SMARTARE JORDBRUK MED ELEKTRIFIERING OCH DIGITALISERING Jonas Engström 2017-11-16 Research Institutes of Sweden Jordbruk och Livsmedel
Agenda RISE Utmaningar Eldrift Sakernas internet i jordbruket Designstudie Jumbo Autonoma traktorer Batteridriven autonom traktor 2
Vilka är vi? Gamla JTI JTI startades 1945 som Jordbrukstekniska Institutet Samarbete Jordbrukstekniska föreningen och staten Mål att mekanisera jordbruket 2009 blev vi ett dotterbolag till SP Sveriges tekniska forskningsinstitut Sedan i år en del av RISE Research Institute of Sweden från 60 till 2200 43% RISE Jordbruk och Livsmedel 3
RISE Svenska staten RISE - Research Institutes of Sweden Divisioner RISE Bioekonomi RISE Samhällsbyggnad RISE ICT RISE Biovetenskap och material RISE Säkerhet och transport RISE Certifiering Agrifood Hållbara städer Mobilitet Life Science Digitalisering Energi och biobaserad ekonomi 4
Fakta om RISE Ägs av Svenska staten Omsatte 2015 3 miljarder SEK 55 % från industriuppdrag 27 % offentliga forskningsmedel 2 200 medarbetare 30 % disputerade forskare Små och stora företag är kunder 30 % SMF Driver ett 100-tal test- och demonstrationsanläggningar öppna för företag och lärosäten Del i 60 % av Sveriges T&D-anläggningar 5
Juneplogen, Ultuna, Uppsala, 1923 Det skulle givetvis möjliggöra ett bättre utnyttjande av den elektriska kraften på gården, och det behöver knappast påpekas vilken stor nationalekonomisk betydelse det skulle ha, att vi kunde byta ut de oljedrivna traktorerna mot sådana drivna med elektrisk kraft Källa: Landtmannen 1920
Kabeltraktor Traktorer på fält kräver stor effekt under lång tid Samma teknik som tidiga eltraktorer och dagens gruvmaskiner Hur undviker man att köra över kabeln? Nutida projekt jordbruk SLU John Deere / SESAM
Vilka eldrivna maskiner för jordbruk finns att köpa idag? Med flera! 8
Arbetsmoment Direkt jämförande test Hösten 2015 på Jälla Lantbruksskola El-kWh vs diesel-kwh Tre maskiner Weidemann ehoftrac 1160 Weidemann Hoftrac 1160 Valtra 6650 Twintrac
Resultat Dag Maskin Förbrukad el, kwh Dag 1 Dag 2 Dag 3 Förbrukad diesel, liter Förbrukad diesel, kwh Använd mängd elenergi i förhållande till använd dieselenergi Weidemann ehoftrac 16,3 24,1 % Weidemann 1160 6,9 67,6 Weidemann 15,1 25,7 % ehoftrac Weidemann 6,0 58,8 1160 Weidemann 14,9 26,6 % ehoftrac Valtra 6650 5,7 55,9
Eltraktorer på väg mot marknaden 11
John Deere prototyp batteritraktor 12
13
Mer med mindre Hållbar intensifiering 14
Utmaningar minskad tillgång till åkermark 15
Utmaningar miljöproblem 16
Möjligheter med digitalisering Utnyttja best practice Öka avkastning och kvalitet Öka lönsamhet, produktivitet och kvalitet Minska risker och öka transparens Minska miljöbelastning 17
Data ger möjlighet att sprida och öka kunskap Ny teknik ger möjlighet till datainsamling och analyser IoT, uppkoppling, batteritid Satelitbilder, drönare, nya sensorer Big data, AI, nya samband Modellering Finns mycket kunskap som kan spridas mer Spridning genom ny teknik Olika områden som kan knytas ihop Ihopkoppling med ny teknik Skapa ny kunskap Insamling med ny teknik 18
Potential Stor skillnad mellan högsta möjliga skörd och medelskörd Svår eller omöjlig att nå Men ny teknik kan hjälpa till att komma mer mot högsta skörd! 19 Gröda Maxskörd i fältförsök Västra Götaland 2012 (kg/ha) Höstraps 4680 3190 Havre 8840 4700 Vårkorn 7960 4850 Höstvete 12090 6300 Medel Västra Götaland SCB 2012 (kg/ha)
Testbädd digitaliserat jordbruk
Flaskhals eller utnyttjade möjligheter? Källa och illustration Macklean, Insikter #9, IoT i Jordbruket, 2017 21
Många skärmar eller sammanställning av viktig information
Exempel Fieldsense Satellitbilder med analys av grödstatus med hjälp av maskininlärning Meddelande till jordbrukare vid negativ förändring Genom klassificering blir den bättre och bättre att ge förslag på vad som är fel 23
Exempel Resurs/maskinplaneringsverktyg Hjälpa jordbrukaren att utnyttja sin maskinpark så effektivt som möjligt Innan Planering Simulering Optimering Under Arbetsledning Omplanering Efter Uppföljning och tester inför nästa säsong 7 % kortare körsträcka (snitt 12 åkrar) 24
Power [kw] Exempel Förarstödsystem sparsam körning 3 2 1 25 Engine speed [rpm] Difference in fuel efficiency 1 0% 2-9,4% 3-19,4% Syftar till att hjälpa föraren att utnyttja maskinen så effektivt som möjligt inriktat på så effektiv omvandling av energin i dieseln som möjligt
Exempel Stödsystem traktor - Claas Cemos Hjälper föraren att ställa in traktor och redskap för att minska energianvändning Föraren väljer vad den vill ha hjälp med och får sedan tips på Automatiska inställningar Manuella inställningar Däcktryck Ballast Därefter utvärdering av resultat 26
Autonoma maskiner 27
Designstudie JUMBO
Valtra ANTS Hybriddrift Framdelen batteri Bakdelen förbränningsmotor Modulär Delvis autonom
Value Marknadsundersökning Vad är viktigt med ett framtidsfordon? 5 4,8 10 Lantbrukare Mjölk, kött och växtodling 35-3 000 hektar 20-16 000 djur 6 Kommuner Beslutsfattare Fordonsanvändare 4 3 2 1 3,8 3,4 3,9 0 Environme Reliability Cost Usability PR-value ntal aspects Municipality 3,8 3,4 3 1,2 3,6 Agriculture 4,8 3,9 2,8 1,3 2,0 3 2,8 1,2 1,3 3,6 2,0
JTI:s framtidskoncept JUMBO Eldrift (48 kwh Li-jon batteri) Autonom körning med möjlighet till förare Flera maskiner kan användas samtidigt Ledord Effektiv Säker Modulär Miljövänlig Vänlig
Designstudie JUMBO
Designstudie JUMBO 33
Radhackning med JUMBO
Greenbot finns att köpa 35
The Spirit ATC ombyggnadskit 36
CNH CaseIH New Holland 37
Bosch Bonirob Bosch Eldriven modulplattform Kan anslutas till generator Använder specialredskap Autonom med Lidar & GPS-navigation Mekanisk ogräsbekämpning Används bl a i växtförädling Varje plantas utveckling kan följas i 3d 38
Fendt MARS Mobile Agricultural Robot Swarm Många små, enkla fordon med en uppgift: Sådd Batteridriven Styrs via logistikenhet 39
40 Ekobot
Konceptstudie Autonom batteridriven jordbruksmaskin Juni 2016 - maj 2017 Genomförare RISE Jordbruk och Livsmedel (fd JTI Institutet för jordbruks- och miljöteknik) Siemens Finansiering Energi och miljö FFI Fordonsstrategisk forskning och Innovation (500 tsek) Siemens (170 tsek) 41
Jordbrukets maskiner Maskintyper Traktor Mängder med olika redskap som kopplas till traktorn Tröska och andra självgående specialmaskiner Mycket ny teknik och gammal GPS-styrning med 2 cm precision 50-årig traktor används fortfarande Uteslutande diesel som drivmedel Ca 7% av dieselförbrukningen i Sverige Ca 2% av Sveriges CO2-utsläpp 42
Kan en batteridriven maskin klara jordbrukets maskinbehov? Stor variation av arbeten Många olika redskap Fält, gård, transport Lätta och tunga arbeten Säsongsbetonat Få timmar per år Högt utnyttjande under säsong Tidskritiskt Alla aktiviteter måste ske vid rätt tidpunkt och i rätt ordning för att inte minska skörden Kombination batteridrift och autonom styrning 43
Effektmål Fossilfria drivmedel Lokal produktion av drivmedel Minskad sårbarhet Minskad risk Ökad produktivitet Minskad markpackning Minskad användning av insatsvaror 44
Projektet Simulera en genomsnittlig gårds maskinbehov ett år Ej tappa skörd Jämföra kostnader, miljöpåverkan, energianvändning helt batteridriven autonom jordbruksmaskin konventionell dieseldriven förarstyrd traktor Optimera ekonomisk maskinstorlek Effekt Batterikapacitet 45
46
Gantt-schema aktiviteter Alla aktiviteter måste ske vid rätt tidpunkt och i rätt ordning! Fiktiva kostnader för förseningar av t ex sådd eller skörd som ger lägre skörd 47
Resultat Genom att ersätta en konventionell traktor (160 kw) med två autonoma batteridrivna maskiner (36 kw, 113 kwh) 15% lägre kostnader 58% lägre energianvändning 92% lägre växthusgasutsläpp 70% lägre vikt Inga lokala emissionerna Lägre ljud 48
Timmar Utnyttjande tid över för nya idéer Laddare utnyttjas som mest 45% som minst 0% snitt 2 % 1600 1400 1200 1000 Ett år, två 36 kw maskiner, 100kW laddare, 200 ha gård Maskinerna används som mest 100% som minst 0% snitt 11 % 800 600 400 200 Outnyttjade timmar Transporttid Fälttid Laddtid 0 49
Tack! jonas.engstrom@ri.se Rapport: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:ri:di va-31284 50
Fortsättning Vision om visa och testa tekniken i praktiskt jordbruk 51
TACK! Jonas Engström jonas.engstrom@ri.se Research Institutes of Sweden Jordbruk och Livsmedel