Einleitung
Willkommen zum Lernmodul Climate Smart Agriculture (CSA) zum Thema Energiemanagement und grüne Energieerzeugung!
Ein vernünftiges Energiemanagement in der Agrar- und Ernährungswirtschaft kann einen Beitrag zum Übergang zu einer klimasmarten Landwirtschaft und zum Erreichen von Ernährungs-, Klima- und Energiesicherheit leisten. Durch ressourceneffiziente landwirtschaftliche Praktiken kann eine Synergie zwischen Energie und klimafreundlicher Landwirtschaft geschaffen werden. Die Herausforderung, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern, kann durch den Ausbau energieeffizienter Lebensmittelsysteme bewältigt werden. Diese Systeme verbessern die Energieeffizienz und erhöhen den Einsatz und die Produktion von erneuerbaren Energien.
Finden Sie in diesem Modul heraus, warum!
Am Ende dieses Moduls werden Sie nicht nur wissen, was ein vernünftiges Energiemanagement in der Agrar- und Ernährungswirtschaft ist, einen Überblick über die verschiedenen Formen haben und seine Vorteile kennen, sondern Sie werden auch die Möglichkeit haben, Ihr Wissen in einem Quiz zu testen und es in anderen Aktivitäten anzuwenden.
Lernziele
Lernziel 1
- Wissen : Modelle für Energiemanagement und grüne Energieerzeugung kennen
- Fähigkeiten : Die Synergie zwischen Energie und klimafreundlicher Landwirtschaft verbinden und erkennen
- Kompetenzen: in der Lage sein, die Steigerung der Nutzung und Erzeugung erneuerbarer Energien in Ihrer Wertschöpfungskette zu beurteilen
Lernziel 2
- Wissen: Notwendigkeit und Chancen eines vernünftigen Energiemanagements in der Agrar- und Ernährungswirtschaft kennen
- Kompetenzen: Effizientes Energie- und Ressourcenmanagement in Ihrem Betrieb und in Ihrer Wertschöpfungskette skalieren können
Energiemanagement und grüne Energieerzeugung
Brainstorming
Was bedeutet Energiemanagement und grüne Energieerzeugung für Sie?
Erstellen Sie eine schnelle Mindmap, indem Sie die verschiedenen Punkte anordnen. Sie können sie später ergänzen und bei Bedarf anpassen.
Sie können auch ein Whiteboard verwenden und die Punkte gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen sammeln.
Wertschöpfungskette im Lebensmittelbereich - Energie rein Energie raus
Anteile des Energieverbrauchs und der Treibhausgasemissionen in der Lebensmittelversorgung
Das Energiemanagement dient dazu, Verbrauch und Produktion von Energie gezielt zu steuern. Dies dient dazu Energiesparmöglichkeiten zu identifizieren und zu nutzen oder den Verbrauch eigens erzeugter Energie zu erhöhen. Zunächst werden die Energieströme im Unternehmen und die dazugehörigen Energieträger erfasst und analysiert und auf dieser Basis Verbesserungsideen entwickelt. Diese können in Bezug auf ihre Wirtschaftlichkeit oder die Einsparung von Treibhausgasen bewertet und anschließend umgesetzt werden.
Versteht man unter dem Begriff Energiemanagement die Umsetzung verschiedener datenbasierter Optimierungsmaßnahmen zur Senkung der Kosten der Energieversorgung, so kann diese Kostensenkung durch eine optimierte Nutzung oder Modernisierung bestehender Energieverbraucher erreicht werden.Eine weitere Möglichkeit ist die zusätzliche Generierung von Erträgen aus eigenen Stromerzeugungsanlagen (z.B. Photovoltaikanlagen) oder aus der Vermarktung von flexibilisierten Verbrauchern, wie z.B. in der Elektromobilität oder der elektrifizierten Wärmeversorgung. Energiemanagement ist daher keineswegs als Synonym für den Begriff Energieeffizienz zu verstehen, auch wenn es durchaus Überschneidungen zwischen beiden Bereichen geben kann.
Managementmaßnahmen unterscheiden sich von Optimierungsmaßnahmen dadurch, dass sie in der Regel wiederholt – oft automatisiert – durchgeführt werden und keine einmaligen Steuerungseingriffe in die Energieströme sind. Je komplexer ein Energiesystem, bestehend aus Komponenten der Energieerzeugung, Energieverbraucher und ggf. –speicher, eines Betriebes ist, umso interessanter wird zudem die Automatisierung der Steuerung. Denn mit der Anzahl der Steuerungseingriffe erhöht sich die Komplexität des Systems, was zu Zielkonflikten führen kann: So steht beispielsweise der dynamischen Steuerung eines Batteriespeichers zur Erhöhung des Eigenverbrauchs aus der hauseigenen PV-Anlage dem technischen Ziel der Maximierung der Lebensdauer des Batteriespeichers entgegen. Oder es ist nicht klar, welche Nutzung primär mit Energie versorgt werden muss. Beispielsweise könnte es sinnvoll sein betriebliche Verbraucher primär zu versorgen und den Batteriespeicher kontinuierlich mit überschüssigem PV-Strom den Tag über zu laden. Somit braucht es ein klares Verständnis von den Anforderungen an das Energiesystem, z. B. wann wie viel Strom für eine Nutzung verfügbar sein soll, um Energieproduktion, -verbrauch und –speicherung aufeinander abzustimmen. Moderne, automatisierte Energiemanagementsysteme beziehen solche, aber auch Zielkonflikte wie die Haltbarkeit von Komponenten ein und erreichen ein Gesamtoptimum bei einem Minimum manueller Steuerungseingriffe.
Der Mehrwert von Energiemanagementsystemen
- technisch, z. B. optimierte Lebensdauer eines Batteriespeichers,
- technologisch, z. B. geringerer Managementaufwand aufgrund einer automatisierten Steuerung,
- finanziell, z. B. durch gesteigerte Nutzung selbsterzeugten Stroms
- Agronomisch, z. B. effizientere Prozesse
Die einzelnen Ebenen können dabei miteinander verknüpft gedacht werden, z. B. wenn sich eine Technik oder Technologie auch wirtschaftlich und gesellschaftlich oder umweltseitig positiv auszahlt.
Bei der Entscheidung ein Energiemanagementsystem einzuführen, sollten deshalb neben den unmittelbaren Kosten-Nutzen-Abwägungen auch die weichen Faktoren und Zukunftsfähigkeit des Systems bedacht werden.
Es ist nicht empfehlenswert, dass ein einzelner Betrieb wegen des klima-intelligenten Betriebskonzepts in den Konkurs geht. Aber das Bild des klima-intelligenten Betriebs ist eine Entwicklungslinie, und daher ist es sehr empfehlenswert, Optionen für die Erzeugung und Nutzung erneuerbarer Energien und insgesamt des intelligenten Energiemanagements in Betracht zu ziehen.
Verschiedene Arten von Energiemanagement und grüner Energieerzeugung
Brainstorming
Welche Art der grünen Energieerzeugung haben Sie bereits umgesetzt?
Welche weiteren Arten der Produktion und des Managements kennen Sie?
Welche Innovationen erwarten Sie für die nähere Zukunft?
Erstellen Sie eine Mind Map, indem Sie die verschiedenen Punkte platzieren. Sie können sie später ergänzen und bei Bedarf korrigieren.
Sie können auch ein Whiteboard verwenden und die Punkte gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen sammeln.
Wenn Sie möchten, können Sie die gesammelten Punkte mit einem +/ – kennzeichnen und sie ggf. später wieder aufgreifen.
Ein integrierter Ansatz für erneuerbare Energien in landwirtschaftlichen Systemen
Erneuerbare Energieerzeugung, relevante Quellen für Landwirte
Sonne/ Sonnenkollektoren
Sonnenlicht ist eine der am leichtesten verfügbaren Energieressourcen auf unserem Planeten, so dass man annehmen könnte, dass es die wichtigste erneuerbare Energiequelle ist. Aber natürlich kann die Menge des Sonnenlichts, die wir bekommen, je nach Ort, Jahreszeit und Tageszeit stark variieren.
Bioenergie/Biomasseanlagen/Biogasproduktion
Die in Biomasse gespeicherte Energie kann entweder durch Verbrennung freigesetzt werden oder durch die Erzeugung von Biogas in Fermentern. Bei der Erzeugung von Bioenergie werden Treibhausgase freigesetzt. Da der Kohlenstoff zuvor der der Atmosphäre entnommen wurde, gelten diese Energieträger als quasi klimaneutral. Gerade für landwirtschaftliche Betriebe ist dies eine Möglichkeit um Reststoffe zu verwerten.
Wind/Windmühlen
Windenergieanlagen erzeugen Strom, indem die kinetische Energie des Windes die Flügel des Windrads in Bewegung setzt und eine Turbine aus der Bewegungsenergie Strom erzeugt.
Wasserkraft
Wasserkraftwerke nutzen das Gefälle, um eine Turbine anzutreiben, die Strom erzeugt. Zur Wasserkraft gehören auch Wellen- und Gezeitenkraftwerke, die sich die Kräfte des Meeres zunutze machen. Diese sind für landwirtschaftliche Betriebe nicht relevant. Kleine Wasserkraftwerke sind historisch weit verbreitet, z. B. an (ehemaligen) Mühlenstandorten. Hierbei gilt es darauf zu achten, dass beim Betrieb Konflikte mit der Durchgängigkeit des Gewässers für Fische möglichst gering gehalten werden.
Flexibilität/Batterie
Der meiste Strom aus erneuerbaren Energien ist wetterabhängig. Er wird unabhängig von der Nachfrage produziert, nämlich dann, wenn der Wind weht und die Sonne.
Im Falle einer Biomasseanlage ist die Biomasse bzw. das Biogas lagerfähig und die Energieerzeugung somit regelbar. Gleiches gilt für die Wasserkraft, die sofern keine Trockenheit herrscht, ebenso regelbar ist. Dagegen ist die Energieerzeugung aus Wind und Sonne jeweils abhängig von der konkreten Sonneneinstrahlung bzw. Windstärke.
Um Angebot und Nachfrage in Einklang zu bringen, müssen also entweder konventionelle Kraftwerke hoch- oder runtergeregelt werden, Maschinen / Prozesse hoch- oder runtergeregelt werden, oder Speicher genutzt werden (kleine Batteriespeicher können sich bereits lohnen, sonst werden sog. Pump-Speicher-Kraftwerke für größere Strommengen genutzt).
Gibt es ein besonders großes Stromangebot und entsprechend niedrige Börsenpreise oder Stromüberschuss aus der eigenen Erzeugung, kann sich auch eine zusätzliche Nachfrage lohnen.
So kann Strom zum Beispiel zum Heizen genutzt werden (sog. Power-to-Heat).
Das kann Heizöl oder Gas einsparen. Auch Elektroautos können flexibel auf ein erhöhtes Stromangebot reagieren und ihre Batterien genau zu diesen Zeiten aufladen.
Insbesondere wenn unflexible Erzeugungstechnologien auf unflexible Verbraucher treffen, besteht ein Bedarf an Speichern.
Die Batteriespeicherentwicklung steht erst am Anfang.
Anlagen und Technologien werden auch für Betriebe zukünftig immer attraktiver werden und sollten im Sinne eines ganzheitlichen Energiemanagements im Auge behalten werden.
Battery development is developing quite fast in last years.
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Hinter dem Hoftor |
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Jenseits des Hoftors |
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Vorteile von Energiemanagement und grüner Energieerzeugung
Brainstorming
Erstellen Sie eine Stärken-Schwächen-Chancen-Risiken-Analyse (SWOT) bezüglich der Energieversorgung und des Energiemanagement ihres Betriebs:
Erstellen Sie eine Mind Map, indem Sie die verschiedenen Punkte platzieren. Sie können sie später ergänzen und bei Bedarf korrigieren.
Sie können auch ein Whiteboard verwenden und die Punkte gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen sammeln.
Wenn Sie möchten, können Sie die gesammelten Punkte mit einem +/ – kennzeichnen und sie ggf. später wieder aufgreifen.
Stärken, Schwächen, Chancen und Risiken der Energieerzeugung auf dem eigenen Betrieb
Die hohen und schwankenden Energiekosten stellen viele Betriebe vor wirtschaftliche Herausforderungen.
Infolgedessen werden alternative Energiequellen immer attraktiver, um ihre Energieunabhängigkeit zu steigern.
Durch den Einsatz nachhaltiger Energie in der Landwirtschaft in Form von Windkraft, Sonnenenergie und Biomasse können Betriebe darüber hinaus auch langfristige neue Einkommensquellen erschließen und sich so breiter aufstellen.
By using sustainable energy in agriculture in form of wind power, solar power and biomass energy, farmers can not only reduce their costs, but also develop long-term sources of income.
Energieerzeugung im Kontext klimasmarter Landwirtschaft
Neben der Klimaanpassung der Produktion, der Kohlenstoffspeicherung im Boden ist die Erzeugung erneuerbarer Energien eine wichtige Säule zur Reduzierung der Emissionen in der Landwirtschaft. In der Landwirtschaft braucht die Primärproduktion den größten Teil der eingesetzten Energie.
Bezogen auf den gesamten Lebensmittelsektor sind insbesondere diverse Kühl- und Erhitzungsprozesse in der Lebensmittelverarbeitung für einen großen Teil der Treibhausgasemissionen verantwortlich. Gerade an dieser Stelle können Energieeffizienzmaßnahmen und die Erzeugung erneuerbarer Energien eine wichtige Rolle spielen, um Kosten und Emissionen zu reduzieren.
Energiemanagementsysteme können helfen, die erzeugte Energie effizient zu nutzen und ggf. in Form von Hitze oder Kälte zu speichern.
Quiz
Zusammenfassung
Erneuerbare Energien spielen zwar eine Schlüsselrolle in künftigen kohlenstoffreduzierten Plänen zur Begrenzung der globalen Erwärmung, aber ihre Abhängigkeit von klimatischen Bedingungen macht sie auch anfällig für den Klimawandel.
Dies gilt auch für energieeffiziente Lebensmittelsysteme. So wird sich der Klimawandel auf viele Aspekte der Erzeugung erneuerbarer Energien auswirken, etwa auf den Anbau von Biokraftstoffen, die Verfügbarkeit von Wasser und die Saisonabhängigkeit der Wasserkraft, die atmosphärischen Bedingungen für Wind- und Solarenergie und die Schwankungen des Energiebedarfs für Heizung und Kühlung.
Die Energieversorgung muss so „klimafest“ wie möglich gemacht werden, um sicherzustellen, dass die Energienutzung im Agrar- und Ernährungssystem klimaverträglich ist.
Agroforstwirtschaft
Stellen Sie sich vor, Sie wären auf einem Bauernhof, der von Grund auf neu gebaut wurde:
Stellen Sie sich vor, Sie leiten einen Milchviehbetrieb mit mehr als 240 Kühen.
Sie bewirtschaften ca. 180 ha, davon 100 ha Ackerland und 80 ha Grünland.
Bis jetzt haben Sie nur den Stall gebaut und haben nur die Maschinen für die Prozesse auf dem Hof.
Wie sieht Ihr optimales Energiekonzept für diesen Betrieb aus?
- Den Energiebedarf
- Die Energieversorgung
- Die Möglichkeiten eines Energiemanagementsystems
