung vor das Melken verlagert).......................................I 3
Seite
Abb. 5.5: Lastgang eines Milchviehbetriebes mit 120 Kühen (Eiswasserbereitung
erfolgt während des Melkvorganges).........................................................114
Abb. 5.6: Lastgang des Milchviehbetriebes mit 120 Kühen (Eiswasserbereitung
außerhalb der Melkzeiten).........................................................................115
Abb. 5.7: Lastgang eines Milchviehbetriebes mit 1.800 Kühen und Nachzucht.......136
Abb. 5 8: Lastgang eines Milchviehbetriebes mit automatischem Melksystem
(3-Boxen-System)......................................................................................138
Abb. 5.9: Lastgang eines Milchviehbetriebes mit automatischem Melksystem
(1-Boxen-System)......................................................................................140
Abb. 5.10: Typischer Lastgang eines Schweinemastbetriebes mit 600 Mastplätzen
(Trockenfütterungsanlage für Automatenfütterung ad libitum)................143
Abb. 5.11. Maximaler, mittlerer und minimaler Leistungsbedarf eines
Schweinemastbetriebes mit 600 Mastplätzen (über einem Zeitraum von
14 Tagen)...................................................................................................143
Abb. 5.12: Lastgang des Schweinemastbetriebes mit 600 Mastplätzen (am Tage der
Reinigungeines Mastabteils).....................................................................144
Abb. 5.13. Lastgang eines Schweinemastbetrieb mit 1.200 Mastplätzen
(Flüssigfütterung sowie Reinigung eines Stallabteils)...............................145
Abb. 5.14: Lastgang eines Schweinemastbetriebes mit 2 500 Mastplätzen
(Flüssigfütterung sowie Reinigung eines Stallabteils)...............................146
Abb. 5.15: Lastgang eines Betriebes mit 60 Sauenplätzen (elektrische Infrarotlampen) .
..................................................................................................................156
Abb. 5.16: Maximaler, mittlerer und minimaler Leistungsbedarf eines Betriebes mit
60 Sauenplätzen (elektrische Beheizung des Ferfceiliegebereiches; über
einen Zeitraum von 14 Tagen)..................................................................157
Abb. 5.17: Lastgangeines Betriebes mit 60 Sauen .........................................................
(elektrisch geregelte Fußbodenheizung)..................................................158
Abb. 5.18: Maximaler, mittlerer und minimaler Leistungsbedarf eines Betriebes mit 60
Sauenplätzen (elektrische Fußbodenheizung im Ferkelliegebereich; über
einen Zeitraum von !4 Tagen).................................................................!58
Abb. 5.19: Lastgang eines Betriebes mit 110 Sauen (elektrische Fußbodenheizung im
Ferkelliegebereich und im Flat-deck-Abteil)............................................159
Seite
Abb. 5.20. Lastgang eines Betriebes mit 120 Sauen (Beheizung des Ferkelliegebereichs
im Abferkelstall und im Flat-deck-Abteil mit Gasstrahlem).....................160
Abb. 5.21. Lastgang eines Betriebes mit 200 Sauen (elektrische Fußbodenheizung im
Ferkelliegebereich und automatische Fütterung).......................................161
Abb. 5.22: Lastgang eines Betriebes mit 200 Sauen (mit Reinigung eines
Abferkelabteils)..........................................................................................162
Verzeichnis der Tabellen
Seite
Tab. 2.1: Preisbestandteile und Merkmale der Preisregelungen im Allgemeinen Tarif
und bei Sonderverträgen..............................................................................28
Tab. 4.1: Beleuchtungsstärke in ausgewählten Räumen der landwirtschaftlichen
Produktion....................................................................................................54
Tab. 4.2: Beleuchtungsstärke in ausgewählten Räumen.............................................55
Tab. 4.3: Zu installierende elektrische Mindestleistung für die Beleuchtungsanlage in
ausgewählten Räumen der landwirtschaftlichen Produktion.......................57
Tab. 5.1: Größenbereiche gemessener Leistung typischer Produktionsverfahren in der
Milchviehhaltung in Abhängigkeit vom Produktionsumfang....................117
Tab. 5.2. Theoretisches Einsparpotential des elektrischen Leistungsbedarfs typischer
Produktionsverfahren in Milchviehbetrieben unter Ausnutzung des
Verlagerungspotentials..............................................................................118
Tab. 5.3: Einsparung von elektrischer Leistung und Arbeit typischer
Produktionsverfahren in der Milchviehhaltung gegenüber dem
Standardverfahren......................................................................................120
Tab 5.4: Stromtarif ais Basis zur Berechnung der Stromkosten..............................122
Tab. 5.5: Stromkosten in der Milchviehhaltung unter Verrechnung mit dem in
Tabelle 5.4 ausgewiesenen Tarif.............................................................. 123
Tab. 5 6: Einsparung der Stromkosten durch zeitliche Verlagerung der Anwendung
................................................................................ .................................~I25
Tab. 5.7: Einsparung der verfahrensabhängigen Stromkosten gegenüber dem
Standardverfahren.....................................................................................127
Tab. 5 8. Maximal mögliche Investition aus der Energiekosteneinsparung gegenüber
dem Standardverfahren...........................................................................129
Tab. 5 9: Beispielhafte Preisstruktur für die Abrechnung des Strombezuges nach dem
Tarif UL (Wärmepumpentanf)............................................................131
Tab. 5 10 Aufteilung des Stromverbrauchs und der elektrischen
Leistungsinanspruchnahme auf den Tarif und den Tarif UL.....................132
Tab 5 11: Stromkosteneinsparung gegenüber dem Standardverfahren bei Anwendung
des Tarifs UL................~..........................................................................133
Seite
Tab. 5.12: Maximal mögliche Investition aus der Energiekosteneinsparung durch
Nutzung des Tarifs UL...............................................................................134
Tab. 5.13: Energiewirtschaftliche Kennzahlen der untersuchten Produktionsverfahren
Schweinemast............................................................................................148
Tab. 5.14: Stromkosten der dargestellten Verfahren unter Verrechnung des Tarifs... 149
Tab 5.15: Stromkosten nach Verlagerung der Fütterung auf die Nachttarifzeit........150
Tab. 5 16: Gemessene Leistung im Tarif und Aufteilung des Stromverbrauchs auf den
Tarif und den Tarif UL...............................................................................151
Tab 5.17: Stromkosten bei Anwendung des Tarifs UL und Kosteneinsparung
gegenüber dem Standardverfahren............................................................152
Tab. 5.18: spezifischer Jahresstromverbrauch in Betrieben der Ferkelproduktion
unterschieden nach Art der Wärmebereitstellung......................................163
Tab. 5.19: Energiewirtschaftliche Kennzahlen der Verfahren in Betrieben der
Ferkelproduktion........................................................................................164
Tab. 5.20: Stromkosten der dargestellten Verfahren unter Verrechnung des Tarifs... 165
Tab. 5.21: Energiekosten für die Verfahren unter Berücksichtigung der
Brennstoffkosten.......................................................................................167
Tab. 5.22: Einsparung der Energiekosten verschiedener Verfahren der
Wärmebereitstellung gegenüber Basisverfahren.......................................168
Tab. 5.23: Mögliche Investitionen, die sich aus der Energiekostenemsparung
finanzieren lassen.....................................................................................169
Tab. 5.24: Gemessene Leistung im Tarif und Aufteilung des Stromverbrauchs auf den
Tarif und den Tarif UL............................................................................171
Tab. 5.25 Stromkosteneinsparung bei Anwendung des Tarifs UL und aus der
Einsparung berechnete Investitionen.......................................................172
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