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.

Obr. 1: Balík slámy určený ke spálení před vstupem do rozdružovacího zařízení. Na podávací stůl s řetězovým dopravníkem lze vyrovnat zásobu balíků na několik hodin provozu

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.

Obr. 2: Šnekový dopravník pro přísun paliva do kotle s ochranou proti zpětnému prohoření: způsob vkládání paliva do kotle musí být přizpůsobený používaným surovinám.

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]

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).

Graf 1: Spotřeba paliva během roku a průběh venkovní teploty v zařízení využívaném pro vytápění a ohřev teplé užitkové vody pro rodinné domky

Graf 2: Spotřeba paliva během roku a průběh venkovní teploty v zařízení využívaném pro vytápění a ohřev teplé užitkové vody pro rodinné domky, průmyslový areál a výrobu elektřiny

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]

Obr. 3: Teplovodní kotel pro spalování biopaliv na bázi rostlinných surovin s instalovaným výkonem 1 MW (Tractant Fabri)

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

Pokročilé vstupy jako budoucnost produkce bioplynu

Kapacita první biometanové stanice v Česku EFG Rapotín BPS se více než zdvojnásobila

Statistiky pevné biomasy a výhled

Městská teplárna ve Slavičíně

Odpadové hospodářství: Pozitivní trendy a výzvy do budoucna