BEDM GmbH: Wie autarke Energieversorgung auf dem Bauernhof möglich ist!

CowEnergySystem – gleichzeitig Milch und Strom erzeugen!

Das inzwischen beendete Verbundforschungsprojekt CowEnergySystem wurde unterstützt durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft und durchgeführt von der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf und der Technischen Universität München, zusammen mit Partnern aus der Wirtschaft.

Im Mittelpunkt der Untersuchungen stehen das Wohlergehen der Tiere und die Optimierung der Energieversorgung landwirtschaftlicher Betriebe. Angestrebt wird die Entwicklung eines Energiemanagement-Systems, das dieses einzigartige Konzept praktikabel macht.

Dabei werden klimafreundliche Möglichkeiten der Energiegewinnung genutzt, etwa Photovoltaik-, Biogas- oder Windkraftanlagen. Auf diese Weise soll der Agrarsektor nachhaltiger gestaltet werden. Ziel und Vision des Forschungsprojekts ist es, landwirtschaftliche Betriebe netzdienlich zu machen, damit diese nicht nur die Rolle des regionalen Lebensmittelversorgers spielen, sondern zukünftig auch als Energiewirte oder Stromnetzstabilisatoren auftreten können.  

CowEnergySystem behandelt somit zwei wesentliche Kritikpunkte an der Agrarwirtschaft, den Einsatz fossiler Brennstoffe zur Betreibung der Maschinen und den hohen Stromverbrauch in der tierischen Veredelung, z.B. bei der energieintensiven Milch- oder Fleischerzeugung. Darüber hinaus berücksichtigt CowEnergySystem die artgerechte Tierhaltung und soll zukünftig auch mehr Transparenz bezüglich des Tierwohls und der Tier-Technik-Interaktion liefern können. 

Der deutschlandweit erste Pilotbetrieb ist der Huabahof der Familie Demmel in Schönrain (Bayern). In der Demonstrator-Umsetzung stellte sich heraus, dass für die optimierte betriebsinterne Netz- und Kommunikationstechnik die Entwicklung neuartiger spezifischer Aktoren notwendig war. Es handelt sich dabei um elektronische Module, die als Bestandteile des technischen Stallsystems zwischen dem EMS und den einzelnen Energieverbrauchern interagieren. Diese als industrielle Prototypen gefertigte Aktoren ermöglichen auch die Integration des On-Farm EMS in zukünftige und bereits bestehende Stallanlagen. Am Betrieb wurde nicht nur energetische Grundlagenforschung betrieben. Auch Forschungen im Agrarbauwesen und im Nachhaltigen Bauen sowie Ansätze zur Ammoniakemissionsreduktion oder der ständige Zugang zur Weide wurden erforscht und ausgewertet. 

Das CowEnergySystem der Familie Demmel wird von einer Photovoltaikanlage betrieben. Die Solarzellen sind auf den Dächern der Ställe und Hallen installiert. Der stationäre Speicher ermöglicht die Zwischenlagerung von bis zu 138 kWh Strom. Die gesamten Arbeitsprozesse des Hofs laufen automatisiert ab, denn auch in der landwirtschaftlichen Tierhaltung ist der Trend zur automatisierten und sensorgeregelten Produktion zu beobachten. Durch die Automatisierung ist es nun möglich, die Arbeitszeiten der einzelnen Aggregate zu flexibilisieren und im Tagesverlauf zu verschieben. Eine große Herausforderung, die dabei bewältigt werden musste, waren die Datenschnittstellen.

Auf dem Huabahof kommen Reinigungsroboter, Melkroboter, Fütterungsroboter, elektrische Futtermischmaschinen, ein Eisspeicher-Milchkühltank, ein Spaltenroboter und Elektrofahrzeuge wie beispielsweise ein e-Holflader zum Einsatz. 

Der Eisspeicher-Milchkühltank sorgt zum einen dafür, dass die gelagerte Milch im Falle knapper Energieressourcen unversehrt bleibt. Zum anderen lässt sich durch die Energieoptimierung die Kühlung flexibel steuern. Dadurch können die Zeiträume der eigenen Energieproduktion optimal ausgenutzt werden.

Nach Sonnenuntergang wird der gespeicherte Strom für die nächtliche Versorgung eingesetzt. Sollte tagsüber Energie übrig sein, gelangt diese in den stationären Speicher oder wird zum Laden der Akkus aller Maschinen und Geräte verwendet.

Ganzheitliche Steuerung aller Prozesse mit EMS

Gesteuert und überwacht werden die automatisierten Prozesse durch das eigens dafür entwickelte Energiemanagement-System EMS der Softwarefirma BEDM. Dieses dient als zentrales Monitoring-, Steuerungs- und Optimierungsmodul. Es bildet alle eingesetzten Geräte und Maschinen ab, um deren Verbrauch zu dokumentieren und eine optimale Energieversorgung zu gewährleisten. Hierbei kann der Energieeinsatz priorisiert werden. So haben beispielsweise die Melkroboter grundsätzlich Vorrang vor den Reinigungsrobotern. Sobald aber die zulässige Füllhöhe der Güllegrube überschritten ist, werden die Reinigungsroboter priorisiert.  

Die Anbindung des EMS an betriebliche und staatliche Wetterstationen verbessert zudem die Planbarkeit der Energieressourcen. Der Strom kann bis zu vier Tage zwischengespeichert werden. Dadurch ist die Energieversorgung auch bei geringer Sonneneinstrahlung gesichert.  

Zukünftig soll das EMS durch eine übergeordnete Hof-App für das Handy ergänzt werden. Die Hof-App bietet den Mitarbeitern die Möglichkeit, auch bei Tätigkeiten in den Stallungen und auf den Feldern alle Prozesse zu überblicken und zu steuern. So sind die Anwender stets über den Status der Erzeugung, Verwendung und Speicherung des Stroms informiert und können die Energieressourcen bedarfsgerecht einsetzen.   Bei hohem Energieüberschuss ist es dem Agrarbetrieb sogar gestattet, Energie an öffentliche Netzbetreiber zu verkaufen, wodurch sich die Vorteile des CowEnergySystems über die Grenzen landwirtschaftlicher Betriebe hinaus erstrecken. 

Hier eine Zusammenfassung des CowEnergySystems:

Das Beispiel des Familienbetriebs Demmel verdeutlicht, dass eine Verbindung von Milchproduktion und Energieerzeugung unter Berücksichtigung des Tierwohls und des Klimaschutzes umsetzbar ist. Dem Milchviehbetrieb ist es gelungen, seinen ökologischen Fußabdruck zu verringern.  

Die Anwender des Energiemanagement-Systems der Firma BEDM betonen, dass das System ihnen mehr Übersichtlichkeit und Planbarkeit bietet und dabei hilft, den Arbeitsalltag zu strukturieren. Die Automatisierung der Prozesse reduziert zudem die Arbeitszeit an den Geräten. Diese kann in andere Aufgabenbereiche investiert werden.

Dank der Erhöhung der Autarkiequote des Eigenverbrauchs und des Demand Side Managements (Senkung, Verschiebung oder Verzerrung der Lastpeaks) lassen sich Energiekosten verringern. Die Verwendung des EMS hat dadurch beim Huabahof bereits eine Maximierung des Gewinns bewirkt. 

Der ländliche Raum wird zukünftig eine noch größere Rolle bei der Versorgung mit umweltfreundlich regenerativ erzeugter Energie übernehmen müssen als bisher. Insbesondere Milchviehhalter können wesentlich dazu beitragen, da die Potenziale der Energieproduktion (Biogas, Photovoltaik, Windkraft) größer sind als der innerbetriebliche Verbrauch. Entscheidend ist, dass das Lastmanagement im Stall optimiert, die Eigenverbrauchs- und Autarkiequote erhöht und ein netzdienlicher Anschluss an die regionale Stromversorgungsstruktur realisiert wird. Diese Anforderungen werden durch das entwickelte EMS erfüllt. Das EMS wird dadurch den Zielen der Energiewende gerecht. Der Landwirt erschließt sich eine weitere Einkommensquelle, verbessert seine Möglichkeiten zur Produktionskontrolle und erfährt eine technologische und gesellschaftliche Aufwertung seiner Tätigkeit.

Das Testbeispiel des Projekts CowEnergySystem lässt darauf schließen, dass sich die Agrarwirtschaft mithilfe des EMS zu einer modernen und nachhaltigen Branche entwickeln kann. Zur Vertiefung der Forschung soll das CowEnergySystem auf zehn weitere deutsche Agrarbetriebe ausgeweitet werden. 

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