Samstag, 19. Juni 2021
Arbeitsgemeinschaft Landtechnik und Landwirtschaftliches Bauwesen in Bayern e.V.

2. Online-Seminar der sechsteiligen Seminarreihe "Bewässerungsmanagement" am 28. Januar 2021

BERICHT

Maßnahmen zur Effizienzsteigerung der Bewässerung und des Managements

Referent: Jürgen Kleber - Hochschule Geisenheim University, Institut für Gemüsebau, Hessen

Jürgen Kleber
Jürgen Kleber

In Sachen Bewässerung laufen in Bayern bei Daniel Pascal Klaehre, Gartenbaurefererent im Bayerischen Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (StMELF), die Fäden zusammen. Klaehre moderierte das Seminar und dankte einleitend dem Initiator Dr. Martin Müller, ALB, für die Vorbereitung der "gelungenen Online-Seminarreihe".

Erfahrungen aus dem BLE-Projekt "Effiziente Bewässerung im Gemüsebau"

Übergeordnetes Thema im zweiten Seminar war "Effizienzsteigerung der Bewässerung". Damit leitete Klaehre auf den Vortrag des langjährig in der Versuchstätigkeit erfahrenen Diplom-Ingenieurs Jürgen Kleber über. Dessen Ausführungen beruhen auf einem vierjährigen durch das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (BMEL) über die Bundesanstalt für Landwirtschaft (BLE) geförderten Projekt, das gemeinsam von der Hochschule Geisenheim University, dem Landesbetrieb Landwirtschaft Hessen und der Landwirtschaftskammer Niedersachsen durchgeführt wurde. Außerdem waren 12 Demonstrationsbetriebe eingebunden.

BLE-Ergebnisbroschüre zum Download: Effiziente Bewässerung im Gemüsebau (4,4 MB)

In dem Projekt kamen die Beteiligten zu der Einschätzung, dass beim Wassersparen die Möglichkeiten, die über ein effizientes, an den Bedarf der Pflanzen angepasstes, verlustarmes Bewässern hinausgehen (siehe insbesondere Seminare Nr. 1, 4, 5), eng begrenzt sind. Wasser brauchen die Pflanzen, um zu wachsen. Besonders interessant war vielmehr die "Energieeinsparung", die bei der Optimierung von Pumpen, Rohrleitungen und Bewässerungsaggregaten möglich ist. Dies war dann auch Schwerpunkt des Seminars.

Betriebskosten einer Pumpenanlage werden vom Energieaufwand dominiert

Bei der Betrachtung der Erfahrungen zur Effizienzsteigerung wurde festgestellt, dass Pumpen häufig zu viel Energie verbrauchen, weil:

  • die eingesetzte Pumpe größer ist als erforderlich
  • die Pumpe mit fester Drehzahl bei variablen Fördermengen und -drücken läuft
  • der Antriebsmotor ineffizient und die Pumpe nach Jahren verschlissen ist
  • die Installation und Betriebsweise ungünstig sind und durch Reibung zusätzlich Energie "schlucken"

Die Betriebskosten einer Pumpenanlage verteilen sich im Schnitt zu nur zu 7 % auf den Kaufpreis und zu 8 % auf Servicebedarf, aber zu 85 % auf den Energieaufwand (Quelle: Matthias Kaufmann, Firma Grundfos). Dies bedeutet, dass der Nutzer für eine neue, effiziente und gut angepasste Pumpe gerne etwas mehr ausgeben kann, weil der Mehrpreis über die Laufzeit durch die Energieeinsparung in der Regel schnell wieder hereingeholt wird. Um geeignete Pumpentechnik auszuwählen, ist es hierbei erforderlich, den exakten Betriebspunkt des jeweiligen Bewässerungssystems (erforderlicher Betriebsdruck, benötigte Förderleistung) genau zu kennen.

Tabelle 1: Betriebsdruck der Pumpe an das Bewässerungssystem anpassen

Bewässerungssystem Druckbedarf am Hydranten
Rohrtrommelmaschine mit Großregner 6 bis 10 bar
Rohrberegung 5 bis 6 bar
Kleinregner, Centerpivot (Kreisberegnung), Linearmaschinen, Düsenwagen ca. 3 bar
Tropfbewässerung 0,5 bis 3 bar

Ein unnötig hoher Betriebsdruck (Pumpe) bedeutet unnötige Energieverluste

Oft verbrauchen bestehende Pumpen unnötig viel Energie
Oft verbrauchen bestehende Pumpen unnötig viel Energie

Wie lässt sich der Betriebsdruck der Pumpe an das Bewässerungssystem anpassen, wenn zum Beispiel zur Wasserentnahme eine konkrete Pumpe zur Verfügung steht und damit sowohl Großregner als auch andere Systeme bis hin zur Tropfbewässerung betrieben werden sollen? Für die volle Leistung beim Großregner (Druckbedarf 7 bar, Ausbringleistung 50 m³/h) ist zum Beispiel eine Pumpe mit 16,7 kW notwendig. Tropfbewässerungsanlagen (Druckbedarf 2 bar, Ausbringleistung 33 m³/h) wären dagegen eigentlich mit einer Pumpe von 2,5 kW ausreichend ausgestattet. Beide Bewässerungssysteme mit der selben Pumpe bei fixer Drehzahl zu betreiben, ist nur durch Installation eines Druckminderes vor den Tropfschläuchen möglich. Genau auf diese Weise werden aber circa 14 kW Leistung und damit einhergehende Energie am Druckminderer nutzlos verbraucht (Anmerkung Redaktion: ... indem Kompressionsenergie in Wärmeenergie umgewandelt wird).

Als Lösungsweg schlägt Kleber vor, entweder zwei verschiedene Pumpen, die jeweils in dem entsprechend optimalen Druckbereich arbeiten, zu verwenden. Oder es kommt eine frequenzgerichtete Pumpe zu Einsatz, die sich ohne Energieverluste durch Herunterregeln der Drehzahl an den erforderlichen Betriebsdruck anpassen lässt. Im Beispiel können durch beide Optimierungsmaßnahmen ungefähr 50 % Energie eingespart werden.

Den Leistungsbedarf P an der Pumpenwelle kann jeder nach folgender Formel berechnen:

P = Q ⋅ h / 367 ⋅ η (Formel 1)

P Leistungsbedarf der Pumpe [kW]
Q Förderleistung [m³/h]
h Förderhöhe Brunnenanlage [m]
η (Eta) Wirkungsgrad der Pumpe

Quelle: KSB Aktiengesellschaft (Ed.), 2001; Auslegung von Kreiselpumpen, verändert

Eine stete Anpassung des Betriebsdrucks (Pumpe) an die spezifischen Einsatzbedingungen minimiert Leistungsbedarf und Energieaufwand

Wie sich ein reduzierter Druck auf den Leistungsbedarf der Pumpe (P) auswirkt, zeigte Kleber an folgenden Beispielrechnungen, bei denen die Förderhöhen von 80 m (entspreicht 8 bar Druckabfall) und 30 m (entspricht 3 bar Druckabfall) in die obige Formel eingesetzt wurden:

  • Förderleistung = 45 m³/h
    Förderhöhe = 80 m (entspricht 8 bar Druckbedarf)
    Wirkungsgrad = 0,8 (= 80%)
    Leistungsbedarf P = 45 ⋅ 80 / 367 ⋅ 0,8 kW = 12,3 kW**

  • Förderleistung = 45 m³/h
    Förderhöhe = 30 m (entspricht 3 bar Druckbedarf)
    Wirkungsgrad = 0,8 (= 80%)
    Leistungsbedarf P = 45 ⋅ 30 / 367 ⋅ 0,8 kW = 4,6 kW

Leistungsbedarf bei Förderhöhe 80 Meter: 12,3 kW = 100 %
Leistungsbedarf bei Förderhöhe 30 Meter: 4,6 kW = 4,6 / 12,3 = 37 %
Einsaparung Leistungsbedarf: 100 % - 37 % = 63 %

Ergebnis: Bei gleiche Förderleistung kann der Druck an der Pumpe um 5 bar reduziert werden, wenn sich die Förderhöhe von 80 Meter um 50 auf 30 Meter vermindert. Hierdurch reduziert sich der Leistungsbedarf der Pumpe von 12,3 KW auf 4,6 KW. Dies ermöglicht eine Einsparung bezüglich Leistungsbedarf und damit Energieaufwand um 63 %.

Klebers Zwischenfazit: Wenn bei gleichem Wirkungsgrad der Pumpe von 0,8 und gleicher Förderleistung von 45 m³/h lediglich 3 bar Druck für die Tropfbewässerung oder den Betrieb von Kleinregnern erzeugt werden muss, sind nur 4,6 kW Leistungsbedarf der Pumpe erforderlich gegenüber 12,3 kW Leistungsbedarf beim Einsatz eines Großregners. Es kann dadurch mehr als 60 % an Energie eingespart werden.

Smarte Konzepte ermöglichen eine verbrauchs- und druckabhängige Steuerung der Pumpen im Netz - das ist energieeffizient
Smarte Konzepte ermöglichen eine verbrauchs- und druckabhängige Steuerung der Pumpen im Netz - das ist energieeffizient

Bei Beregungusverbänden besteht zudem mit Hilfe digitaler Steuerungskonzepte die Möglichkeit den Betriebsdruck anzupassen, indem mehrere Pumpen in einem Verband in Abhängigkeit des resultierenen Förder- und Druckbedarfs aller angeschlossenen Bewässerungssysteme schrittweise zu- oder abgeschaltet werden. Mehrere Technikfirmen bieten Lösungen an. Die Beregnungsmaschinen sind hierzu mit Drucksensoren ausgestattet, die über das Mobilfunknetz Daten an einen Rechner senden. Am Server wird dann automatisch errechnet, welche Pumpen in einem Verband wie zu schalten sind (Zu-, Abschaltung oder Frequenzsteuerung online), damit an allen Regner in der Ringleitung möglichst gerade so ausreichend Druck vorhanden ist. In dieser Weise lassen sich smarte Lösungen gestalten und im großen Stil Energie sparend einsetzen.

Weitere betriebsspezifische Lösungen zur Steigerung der Energieeffizienz von Pumpen

Aus den Projekterfahrungen weiß Kleber auch, dass es clevere betriebsspezifische Lösungen der Pumpenanpassung gibt. Ein niedersächsischer Betrieb mit tropfbewässerten Kartoffeln setzt kleine benzinbetriebene Pumpen von Honda ein, die aus Flachbrunnen bei Grundwasserständen von 2 bis 3 m gespeist werden. Mit einer Saugpumpe, die den benötigten Druck von etwa 2 bis 3 bar aufbaut, kommt man hier gut zurecht. Auch der für eine bestimmte Bewässerungszeit / Gabenhöhe in mm erforderliche Benzinverbrauch ist einfach zu kalkulieren. Die Pumpen schalten dann bei Leerstand automatisch ab - damit endet auch die Bewässerung. Abends sind lediglich die Pumpen wieder einzusammeln (Schwund!).

Dieselaggregat mit Leistungsanpassung und Fernsteuerung über GSM-Modul
Dieselaggregat mit Leistungsanpassung und Fernsteuerung über GSM-Modul

Kleber wies ebenso auf Dieselaggregate mit Leistungsanpassung hin, die aus der Ferne gesteuert werden können, allerdings deutlich teurer sind.

Elektr-obetriebene Unterwasserpumpen wurden in den Demonstrationsbetrieben mit einem mobilen dieselbetriebenem Stromgenerator eingesetzt. Die Unterwasserpumpen werden mittels Aufzug in den Brunnen gesenkt und elektrisch angetrieben. Weil bei Systemen mit Generatoren (keine feste Wellenverbindung zur Pumpe) ausschließlich Strom erzeugt wird, dürfen diese Anlagen in Deutschland mit steuerbegünstigtem Heizöl betrieben werden. Das funktioniert für Fördermengen von 30 bis 220 m²/h und bis zu 40 Meter tiefe Brunnen ab 18 cm Durchmesser. Jedoch liegen die Anschaffungskosten von Tauchpumpen + dieselbetriebenem Stromgenerator um circa 1/3 höher als bei Dieselpumpen. Da der Stromgenerator noch für andere Zwecke genutzt werden kann, relativieren sich die Mehrausgaben aber möglicherweise wieder.

Schließlich können Ersatzinvestitionen, die im Rahmen von Energieeffizienzprogrammen häufig sogar finanziell gefördert werden, durch nachfolgende Energieeinsparungen stark finanziell abgepuffert oder vollständig ausgeglichen werden. So ersetzte ein Erzeuger eine alte Pumpe mit circa 40 kW Leistung durch eine neue Pumpe für Trommelregner (30 kW) und eine weitere neue Pumpe für die Tropfbewässerung (4 kW) und erreichte mit dieser Modernisierung eine Energieeinsparung von circa 20 %, was einer monetären Ersparnis von jährlich 2.000 Euro entspricht.

Rohrleitungs-Check zur Vermeidung von unnötigen Druckverlusten

Effizienz bezieht sich auch auf Rohrleitungen, die einem Check unterzogen werden sollten. Kleber berichtete von einem Betrieb in Niedersachsen, der neue Rohrleitungen, PVC-Druckrohre, mit einem Durchmesser (DN) von 200 mm verlegte. Er tat dies, um den Druckverlust (Δp) im Bewässerungssystem zu senken, gemäß der zugrunde liegenden physikalischen Gesetzmäßigkeit: "Strömungswiderstände steigen im Quadrat zur Fließgeschwindigkeit!"

Die Druckverluste Δp entlang einer Rohrleitung lassen sich mit folgender Formel berechnen:

Δp = λ ⋅ L ⋅ ρ ⋅ v² / d ⋅ 2 (Formel 2)

Δp Druckverlust [bar]
λ Rohrreibungszahl (Lambda)
L Rohrleitungslänge [m]
ρ Dichte des Fluids (Rho) [g/cm³]
v Fließgeschwindigkeit [m/sec]
d Rohrleitungs-Innendurchmesser [cm]

Anmerkung Redaktion: Bei der Anwendung der Formel auf einheitliche Bezugsgrößen achten: z.B. ggf. Millimeter und Zentimeter in Meter umrechnen.

Wichtig bei der Dimensionierung von Rohrleitungen ist, dass der Innendurchmesser der Rohrleitung (d) zum Volumenstrom passt, um eine zu hohe Fließgeschwindigkeit zu verhindern. Energetisch günstig sind Werte für die Fließgeschwindigkeit von bis zu 1,5 m/sec. Bei dieser Fließgeschwindigkeit halten sich die Druckverluste in Rohrleitungen relativ in Grenzen. Anmerkung Redaktion: Letzten Endes hängt der optimale Rohrleitungs-Innendurchmesser aber auch von der Auslastung der Rohrleitung (Betriebsstunden/Jahr) und den Energiekosten (€/kWh) ab.

Druckverluste entstehen bereits bei der Wasserentnahme aus der Tiefe. Bei nur wenigen zu überbrückenden Metern bei Oberflächengewässern sind sie gering. Bei Flachbrunnen muss bereits bis zu 20 m Höhendifferenz für die Wasserentnahme aufgebracht werden. Tiefbrunnen können zwischen 20 und 99 m tief gebohrt werden. Für die Überbrückung von fast 100 m eignen sich PVC-Druckrohre als Steigleitung. Auch hier muss erneut der Rohrdurchmesser zum Volumenstrom passen. In einem Projekt wurde in diesen Rohren eine Fließgeschwindigkeit des Wasser von circa 7 m/sec gemessen. Bei derart hohen Geschwindigkeiten ergeben sich große Reibungswiderstände und die Rohrleitungen erleiden nach wenigen Jahren Defekte, da sie von Kleinteilen im Wasser, wie zum Beispiel Sandpartikel, regelrecht durchgeschliffen werden.

Zu hohe Fließgeschwindigkeiten fressen Energie

Das Verlegen neuer Rohrleitungen kann sich schnell bezahlt machen: Energetisch günstig sind Fließgeschwindigkeiten bis 1,5 m/sec
Das Verlegen neuer Rohrleitungen kann sich schnell bezahlt machen: Energetisch günstig sind Fließgeschwindigkeiten bis 1,5 m/sec

Die Fließgeschwindigkeit v in Rohrleitungen errechnet sich nach folgender Formel (Herleitung der Formel durch ALB):

v = 3,54 ⋅ V / d² (Formel 3)

v Fließgeschwindigkeit [m/sec]
V Volumenstrom [m³/h]
d Rohrleitungs-Innendurchmesser [cm]

Gemäß der Formel ergeben sich bei einem Volumenstrom von 55 m³/h in Abhängigkeit vom jeweiligen Innendurchmesser der Leitungsrohre nachfolgende Fließgeschwindigkeiten:

Innenrohrdurchmesser d = 20 cm 🠒 Fließgeschw. v = 0,49 m/s
Innenrohrdurchmesser d = 15 cm 🠒 Fließgeschw. v = 0,87 m/s
Innenrohrdurchmesser d = 12,5 cm 🠒 Fließgeschwindigkeit v = 1,25 m/s
Innenrohrdurchmesser d = 10 cm 🠒 Fließgeschwindigkeit v = 1,95 m/s

Wählt man also aus Gründen der Materialersparnis statt 200 mm-Rohren einen Durchmesser kleiner, also 150 mm, steigt die Strömungsgeschwindigkeit um (0,87-0,49)/0,49 = 78 %. Mit einem Rohr mit 125 mm Innendurchmesser liegt die Geschwindigkeit noch gut im günstigen Bereich, während dieser mit einem 100er Rohr zwar überschritten wird. Aber man bekommt das Wasser durch.

Wird im Beispiel (PVC-Druckrohre nach EN 1452-2 PN10, Volumenstrom: 55 m³/h) eine Rohrstrecke von 1.000 m betrachtet, diese Länge ist nach Kleber in der Praxis häufig anzutreffen, dann wird deutlich, dass der Druckverlust mit der Abnahme des Rohrleitungs-Innendurchmesser von 200 mm nach 100 mm folgendermaßen zunimmt:

DN200 = 0,09 bar Druckverlust
DN150 = 0,48 bar Druckverlust
DN125 = 1,92 bar Druckverlust
DN100 = 3,68 bar Druckverlust

Anmerkung Redaktion: Ein Rohr nach DN200 hat in etwa einen Innenrohrdurchemsser von 200 mm, aber nicht exakt; sinngemäß gilt das auch für Angaben zu Rohren anderen Druchmessers. Daher bitte für eigene Berechnungen im Zweifelsfall zunächst den tatsächlichen Rohrleitungs-Innendurchmesser mit dem Meterstab messen.

Das heißt, bei zum Beispiel 3,68 bar Druckverlust auf 1 km Rohrlänge, wird mit Leistungsbedarf bzw. Energieaufwand 3,68 bar Druck erzeugt, der dann am Ende der Rohrleitung wieder verschwunden ist.

Bei 72% Wirkungsgrad der Elektro-Pumpe, 1.000 Betriebsstunden (Bh/Jahr) und einem Preis von 0,20 €/kWh nehmen die Kosten für den Ausgleich des Druckverlusts mit abnehmendem Rohrdurchmesser (200 mm bis 100 mm) wie folgt zu:

DN200 = 40 €/Jahr
DN150 = 226 €/Jahr
DN125 = 880 €/Jahr
DN100 = 1.680 €/Jahr

Beim dünnsten Rohr (DN100) kommt Kleber auf Kosten von 1.680 €/Jahr. Dies bedeutet, dass man durch das Rohr mit dem größten Durchmesser (DN200) Energiekosten von 1.680 - 40 = 1.640 €/Jahr einspart. Wie der Experte sagte, sind in Deutschland in den 1970ziger und 1980ziger Jahren 100er Rohre gar nicht so selten verlegt worden, weil die Betriebe mit der Rohrberegnung gerade erst angefangen hatten und die zu bewässernden Flächen noch klein dimensioniert waren. Dann wuchsen die Betriebe und man stieg auf größere Pumpen um, die das Wasser dann mit entsprechend höherem Druck und schnelleren Fließgeschwindigkeiten durch die Rohre hin zu leistungsfähigeren Beregnungsmaschinen pressten.

Erzeugung eines Ringschlusses; Quelle: BLE-Broschüre "Effiziente Bewässerung im Gemüsebau"
Erzeugung eines Ringschlusses; Quelle: BLE-Broschüre "Effiziente Bewässerung im Gemüsebau"

Ein Ringschluss zählt zu den besonders wirksamen Methoden

Verbesserungsmöglichkeiten bestehen als einfachste Lösung durch die Erzeugung eines Ringschlusses. Dabei werden Hydranten von zwei Seiten mit Wasser versorgt. Hierdurch halbiert sich die Fließgeschwindigkeit und die Druckverluste und damit verbundene Energieverluste bzw. -kosten reduzieren sich gemäß Formel 2 (siehe oben) im Quadrat, also um 75%.

Eine weitere Lösung ist die Installation von Parallelleitungen neben den vorhandenen Stichleitungen:

Verlegung von Parallelleitungen; Quelle: BLE-Broschüre "Effiziente Bewässerung im Gemüsebau"
Verlegung von Parallelleitungen; Quelle: BLE-Broschüre "Effiziente Bewässerung im Gemüsebau"

Effekt und Einsparpotential sind im Prinzip identisch wie bei Ringleitungen. Auch hier werden die Stichleitungen nicht ausgetauscht und die teuren Bestandteile der Leitungen wie Fittings und Hydranten bleiben bestehen. Das Verlegen neuer Rohre entlang der Stichleitung und der Anschluss an eine Stichleitung kann relativ preisgünstig realsisiert werden.

Bei der Planung von Bewässerungsanlagen ist als weiterer Faktor für das Entstehen von Druckverlusten (Δp) bei der Auswahl von Materialien der Rohre die Rohrreibungszahl λ (Lambda) zu berücksichtigen. Die Rohrreibungszahl ist abhängig von der Rauheit der Innenoberfläche der Rohre und dem Durchmesser (siehe Tabelle 2).

Tabelle 2: Rauheit der Innenoberfläche von Leitungsrohren in Abhänggigkeit der Materialbeschaffenheit

Materialbeschaffenheit Rauheit
Kunststoff 0,0015 ... 0,007 mm
Stahl neu, mit Walzhaut 0,02 ... 0,06 mm
Stahl mit leichten Verkrustungen 0,15 ... 0,4 mm

Bei den Kunststoffen ist PVC (Polyvinylchlorid) glatter als PE (Polyethylen). Neue Rohre sind glatter als alte Rohre. Deshalb ist zu überlegen, wie alt, gebraucht und abgenutzt die verwendeten Rohre sind und ob es lohnt, alte Rohre weiter zu betreiben oder sie - bei einem zunächst eventuell beabsichtigten Bau von Parallelleitungen - durch eine komplett neue Leitungsanlage zu ersetzen.

Winkel, Bögen, Kupplungen, Knicke in Flachschläuchen … bewirken zusätzliche Druckverluste und erhöhen unmittelbar den Leistungsbedarf bzw. Energieaufwand
Winkel, Bögen, Kupplungen, Knicke in Flachschläuchen … bewirken zusätzliche Druckverluste und erhöhen unmittelbar den Leistungsbedarf bzw. Energieaufwand

Auch bei allen Bestandteilen einer Rohranlage wie Winkel, Bögen, Kupplungen, Flachschläuchen und mehr lohnt sich ein Check. Statt Winkel könnte man einen Bogen einsetzen, um den Durchfluss im Rohr zu verbessern. Auch viele hintereinander geschraubte Fittings sind in der Praxis anzutreffen, die sich verengend auswirken. Dies gilt es möglichst zu vermeiden. Oft seien auch Flachschläuche einfach zu lang, um eine Beregnungsmaschine direkt anzuschließen. Sie würden dann mitunter in alle Richtungen geknickt, bis sie dann endlich die Beregnungsmaschine erreichen. An jedem Knick, so Kleber, besteht ein erheblicher Strömungwiderstand und es entstehen entsprechend erhebliche Druckverluste.

Auch die Ausbring- / Verteiltechnik lässt sich energetisch optimieren

Neben Pumpen und Rohrleitungen sind auch Bewässerungsanlagen dahingehend zu optimieren, dass die Effizienz der Ausbring- / Verteiltechnik gesteigert wird.

Rohrtrommelmaschinen mit Schwinghebelregnern werden häufig eingesetzt. Mit 6 bis 8 bar Druck am Hydrant wird das Bewässerungswasser bis zu circa 40 m weit in der Luft transportiert. Es kostet eine Unmenge an Energie, das Wasser soweit zu werfen. Nach wie vor sind diese Bewässerungsanlagen preisgünstig, praktisch und können sehr gut umgesetzt werden. Nicht selten würden "alte Schätzchen" mit 450 m Rohrlänge und 90 mm Rohrinnendurchmesser - im Vergleich zu 125 mm bei modernen Anlagen - sogar noch genutzt. Aber es sind nach Kleber, aufgrund der geringen Rohrdurchmesser, die Energiefresser schlechthin.

Am Vergleich zweier Maschinen machte er mögliche Optimierungen deutlich:

Moderne Beregnungsmaschinen mit größerem Rohrdurchmesser und höherem energetischen Wirkungsgrad in der Turbine reduzieren den Leistungsbedarf und sparen Energie und damit laufende (variable) Kosten
Moderne Beregnungsmaschinen mit größerem Rohrdurchmesser und höherem energetischen Wirkungsgrad in der Turbine reduzieren den Leistungsbedarf und sparen Energie und damit laufende (variable) Kosten

Bei der älteren Beregnungsmaschine A (Rohrdimension: 450 m x 90 mm x 7 mm, Volumenstrom: 45 m³/h, Fließgeschwindigkeit: 2,8 m/s) beträgt der Druckverlust entlang des Rohrs 5,0 bar. In der Turbine haben alte Maschinen noch vergleichsweise schlechte Wirkungsgrade, daher kommt es hier zu einem weiteren Druckverlust von 1,2 bar - macht zusammen 6,2 bar Druckverlust. Ohne dass ein Tropfen Wasser ausgebracht wurde, werden 12 kW Leistung beansprucht. Bei 1.000 Betriebsstunden im Jahr kommt man so auf einen Energieaufwand von 12.000 kWh. "Sie brauchen bei so einem alten Modell 2.400 €/Jahr, nur um die Energiekosten für den entstandenen Druckverlust auszugleichen", mahnt Kleber.

Im Vergleich dazu fallen die Werte für eine moderne Beregnungsmaschine B (Rohrdimension: 450 m x 125 mm x 9,3 mm, Volumenstrom: 45 m³/h, Fließgeschwindigkeit: 1,4 m/s) wirklich gering aus:

Druckverlust Rohr = 0,9 bar
Druckverlust Turbine = 0,5 bar
Druckverlust gesamt = 1,4 bar

Bei einem Leistungsbedarf von 2,7 kW und 2.700 kWh Enegieaufwand/Jahr kommt der Nutzer bei Beregnungsaschiene B mit 540 € Energiekosten/Jahr zum Ausgleich des Druckverlusts aus. Die Ersparnis an Energiekosten liegt bei beachtlichen 1.860 €/Jahr.

Soll vor diesem Hintergrund die alte Beregnungsmaschine ersetzt werden, ist bei einem Zinssatz von 5 % pro Jahr und aktuell gültigen Energiekosten von einer "vertretbaren" Investitionshöhe von rund 37.000 € auszugehen. Neue Maschinen kosten heute je nach Ausstattung zwischen 30.000 und 35.000 €.

Weiter ging Kleber auf die Wasserverteilung unter Starkregner, Kreisberegnung (Center Pivot) und Düsenwagen sowie Tropfbewässerung ein.

Das Fazit des Bewässerungsfachmannes "Kleber"

  • Pumpen auf die Betriebsbedingungen abstimmen
  • Fließgeschwindigkeit berechnen (lassen) und unnötige Druckverluste vermeiden
  • Rohrreibung gering halten
  • Bewässerungsanlagen energieeffizient auslegen (lassen)
  • Ersetzen von energieintensiven Beregnungssystemen durch moderne Anlagen
  • Inanspruchnahme von Planungsbüros oder Beregnungslieferanten (bei der Berechnung und Auslegung von Anlagekomponenten)
  • Prüfung von Bewässerungsanlagen hinsichltich "Energiefresser"
  • Effizienzsteigerung häufig bereits durch einfache Maßnahmen möglich

Berichterstattung:

Elke Hormes - Freie Fachjournalistin und
Dr. Martin Müller - Geschäftsführer ALB

ZUM FACHVORTRAG

Maßnahmen zur Effizienzsteigerung der Bewässerung und des Managements

Referent: Jürgen Kleber - Hochschule Geisenheim University, Institut für Gemüsebau


VERANSTALTER

  • Arbeitsgemeinschaft Landtechnik und Landwirtschaftliches Bauwesen in Bayern e.V. (ALB)
  • Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT)
  • Bayerische Landesanstalt für Weinbau und Gartenbau (LWG)

Kooperationspartner

  • Bayerische Ämter für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (ÄELF), stellvertretend AELF Landshut mit Gartenbauzentrum Bayern Süd-Ost
  • Landeskuratorium für pflanzliche Erzeugung in Bayern e.V. (LKP)

Finanzielle Förderung

Die Online-Seminare erfolgen mit finanzieller Unterstützung des Bayerischen Staatministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten (StMELF).