Tilbake til søkeresultatene

BIONÆR-Bionæringsprogram

Exploring solar on-farm energy production combined with a fleet of electrical vehicles and precision agriculture for reduced GHG-emissions

Alternativ tittel: En systemstudie av gårdsprodusert solstrøm kombinert med en flåte elektriske farkoster og presisjonsjordbruk for reduserte klimagassutslipp

Tildelt: kr 20,5 mill.

Jordbruket har forpliktet seg til å bidra til at Norge når målet om å bli et lavutslippssamfunn. To tiltak kan betraktes som 'lavt-hengende frukt' i så måte: Reduksjon i utslippene fra diesel-drevet traktorkjøring, og reduksjon i utslippene som skyldes dårlig utnytting av tilført nitrogengjødsel. I SolarFarm-prosjektet adresserer vi disse områdene ved å utvikle et konsept bestående av innovative, tekniske løsninger og metoder som kan benyttes på de fleste norske gårdsbruk. Konseptet SolarFarm benytter tilgjengelig takareal på gårdsbygninger for å produsere solkraft som skal brukes til å drive en flåte med elektriske farkoster for mer automatisert og målrettet driftsstyring. Dette omfatter tre forskningsområder. For det første, tilpasning av energibærere og lagringskapasitet til den store variasjonen gjennom året som kjennetegner både produksjon av solkraft og energiforbruk på jordet. For det andre, grunnlaget for en systemendring, der en går fra en eller to store og tunge dieseltraktorer, til flere og delvis ubemannede elektriske traktorer. Det tredje området er behovsbasert nitrogen-gjødsling ved å kombinere bruk av droner for datainnhenting med et automatisert system for gjødselberegning og spredning. Vi har designet og optimalisert en beregningsmodell for et energisystem, som benytter seg av lokal fotovoltaisk (FV) produksjon i tillegg til strøm fra strømnettet for å erstatte dieseltraktorarbeid på tre typiske norske gårder. Vi fant at hele dieselforbruket kunne erstattes av lokal energiproduksjon og -lagring. For videre realisering av et effektivt energistyringssystem, utviklet vi en algoritme for en prognose som kan forutsi FV-produksjonen gjennom de neste 30 minuttene etter sanntid. Grunnlaget for denne er data fra et himmelkamera som sporer skyenes bevegelser. Sammen med værprognoser med timesoppløsning gir dette mulighet for effektiv styring av ladestatus i batterier og lagringstanker for hydrogen. Tap i FV-produksjon fra et takmontert og gårdsbasert anlegg i Innlandet på grunn av snødekke og støv ble estimert til henholdsvis 2 og 0,2%. Når det gjelder grunnleggende endringer i typen landbruksmaskiner og smart flåtestyring, har vi utviklet en retningsuavhengig og autonom ladestasjon med en robotarm med grep. Ladestasjonen kan forflytte seg mot parkerte kjøretøy og koble til en standardplugg for lading mens den følger en definert sikkerhetsprosedyre. Videre har vi gjort framskritt innen automatisert navigasjon og flåtestyring ved å la en ubemannet elektrisk traktor bevege seg autonomt, via beskjeder fra et grafisk brukergrensesnitt, og samhandle med en ledetraktor i en lede-følge-ordning. For å forbedre dagens praksis innen presisjonsgjødsling, har vi ytterligere utvidet feltforsøksaktiviteten på hvete og bygg for å identifisere plantenes respons på varierende delgjødslingsnivåer av nitrogen (N) med tanke på kornavling og kvalitet. Vi har fulgt plantenes vekst og utvikling med en drone (UAV) og et hyperspektralt kamera gjennom vekstsesongen og tatt ut planteprøver til senere laboratorie-analyser. De innsamlede dataene blir benyttet i utviklingen av en enkel agronomisk modell for beslutningsstøtte for N-gjødsling. Arbeidet med å forbedre teknologi og finne egnet gjødselkilde for tilføring av flytende N har blitt videreført. Vi har tilpasset en kommersielt tilgjengelig sprøyte og utviklet en kontrollenhet slik at tilførselen fra 24 dyser kan styres individuelt. Underveis har vi sett at det i dette oppsettet er vanskelig å nå dysenes maksimale spredekapasitet, og vi har testet ulike ventildrivere for å kunne optimalisere kapasiteten og presisjonen til systemet. For den overordnede vurderingen av konseptet vårt med tanke på miljømessig bærekraft, har vi utviklet en plattform for å estimere potensialet for reduksjon i bruken av fossilt brensel i norsk korn- og grovfôrproduksjon. Basert på tidligere vurderinger av dieselforbruk og profiler for energibruk gjennom vekstsesongen har vi estimert energibehovet på 16 modellgårder og for ulikt sammensatte flåter av traktorer (dieseldrevne, batteri- og hydrogenelektriske). Resultatene ble skalert opp til nasjonalt nivå for å estimere aggregert behov for FV-systemer, batterier og hydrogen. System og systemgrenser for en livssyklusanalyse av elektrifisert versus tradisjonell drift har blitt definert. Kobling mellom modellene for det lokale FV-systemet og den nasjonale energisektoren har blitt etablert til bruk i en etterfølgende, samlet analyse. To vitenskapelige artikler har blitt publisert i fagfellevurderte, internasjonale tidsskrifter, og én i NIBIO sin rapportserie. Prosjektpartnerne har hatt 87 presentasjoner for aktuelle målgrupper og 20 av dem var på internasjonale møter. Prosjektet har blitt presentert til et bredere publikum på seks markdager på NIBIO Apelsvoll og på tre utstillinger i Innlandet. Det har vært ti oppslag og en podcast i media. En workshop ble holdt på IFE og to studentoppgaver har blitt fullført på NMBU og BI.

-

There are two areas which may be considered as 'low-hanging fruits' in terms of greenhouse gas mitigation options for food and feed production: reducing the emissions from tractor work on the farm, and reducing the emissions related to low nitrogen use efficiency. In this project, we address these two areas by developing a concept of innovative technical solutions and methodologies applicable at farm level, the SolarFarm. The SolarFarm concept is about utilizing available roof area on farm buildings for solar energy capture, and to use this energy along with state-of-the-art precision agriculture technologies to produce food and feed in a more sustainable manner. To shorten the time span from concept to implementation, SolarFarm comprises a set of approaches, ranging from relatively simple solutions, e.g. for farmers with low motivation for investing in advanced technology, to more comprehensive solutions, e.g. for farmers/early adopters devoted to technology, who want to utilize the full potential. In more detail, the concept involves energy carriers and storage capacity, tailored for the annual and highly dynamic pattern in renewable energy production and demand. It also opens for a system change in farm machinery composition, moving from one or two large and heavy diesel tractors to a few and partly unmanned electrical tractors. The concept integrates the idea of demand-based nitrogen fertilization, in which unmanned aerial vehicles for data acquisition play a central role, along with a system for steering and communication. Moreover, the concept represents a base-case for renewable energy use in a farm setting, enabling assessments of energy aspects, sustainability, environmental impact, cost-efficiency and consequences for policy-makers. This 4-year project is an inter-disciplinary cooperation between NIBIO, IFE, two international experts, and a stakeholder group, which cover the entire knowledge-chain of the proposed research topics.

Budsjettformål:

BIONÆR-Bionæringsprogram