Logistika při energetickém využití rostlinné biomasy - 2

Energetické využívání rostlinné biomasy je souhrnný systém technických, ekonomických a ekologických aspektů. Součástí systému je logistika, která významným podílem přispívá k jeho funkčnosti a efektivitě. Do logistiky patří i doprava rostlinných surovin v kontextu se souvisejícími operacemi, tzn. manipulací, skladováním a následným využitím.

Obr. 1: Logistika při energetickém využití rostlinné biomasy

V minulém díle byly popsány základní logistické aspekty při energetickém využívání rostlinných surovin. Tento článek se věnuje výsledkům výzkumu na VÚZT Praha v oblasti dopravy energetických rostlinných surovin určených pro přímé spalování.

Typická řešení dopravy

Rostlinné suroviny mají rozdílné nároky na přepravní techniku v důsledku svých momentálních fyzikálních vlastností, jako např. měrná hmotnost nebo stav (volně ložené sypké materiály, lisované materiály). To se výrazně promítá do využití užitečné hmotnosti dopravního prostředku.

Technických řešení dopravy (tj. použití dopravních prostředků a jejich kombinací) je v agrární i komunální sféře celá řada. Zde popíšeme pouze taková, která vzhledem ke svému účelu a velikosti přepravních kapacit hrají v rámci logistických systémů hlavní roli.

Skupina zařízení, využívaná při dopravě rostlinné biomasy s obecně nízkou sypnou hmotností (například v porovnání s většinou stavebních nebo průmyslových materiálů), se vyznačuje vysokou kapacitou ložného objemu. V případě využívání velkoobjemových nástaveb musí být zohledněny v jejich konstrukčním řešení vlastnosti přepravovaných materiálů zejména řešením systému plnění a vyprazdňování. Rovněž musí být zohledněn způsob následné manipulace s materiálem. V provozu je pak třeba zohlednit způsob sklápění (stranové, dozadu). Důležité je, zda se jedná o sklápění na volné ploše, které je v podstatě bez omezení, či pod střechou, kde je třeba ověřit výškový i průjezdný profil.

Obr. 2: Doprava hranolových balíků traktorovou soupravou s dvěma přívěsy

Alternativními variantami vyprazdňování dopravních prostředků jsou systémy vyhrnování sypkých nákladů posuvným předním čelem směrem dozadu, nebo vyprazdňování podlahovým dopravníkem, případně pneumatická doprava materiálu. Tyto systémy většinou nemají zvláštní požadavky na světlou výšku skladovacích objektů.

Vedle vozidel určených k dopravě velkoobjemových sypkých materiálů je na trhu stále početnější skupina speciálních přípojných vozidel určených k přepravě velkoobjemových hmot (sláma, seno) v podobě hranolových nebo válcových balíků. Provedení těchto speciálních vozidel je přívěsové nebo návěsové. Z hlediska manipulace s balíky existuje ve spojení s dopravním prostředkem několik konstrukčních řešení:

• plošinové traktorové přívěsy s nakládkou mobilním nakladačem na poli nebo na překladišti
• traktorové návěsy vybavené vlastním nakládacím zařízením
• speciální traktorové návěsy vybavené automatizovaným nakládáním a stohováním

Příkladem jsou typy balíkových přívěsů s užitečným zatížením 7-14 t a kapacitou 30-44 ks válcových nebo hranolových balíků. Ložná plocha má délku 7-12 m při výšce nad zemí asi 1 m. Provedení podvozku je dvou nebo tří nápravové. Vyrábí se variantně s nápravami pro maximální povolenou rychlost 40 nebo 80 km/h, s pérováním parabolickými pružinami nebo vzduchovými vlnovci.

Vozidla s nižší povolenou rychlostí se využívají vesměs na svoz balíků z pole na kratší dopravní vzdálenosti (5-6 km). Nakládku i vykládku zajišťují samojízdné nakladače. S variantou přívěsu pro vyšší přepravní rychlost než 40 km/h lze uvažovat i o agregaci s nákladním automobilem na větší dopravní vzdálenosti (nad 20 km).

Obr. 3: Traktorový návěs s vyprazdňováním pomocí podlahového dopravníku s možností rozmetání

Návěsy s vlastním nakládacím zařízením mohou sbírat válcové balíky přímo na poli. Nejčastěji používaný systém je ten, kdy nakládací zařízení uloží balíky vpředu na návěs a vytvoří dvojici, která je pomocí podlahového dopravníku odsunuta směrem dozadu. Tímto postupem je postupně naplněn celý návěs. Vykládání balíků je realizováno směrem vzad opět pohybem podlahového dopravníku.

Samočinné nakládání balíků do přepravníku zajišťuje obdobně další skupina strojů, která je však navíc vybavena sklápěním dozadu celého ložného prostoru, takže náklad „postaví“ za sebe a vytváří tak postupně „stoh“ z balíků.

Vytváření stohu balíků např. na okraji pole lze také využít pro variantu odvozu balíků na větší vzdálenost, kdy se balíky teleskopickým nakladačem se stohu přeloží na soupravu. Pokud je dopravní cyklus součástí obchodního styku musí být jeho součástí vážení a dohoda dodavatele s odběratelem o uznání navážených hodnot. Variantou je vážení náprav na tenzometrických přejezdových vahách.

Stanovení parametrů dopravy

Při stanovení parametrů dopravy je výhodné využívat moderní přístroje a dostupné technologie, které umožňují přesný a dlouhodobý záznam dat a jejich jednodušší zpracování a vyhodnocení. Při realizaci kvalitního výzkumu parametrů dopravy v provozních podmínkách má v současné době nezastupitelné místo využívání systému GPS. Správně naměřená, zpracovaná a vyhodnocená data, kterých lze získat velké množství, je možné využít nejen k získání přesných hodnot měřených parametrů, ale i k sestavování modelů pro stanovení ekonomických a exploatačních parametrů dopravních prostředků v závislosti na vlastnostech dopravního prostředku, trasy nebo nákladu. To má při návrhu logistického systému pochopitelně velký význam.

V našem případě byly podklady při stanovení parametrů dopravy získány pomocí terénních měření v reálných podmínkách [2]. Měřené i vypočtené parametry byly stanoveny takto:

a) Parametry stanovené měřením:

• spotřeba PHM pomocí průtokoměru, případně metodou plné nádrže
• časový snímek práce dopravních prostředků a dopravní vzdálenost pomocí GPS se záznamem
• sypná (případně objemová) hmotnost dopravovaných surovin odměřením
• hmotnost nákladu vážením na mostové váze
• obsah veškeré vody v dopravovaných surovinách – laboratorně ze vzorku podle ČSN 44 1377

b) Dopravní výkonnost stanovená výpočtem:

Vzorec 1: Vzorec

(1) kde: q_s je dopravní výkonnost (t.km./h), m_s je hmotnost zpracované suroviny (t), s_d je ujetá vzdálenost (km), t je čas (h).

Pomocí expertního systému (volně přístupný na www.vuzt.cz) byla stanovena výše měrných nákladů (v Kč na tunokilometr). Výše dopravních nákladů i dopravní výkonnost závisí na vlastnostech dopravovaného materiálu, použitém dopravním prostředku a dopravní vzdálenosti. Měrné náklady jsou dále závislé především na využití dopravního prostředku v průběhu roku, výši pořizovacích nákladů, nákladů na opravy, údržbu, provozní materiál (paliva, maziva) a na dalších poplatcích.

Graf 1: Dopravní výkonnost a měrné náklady při dopravě hranolových balíků

Faktory ovlivňující efektivitu

Podle Pernicovy definice [3] v dopravním procesu, působí na dopravní výkonnost a měrné náklady mimo jiné dopravní prostředek svou kapacitou. Kapacitou dopravního prostředku ovšem není míněn pouze objem ložné plochy, ale komplex vlastností, které určují základní parametry dopravního procesu. Vedle výše uvedených vlastností ovlivňuje efektivitu dopravního procesu rovněž dopravní vzdálenost, způsob nakládání a vykládání přepravovaného zboží a délka prostojů.

Jako příklad jsou na grafech 1 a 2 znázorněny hodnoty průměrné dopravní výkonnosti a měrných nákladů na dopravu rostlinné biomasy ve formě hranolových balíků a pelet, stanovené terénním měřením v provozních podmínkách pomocí pěti typů dopravních prostředků:

• Dopravní prostředek 1 je souprava traktoru (Zetor 7211) s přívěsem (PZ 50) při dopravě hranolových balíků na vzdálenost 1400 m a pelet na vzdálenost 1625 m.
• Dopravní prostředek 2 je souprava traktoru (Zetor 7711) s dvěma přívěsy (PZ 50) při dopravě hranolových balíků na vzdálenost 1775 m a pelet na vzdálenost 1625 m. Na rozdíl od Rakouska, SRN a mnoha jiných států tento způsob dopravy není na veřejných komunikacích v ČR oficiálně povolen.
• Dopravní prostředek 3 je nákladní automobil LIAZ MTSP 24 při dopravě hranolových balíků na vzdálenost 21 400 m a pelet na vzdálenost 8150 m.
• Dopravní prostředek 4 je automobilová souprava LIAZ MTSP 24 s přívěsem PS 16.12 při dopravě hranolových balíků na vzdálenost 23 800 m a pelet na vzdálenost 9400 m.
• Dopravní prostředek 5 pro dopravu hranolových balíků je traktorová souprava Zetor 11441 Forterra s přepravníkem balíků T 025 při dopravě na vzdálenost 10 250 m.
• Dopravní prostředek 5 pro dopravu pelet je traktorová souprava Zetor 11441 Forterra s návěsem T 679 při dopravě na vzdálenost 13 700 m

Z grafů je zřejmá vyšší dopravní výkonnost při využití automobilové dopravní techniky (dopravní prostředky 3 a 4) a speciálních velkoobjemových dopravních prostředků. Zároveň s vyšší dopravní výkonností dosahují i nižších měrných nákladů. To ovšem platí za předpokladu, že jsou tyto dopravní prostředky využity při dopravě na delší vzdálenosti, kdy jsou časy potřebné na nakládku, vykládku, manévrování v místě manipulace a případné prostoje vzhledem k celkovému času dopravy relativně malé. Náklady na hodinu provozu jsou u těchto dopravních prostředků zpravidla vyšší, proto je doprava na malé vzdálenosti, kdy je vysoký podíl času prostojů, drahá.

Graf 2: Dopravní výkonnost a měrné náklady při dopravě pelet

Při dopravě agrárním sektoru i v komunální sféře obecně platí, že dopravu pomocí traktorových souprav lze efektivně realizovat při krátkých dopravních vzdálenostech (asi do 20 km). Výhodou tohoto způsobu dopravy v komunální sféře je možnost uplatnění traktoru i při jiných operacích. Nevýhodou je zpravidla menší rychlost traktorových souprav v porovnání s automobilovou dopravou a vyšší spotřeba PHM. Při delších dopravních vzdálenostech je efektivnější využít automobilové soupravy, nebo speciální dopravníky. Ke zvýšení efektivity dopravy přispívá co nejvyšší využití dopravního prostředku. Proto musí být vybrán nejvhodnější typ a provedení dopravního prostředku jednak z hlediska agregace s tažným prostředkem, jeho povolené rychlosti, případně z hlediska možnosti využití automobilní techniky. V případě převažujícího podílu jízd po zpevněných komunikacích a měnící se dopravní vzdálenosti podle místa pracovního nasazení je vhodné, aby přípojná vozidla disponovala povolenou rychlostí nejméně 40 km/hod.

Zohlednit místní specifika

S ohledem na závislost ceny dopravy na ujeté vzdálenosti, je zřejmé, že ovlivnění ceny dopravy lze dosáhnout změnou dopravní vzdálenosti, tedy jejím zkrácením respektive minimalizací. To má u dopravy rostlinných surovin významný vliv, neboť výskyt zdrojů má většinou „cyklický charakter“, což znamená častou změnu místa sklizně či těžby. Určujícím faktorem v „nasávacím“ obvodu je dopravní vzdálenost (průměrná, maximální), která odráží jak organizaci území (např. polnosti a jejich zastoupení v krajině), tak stávající síť komunikací. Dalšími vlivy, které ovlivňují prodloužení dopravní vzdálenosti, jsou konfigurace terénu (údolí, kopce, skály, vodní ploch a jiné), liniové stavby (železnice, dálnice), sídelní celky apod. Oproti teoretickým výpočtům přímých dopravních vzdáleností je reálné prodloužení vlivem terénních a cestních poměrů o 10-30 % jako průměr, maxima ve specifických územních celcích mohou dosahovat 40-60 %. Pro teoretické vyjádření se používá označení „koeficientem prodloužení přepravní vzdálenosti“ nebo „koeficient cestních poměrů“.

Součástí logistického přístupu je samozřejmě stanovení skladovací kapacity, skladové technologie včetně odpovídajících průjezdných profilů podle druhu dopravní techniky. Neopomenutelnou součástí skladového areálu a místa zpracování musí být soustava komunikací a manipulačních ploch, která zajistí hladkou průjezdnost dopravních souprav a bezproblémovou pohyblivost manipulační techniky. Současně musí být řešeno napojení soustavy komunikací uvnitř areálu na veřejnou silniční síť. V tomto systému je nutné vhodné umístění místa vážení a evidence s odpovídajícím příjezdovým a odjezdovým prostorem. V případě rozsáhlejšího systému je nutné logistický systém doplnit systémem automatické identifikace vozidel (např. RFID).

Pro dopravu, manipulaci a skladování rostlinných surovin je důležité zabránit zbytečným ztrátám a nadměrnému znečišťování okolí vlivem úletu, či jiného způsobu nevhodného nakládání s materiálem. V případě potřeby je nutno přepravovat suroviny v uzavřeném prostoru. Možností je využití systému uzavřených palet, nebo kontejnerů.

(Článek vznikl v rámci řešení výzkumného záměru VZ MZE0002703102 Výzkum nových poznatků vědního oboru zemědělské technologie a technika s aplikace inovací oboru do zemědělství České republiky.)

Literatura

• 1. BARTOLOMĚJEV, A., SOUČEK, J.: Doprava jako součást logistiky energetických surovin zemědělství. In Zemědělská technika a biomasa 2007 : sborník přednášek z mezinárodní odborné konference 21.11.2007 v Praze. Praha : VÚZT, 2007, č. 4, s. 26-30. ISBN 978-80-86884-24-0
• 2. Kára, J.,Souček, J., Adamovský, R.: Logistika bioenergetických surovin, Redakčně upravená závěrečná zpráva projektu QF4079, VÚZT, Praha, 2008, č zprávy VUZT: Z 2491
• 3. PERNICA, P.: Logistika pro 21. století, RADIX, spol. s.r.o., Praha, 2005, ISBN 80-86031-59-4
• 4. Souček, J., KOCÁNOVÁ, V., NOVÁK, M.: Parametres of energy crop biomass handling. Research in Agricultural Engineering, UZPI, Praha, 2007, vol. 53, s. 161-165
• 5. Syrový, J., a kol.: Doprava v zemědělství. Profi Press, Praha, 2008, ISBN 978-80-86726-30-4
• 6. ČSN 44 1377:1978 Tuhá paliva – stanovení obsahu vody

Novinky z Prodevalu: zkapalňování CO2, Valopur DFM a nová výrobní linka na jihu Francie

Regulace teploty plynových motorů

Bioplynová stanice s kogeneračními jednotkami TEDOM

Olej pro plynové motory – klíčová volba pro kogenerační jednotky

Kam směřuje české odpadové hospodářství z pohledu prevence jejich vzniku?