Obsah sborníku | Časopis BIOM, články a sborníky | Domovská stránka     

Využití velkokapacitních seníků pro sušení a skladování energetické štěpky

Petr Hutla, Václav Sladký

Anotace

Velkokapacitní seníky, které jsou v současné době na území České republiky, se využívají pro skladování sena pouze kratší část roku. V důsledku značného úbytku stavů skotu v posledním desetiletí jsou některé z těchto staveb zcela nevyužity, nebo jsou užívány k jiným účelům. Místo sena se však nabízí zcela elegantní řešení – dosoušení bioenergetických surovin, především energetické lesní štěpky.

Summary

The large-capacity hay-loft existing now in CR are being used for hay storage within shorter part of year. In consequence of considerable cattle herds decrease during the last decade some of these facilities are totally unexploited or are used for other purposes. Nevertheless, there exists quite elegant solution – the biological row materials post – drying, the energetical wooden chips particularly.

1 Úvod

V České republice byly v období 70. a 80. let vybudovány značné kapacity pro skladování sena. Stavěly se především velkokapacitní seníky, jejichž obsah je až 8000 m³. Tyto objekty jsou standardně vybaveny provzdušňovacími ventilátory, které vhánějí vzduch do vrstvy naskladněného sena a tím dochází k jeho sušení. Konstrukčně jsou tyto stavby nejčastěji provedeny jako ocelové konstrukce, se střechou a opláštěním z hliníkového nebo pozinkovaného plechu. Časté jsou rovněž železobetonové prefabrikované objekty s dřevěnou střešní konstrukcí. Typickým technologickým vybavením jsou rovněž dosoušecí rošty a mostový drapákový jeřáb. Rošty jsou obvykle dřevěné, z půlené tyčoviny, nebo přejezdové z ocelových profilů.Ventilátory jsou nejčastěji axiální, s příkony až 11 kW, s jmenovitým množstvím vzduchu od 3 do 13 m³.s^-1. Umístěny jsou v dolní části podélné seníkové stěny, jejíž nejvhodnější orientace je k jihovýchodu. Jeřábová dráha probíhá po celé délce stavby, její rozpon je 16,5 m a vyhovuje pro nosnost jeřábu od 1 do 3,2 t.

Skladovací kapacity seníků odpovídaly stavům tehdy chovaných hospodářských zvířat, především skotu. Celkový počet seníků s kapacitou nad 3000 m³ je na území ČR asi 1600. Celkově se do nich vejde asi 10 mil. m³ materiálu. Kromě toho však existují i další sklady píce s objemy menšími, jejichž celková kapacita je asi 20 mil. m³ a které nejsou na rozdíl od velkých seníků vybaveny jeřábovou technikou.

2 Možnosti sušení štěpky

V posledním desetiletí došlo k rapidnímu poklesu chovu skotu v ČR. V roce 1989 byl celkový počet kusů skotu asi 3,5 mil. ks, avšak do dnešní doby se snížil na méně než polovinu. Objem velkokapacitních seníků je proto v současné době předimenzován a tyto stavby jsou pro dosoušení a skladování sena buď nevyužité, nebo se využívají k jiným účelům. Mimo to se při běžném provozu seník naskladňuje během léta a v průběhu dalšího období během roku se postupně vyskladňuje. I při každoročním úplném naplnění seníku je tak průměrné využití jeho objemu v průběhu roku pouze 50 %. Zbývající volný prostor je možno využít k jiným účelům Jako alternativní využití těchto seníků se nabízí možnost dosoušet a skladovat v nich bioenergetické suroviny, především energetickou lesní štěpku. Výhodou tohoto řešení je možnost použití stávající technologie, především roštů, sušících ventilátorů a manipulačních jeřábů. Tato technologie vyžaduje úpravu, která je však poměrně nenáročná. Rošty a jeřáb je třeba přizpůsobit malým rozměrům štěpky tak, aby nedocházelo k jejímu propadávání jak při manipulaci, tak při skladování na roštech. Ventilátory pro sušení energetické biomasy je možno provozovat v jiných režimech, než v případě sušení sena. Zatímco u sena je třeba snížit jeho vlhkost v poměrně krátkém čase, u energetické štěpky a jiných biopaliv může být tato doba podstatně delší. To vyplývá z nižších požadavků na biologickou kvalitu usušené suroviny a z pomalejšího uvolňování vody z dřevní hmoty. Ventilátory tak mohou být provozovány pouze v případech velmi vhodných meteorologických podmínek, tj. za vysokých teplot a nízké vlhkosti vzduchu. Rovněž dodávaná množství vzduchu mohou být snížena, např. snížením otáček ventilátorů. Výzkumně se též řeší možnosti přirozeného větrání. Všechny tyto způsoby vedou k minimalizaci spotřeby elektrické energie, která tvoří významnou složku provozních nákladů.

Pro zjištění potřebných objemů dřeva a lesního těžebního odpadu jsme vycházeli z údajů platných za r.1996. V tomto roce bylo v ČR vytěženo 11 968 385m³ b.k.dřeva, z toho 89,3 % jehličnatého. Dodávky dříví činily 9 790 220m³ b.k. Nevyužitý podíl dříví z této těžby tj. větve a vršky stromů, je zdrojem lesní štěpky. Mimo tyto zbytky po těžbě se pro štěpkování dají využít tenké stromy z výchovných zásahů a zbytky po manipulaci a třídění surového dříví na manipulačních skladech.

Stát sice podporuje štěpkování těžebního odpadu přímo v lese, ale za podmínky, že štěpka bude, jako zdánlivé organické hnojivo rozptýlena po pozemku, kde těžba byla uskutečněna, podle zásady, že co na pozemku vyrostlo, má se do něho vrátit. Maximum živin je však pouze v asimilačních orgánech, jehličí a listech, které by po zaschnutí skutečně zůstat v lese měly, případně by se i do lesa měl vrátit dřevní popel, jako to provádějí ve Švédsku. Energeticky využitelná štěpka většinou zůstává na hromadách v místech zpracování a je zdrojem škůdců, nemocí a často představuje v lese nežádoucí mulč. Na hromadě ponechaná štěpka se rychle zahřívá na teploty přes 55 °C, degraduje velmi rychle, neboť se vlivem mikroorganismů snižuje obsah celulózy i ligninu.

Moderní technologie výroby lesní štěpky umožňují ponechat část biomasy obsahující maximum živin v lese v důsledku třídění výrobku proudem vzduchu a čistý energetický zdroj odvézt.

Jelikož výhřevnost štěpky silně závisí na její vlhkosti, je velmi účelné ji před spalováním usušit. Rozdíl ve výhřevnosti je dán ztrátou energie na odpaření vody, která je ve vlhké štěpce obsažena. Pro její sušení však jsou i další důvody, např. vhodnější vlastnosti pro hoření v kotli, zachování energetické hodnoty, vyšší trvanlivost, apod. Uvádí se, že pokud má štěpka obsah vody vyšší než 25 – 30 %, po určité době, závislé na teplotě, začíná degradovat a plesnivět.

Dosoušení štěpky pod střechou podporuje zkušenost, že jen tam se podstatně snižuje obsah vody a zvyšuje výhřevnost, která je jinak relativně velmi nízká. Obsah vody přirozeným průvanem přes léto dosoušené štěpky pod střechou klesá ze cca 43 % na cca 20 %, kdežto z štěpky skladované venku pouze na cca 30 %. Výhřevnost, jako nejdůležitější faktor paliv se zvyšuje u štěpky skladované pod střechou na cca 15 GJ.t^-1, u štěpky venku na 12 GJ.t ^-l.

Výhřevnost energetické štěpky s různým obsahem vody

Z procentuálního rozdělení vyprodukované dendromasy pro listnaté a jehličnaté stromy je možno určit množství štěpky z roční produkce dříví vytěženého v ČR.

Poměrné rozdělení vyprodukované dendromasy (%)

Při uvážení zpracovatelnosti vršků a větví dostaneme roční potenciální množství štěpky zhruba 3,8 mil. m³. Při převaze těžby jehličnanů a průměrné měrné hmotnosti 270 kg.m^-3 docházíme k množství štěpky asi 1 mil.t. ročně, kterou však z různých důvodů není zatím možno všechnu vytěžit. Rozdíl však mohou uhradit zpracovatelné odpady z pil.

3 Produkce dendromasy a srovnání kapacit velkokapacitních seníků

Při srovnání možné roční produkce štěpky v ČR a kapacity velkokapacitních seníků, s uvážením sezónnosti jejich využití pro skladování sena, je zřejmá proporcionalita těchto objemů. Pouze při uvážení poloviční časové využitelnosti seníků pro skladování sena lze teoreticky v těchto stavbách uskladnit veškerou potencionální produkci lesní štěpky, ovšem při vhodné logistice naskladňování a spotřeby. Jak je ovšem zřejmé z předchozích úvah, využívání těchto seníků pro skladování sena je zřejmě značně nižší. Naskýtá se proto možnost využití pro skladování a sušení dalších energetických plodin, které se jednou budou pěstovat na půdě vyčleněné z výroby potravin a spalitelných odpadů hlavní zemědělské výroby. Venkov České republiky by mohl nahradit biopalivy veškeré množství hnědého uhlí, které ještě dnes spaluje.

Srovnáme-li seníkové kapacity, stavy skotu, jako nejvýznamnějšího spotřebitele sena a produkci dřeva podle regionů ČR, je zřejmé, že značná disproporce v kapacitě seníků a stavů skotu jsou především ve středočeské oblasti, severočeské a jihomoravské. Tato skutečnost může být jedním z předpokladů pro rozvoj technologie dosoušení lesní štěpky v těchto stavbách.

V návaznosti na uvedené skladovací kapacity předpokládáme přímé kontinuální zpracování usušené štěpky pro výrobu tepla, příp. pro kogenerační výrobu tepla a el.energie. Souvisícím příznivým vedlejším efektem je existence seníků i zdroje štěpkových biopaliv mj. v oblastech, kde jsou konce elektrických rozvodných sítí a z toho vyplývající příznivý vliv místních elektroenergetických zdrojů na přenosovou soustavu se všemi důsledky posílení elektrického výkonu v místech odběrů.