Analýza energetických parametrů dopravních operací při sklizni kukuřice pro potřeby bioplynové stanice

Úvod

Bioplynové stanice tvoří nezanedbatelnou část zařízení pro výrobu energie z obnovitelných zdrojů v ČR. Jejich význam spočívá především v rychle mobilizovatelném potenciálu, možnosti využití bioodpadu a tvorbě alternativních podnikatelských příležitostí pro lokální zemědělské podniky. (BAČÍK, 2010)

Obr. 1a: Vývoj počtu bioplynových provozoven v ČR jejich instalovaný výkon

Obr. 1b: Meziroční růst počtu bioplynových provozoven v ČR jejich instalovaného výkonu

Počet stanic zaznamenal prudký nárůst mezi lety 2002 a 2009, kdy dosahoval v průměru téměř 50 % ročně. V současné době došlo ke zvolnění, nikoliv však stagnaci. K 1. 12. 2010 bylo, dle přehledu o udělených licencích Energetickým regulačním úřadem, v provozu 174 provozoven o celkovém instalovaném výkonu 97,43 MWe (viz Obr. 1a, Obr.1b). (ERU, 2010a)

Rozvoj jednotlivých regionů lze považovat za vyrovnaný, výjimku tvoří pouze Liberecký a Ústecký kraj. Vzhledem k tomuto trendu se otázka podrobné analýzy pracovních operací při dopravě a výrobě bioplynu stává stále důležitější. Důkladný rozbor jednotlivých ukazatelů a následné návrhy optimalizačních opatření mohou významně přispět ke znatelné redukci nákladů spojených s jednotlivými operacemi. Uvážíme-li fakt, že se jedná o oblast zemědělské dopravy, lze očekávat značnou diferenciaci typů dopravních cest, nezanedbatelný podíl přejezdů v terénu a nízké dosahované rychlosti v porovnání s jinými odvětvími. (Syrový, 2008)

Tabulka 1: Přehled časových souhrnů sklízecí řezačky Claas Jaguar 870

Ve spolupráci se zemědělským podnikem ZAS Bečváry a. s. bylo provedeno měření parametrů sklizně kukuřice a dopravy řezanky z pole do silážního žlabu. Siláž slouží pro potřeby provozu zemědělské bioplynové stanice v Drahobudicích o instalovaném elektrickém výkonu 526 kW. Tepelný výkon je pak 566kW. (ERU, 2010b)

Materiál a metody

Podnik ZAS Bečváry a.s. se nachází ve Středočeském kraji jižně od města Kolín. Pole je od areálu podniku, kde se nachází i silážní žlab, vzdáleno cca 5,2 km. Převážnou část této vzdálenosti tvoří asfaltová cesta. Sklizeň kukuřice zajišťuje Claas Jaguar 870 s pracovním záběrem 4,5 metru (ekvivalent 6 řádků). Pro dopravu sklizené kukuřice slouží dalších 5 souprav (traktor + vlečka) a jeden dopravní automobil. Jedná se o:

• Case Puma 140 + ZDT Mega 20 (2x)
• Case Puma 140 + ZDT Mega 18
• Case Puma 140 + přívěs
• Zetor Z 7205 + přívěs
• Liaz 706 MTSP Pro dusání siláže slouží dvojice kolových nakladačů
• Case 821E
• ZTS KNB 250

Do sklízecí řezačky a dopravní soupravy Case Puma 140 + ZDT Mega 20 byly nainstalovány GPS moduly Garmin 76CS, resp. Garmin 76CSx. Na konci pracovního dne byla ještě zjištěna celodenní spotřeba pohonných hmot všech uvedených samojízdných strojů a energetických prostředků. Pro získání dat z GPS slouží aplikace MapSource (v tomto případně ve verzi 6.13.7). Pomocí ní lze údaje o časovém průběhu rychlostí, změny polohy a ujetých vzdáleností jednoduše zobrazit a vyexportovat pro zpracování externí aplikací.

V tomto případě se jednalo o Microsoft Excel. Na základě rozboru souřadnic a provozních rychlostí z obou zařízení byly určeny oblasti:

• pole (rozděleno na přejezd a nakládku)
• přejezd po silnici
• prostoje
• vykládky

Pro takto zjištěné oblasti byly následně provedeny kalkulace:

• celkového času
• celkových najetých km
• průměrných rychlostí

Tabulka 2: Přehled průměrných rychlostí sklízecí řezačky Claas Jaguar 870

Tabulka 3: Přehled najetých km sklízecí řezačky Claas Jaguar 870

Tyto výpočty posloužily nejen jako podklad pro stanovení parametrů provozu sklízecí řezačky a sledované dopravní soupravy, ale i jako vstupní údaje pro výpočet teoretických provozních ukazatelů pomocí expertního systému „Hodnocení dopravního procesu v zemědělském podniku“, které byly dále přepočítány na základě skutečných poměrů mezi dopravními soupravami.

Tabulka 4: Přehled počtu dopravních cyklů pro jednotlivé dopravní soupravy

Výsledky a diskuse

Vzhledem k vytrvalým dešťům, které sklizni předcházely, byla půda silně podmáčená. Samotná sklizeň započala 6:51 a skončila v 18:04. Za tuto dobu byla sklizena plocha 24,46 ha. Spotřeba sklízecí řezačky v průběhu jednoho pracovního dne činila 508 l. Podrobné informace o provozních parametrech viz Tab. 1,2,3.

Tabulka 5: Přehled časových souhrnů dopravní soupravy Case Puma 140+ZDT Mega 20

Tabulka 6: Přehled průměrných rychlostí dopravní soupravy Case Puma 140+ZDT Mega 20

Dopravní cyklus jedné soupravy či prostředku trvá průměrně 22 min 24 s. Skládá se z nakládky (v průměru 1,07 km na jeden cyklus), dopravy materiálu po poli a polní cestě (průměr 0,57 km), dopravy po silnici (5,2 km) a po vykládce návrat k řezačce (opět 5,2 km, resp. 0,57 km). V průběhu jednoho cyklu dochází k překonávání relativně malých výkyvů nadmořské výšky (obr. 2,3).

Obr. 2: Mapa dopravních tras a přejezdů v oblasti sklizně

Obr. 3: Průběh nadmořské výšky ve směru silážní žlab - pole

Přehled počtu dopravních cyklů, které vykonaly jednotlivé dopravní soupravy/prostředky se nachází v Tab. 4.

Pomocí GPS sledovaná dopravní souprava Case Puma 140 + ZDT Mega 20 tedy v průběhu jednoho pracovního dne vykonala 16 pracovních cyklů. Přehledy naměřených parametrů pro tuto soupravu jsou uvedeny v tabulkách 5,6,7. Spotřeba strojů při dusání siláže ve žlabu byla přibližně 140 l pro Case 821E a 200l pro ZTS KNB 250.

Tabulka 8: Přehled spotřeby pohonných hmot pro jednotlivé operace

Tabulka 9: Přehled spotřeby pohonných hmot za jeden dopravní cyklus

Díky těmto údajům bylo možné vytvořit přehled spotřeby při jednotlivých operacích. Ty byly pomocí výstupu z expertního programu přepočteny pro ostatní soupravy (Tab. 8,9).

Závěr

Pomocí poměrně vysoké citlivosti GPS modulů bylo možno získat detailní datový podklad pro rozbor a výpočty parametrů jednotlivých pracovních operací. Spotřeba pohonných hmot sklízecí řezačkou Claas Jaguar 870 činila 508 l při sklizni plochy o výměře 24,46 ha a 10,36 najetých km během manipulačních přejezdů mezi polem a podnikem. Sledovaná dopravní souprava Case Puma 140 + ZDT MEGA 20 absolvovala 16 dopravních cyklů, během kterých spotřebovala 120 l pohonných hmot a najela 201,1 km. Naměřené údaje byly zpracovány na základě rozboru GPS souřadnic a pracovních rychlostí. Na základě takto zpracovaných dat pak byly vypočítány podrobnější údaje o parametrech provozu sledované soupravy i teoretické provozní parametry ostatních použitých dopravních souprav a prostředků. Tyto poslouží ke zlepšení prognózy nákladů spojených s pokrýváním potřeb provozu bioplynové stanice.

Poznámka

V příspěvku jsou použity údaje získané v rámci řešení výzkumného záměru MZE 0002703102.

Literatura

• BAČÍK, O. (1. 14 2010). Bioplynové stanice: technologie celonárodního významu. Získáno 14. 12 2010, z Biom.cz: https://biom.cz/cz/odborne-clanky/bioplynove-stanice-technologie- celonarodniho-vyznamu
• ERU. (2010a). Získáno 14. 12. 2010, z Podíl bioplynu, stav k 1.12.2010: http://www.eru.cz/user_data/files/licence/info_ o_drzitelich/OZE/bpl_01_12_2010.pdf
• ERU. (2010b). Získáno 14. 12 2010, z Přehled údajů o licencích udělených ERÚ - ZAS Bečváry a.s.: http://licence. eru.cz/detail.php?lic-id=110806814&sequence=1&total=1
• SYROVÝ, O. Doprava v zemědělství. Praha: Profi Press, s r.o., 2008. 248 s. ISBN 978-80-86726-30-4

Tento článek byl převzat v rámci spolupráce s magazínem Agritech Science.

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?

Jak získat udržitelnou biomasu

Biometan se vyplatí a má budoucnost