Bachelor's Thesis

The energy balance of agricultural work

Final Thesis 2.26 MB

Author of thesis: Bc. Luboš Franěk

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Martin Paar, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D.

Abstract:

The aim of this bachelor thesis is to determine the energy intensity of basic operations in crop production and to assess the possibilities of electrifying the vehicle fleet. The thesis proposes a computational model based on a three-year crop rotation for wheat, corn, and rapeseed, whose outputs allow for a comparison of the effective and actual energy consumption when using combustion and electric machines. The calculations are based on available literature, technical parameters of mechanization equipment, and operational data from agricultural enterprises. The model is further extended to an enterprise with an area of 2,150 ha. The final part of the thesis summarizes the results and proposes measures to increase energy efficiency with an emphasis on the use of electrified technologies.

Keywords:

energy balance, agricultural work, energy consumption, optimization, electrification of
technology, combustion engine, drive efficiency, crop production, crop rotation

Date of defence

17.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaBznamka

Grading

B

Process of defence

Student seznámil komisi se svou diplomovou prací na téma Energetická bilance zemědělských prací. S posudky seznámili komisi vedoucí práce Ing. Paar a oponent doc. Baxant. Student odpověděl na otázky oponenta. V rozpravě se k práci vyjádřili a položili doplňující dotazy doc. Bernat a Ing. Morávek.

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Power Electrical and Electronic Engineering (BPC-SEE)

Composition of Committee

prof. Ing. Petr Toman, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Branislav Bátora, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Morávek, Ph.D. (člen)
Ing. Martin Paar, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Petr Bernat, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Martin Paar, Ph.D.

Bakalářská práce Luboše Fraňka je zaměřena na energetikou náročnost zemědělských prací a stanovení možného diagramu zatížení v případě elektrifikace příslušné zemědělské techniky.

Práce se skládá z 5 hlavních částí počínaje energetickou bilancí zemědělských prací a spotřebou vybraných zemědělských a stavebních strojů, dále přehledem operací potřebných v rámci pěstění vybraných plodin a vyhodnocení energetické náročnosti při využití techniky se spalovacími motory a následně jejich elektrických variant.
V úvodní části práce jsou uvedeny spotřeby nafty na jednotlivé zemědělské operace, a to nejen pro „knižní“ hodnoty, ale také ze dvou anonymních podniků. V další části práce je uveden přehled výkonů zemědělských strojů pro spalovací i elektrické varianty a přehled popisu zemědělských operací a jejich pořadí při obdělávání ploch, je také zmíněna problematika rotace plodin na osevních plochách. V praktické části je provedena analýza spotřeby pohonných hmot pro jednotlivé operace i s jejich časovou náročností i časové období v roce, kdy se tyto operace provádí. Tato analýza byla provedena pro pšenici, kuřici a řepku s uvažováním rotace plodin v rámci třech let i s využitím předplodin. Analýza také uvažovala i palivo na odvoz plodin z pole do zemědělského podniku. Diplomant provedl výpočty jak pro 1 ha, tak i pro celou rozlohu obhospodařovaných polí zvoleného zemědělského podniku. A v následné kapitole byly hodnoty pro spalovací motory přepočteny na elektrické varianty a dle uvedených časových období byl vytvořen odpovídající roční diagram zatížení reflektující spotřebu elektrické energie zemědělskými pracemi v rozsahu přes celou obdělávanou plochu. V závěru je následně provedeno celkové zhodnocení.

V bakalářské práci se bohužel odráží, že zdrojové materiály k této problematice jsou převážně určeny pro zemědělství. Dále výsledky energetické spotřeby pro elektrifikovanou techniku trpí jistým zjednodušení a zvolení relativně vysoké účinnosti. Dále model diagramu roční spotřeby by mohl být namodelován i pro kratší časové úseky než pro měsíce. 
Na druhou stranu diplomant v průběhu zpracování práce průběžně konzultoval nejen s vedoucím práce, ale i externími odborníky ze zemědělské praxe. Lze i ocenit diplomantovu snahu o promítnutí všech aspektů zemědělských prací, které se projevují na spotřebě pohonných hmot a tím energetické spotřebě. Na závěr je také potřeba zmínit, že diplomant také publikoval průběžné výsledky na studentské konferenci EEICT.

Bakalářská práce splňuje všechny body zadání i grafické zpracovaní je velmi dobré úrovni, proto doporučuji k obhajobě a hodnotím 86 body. Points proposed by supervisor: 86

Grade proposed by supervisor: B

Reviewer’s report
doc. Ing. Petr Baxant, Ph.D.

Bakalářská práce studenta Luboše Fraňka se zabývá energetickou bilancí zemědělských prací, což je velmi zajímavé téma spadající zdánlivě do vedlejšího proudu. Nicméně podle statistických údajů právě zemědělství je zásadním artefaktem technologie, který přetváří povrchovou část planety Země a znalosti energetické náročnosti jsou tedy velmi důležité z mnoha důvodů.
Co se týká splnění zadání, tak práce plně odpovídá zadání.  Práce detailně analyzuje spotřebu energie pro různé operace (např. orba, setí, sklizeň) na základě obecných tabulek i reálných dat z podniků (str. 14–18, 38–62). Základní přehled stavební a zemědělské techniky a jejich elektrifikovaných variant je uveden v kapitolách 2 a 3 (str. 21–28) je uveden přehled techniky (traktory, kombajny, jeřáby, bagry) včetně popisu elektrických variant a jejich parametrů. Vyhodnocení vybraných osevních ploch z pohledu energetické náročnosti zahrnuje analýzu 1 ha plochy a rozšíření na 2150 ha podnik (str. 38–55 pro vznětové motory, 56–63 pro elektrické motory) s tříletým osevním cyklem (pšenice, kukuřice, řepka). Analýza energetické bilance při elektrifikaci vozového parku je soustředěna do kapitoly 7 (str. 56–63) a porovnává energetickou náročnost mezi vznětovými a elektrickými stroji, včetně výpočtů a doporučení.
Zadání bylo splněno komplexně, přičemž práce přesahuje pouhý popis a zahrnuje i praktické výpočty a srovnání.
Z hlediska struktury, práce má logickou a dobře uspořádanou strukturu, která odpovídá standardům pro tyto práce. Práce je konzistentní, jednotlivé kapitoly jsou propojené a postupně rozvíjejí téma.
Přínos nových informací vidím zejména ve:
• Srovnání vznětových a elektrických motorů, ale chybí mi detailní výpočty nebo zdroje informací o energetické účinnosti (40 % u vznětových vs. 90 % u elektrických motorů, str. 63). Dopad na zemědělství jsou aktuální v kontextu udržitelnosti.
• Analýza reálných dat: Použití dat z anonymních podniků (str. 15–18) obohacuje obecné tabulky o praktické perspektivy.
• Navržení úsporných opatření: Doporučení (např. GPS navádění, kombinace operací, str. 19–20) jsou konkrétní a aplikovatelné.
Celkový přínos práce je patrný, zejména v oblasti elektrifikace, která je v zemědělství stále ve výzkumné a pilotní fázi.
Práce s literaturou je na velmi dobré úrovni. Práce cituje 54 zdrojů včetně knih, článků, webových stránek a technických manuálů, což deklaruje solidní bázi. Zdroje jsou aktuální (včetně roku 2025, např. [53], [54]) a pokrývají teoretické i praktické aspekty. Bibliografické citace jsou konzistentní a odpovídají normám (str. 5, 66–69), i když některé webové zdroje mají obecný charakter (např. [4], [10]).
Za novinku ve zpracování práce považuji využití umělé inteligence.  Student uvádí použití ChatGPT-4o (str. 69), což je transparentní, nicméně nakonec stejně není jasné, jak AI ovlivnila vlastní text a kolik takových úprav bylo použito. Z mého pohledu toto však považuji za budoucí trend a osobně vítám, že se tyto nástroje začínají implementovat v praxi.
Kvalita dat a zdroje dat: Data vycházejí z obecných tabulek (str. 15), reálných podniků (str. 16–18) a technických parametrů (str. 21–28). Reálná data jsou cenná, ale jejich anonymita omezuje ověřitelnost. Nicméně chápu, že existovaly podmínky pro utajení těchto údajů a lze je brát jako relevantní.
Výpočty jsou založeny na jasných vztazích mezi veličinami (např. str. 56), včetně tepelné účinnosti a energetické hustoty. Převody mezi jednotkami (l na kWh, MWh) jsou logické. Výpočty pokrývají jednotlivé operace (str. 39–40, 56–60) a celkovou bilanci (str. 54, 62), včetně srovnání vznětových a elektrických motorů. Je však třeba uvažovat s omezeními, kdy některé předpoklady (např. výnosy plodin, trasa odvozu) jsou zjednodušené, což může ovlivnit přesnost. Výpočty mohly být rozšířeny o alternativní scénáře.

Další připomínky
Chyba strana 56: „tepelná účinnost elektrických motorů“ – mělo být zřejmě mechanická účinnost.
Úvaha „Valivý odpor pneumatik lze snížit zvětšením tlaku v pneumatikách a snížením rozměrů pneumatiky“ – neodpovídá trendům traktorů s rozměrnými koly velkých průměrů – s přesně opačnou logikou – menší odpor při snížení boření techniky do terénu.
Součty v tabulkách 6.11-6.13 sloupec "spotřeba v litrech" a "motohodiny " nesedí. Podobně motohodiny v tabulce 6.17.

Shrnutí
Práce je celkově kvalitní, splňuje zadání a přináší praktické i teoretické příspěvky, zejména v oblasti elektrifikace zemědělské techniky. Práce má logickou strukturu, obsahuje detailní výpočty a srovnání reálných dat s obecnými hodnotami. Chybí mi zde zmínka o robotických variantách strojů (alespoň jako úvaha) a dále pak alternativy zcela jiného druhu obdělávání půdy jako je systém agrokruh, který je plně elektrifikovanou verzí zemědělství. Celkově práci hodnotím stupněm velmi dobře a doporučuji ji k obhajobě. Topics for thesis defence:
  1. Lze nějak analyticky odvodit energetickou spotřebu pro různé zemědělské stroje v přepočtu na obdělávanou plochu? Z jakých veličin byste vycházel?
  2. Jak se určuje výkon motoru u zemědělských strojů a v jakém rozsahu pracovního bodu motory běžně pracují? Jak vysvětlíte rozdíl ve výkonech spalovacího a elektrického motoru?
Points proposed by reviewer: 85

Grade proposed by reviewer: B

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová