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

Logistika energetické biomasy

Jaroslav Kára, Radomír Adamovský

Anotace

Využíváním biomasy pro energetické účely se rozumí široký komplex otázek spojených s formou zpracování dřeva a stébelnin pro finální užití ve spalovacích zařízeních. S tím souvisí i problematika dopravy, manipulace a skladování biopaliv.

Summary

Biomass use for energy purposes is meant a wide complex of problems related to method of wood, culm crops processing for final utilization in combustion facilities. The problems of impact, handling and storage of bio - fuels is connected together.

Úvod

Udává se, že se za posledních 20 let celosvětový podíl biomasy (v převážné většině dřeva) na celkové spotřebě primárních energetických zdrojů zvýšil o 8 %. Tento nárůst se projevuje nejen v rozvojových zemích, ve kterých je dříví často jediným zdrojem energie na venkově (čtyři pětiny dříví vytěženého v některých rozvojových zemích se spotřebovávají na pálení), ale spotřeba palivového dříví - resp. paliv na bázi dřeva - vzrůstá i ve vyspělých zemích. Např. ve Finsku bylo postaveno více než 100 tepláren na spalování štěpky o celkovém výkonu 226 MW.

Zatímco zahraniční zkušenosti technické a technologické lze přejímat bez zásadních korekcí, nelze stejně přejímat ekonomická hodnocení, protože ekonomické podmínky jednotlivých států se mohou výrazně odlišovat

Ve světových statistikách se jako biomasa využívaná k energetickým účelům dělí obvykle jako dřevo komerční, tím se rozumí pěstovaný kulturní les, dřevo nekomerční je produktem přírodního lesa, energetické kultury jsou výnosy z energetických plantáží (dřeviny-vrby, topoly, akáty, eukalyptus, stébelniny-různé traviny, např, miscantus, energetické obiloviny, rákos) a biopaliva (rostlinné oleje, bionafta, alkoholy, zejména bioetanol atd.)

Odpady zahrnují komunální odpad, spalitelný odpad z průmyslové výroby a zemědělský odpad (z živočišné a rostlinné výroby).

Ve státech severu (vyspělých) je podíl obnovitelných zdrojů energie na primární energetické bilanci asi 9 %, ve státech jihu (méně vyspělých) asi 40 %, celosvětově pak asi 18 %.

Na bilanci obnovitelných zdrojů energie se biomasa podílí ve státech severu 54 % a ve státech jihu dokonce 75 %, celosvětový průměr je 65 %.

Obnovitelné zdroje energie (OZE) v posledním období začínají tvořit v mnoha zemích poměrně významnou část primárních energetických zdrojů.

Příprava, doprava a skladování biomasy

Příprava a doprava palivového dřeva

Transport rovnaného i dlouhého dřeva po silnici i terénem patří mezi zcela obvyklé činnosti lesního hospodářství, a proto se jím budeme zabývat jen okrajově.

Doprava celých stromů po veřejných komunikacích vyžaduje takovou úpravu odvozního prostředku, která znemožňuje přesahování větví před obrys vozidla do prostoru komunikace. Obvyklým řešením je zavěšení gumotextilních pásů mezi klanice, čímž se vytvoří vanový prostor, do kterého se pak vkládají korunové části stromů. Pro zvýšení využití ložného prostoru se ještě obvykle používají různá kompaktační zařízení, jejichž posláním je částečné stlačení nákladu.

Pařezy jsou vysloveně nehomogenním materiálem, u kterého je vůbec nejhorší využití ložného prostoru dopravních prostředků. Proto je vhodné provést jejich dezintegraci co nejblíže místa jejich vyklučení, a dále transportovat drť. Je-li z jakýchkoliv důvodů nutné transportovat pařezy na delší vzdálenost, je vhodné upravit jejich tvar odstříháním kořenů hydraulickými nůžkami, aby byly při ukládání na ložnou plochu skladnější.

Doprava klestu, štěpky a pilin

Doprava štěpky, pilin a drti se provádí běžnými valníkovými vozidly. Vzhledem ke strhávání vrchních vrstev nákladu proudem vzduchu při přepravě vyššími rychlostmi po komunikacích, je jejich silniční přeprava vhodná jen v uzavřených vozidlech, nebo je nutné alespoň zakrytí nákladu plachtou, aby se zabránilo ztrátám během přepravy.

Pro zvýšení využití kapacity přepravního prostředku se používají různé nástavby ložných ploch.

Nástavby na dopravní prostředky pro dopravu štěpky, resp. neposekané dendromasy je potřeba navrhovat podle technologického postupu, který byl zvolen pro výrobu štěpky.

Při používání malých pojízdných sekaček namontovaných na tříbodový závěs univerzálního kolového traktoru (UKT), nebo jako jednonápravové přívěsy za UKT, se dosahují malé hodinové výkonnosti. Vhodným řešením dopravy štěpky na menší vzdálenosti je jednoduchá síťová nástavba na přívěsu za UKT. Při dopravě na větší vzdálenosti je výhodnější používat kontejnerové nástavby na nákladní automobily (NA).

Kontejnerový přepravní systém

Každý proces přepravy nutně zahrnuje i nakládání a skládání substrátu. Tyto nedílné součásti přepravního procesu jsou hlavně u kusových substrátů značně časově náročné, a snižují tak využití vozidla pro vlastní přepravní výkon. Nabízí se proto řešení kontejnerovými přepravními systémy, minimalizujícími čas nakládání a skládání tím, že odstraňují manipulaci s každý jednotlivým kusem substrátu a nahrazují ji manipulací s nákladem jako celkem. Doba naložení (složení) kontejneru na kontejnerový nosič přitom nepřesahuje 2 minuty. Tím se časové využití vozidla pro vlastní přepravní výkon značně zvyšuje. Naložení a složení kontejneru je přitom možné kdekoliv na zpevněné ploše, a to zařízením neseným na vozidle.

Mimo hlavní výhodu zvýšení časového využití vozidla pro přepravní výkon přináší ještě zavedení kontejnerového přepravního systému následující přínosy:

Kontejnerovým přepravním systémem lze organizačně i technicky nejsnáze vyřešit svoz odpadů z dřevozpracujícího průmyslu k dalšímu zpracování. Přistavením dostatečného počtu kontejnerů lze již na místě vzniku odpad vytřídit do skupin podle následné technologie zpracování (např. piliny, odřezky dýh, ostatní kusový odpad). Současně se tím zvýší využití vozidla pro efektivní přepravní výkon, protože není nutné blokovat odvozní prostředek po celou dobu nutnou pro naplnění ložného prostoru odpadem. Nezanedbatelným přínosem je i udržení čistoty materiálu, protože odpadá nutnost vysypávání odpadu na zem, s nebezpečím naložení nečistot při následujícím nakládání.

Specifika transportu klestu a štěpky

Pro štěpkování chaoticky uspořádaného materiálu, klestu, lze použít několik technologií. Obecně převládá názor, že je nejlepší seštěpkovat klest terénními sekačkami co nejblíže místa jeho vzniku na pasekách a již homogenizovaný materiál, štěpku dále transportovat v zásobníku terénní sekačky, nebo samostatným terénním dopravním prostředkem a tak co nejlépe využít ložný prostor transportních prostředků.

Praxe však názor o vhodnosti štěpkování těžebního odpadu na místě jeho vzniku nepotvrzuje. Koncentrace materiálu ke štěpkování nebývá na těžební ploše (v porostu) tak vysoká, aby umožnila plné využití technické výkonnosti sekačky. Jejím přejížděním a opakovaným ustavováním do pracovního postavení vznikají velké časové ztráty strojového času a tím dochází k markantnímu poklesu její výkonnosti. Ani přeprava štěpky místo klestu není tak jednoznačně výhodnější. Hustota volně nasypané, nesetřesené štěpky je cca 194 kg.prm-1. Experimentálně zjištěná průměrná hustota klestu loženého a hutněného drapákem hydraulické ruky sortimentní vyvážecí soupravy činila 173,55 kg.prm-1, tj. 89,5 % hustoty volně sypané štěpky (přitom jednotlivé zjištěné hodnoty kolísají od 81,2 do 99,5 %). Z tohoto zjištění vyplývá, že objemové využití ložného prostoru štěpkou není o tolik vyšší, resp. že z hlediska ekonomiky provozu může být ztráta přepravních kapacit nahrazena zvýšenou výkonností sekačky stacionární, nebo mobilní sekačky na odvozním místě.

Pro přemístění operace štěpkování dále od zdroje klestu hovoří i cenové relace sekaček. Mobilní vysoce výkonné sekačky na speciálních podvozcích, nebo podvozcích terénních nákladních automobilů (tedy včetně podvozků) jsou přibližně 8x až 10x dražší než stacionární sekačky o stejném výkonu.

Vzhledem k vysokým investičním nákladům a tím i vysokým odpisům se pak přímé náklady u terénních mobilních sekaček pohybují o 100 ¸ 150 Kč výš na 1 prm štěpky proti sekačkám stacionárním.

Doprava na větší vzdálenosti

Při dopravě štěpky na větší vzdálenosti jsou vhodné velkokapacitní nástavby na návěsových podvozcích a na soupravách nákladní automobil, přívěs. Při přepravě štěpky těmito odvozními soupravami po veřejných komunikacích musí být štěpka zakryta. V zahraničí se používají plachty roletového typu, se kterými se rychle a jednoduše manipuluje.

Při transportu štěpky na delší vzdálenosti dochází k jejich setřesení o 1,8 až 5,6 % objemu. Nelze tedy pro setřesenou štěpku používat tentýž objemový převodový faktor jako pro štěpku volně nasypanou (pro volně sypanou štěpku je obvykle převodový faktor 0,38 až 0,4). Pro vyloučení nesrovnalosti v evidenci výroby, dopravy a prodeje štěpky je proto nutné evidování štěpky i v hmotnostních jednotkách.

V případě, že se používají technologie s dopravou částí stromů a jejich štěpkováním na manipulačním skladu, je potřebné používat speciální nástavby, které zamezí vyčnívání větví stromů mimo boční obrysové rozměry vozidel. Kromě toho by měly být soupravy vybavené kompresním zařízením na stlačení nákladu, aby se využívání nosnosti odvozních prostředků přiblížilo využití jako při dopravě kulatinových sortimentů dřeva.

Perspektivně lze uvažovat dopravu štěpky  přívěsy za traktor nebo kontejnery s vyhrnovací pohyblivou podlahou. Propojením s regulací kotle je pak možné automaticky dávkovat štěpku. Komfort při obsluze se tím pak přiblíží plynovým kotelnám.

Skladování a sušení suroviny

Biomasu na energii musíme obyčejně skladovat jako:

Kusové dřevo na energetické využití se obyčejně skladuje na volné ploše nebo pod přístřeškem, anebo v různých typech kolen.

Skladování biomasy ve formě štěpky bude odlišné hlavně v návaznosti na výkon spalovacího zařízení.

Pro topeniště s výkonem do 50 kW

Pro topeniště s výkonem do 200 kW

Příprava a doprava palivové slámy (obecně stébelnin)

Technologie sklizně stébelnin

Požadavky racionalizace sklizně a dopravy stébelnin, zejména slámy obilnin a řepky, vedou u všech typů sklizňových strojů k technickému pokroku, a to nejen pro energetické, ale i průmyslové využití. U stávajících strojů, jako jsou sběrací vozy, sběrací lisy svinovací a pístové, je to především zavedení řezacího ústrojí a automatických prvků kontroly. Další oblast tvoří zcela nové stroje, jako jsou mobilní briketovací (peletovací) stroje nebo svinovací “kompaktory”, zaměřené na podstatné zvýšení objemové hmotnosti materiálu s ohledem na úspory při dopravě a požadavky spalování.

Sběrací vozy

Sběrací vozy patří k nejuniverzálnějším sklizňovým strojům. Na rozdíl od zahraničí, kde jejich doménou je celoroční použití s různými adaptéry spíše v menších podnicích, v ČR trvá jejich využívání i v podnicích velkých. Sklizeň slámy sběracími vozy do stohu je zatím stále nejlevnější a náklady zpravidla nepřesahují 100 Kč.t-1; při uskladnění v mechanizovaném skladu 200 – 300 Kč.t-1.

Sběrací lisy

Pro sklizeň energetických stébelnin v suchém stavu, tj. slámy obilnin a olejnin, energetických obilnin (Triticale), rákosovitých travin, ale i lnu a konopí, případně Miscanthu, se stále více používají sběrací lisy na obří hranaté nebo válcové balíky. Teplárny a výtopny dávají přednost hranatým balíkům typu HESSTON (podle výrobce nejrozšířenějšího provedení), na farmách se pro menší kotle používají i levnější svinovací lisy na válcové balíky.

Technický vývoj sběracích lisů je veden těmito směry:

zavádí se přídavné řezací ústrojí ke sběracím lisům, jako předpoklad větší hmotnosti balíků a vyšší objemové hmotnosti slámy, lepší manipulovatelnosti na místě dalšího zpracování a spalování.

Svinovací kompaktéry při sklizni slámy

V zemědělském výzkumu sklízečů stébelnin se znovu, na vysoké technické úrovni objevuje prastarý princip zpracování svinováním, původně používaný při výrobě lan (konopí, sisal, len), ale i prostých slaměných povřísel. V České republice před více než 20 lety systém rozpracovával Ing. Lanča pro sklízeč sena. Různá jeho provedení v Německu a dnes již ve Francii a dokonce v Rumunsku vytvářejí nekonečné svinuté provazce válcového tvaru se značným stupněm stlačení, které je vyšší než u běžných obřích a vysokotlakých lisů a přibližuje se lisům briketovacím. Průměry svinováním vytvořených válců se pohybují od 300 do 800 mm a nekonečně vytvářený válec se přídavnou pilou řeže na potřebné délky. Původní myšlenka směřovala ke zpracování objemných krmiv, tam se však neuplatnila – až teprve možnost energetického využití přebytků stébelnin znovu zájem oživila. Princip využití je jasný, z pole nebo louky se odváží hotový výrobek schopný jakékoliv dopravy, o vysoké objemové hmotnosti, připravený k použití v přizpůsobené kotelně, pokud byl vyroben ze suchého materiálu.

Briketování a peletování suchých stébelnin

Odborníci považují slaměnou briketu nebo peletu za ideální “zázračné” palivo. Sláma na poli je levný zdroj a energetické obilí (např. Triticale) dává vysoký výnos energie v porovnání se vstupy. Spotřeba přídavné energie na výrobu briket nebo pelet nepřesahuje 5 % tepelného obsahu briket. Překážkou jsou vysoké investiční náklady potřebných strojů ve zpracovatelské lince představované manipulačním zařízením, rozpojovačem balíků, drtičem u peletizačních protlačovacích lisů a vlastními lisy. Stacionární výroba tvarovaných paliv ze slámy je v rozporu s jinak výhodnou sklizní sběracími lisy, protože jednou slisovaný materiál se znovu rozpojuje nebo dokonce šrotuje a opět lisuje. Volně ložená sláma sklízená sběracími vozy má vysoké nároky na skladovací prostor a následnou manipulaci, i když je cenově nejvýhodnější.

Doprava stébelnin

Z hlediska použití slámy a stébelnin jako energetického zdroje zůstanou na delší dobu sběrací lisy (časem i samojízdné) převládajícími mechanizačními prostředky. Tomu se bude přizpůsobovat jak doprava a skladování, tak zpracování a dávkování.

Technická zlepšení vysokotlakých lisů na obří balíky, zejména uplatnění řezacího ústrojí, podstatně zlepšují proces dalšího zpracování slámy a stébelnin, jako je briketování nebo i přímé spalování, neboť zjednodušuje následné operace i stroje. Vyšší hmotnost balíků z předřezané slámy zlepšuje poměry v dopravě i skladování.

U sena se dosahuje u lisů na hranaté balíky slisovanosti až 220 kg.m-3, u slámy do 180 kg.m-3 a u zavadlé píce až 420 kg.m-3. Zásoba cívek provázku je 16 až 20 kusů s vydatností až 150 m provázku na 1 kg. S ohledem na hmotnost balíků od obřích lisů je vyloučena ruční manipulace. Z možných způsobů nakládky, dopravy a uskladnění balíků jsou reálné následující:

Z hlediska výkonnosti do dopravní vzdálenosti 2 km je nejvýhodnější sestava paletizační zařízení a odvoz paletizačním vozem, při větších vzdálenostech se výkonnost ostatních systémů vyrovnává, jako nejvýkonnější zůstává souprava velkého nákladního automobilu (u nás Tatra 815 s přívěsem a neseným nakladačem). Při běžných vzdálenostech u nás tato souprava při obsluze dvěma pracovníky odveze a uloží do stohu slámu asi z 40 ha za den. Doprava touto soupravou je perspektivní i při dopravě slámy do výtopny nebo teplárny. Nákladovost přepravy balíkované slámy se pohybuje kolem 50 Kč.t-1 při vzdálenostech do 5 km. Při vzdálenosti 10 km je to 100 Kč.t-1, ale jen u dopravních prostředků vezoucích malý počet balíků (do 8), doprava nákladními auty má vyšší náklady jen asi o 30 %.

Tak jako u sběracích vozů je nákladovost sklizně slámy při její dopravě do stohu na okraji pole nejnižší, tak i při sklizni slámy balíkované jsou náklady při stohování na kraji pole paletizačním vozem nižší asi o 25 % než u ostatních dopravních prostředků. O volbě způsobů rozhoduje mnoho okolností, např. agrotechnická lhůta úklidu pole, možnosti kooperace podniků vlastnících lisy a podniků s vhodnou dopravní technikou. Značným přínosem je možnost soustřeďování balíků nějakým zařízením taženým lisem do snadno zmanipulovatelných řad a možnost uskladnění balíků slámy pod střechou nebo její alikvotní náhradou. Sklady obřích balíků u tepláren nebo výtopen mají kapacitu na provoz energetického zařízení na 7 – 14 dní.

Výrobci balíků, tedy zemědělci, musí zajistit skladování balíků v suchých prostorách po většinu topné sezóny. Lze využít stávajících velkokapacitních seníků, nebo přístřešků pro skladování techniky (stavy zvířat i techniky se podstatně snížily).

Případné palivářské využití stébelnin v jiné formě než obřích hranatých balíků využívá stávajících možností dopravy a skladování. Kompaktní role se mohou přepravovat a nakládat tak jako polenové dřevo (nákladní automobil nebo traktorová souprava s manipulační hydraulickou rukou, případně nakladač s drapákem). Pelety nebo brikety opět odpovídají dopravě obilí nebo uhlí. Skladování těchto materiálů je velmi podobné skladování obilí nebo štěpky.

LITERATURA

Ilavský, J. - Oravec, M. - Majer, E.: Využitie lesnej biomasy na energiu, LVU Zvolen, 1992, 191 s.

Kára, J. a kol.: Využití biomasy a zemědělských odpadů. Z-AD 1092/2, VÚZT Praha, 1992, 102 s.

Kára, J. a kol.: Kvantifikace a využití obnovitelných a druhotných zdrojů energie v zemědělství. Z-2299, VÚZT Praha, 1995, 143 s.

Simanov, V.: Energetické využívání dříví, TERRAPOLIS Olomouc,1995, 115 s.

Sladký, V.: Dálkové vytápění biomasou na venkově. 4/94 UVTIZ, Praha 1994, 66 s.

Sladký, V.: Příprava paliva z biomasy, 3/95 UVTIZ Praha, 1996, 50 s.

Tento příspěvek byl realizován za finanční podpory Národní agentury pro zemědělský výzkum (projekt reg. č. EP 7078 ).

Formy dřeva pro energetické využití

Obr. 1: Dřevo jako palivo

Obr. 2: Skladování dřeva

Obr. 3: Schéma lisů na slamnaté materiály

Obr. 4: Systémy sklizně a úpravy energetických stébelnin, celého obilí a travin (Harms 95)

Obr. 5: Technologické schéma zpracování, skladování a přikládání slámy do topeniště (dle Strehlera)

 

Předchozí článek     Obsah sborníku       Časopis BIOM, články a sborníky       Domovská stránka CZ BIOMu