Odborné články
Logistika při energetickém využití rostlinné biomasy
S nárůstem toku zboží v celosvětovém měřítku je pro zvýšení konkurenční výhody nutností minimalizovat náklady vynakládané na dopravu, skladování, manipulaci, evidenci a organizaci všech souvisejících operací. Nástrojem pro realizaci minimalizace nákladů při dodržení potřebného zákaznického servisu je logistické řízení.
Energetické využívání rostlinné biomasy je souhrnný systém technických, ekonomických a ekologických aspektů. Logistika je reálnou součástí těchto provozů a přispívá významným podílem k jeho funkčnosti a efektivitě. Z hlediska logistiky je ale tato oblast poměrně specifická.
Specifická problematika
Z hlediska logistického řízení je problematika využívání biologických surovin oblastí specifickou, kde některé zásady aplikovatelné v oblasti průmyslových výrobků nebo nebiologických surovin nelze uplatnit. Hlavním důvodem je dlouhá doba výrobního cyklu, který má sezónní charakter, schopnost rychlé degradace surovin při nevhodném způsobu nakládání s nimi a v neposlední řadě široká škála surovin, jejichž vlastnosti se vzájemně značně liší a mění v závislosti na okolních vlivech.
Těmto faktům musí odpovídat vlastnosti použitých technologií pro produkci a spotřebu a v potaz musí být brány i při logistickém řešení. To musí být bezpodmínečně podepřeno jednoznačně vyjasněnými vztahy mezi odběrateli a dodavateli, dostatečnou akumulační kapacitou, která vyrovná nerovnoměrnosti získávání vstupní suroviny v průběhu roku a musí být schopno reagovat na možné změny.
Zohlednit místní poměry
Dále je pro návrh logistického řetězce důležité charakterizovat oblast, kde budou suroviny získávány. Z těchto vlastností je nejdůležitější znát:
- podíl zemědělské půdy [4]
- případně podíl lesních pozemků nebo jiných důležitých zdrojů
- kapacitu surovin z jiných zdrojů (odpady, zbytkové suroviny atd.)
- množství nepoužitelné produkce (spotřeba surovin zemědělskou výrobou, spotřeba v jiných provozech, nerentabilní produkce, ztráty)
Další vlastnosti lze ze zadaných parametrů stanovit výpočtem:
- potřebu paliva
- velikost nasávací oblasti
- velikost svozové oblasti
- střední dopravní vzdálenost
- minimální skladovací kapacita
Spotřeba rostlinných surovin
Pro funkční systém energetického využití rostlinných surovin musí být zajištěn bezproblémový přísun vstupních surovin v potřebném režimu (bez ohledu na to, jestli se jedná o kotelnu, bioplynovou stanici nebo jiný typ provozu) a zároveň musí být zajištěno systematické nakládání se zbytkovými surovinami (popel, digestát) za dodržení podmínek kladených platnou legislativou a zásad ochrany životního prostředí.
Termín a místo, kde je možné většinu vstupních surovin získat, se zpravidla neshoduje s termínem a místem spotřeby [3]. Získávání většiny rostlinných surovin je sezónní záležitost, termínově umístěná v teplejší části roku, zatímco jejich využívání v lepším případě v průběhu roku mírně kolísá v závislosti na nejrůznějších faktorech, většinou však má rovněž sezónní charakter. Vyšší spotřeba ovšem termínově pokrývá studenější část roku.
Z hodnot průměrné spotřeby paliva a venkovní teploty v průběhu měření za deset let (graf 1) je patrné, že v daném případě je spotřeba rostlinné biomasy jako paliva sezónní záležitostí. Konkrétní zdroj tepla o instalovaném výkonu 1 MW slouží k vytápění a produkci teplé vody pro zástavbu rodinných domků, několika bytových jednotek a školy. V letních měsících je tedy jeho činnost minimální, z pohledu využívání rostlinných surovin jako paliva téměř nulová.
Je-li zařízení vedle dodávky tepla pro občanskou zástavbu určeno pro dodávky tepla do podniků s celoroční spotřebou a s výrobou elektřiny, je průběh stejných hodnot z hlediska využití zařízení příznivější, ale sezónní charakter se nevytrácí. Při přepočtu celkového množství spotřebované energie (v zařízení je spalováno více druhů rostlinné biomasy) na dřevo o výhřevnosti 14,3 MJ/kg byly získány hodnoty spotřeby paliva (graf 2). Celkový instalovaný výkon zdroje tepla je 16 MW.
Z rozdílného termínu získávání a spotřeby paliva vyplývá pro tyto různé typy provozoven i potřeba skladování a vše se promítá i do ekonomiky provozu.
Parametry a charakteristiky
Při návrhu logistického řetězce pro konkrétní projekt využití rostlinné biomasy k energetickým účelům je nutné vycházet z parametrů provozovny, která bude tuto biomasu využívat, z vlastností potenciálních zdrojů a charakteristiky oblasti, kde bude projekt realizován. Přehled o základních parametrech je nutné mít již ve fázi plánování projektu. Nejdůležitější vlastnosti z hlediska spotřeby (např. spalovací zařízení) jsou:
- typ provozu (stručná charakteristika provozu, využití a typ hlavního zařízení, např. kotle)
- instalovaný výkon zařízení
- účinnost transformace
- roční provozní doba
Dále je nutné znát stručnou charakteristiku používaných surovin. Minimálně je nutné znát tyto vlastnosti:
- typ surovin (stébelniny, dřeviny, odpady, kombinace)
- formy používaných surovin (balíky válcové nebo hranolové, štěpka, brikety, pelety, atd.).
- maximální přípustný obsah veškeré vody
- sypnou hmotnost, případně další dopravně-manipulační vlastnosti
- výnos (v závislosti na půdně klimatických podmínkách, charakteru udržovaných porostů, případně jiných místních vlivech)
- energetické vlastnosti
Pro vybrané dostupné suroviny potenciálně využitelné pro energetické zpracování bylo, jako jedna z důležitých energetických vlastností, v agrolaboratoři VÚZT, v.v.i., stanoveno spalné teplo podle ČSN ISO 1928:1999 [1] a ze získaných hodnot byla vypočtena výhřevnost (tab. 1).
Tab. 1 – Obsah veškeré vody, spalné teplo a výhřevnost [2]
| Materiál | Obsah vody (% hm) | Spalné teplo (MJ/kg) | Výhřevnost (MJ/kg) |
|---|---|---|---|
| Triticale - sláma | 6,47 | 16,53 | 15,38 |
| Žito - sláma | 10,55 | 15,75 | 14,45 |
| Vojtěška | 6,47 | 16,6 | 15,38 |
| Saflor | 7,15 | 16,54 | 16,15 |
| Len - sláma | 7,97 | 17,56 | 15,84 |
| Triticale - zrno | 6,94 | 17,48 | 16,17 |
| Křídlatka reynoutria | 7,75 | 16,66 | 15,44 |
| Oves - zrno | 8,06 | 17,06 | 15,58 |
| Žito - zrno | 6,94 | 17,55 | 16,17 |
| Šťovík uteuša | 12,48 | 16,07 | 14,68 |
| Chrastice | 15,71 | 15,14 | 13,78 |
| Seno - luční | 15,42 | 14,67 | 13,35 |
| Štěpka suchá - topoly | 8,86 | 18,9 | 17,48 |
| Štěpka čerstvá - topoly | 42,73 | 11,18 | 9,58 |
| Topolová kůra | 40,17 | 12,85 | 11,33 |
| Piliny smrkové - suché | 14 | 21,16 | 19,78 |
| Štěpka smrková - syrová | 53,57 | 8,67 | 6,99 |
Spalné teplo a výhřevnost jsou důležitými, ne však jedinými parametry z hlediska energetického využití. Vedle obsahu prvků důležitých z hlediska spalovacího procesu je velmi důležitý obsah popele, prchavé hořlaviny a neprchavého zbytku (tab. 2).
Z hodnot je patrný vyšší obsah popelovin u materiálů na bázi stébelnaté biomasy (v maximálních hodnotách 17,5 %) a v kůře dřevin (průměrně 7,4 %). Standardně se však obsah popele pohybuje u stébelnin v hodnotách okolo 4 % a u dřevin do 3 %.
Tab. 2 – Obsah veškeré vody, prchavá hořlavina, neprchavý zbytek a popel vybraných stébelnin [2]
| Materiál | Obsah veškeré vody Wtr (%) | Prchavá hořlavina Vr (%) | Neprchavý zbytek (NV)r (%) | Popel Ar (%) |
|---|---|---|---|---|
| Chrastice | 12,4 | 55,5 | 23,8 | 8,3 |
| Šťovík | 10,2 | 62,8 | 23,5 | 3,5 |
| Topinambur | 35,3 | 49,9 | 12,6 | 2,3 |
| Tráva | 73,6 | 19,2 | 2,7 | 4,5 |
| Seno sklad. pět let | 10,2 | 65,9 | 15,8 | 8,1 |
| Sláma ječná | 12,4 | 66,1 | 16,8 | 4,6 |
| Sláma pšeničná | 8,6 | 71,3 | 15,6 | 4,5 |
| Sláma řepková | 9,37 | 69,1 | 16,55 | 4,98 |
| Žito celé | 57,9 | 32,5 | 7,8 | 1,9 |
| Pšenice celá | 47,0 | 40,7 | 9,8 | 2,6 |
| Lebeda celá | 74,9 | 17,8 | 3,1 | 4,2 |
| Křídlatka | 19,8 | 62,3 | 14,5 | 3,4 |
| Saflor | 27,8 | 40,5 | 14,2 | 17,5 |
| Ječmen zrno | 7,2 | 75,1 | 13,7 | 4,0 |
| Oves zrno | 9,4 | 72,3 | 15,6 | 2,7 |
| Pšenice zrno | 9,0 | 74,4 | 14,2 | 2,4 |
| Modřín | 11,7 | 71,8 | 15,5 | 1,0 |
| Topol | 17,6 | 61,7 | 19,8 | 0,9 |
| Bez černý | 56,1 | 33,4 | 9,1 | 1,4 |
| Vrba | 22,2 | 59,1 | 16,1 | 2,6 |
| Smrk - kůra | 13,2 | 63,6 | 15,6 | 7,6 |
| Smrk - dřevo | 10,8 | 75,1 | 13,5 | 0,6 |
| Jabloň | 43,1 | 44,5 | 10,1 | 2,3 |
Závěr
Návrh logistických řetězců vychází ze znalosti mnoha parametrů rostlinných surovin, které jsou často odlišné od stabilních vlastností průmyslově využívaných materiálů. Z hlediska logistiky je to zejména dlouhá doba výrobního cyklu, který má sezónní charakter, schopnost rychlé degradace surovin při nevhodném způsobu nakládání s nimi a v neposlední řadě široká škála surovin, jejichž vlastnosti se vzájemně značně liší a mění v závislosti na okolních vlivech. V článku je poukázáno na tato specifika, je zde prezentována spotřeba paliva v průběhu roku a jsou naznačeny východiska nutná pro začátek řešení návrhu.
Příspěvek vznikl v rámci řešení výzkumného záměru VZ MZE0002703101 Výzkum nových poznatků vědního oboru zemědělské technologie a technika s aplikace inovací oboru do zemědělství České republiky. V další části se čísle se autor bude věnovat vlastnostem energetické biomasy důležitým pro dopravu a skladování, včetně ukázkových návrhů řešení logistických řetězců pro nejčastěji realizovaný způsob využití v praxi – přímé spalování.
Literatura:
- 1. ČSN ISO 1928:1999 Tuhá paliva - stanovení spalného tepla kalorimetrickou metodou v tlakové nádobě a výpočet výhřevnosti
- 2. JEVIČ, P., LUŇÁČEK, M., SLADKÝ, V., SOUČEK, J., ŠEDIVÁ Z.: Energetické a průmyslové využití plodin z arginálních oblastí, výroční zpráva projektu EP 0960006514 programu 08 Mze ČR – NAZV, VÚZT, Praha, 1999
- 3. SOUČEK, J.: Bioenergetické suroviny – logistika a výrobní technologie, In: Sborník referátů z odborné konference, Zemědělská technika a biomasa 2004, VÚZT, Praha, 2004, str. 86 – 89, ISBN 80-86884-00-7
- 4. VEGER, J. HAVLÍČKOVÁ, K., A KOL: Metodika analýzy potenciálu biomasy jako obnovitelného zdroje energie, Acta Průhoniciana, 83, Praha, 2006
Článek: Tisknout s obrázky | Tisknout bez obrázků | Poslat e-mailem
Související články:
Aditivace pro efektivnější spalování slámy
Topinambur lze využít k mnoha účelům
Nedoceněný zdroj energie: balíkovaná sláma
Sláma jako palivo - technické předpoklady a ekonomika
Výroba pelet z biomasy - technické a ekonomické aspekty
Automatické kotelny na balíkovou slámu
Předchozí / následující díl(y):
Logistika při energetickém využití rostlinné biomasy - 2
Zobrazit ostatní články v kategorii Obnovitelné zdroje energie, Spalování biomasy
Datum uveřejnění: 18.5.2011
Poslední změna: 30.4.2011
Počet shlédnutí: 8145
Citace tohoto článku:
SOUČEK, Jiří: Logistika při energetickém využití rostlinné biomasy. Biom.cz [online]. 2011-05-18 [cit. 2024-11-24]. Dostupné z WWW: <https://biom.cz/cz-kapalna-biopaliva/odborne-clanky/logistika-pri-energetickem-vyuziti-rostlinne-biomasy>. ISSN: 1801-2655.
Komentáře:
|
|
|
|
|