Příručka 2003/2

Komentáře

Transkript

Příručka 2003/2
2003
2
ZEMĚDĚLSKÁ TECHNIKA A BIOMASA
Sborník přednášek
Červen 2003
Editor: D. Andert a kolektiv autorů
© Výzkumný ústav zemědělské techniky,
Konzultační a poradenské středisko
Drnovská 507, 161 01 Praha 6
2002
ISBN 80-903271-0-9
2
Obsah:
Po kliknutí na vybraný název v obsahu, skočíte na zvolený text.
Technologické systémy péče o půdu ............................................................................ 4
Vzorová řešení linek na příjem, ošetřování a skladování zrnin v zemědělské
prvovýrobě .................................................................................................................... 7
Mechanizované pracovní postupy pěstování, skladování a úpravy brambor .............. 13
Využití a obnova zemědělské techniky ....................................................................... 17
Biomasa pro výrobu tepla ........................................................................................... 22
Výroba a odbyt methylesterů mastných kyselin řepkového oleje (FARME)
v České republice a návrh akčního plánu Evropské komise o alternativních
palivech pro dopravu .................................................................................................. 26
Emise při spalování biomasy ...................................................................................... 30
Bioplyn ........................................................................................................................ 34
Energetické a průmyslové využití slámy ..................................................................... 37
Konzultační a poradenské středisko VÚZT, poradenská síť MZe............................... 39
Bioteplofikace venkovských sídel a podniků ............................................................... 40
Návrh náhrady hnědouhelného kotle v kotelně 2 x 300 kW ........................................ 47
Spalování biomasy s přídavkem uhlí .......................................................................... 51
Zpracování zbytkové biomasy kompostováním - technika pro kontrolované
mikrobiální kompostování ........................................................................................... 53
Výzkum snížení emisí zátěžových plynů procesem řízeného mikrobiálního
kompostování ............................................................................................................. 59
Desintegrace biomasy rostlinného původu ................................................................. 62
Emise metanu ze zemědělské činnosti ....................................................................... 66
Správná zemědělská praxe z pohledu zákona o ochraně ovzduší a o
integrované prevenci .................................................................................................. 69
Briketování biomasy ................................................................................................... 72
Mechanické drcení zbytkové těžební biomasy v lesním hospodářství........................ 74
Reologie v technologických procesech ....................................................................... 78
Racionalizace mobilního terénního systému z hlediska ekologické čistoty práce....... 80
Optimalizace výkonnosti mobilního terénního systému pracujícího v lesním
hospodářství, z hlediska minima emisí cizorodých látek............................................. 83
3
Technologické systémy péče o půdu
Josef Hůla, Pavel Kovaříček, Václav Mayer, Marcela Vlášková
Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha
krátkodobé cíle to snad může být pochopitelné, z
hlediska pohledu správného hospodaření na půdě je
smíření se s vodní erozí půdy dlouhodobě neudržitelné.
V podnicích, které hospodaří na svažitých pozemcích,
dochází často k tomu, že vodní erozí jsou poškozovány
pozemky s nejkvalitnější půdou v katastru. Exponované
pozemky s vyšší svažitostí jsou již zatravněny, na
nejúrodnějších pozemcích se často praktikuje velmi
zjednodušený osevní sled se zařazováním plodin, které
minimálně půdu před erozí chrání (kukuřice, brambory).
Tyto nejkvalitnější scelené pozemky jsou zpravidla v
příslušném roce osévány jednou plodinou, při zařazení
uvedených plodin nedostatečně chránících půdu je
nadměrná délka pozemků po spádnici bez přerušení
příčinou dramatického poškozování kvality půdy
smyvem zeminy i při mírném sklonu pozemků. Odnos
zeminy postihuje negativně nejen úrodnost zemědělské
půdy, ale způsobuje další škody včetně škod
ekologických - zanášení vodotečí a vodních nádrží
zeminou, kontaminace vodních zdrojů agrochemikáliemi.
Výzkum ekonomicky přijatelných a ekologicky
vhodných technologií zpracování půdy a zakládání
porostů plodin
VÚZT se v posledních letech zaměřil na výzkum
v oblasti kvality mechanizovaných pracovních operací a
energetické náročnosti strojů v postupech minimálního
a půdoochranného zpracování půdy a zakládání porostů
plodin. To spolu s výzkumem v oblasti pracovních
operací a strojů pro hnojení a chemickou ochranu rostlin
zahrnuje výzkum na úseku péče o půdu a porosty
plodin.
Na obr. 2 je příklad hodnocení vlivu velikosti
pozemků na jednotkovou spotřebu motorové nafty při
podmítce talířovým kypřičem s vysokou plošnou
výkonností. Příklad hodnocení kvality práce strojů při
mělkém zpracování půdy je uveden v grafech na obr. 3 –
jedná se o hodnocení působení strojů na rostlinné
zbytky předplodiny, v tomto případě na strniště a
podrcenou slámu obilniny. Ponechání či neponechání
většího množství rostlinných zbytků na povrchu půdy při
jejím zpracování ovlivňuje následnou odolnost půdy vůči
erozi.
Součástí hodnocení pracovních postupů a jejich
zajištění mechanizací je kalkulace nákladů na provoz
strojů, stanovení spotřeby nafty a potřeby práce ve
variantních pracovních postupech.
Pro zjišťování exploatačních ukazatelů strojních
souprav a spotřeby motorové nafty je využívána metoda
monitorování provozu strojů s využitím družicové
navigace v systému GPS. Na obr. 4 je ukázka
grafického znázornění pohybu traktoru s přípojným
strojem při podmítce.
Systémy a technologie zpracování půdy a
zakládání porostů plodin jsou v současné době
podrobovány kritické analýze a přehodnocování. Nové
poznatky výzkumu a zájem praxe vedou k rozšiřování
netradičních postupů zjednodušeného zpracování půdy.
Vychází se přitom z přehodnocení odůvodněnosti
jednotlivých mechanických zásahů do půdy, dosahování
přijatelných nákladů, úspory práce a motorové nafty i
z možného přínosu nových technologií k ochraně půdy
před nepříznivými vlivy, zejména před vodní, případně i
větrnou erozí.
Současně
s uvedením
možných
přínosů
netradičních technologií zpracování půdy a zakládání
porostů plodin – minimálního zpracování půdy,
ochranného zpracování půdy – je nezbytné upozornit na
možná rizika spojená se zaváděním těchto technologií.
Pokud tyto technologie nejsou kvalifikovaně využívány
jako systém, může dojít k rozvoji škodlivých činitelů
s negativním vlivem na výnos plodin (šíření plevelů,
chorob a škůdců plodin).
Na obr. 1 jsou zjednodušeným způsobem
znázorněny odlišnosti hlavních systémů zpracování
půdy a setí. Schéma vyjadřuje rozdílnou hloubku
zpracování půdy, odlišné rozmístění rostlinných zbytků,
například slámy obilnin, v profilu ornice, rozdíly ve
výstupu kapilární vody z půdní zásoby směrem k lůžku
osiva a k povrchu půdy. Naznačení srážkové činnosti
vyjadřuje ve schématu vhodnost příslušného způsobu
zpracování půdy a založení porostu z hlediska
klimatických podmínek. Například přímé setí (setí do
nezpracované půdy) je zpravidla doporučováno do
sušších a teplejších oblastí. Půdoochranné technologie,
založené na mělkém zpracování půdy (podmítka,
opakovaná podmítka), jsou doporučovány rovněž hlavně
do sušších oblastí. Přednosti těchto technologií
především z hlediska úspory času však vedou
v podmínkách ČR k jejich rozšiřování i do oblastí se
střední nadmořskou výškou a vyššími srážkami.
Pro tzv. ochranné (půdoochranné) zpracování půdy
je charakteristické, že nejméně 30 % povrchu půdy
zůstane po zasetí plodiny pokryto rostlinnými zbytky.
Tyto rostlinné zbytky, například podrcená sláma obilnin,
zvyšují odolnost půdy vůči erozi v období, než se uplatní
protierozní působení porostu plodiny.
Uplatněním systémů zpracování půdy bez orby je
možné omezit tvorbu a akumulaci nitrátového dusíku v
půdě. V souvislosti se slaďováním naší legislativy s
pravidly platnými v EU bude v tzv. zranitelných zónách
nabývat na významu ochranné zpracování půdy bez
orby.
Ochrana půdy před erozí
Vodní eroze půdy je jev, jehož nebezpečnost je
stále podceňována. Při zaměření pozornosti na
Kontaktní adresa
Doc. Ing. Josef Hůla, CSc.
Výzkumný ústav zemědělské techniky
Drnovská 507, P.O.Box 54, 161 01 Praha 6 – Ruzyně
Tel.: 233022 263, Fax: 233312507
E-mail: [email protected]
4
Obr. 1
Schéma systémů zpracování půdy z hlediska hloubky mechanických zásahů do půdy, rozmístění
rostlinných zbytků v profilu ornice, uložení osiva v půdě a podnebí (KTLB 1999)
Spotřeba nafty (l.ha-1)
12
10
8
6
4
2
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Plocha (ha)
Spotřeba nafty (l.ha-1)
Obr. 2
Spotřeba nafty (l.ha-1)
Vliv velikosti pozemků na spotřebu motorové nafty při podmítce talířovým kypřičem
5
45
Zastoupení rostlinných zbytků [% hmotnosti]
100
90
80
70
54,30
60
58,40
37,90
50
40
c
31,00
30
19,20
25,50
31,10
20
50-100 mm
20,20
10
22,40
0-50 mm
0
Po podmítce
talířovým
kypřičem
Dowlands
na povrchu půdy
Po 2. podmítce
radličkovým
kypřičem ROSS
Farmer
Po předseťové
přípravě půdy
kombinátorem
Farmet
Obr. 3
Rozmístění posklizňových zbytků v půdě a na povrchu půdy při zpracování půdy založeném na
opakované podmítce
Obr. 4
Příklad grafického záznamu pohybu strojní soupravy po pozemcích – podmítka radličkovým kypřičem
6
Vzorová řešení linek na příjem, ošetřování a skladování zrnin
v zemědělské prvovýrobě
Pavel Kroupa
Výzkumný ústav zemědělské techniky
− příjmový zásobník musí mít dostatečnou kapacitu,
musí umožňovat sklápění zrna z dopravních
prostředků do boku i nazad;
Základem racionální výživy je přísná kontrola,
šetrné zpracování a přírodní stav potravinářských zrnin.
Hlavní zásadou jsou minimální úpravy, které nesmějí
snížit v žádném případě biologickou hodnotu
potravinářských zrnin.
Ošetřování, skladování a předzpracování
potravinářských zrnin se v současné době provádí na
stávajících posklizňových linkách. Technická úroveň
těchto zařízení je většinou nevyhovující. Ošetřování a
skladování potravinářských zrnin má svá specifika
(především respektováním všech požadavků na zdravou
výživu), která jsou odlišná od ošetřování a skladování
ostatních zrnin.
Vysoká biologická hodnota zrnin je měřitelná.
Je dána energií a klíčivostí. Každá úprava a ošetřování
může tyto hodnoty snížit, proto je třeba se snažit o co
nejmenší zásahy a udržení v co nejpřirozenějším stavu.
Vlastni sklizeň potravinářských zrnin vyžaduje také
načasovat sklizeň tak, abychom dostali zrno z pole v
plné zralosti. Ošetřování potravinářských zrnin ve
skladovacím prostoru musí být řešeno intenzivním
provzdušňováním. Provzdušňování potravinářských
zmiň ve skladovacích prostorech musí být rovnoměrné,
to znamená, aby některé partie nebyly přesušeny a
některé partie neměly vyšší vlhkost než předepisuje
ČSN. Základním požadavkem potravinářských zrnin je
vlhkostní rovnoměrnost. Z toho důvodu je třeba
dimenzovat intenzivní provzdušňování uskladněného
3
zrna tak, aby bylo dosaženo 20 - 30 m vzduchu na l
tunu uskladněného zrna za l hodinu. To je elementární
požadavek ošetřování potravinářských zrnin intenzivním
provzdušňováním.
U vertikálních dopravních cest, ani u věžových
zásobníků nejsou v současné době řešeny kaskádové
brzdíce zrna, které výrazně snižují jeho poškození při
naskladňování do skladovacích prostorů. Pro vertikální
dopravu zrna jsou také v současné době používány
standardní korečkové elevátory s ocelovými korečky,
které značně poškozují dopravované zrno.
Pro dopravu (vertikální) potravinářských zrnin je
třeba použít korečkové elevátory, které jsou vybaveny
korečky z polyamidu, a to především o obvodové
-1
-1
rychlosti do 1,8 m.s (luskovin do 0,9 m.s ).
− musí být vybaven kontinuálním uzávěrem, který zajistí
plynulou regulaci toku zrna;
− konstrukčně může být řešen jako přejezdný nebo
nepřejezdný;
− dimenze příjmu musí vycházet z celkové denní
výkonnosti nasazených sklízecích mlátiček.
Požadavky na intenzivní provzdušňování zrna
− Podstata
konzervace
provzdušňováním
je
uskladněného zrna.
zrna
intenzivním
ve
snížení teploty
− Vlhké zrno svým dýcháním produkuje teplo, které
může způsobit jeho zapaření a tím jeho
znehodnocení. Vzduch dodávaný provzdušňovacím
ventilátorem do skladovacího prostoru zabraňuje
nadměrnému vzniku tepla.
− K aktivnímu intenzivnímu provzdušňování musí být
použity výhradně středotlaké ventilátory, které jsou
schopny zajistit dostatečné množství vzduchu, tj. 25 35 m-3 za l hodinu na l tunu uskladněného zrna i
potřebný tlak.
Aktivním provzdušňováním se:
- snižuje teplota uskladněného zrna a tím se prodlužuje
jeho skladovatelnost;
- snižuje se vlhkost rovněž s příznivým vlivem na
prodloužení skladovatelnosti zrna;
- při snížení teploty pod 15 °C se zastavuje činnost
škůdců a mikroorganizmů.
Při dlouhodobém skladování zrna odpadá nutnost
přepouštění za účelem snížení jeho teploty a udržení
jeho dobrého zdravotního stavu.
Energetická náročnost
Při intenzivním provzdušňování zrna se měrná
spotřeba elektrické energie pohybuje v rozmezí 10 až 12
kWh na 1 tunu uskladněného zrna při 4 % odsušku.
Úspora LTO
Intenzivním provzdušňováním se dosáhne úspory
LTO průměrně 5 kg na 1 tunu ošetřeného zrna. Velmi
cennou úsporou je především v aridních oblastech
celková náhrada LTO za elektrickou energii při
ošetřování zrna.
Základní požadavky na příjem, ošetřování a
skladování potravinářských a krmných zrnin
V nových podmínkách společenského vývoje, kdy
směřujeme k tržnímu hospodářství, nabývají na
významu sklady zrnin. Zemědělské podniky musejí
usilovat o nejvyšší kvalitu své produkce a její prodej za
nejvyšší cenu. Jestliže dříve se podstatná část produkce
prodávala okamžitě zemědělské nákupní organizaci,
dnes při napřímení vazeb mezi výrobcem a
spotřebitelem tomu tak nemusí být. Aby výrobce mohl
prodávat obiloviny v optimálním čase, kdy jsou ceny
nejvyšší, potřebuje vhodné sklady.
Požadavky na skladování:
− uskladněné zrno ve skladovacím prostoru nesmí
ztrácet kvalitu požadovanou ČSN;
− skladovací prostory musejí umožnit rychlý příjem zrna
tak, aby se nesnižovala výkonnost vlastní sklizně;
− při výstavbě skladovacích prostorů je třeba
respektovat podíl jednotlivých partií, podle toho je
Požadavky na příjem zrna
Výkonnost příjmu je limitujícím faktorem posklizňové
linky:
7
korečkovým elevátorem dopraveno do expedičních
zásobníků.
třeba stanovit jednotkovou kapacitu zásobníků 60 –
150, 200, 500, 1000 t, případně 2500t;
− skladovací prostory musejí zajistit plynulý příjem zrna;
Základní technické a technologické údaje linky:
- příjem a předčištění zrna
2 x 80 t.h'1
- skladovací kapacita
4 x 1000 t
2 x 500 t
2 x 150 t
- maximální vlhkost naskladněného zrna 22 %
- ošetřování zrna
intenzivním provzdušňováním
-1
- standardní předčištění
20 t.h
- expedice zrna
3 x 35 t
- instalovaný výkon elektrické energie
210 kW
− expediční část posklizňové linky musí respektovat
požadavky na expedici ošetřeného zrna, tj. čištění a
třídění;
− počet expedičních zásobníků musí být volen tak, aby
jejich celková skladovací kapacita odpovídala
minimálně dvoudenní výkonnosti čistících a třídících
strojů;
− příjmová linka na zrno musí zajistit příjem, předčištění
a ošetření ve skladovacím prostoru nebo příjem a
předčištění s možností přímé expedice.
Všechny tyto požadavky musejí být respektovány
již v předprojektové studii, v zadání stavby a prováděcím
projektu.
Linka - skladovací kapacita 4 x 500 t,
-1
zásobníky s rovným dnem, příjem 80 t.h ,
realizace ZOD Potěhy
Vlastní příjem zrna je řešen podúrovňovým
příjmovým zásobníkem, který je samozřejmě vybaven
kontinuálním uzávěrem pro plynulou regulaci toku
přijímaného materiálu, zrna. Délka příjmového
podúrovňového zásobníku je 9 m, kapacita 40 t,
umožňuje sklápění zrna z dopravních prostředků do
boku i nazad. Předčištění zrna je řešeno aspiračním
zařízením, skladování zrna je řešeno v zásobnících
DENIS-PRIVÉ s rovným dnem o jednotkové skladovací
kapacitě 500 t. Uskladněné zrno v zásobnících je
ošetřováno intenzivním provzdušňováním. Expediční
část linky je tvořena třídičkou a dvěma expedičními
podjezdnými zásobníky. Vzhledem k tomu, že na lince
jsou ošetřovány řepka a kukuřice na zrno, je vybavena
sušičkou.
Linka – skladovací kapacita 4 x 1000 t, 2 x 150 t, 2 x
500 t, tedy celková skladovací kapacita 5300 t, příjem
-1
2 x 80 t.h , realizace – Zemědělská společnost a.s.
Bystřice, Kratonohy
Příjmovou část línky tvoří dva příjmové
podúrovňové zásobníky. Kapacita každého příjmového
podúrovňového zásobníku je 60 t, délka 9 m. Příjmové
podúrovňové zásobníky umožňují sklápění zrna z
dopravních prostředků do boku i nazad. Z těchto
příjmových zásobníků je zrno dopraveno pomocí
vertikálních a horizontálních dopravních cest do
předčističky ASP - 750 na jedné příjmové větvi, na druhé
příjmové větvi je předčištění zrna řešeno aspiračním
zařízením. Takto předčištěné zrno je korečkovými
elevátory dopraveno samospádem do věžových
zásobníků
systém
LIPP,
kde
je
intenzivně
provzdušňováno. Vyskladňování zásobníků je řešeno
gravitací na pásové dopravníky, kterými je zrno
dopraveno na třídičku a vytříděné zrno je pak
LINKA NA PŘÍJEM, OŠETŘOVÁNÍ A SKLADOVÁNÍ ZRNA
1 – PŘÍJEM
2 – PŘEDČIŠTĚNÍ
3 – ZÁSOBNÍKY
4 – VENTILÁTORY
5 – EXPEDIČNÍ ZÁSOBNÍKY
8
TECHNOLOGICKÉ SCHÉMA LINKY
1 – PŘÍJMOVÝ ZÁSOBNÍK
2, 8, 11, 12, 16, 19, 23, 28, 29
– PÁSOVÉ DOPRAVNÍKY
3, 13, 20, 24
– KOREČKOVÉ ELEVÁTORY
10 – SUŠIČKA
22 – PODJEZDNÉ
EXPEDIČNÍ ZÁSOBNÍKY
26 – ZÁSOBNÍKY
DENIS PRIVÉ ∅ 8 m
27 – PROVZDUŠŇOVACÍ
VENTILÁTORY
Věžové zásobníky DENIS-PRIVÉ o
skladovací kapacitě 500 t s rovným dnem
Navržená technologie posklizňového ošetřování a
skladování zrna umožňuje následující operace:
- příjem zrna, aspirační předčištění a přímou expedici;
- příjem zrna, aspirační předčištění, třídění a přímou
expedici;
- příjem zrna, aspirační předčištění, sušení zrna a
skladování v zásobnících;
- příjem zrna, aspirační předčištění, skladování, sušení a
přímou expedici;
- příjem zrna, aspirační předčištění, uskladnění a
intenzivní provzdušňování;
- ošetřené zrno ze zásobníků lze třídit a přímo
expedovat;
- příjem zrna, aspirační předčištění, ošetření zrna v
zásobnících
intenzivním
provzdušňováním
a zrno určené např. ke krmným účelům lze přímo
expedovat.
jednotkové
Základní technické a technologické údaje linky:
- příjem a předčištění zrna
80 t.h-1
- skladovací kapacita
4 x 500 t
- maximální vlhkost naskladněného zrna
22 %
- ošetřování uskladněného zrna
intenzivním
provzdušňováním
-1
- standardní třídění
20 t.h
- expedice zrna
2 x 35 t
- instalovaný výkon elektrické energie
272 kW
Expediční část linky
9
Linka
na
příjem,
ošetřování
a
skladování
potravinářských zrnin v upravených silážních věžích
VÍTKOVICE
Podle návrhu VÚZT Praha 6 - Ruzyně byla v
Zemědělské akciové společnosti Podchotucí a. s. Křinec
realizována
úprava
stávajících
silážních
věží
VÍTKOVICE pro ošetřování a skladování zrnin. Cílem
řešení bylo využít stávající silážní věže VÍTKOVICE,
které již delší dobu nebyly k tomuto účelu využívány, pro
ošetřování a skladování zrnin.
Základní technické a technologické údaje linky:
- výkonnost příjmu
80 t.h-1
- hrubé předčištění zrna
80 t.h-1
- průměr zásobníku
8,57 m
- skladovací kapacita
4 x 750 t
- expedice zrna
2 x 35 t
- maximální vlhkost naskladněného
zrna do zásobníků
20 %
- instalovaný výkon elektrické energie
93,6 kW
TECHNOLOGICKÉ SCHÉMA LINKY
1 – PŘÍJMOVÝ ZÁSOBNÍK
2, 6, 9, 11, 16, 17, 18 –
PÁSOVÉ DOPRAVNÍKY
3 – ASPIRAČNÍ KOMORA
4, 15 – VENTILÁTORY
5 – PRACHOVÁ KOMORA
7 – KOREČKOVÝ ELEVÁTOR
8, 12, 13 – REGULAČNÍ PRVEK
10 – VĚŽE VÍTKOVICE
14 – EXPEDIČNÍ ZÁSOBNÍKY
Celkový pohled na linku o skladovací kapacitě 4 x 750 t,
zásobníky – upravené stávající senážní věže VÍTKOVICE
Expediční část linky
Linka na příjem, ošetřování a skladování
potravinářských zrnin o celkové skladovací kapacitě 4
x 1000 t
Linka byla zrealizována podle návrhu VÚZT
Praha - Ruzyně v ZOD Kačina se sídlem ve Svatém
Mikuláši.
Základní technické a technologické údaje linky:
- výkonnost příjmu
80 t.h-1
- předčištění zrna
75 t.h-1
- skladovací kapacita
4 x 1000 t
- čistění zrna
max. 40 t.h-1
- ošetřování zrna
intenzivním provzdušňováním
- max. vlhkost zrna naskl. do zásobníků
20 %
-1
- sušení (kukuřice)
7 t.h (30 % na 15 %)
- expedice zrna
4 x 35 t
- Inst. výkon el energie
cca 280 kW
Příjmová linka umožňuje:
- příjem, předčištění (aspiračním zařízením i
předčističkou PO-750) a přímou expedici;
- příjem předčištění, skladování v zásobnících o
jednotkové skladovací kapacitě l000 t; ošetřování
intenzivním provzdušňováním a přímou expedici;
- příjem, předčištění (aspiračním zařízením), čištění a
přímou expedici;
- příjem předčištění, čištění, sušení a přímou expedici;
- příjem, předčištění, sušení, skladování, čištění (linku
lze rozšířit o zařízení na třídění zrna) a expedici;
příjem,
předčištění
(aspiračním
zařízením),
skladování, ošetřování intenzivním provzdušňováním,
čištění a přímou expedici.
Celkový pohled na linku o skladovací kapacitě 4 x 1000 t – zásobníky LIPP
TECHNOLOGICKÉ SCHÉMA LINKY
PŮDORYSNÉ USPOŘÁDÁNÍ LINKY
1 – PŘÍJEM ZRNA
2 – PŘEDČIŠTENÍ – ČIŠTĚNÍ ZRNA
3 – SUŠENÍ ZRNA
4 – VERTIKÁLNÍ A HORIZONTÁLNÍ DOPRAVA
5 – ZÁSOBNÍKY SYSTÉM LIPP
6 – PROVZDUŠŇOVACÍ VENTILÁTORY
7 – EXPEDIČNÍ ZÁSOBNÍKY
Expediční část linky
TECHNOLOGICKÉ SCHÉMA LINKY
1 – PŘÍJMOVÝ ZÁSOBNÍK
2, 14, 19, 23, 24, 26, 28, 29, 33 –
PÁSOVÉ DOPRAVNÍKY
3, 11, 15, 31 – KOREČKOVÉ ELEVÁTORY
4 – ASPIRAČNÍ KOMORA
5, 18 – VENTILÁTORY
6 – PRACHOVÁ KOMORA
7, 13, 16, 20, 30, 32 – REGULAČNÍ PRVKY
8 – ČISTIČKA
9 – PŘEDČISTIČKA
10 – ŠNEKOVÝ DOPRAVNÍK
12, 22, 25 – ZÁSOBNÍKY
17 – VĚŽOVÉ ZÁSOBNÍKY LIPP
21 – EXPEDIČNÍ ZÁSOBNÍKY
27 – SUŠIČKA
varianty a nalezne optimální, tj. finančně přijatelné
řešení.
Na základě požadavků každého investora, spolu
s dalšími organizacemi,
zajistíme:
Měrné investiční náklady
Skladovací
kapacita
(t)
Měrný investiční
náklad na l t zrna
(Kč)
200
2180 ÷ 2330
500
1662 ÷ 1712
l 000
l 520 ÷ l 550
200
2035
• spolupráci při provádění stavby,
500
1798
l 000
1450
Malokapacitní
věžové zásobníky
82
2390
• provozně-ekonomické vyhodnocení každé stávající
posklizňové linky s návrhem
technického a technologického doporučení,
Stávající upravené
silážní věže
VÍTKOVICE
750
282
Typ zásobníku
LIPP
DENIS - PRIVÉ
• přípravu zakázky,
• návrh vlastní stavby s analýzou podkladů,
• vypracování kompletního projektu stavby,
• realizaci stavby,
• vzduchotechnická měření při provzdušňování
uskladněného zrna,
• návrh a realizaci linek na výrobu krmných směsí.
Spolupráce při řešení posklizňových linek s VÚZT
sleduje jeden cíl: minimální investiční náklady na
uskladnění 1 tuny zrna a rychlou návratnost investic.
Závěr
Výstavba linek na příjem, ošetřování a skladování
potravinářských zrnin vyžaduje značné finanční částky.
Proto doporučujeme všem zájemcům o řešení vhodných
skladů obrátit se na VÚZT Praha 6 - Ruzyně, který v
“Předprojektové studii stavby“ posoudí všechny možné
Výsledky prezentované v tomto článku byly získány při
řešení projektu NAZV EP 7068 a QD 1201.
Kontaktní adresa:
Ing. Pavel Kroupa, CSc.
Výzkumný ústav zemědělské techniky
Drnovská 507, P.O. BOX 54, 161 01 Praha 6 Ruzyně
Tel.: 233022301, Fax: 233312507, E-mail: [email protected]
12
Mechanizované pracovní postupy pěstování, skladování a úpravy
brambor
Josef Fér
Výzkumný ústav zemědělské techniky
se tím odkrytí hlíz a jejich zelenání. Při dodržení počtu
vysazených hlíz na hektar se dosáhne vyšší výnos, větší
výtěžnost, dochází k tvorbě větších hlíz. Porost je více
provzdušněn a tím se snižuje riziko výskytu plísní.
Celková plocha brambor v České republice se
postupně snižuje. Ze 109 299 ha v roce 1990 poklesla
v roce 2002 pod 50 000 ha, z toho plocha raných
brambor se pohybuje kolem 16 000 ha. Celková
produkce v roce 2002 činila 1 172 000 t, z toho raných
227 530 t. Celková spotřeba brambor na osobu činila 76
kg, z toho raných brambor 15 kg.
V provozu stále zůstává nejčastěji používaným
sazečem pro pozdní brambory typ Mars a pro sázení
raných předklíčených brambor licenční 4SK-290, oba
dříve vyráběné v Agrostroji Komárno.
V současném období se stává aktuálním
obměna techniky pro sázení brambor, přípravu půdy pro
sázení brambor i hnojení. Dosud nejrozšířenější sazeče
Mars s kotoučovým sázecím ústrojím a sklopnou
násypkou pro doplňování sadby se již v bývalém
Agrostroji Komárno nevyrábějí. Do této oblasti se
promítá i vývoj pracovních postupů, pro oblasti
s výskytem kamenů v půdě zavádění záhonového
odkamenění půdy před sázením brambor, organizace
porostu, použití meziřádkových vzdáleností 900 mm.
Klíčovou operací před vlastním sázením
brambor je nakypření půdy do dostatečné hloubky (140
– 200 mm) a aplikace průmyslových hnojiv. Ve velké
části produkčních oblastí je hlavním problémem vysoký
podíl kamenů v půdě, které způsobují při sklizni a
dopravě mechanické poškození hlíz, snižování jejich
kvality a skladovatelnosti.
Řešením tohoto problému je pracovní postup
záhonového odkamenění před sázením. Spočívá ve
vytvoření rýh do hloubky cca 250 mm ve vzdálenosti
rovnající se dvojnásobku meziřádkové vzdálenosti.
Prostor mezi rýhami se zpracovává separátorem
s prosévacím ústrojím, které půdu nakypří, hlínu proseje
a kameny pomocí příčného dopravníku uloží do
vytvořených rýh. Pokud se v půdě vyskytují kameny
větší než 150 mm, mohou být odděleny do zásobníku a
na konci pozemku vyklopeny. Pracovní postup byl ve
VÚZT ověřován již v letech 1986 – 87 se zařízením firma
Grimme a svépomocnou přestavbou starého sklízeče.
Požadavky na sázení brambor vychází
z potřeby optimálního uložení hlíz v půdě a zajištění
podmínek pro provádění mechanizovaných operací.
Potřeba sadby je dána požadovaným počtem
hlíz na hektar. Pro sadbové porosty se požaduje 50 000
hlíz na hektar a nesmí být překročen normou stanovený
maximálně přípustný podíl vynechávek. U konzumních
brambor se pohybuje počet vysazených hlíz mezi 40 –
50 tis. hlíz na hektar.
Velikost hlíz k sázení je dána požadavky
definovanými v normě ČSN 46 2045. Vychází
z požadavku na sázení hlíz potřebné hmotnosti. Malé
hlízy mají nedostatečnou zásobu živin potřebných pro
vzcházení. Větší hlízy enormně zvyšují potřebnou
hmotnost hlíz vysázených na hektar. Sadba se dosud
třídí podle velikosti tříděním na sítech s čtvercovými
otvory. Pro zajištění přibližně stejné hmotnosti
sadbových hlíz nezávisle na jejich tvaru je pro hlízy
kulovité až kulovitooválné stanoveno rozmezí 35 až 55
mm, u hlíz oválných až dlouhých 30 až 50 mm.
Velikostní rozmezí každé skupiny odrůd (sadba
jednotného třídění) je možné dělit na sadbu dvojího
třídění – sadba malého třídění (35 – 45 mm nebo 30 –
40 mm), sadba velkého třídění (45 – 55 mm nebo 40 –
50 mm). Lepší je používání sadby malého třídění (menší
potřeba sadby, méně časté doplňování sadbou), sadba
malého třídění je však dražší. Zejména pro nové typy
lžičkových a miskových sazečů je žádoucí, aby bylo
prováděno dvojí třídění pro snížení výskytu vynechávek
a dvojáků.
V letech 1990 – 2000 jsme ve VÚZT prováděli
ověřování postupu v provozních podmínkách i při polnělaboratorních zkouškách. Bylo zjištěno, že zavedením
-1
nového postupu došlo ke zvýšení výnosu z 39,12 t.ha
-1
-1
na 49,62 t.ha , což je nárůst o 10,5 t.ha zajištěný
dokonalejší přípravou půdy. Rozdíl v těžkém poškození
hlíz při sklizni na neodkameněné půdě je 7,57 %, na
odkameněné půdě pouze 5,47 %. Ztráta tradiční
technologie pro překročení limitu těžce poškozených nad
-1
normou tolerovaných 6 % činí 1,57 %, tj. 0,628 t.ha .
-1
Celkový přínos nové technologie je 11,128 t.ha za cenu
-1
nárůstu nákladů o 2404,- až 14 138,- Kč.ha . Do toho
výpočtu však není zahrnuto zlepšení vnitřní kvality
brambor, které je ekonomicky obtížně vyčíslitelné, ale je
rozhodující pro prodejnost brambor.
Výrobci nabízejí širokou škálu sazečů se
záběrem 2 až 8 řádků. Z u nás neznámých principů
sázecích ústrojí je zajímavý holandský Koningsplanter.
Pro různé nasazení se sazeče vybavují adaptéry:
Adaptéry pro pásové hnojení tuhými hnojivy při sázení
umožňují uložit hnojivo v optimální vzdálenosti od hlíz,
snížit dávku a náklady na hnojivo.
Adaptéry pro pásové hnojení brambor kapalnými
hnojivy, při sázení umožňují optimální formu hnojení. Při
snížení dávek hnojiv umožňují zvýšení výnosu. Nádrž se
umisťuje na předním tříbodovém závěsu traktoru. Ke
každému řádku hlíz v optimální vzdálenosti od hlíz
v pohotové formě – bez ztrát je aplikováno hnojivo. Nože
pro zapravení kapalného hnojiva se umisťují buď na rám
sazeče nebo na speciální vložený rám mezi tříbodový
závěs traktoru a sazeče. Přesné dávkování kapalného
Pro optimální zjištění množství sadby se zavádí
v Anglii prodej sadby dle počtu hlíz. V Anglii dodává
firma Reekie zařízení na počítání hlíz.
Meziřádková vzdálenost ve většině zemí je 750
mm, pro zamezení poškození hlíz koly mechanizačních
prostředků je třeba, aby šířka pneumatik nepřekročila 12
palců. Meziřádková vzdálenost 900 mm umožňuje
použití výkonnějších traktorů bez rizika poškození
porostu, poškození hlíz v hrůbcích koly traktorů. Zamezí
13
hnojiva je zajišťováno elektricky poháněným hadicovým
čerpadlem. V následující tabulce jsou uvedeny výsledky
20-ti letých ověřování dle firmy Hydro z Anglie.
radlic a doplněním o sběrací adaptéry upravit pro sběr
nařádkovaných brambor. Sklízeče v jednořádkovém
provedení jsou vyráběny v nepřeberném množství
variant kombinací pracovních a rozdružovacích ústrojí.
Převažují sklízeče s bočním vyoráváním, kdy kola
traktoru i sklízeče se pohybují po sklízené ploše. Bývají
vybaveny jedním nebo více rozdružovacími ústrojími,
přebíracím stolem a zásobníky s vyprazdňovacím
pohyblivým dnem s kapacitou do 2 t brambor.
Snížení dávky
Zvýšení
kapalného hnojiva v
výnosu v %
%
Yorkshire
9,0
14,0
Lincolnshire
15,7
18,3
Cambridgeshire
15,3
16,2
Norfolk
25,0
19,6
Shropshire
11,3
20,6
Scotland
2,0
10,6
Average
13,1
16,6
V souvislosti se zvyšováním požadavků na
kvalitu konzumních brambor se rozšiřují adaptéry na
kapalné moření sadby při sázení proti kořenomorce.
Oblast
Dvou a víčeřádkové sklizňové stroje
−
−
Sazeče brambor mohou být vybaveny
sklopnými zásobníky, do kterých lze sklápět sadbu
z dopravních prostředků nebo použít lehkých levnějších
sazečů s pevnou násypkou a použít některý
z mechanizmů pro plnění sadby.
Sklízeče brambor bývají vybaveny jedním nebo více
rozdružovacími ústrojími na oddělování příměsí a
zpravidla i přebíracím stolem.
Vyorávací nakladače jsou určeny především pro
sklizeň v půdách bez kamenů a velkého výskytu
hrud nebo z odkameněných ploch. Zpravidla jsou
bez
mechanických
rozdružovacích
ústrojí,
alternativně mohou být vybaveny přebíracím stolem
nebo být bez něj. Mezi oběma skupinami však nelze
stanovit přesnou hranici.
Z hlediska počtu řádků převažují stroje
dvouřádkové, méně často čtyř nebo třířádkové.
Převažuje provedení přívěsné, pro jízdu traktoru v
řádcích, za kterým je tažen sklízeč. Poslední varianty
sklízečů firem Grimme a Wühlmaus umožňují, i u
dvouřádkových variant sklízečů s rozdružovacím
ústrojím i zásobníkem, boční vyorávání. Nezbytností je
zařízení pro automatické navádění na řádky. U
dvouřádkových sklízečů i vyorávacích nakladačů
převažuje přímé nakládání do vedle jedoucích
dopravních prostředků. V rovných terénech je efektivní
použití zásobníků se samovyprazdňovacím dnem.
Použití nízkotlakých pneumatik umožňuje dosáhnout
nižšího utužení půdy než je tomu u stávajících sklízečů
bez zásobníku. V samojízdném provedení jsou nabízeny
vyoravací nakladače ve dvou až čtyřřádkovém
provedení. Mohou být vybaveny čelně nesenými
rozbíječi natě a plevelů, které ukládají na sklizenou
plochu.
Pokud se týká sazečů pro předklíčenou sadbu,
je zajímavé řešení VÚZT, které umožňuje sázení raných
brambor ze speciálních předkličovacích palet, které jsou
překládány z dopravního prostředku vlastní hydraulickou
rukou. Za jízdy se palety se sadbou postupně šetrně
sklápí do vyrovnávacího mezizásobníku.
Perspektivy vývoje technologií pro sklizeň brambor
V podmínkách České republiky převažuje přímá
sklizeň brambor dvouřádkovými sklízeči. Sklizeň malých
ploch se částečně zajišťuje prosévacími vyorávači a
ručním sběrem. Jednořádkové sklízeče se u nás
převážně používají pro sklizeň velmi raných brambor,
které se po přebírání na sklízeči ihned pytlují a
bezprostředně expedují do obchodní sítě.
Ve VÚZT byla dříve ověřována i dělená sklizeň
brambor, vyorané brambory byly ukládány na povrch
pozemku, což mělo umožnit oschnutí a získání větší
odolnosti proti mechanickému poškození. Problémem je,
že doba po kterou mohou zůstat hlízy v řádcích nestačí
pro dostatečné zpevnění povrchu hlíz. Pokud na řádcích
zůstanou společně i nerozpadlé hroudy, hrozí
nebezpečí, že po vyschnutí ztvrdnou a dojde k potížím
s jejich následným oddělením. Postup nelze uplatnit na
kamenité
půdě,
je
nežádoucí
též
zmoknutí
nařádkovaných hlíz. Pokud hlízy déle leží na světle,
dochází k jejich nežádoucímu zelenání.
V samojízdném provedení jsou nově nabízeny i
kombinované sklízeče s rozdružovacím ústrojím,
s přebíracím stolem a zásobníkem až na 6 t brambor.
Firma Grimme nově předvedla i samojízdný čtyřřádkový
sklízeč SF-3000, vybavený posuvným podvozkem
s gumovými pásy a pneumatickým odpružením, vpředu
je vybaven hydraulicky poháněnými řídícími koly,
pásovou váhou umožňující tvorbu výnosových map.
U přívěsných sklízečů je obvyklé natáčení kol
podvozku na souvrati. Jako příplatkové zařízení bývá
hydraulické řízení oje a naklápění sklízečů na svahu,
které může být ovládáno ručně nebo automaticky.
Řádkovače jsou nabízeny ve dvou až
čtyřřádkovém, převážně přívěsném, provedení, Některé
čtyřřádkové samojízdné sklízeče lze upravit pro
řádkování.
Vyorávací ústrojí se používá s plochými
dělenými pasivními radlicemi. Správné zahloubení a
kopírování terénu umožňují válce, které kopírují profil
hrůbků. Firma Amac nabízí válce s pružným povrchem,
který umožňuje samočištění při práci ve vlhkých půdách.
Pro sklizeň ekologicky pěstovaných brambor se
v zahraničí používá k ukončení vegetace a zamezení
infekcí hlíz plísněmi jejich vyorávání a opětné zahrnutí
pomocí disků s ponecháním v nově vytvořených
hrůbcích.
Hlavním ústrojím zůstavají prosévací pásy pro
oddělení zeminy. Vývoj směřuje ke snižování rizik
poškození hlíz pogumováním prosévacích prutů a
změnou upevnění prutů k unášecím pásům. Zajímavé je
uchycení prutů do profilovaných unášecích pásů u
sklízečů Grimme a průchozí upevnění prutů v unášecích
pásech u sklizečů Reekie. Zachycování zbytků natě na
Většina
sklízečů
umožňuje
i
sklizeň
v meziřádkových vzdálenostech 750 až 900 mm, po
úpravě vyorávacího ústrojí i z ploch třířádkových
záhonů. Některé sklízeče lze vyjmutím vyorávacích
14
vstupu prosévacích hranolů umožňují odpružené
přítlačné kladky. Zlepšení prosévání a rozprostření na
prosévacích pásech umožňují příčně kmitající pružné
prsty na lištách nad pásy.
uplatnění GPS s cílem diferenciace zásahů na plochách
brambor, aplikace hnojiv a chemikálií.
Na výstavě Agritechnica byl oceněn zlatou
medailí čtyřřádkový samojízdný sklízeč Grimme SF 30015. Jedná se o čtyřřádkový samojízdný sklízeč vybavený
čelním rozbíječem s dopravníkem natě na sklizenou
plochu. Je vybaven zásobníkem na 15 t brambor.
Hydraulický pohon pracovních a rozdružovacích ústrojí
umožňuje optimalizovat funkční parametry. Nové je i
řešení podvozku. Pásový podvozek s hydrostatickým
pohonem, pneumaticky odpruženým, umožňuje práci i
při velké vlhkosti půdy. Řídící kola jsou umístěna v zadní
části, zvýšila se tím manévrovací schopnost stroje a
možná je i práce na svazích. Na přání může být
vyorávací ústrojí přestavitelné pro meziřádkové
vzdálenosti 750 a 900 mm. Podvozek umožňuje
dosáhnout při otáčení na souvrati vnitřní rádius menší
než 1,5 m.
Významnou novinkou je možnost regulace
intenzity prosévání za jízdy v závislosti na
prosévatelnosti a zaplevelení půdy. Umožní to dosažení
optimálního odhlinění při minimálním poškození hlíz.
Děje se tak elektricky nastavovanou výškou amplitudy
natřásacího ústrojí. Nová originální regulace prosévání
je použita u vyorávacích nakladačů Grimme GZ - 1700.
Umožňuje za provozu přestavovat zvlnění prosévacího
pásu a tak regulovat intenzitu prosévání.
Některé typy sklízečů umožňují v době, kdy
není na poli k dispozici dopravní prostředek, ukládat
sklizené hlízy mezi dva dosud nevyorané řádky. Děje se
tak reverzací pohybu nakládacího pásu (Kverneland,
Pierson, Grimme DL - 1700). U sklízeče Kverneland je
možné ukládání hlíz do řádků i nakládacím koncem
dopravníku. Kromě minimalizace poškození hlíz řízením
výšky dopravníku, je možné minimalizovat poškození
hlíz úpravou dopravních prostředků např. použitím
odpružených plachet pro zachycení prvních hlíz před
pádem na dno. Konce nakládacích dopravníků mohou
být vybaveny odpruženou tlumící násypkou, která také
omezuje riziko kolize dopravníku s dopravním
prostředkem. Pokud je na strojích použit zásobník, je při
jeho vyprazdňování poškození hlíz nižší než při
průběžném nakládání dopravníkem. Zásobníky mohou
být vybaveny tlumící pružnou násypkou. Zajímavé
řešení plnění palet pod sklízečem bylo předvedeno ve
Skotsku. Speciální dopravní prostředek má nad paletami
o obsahu 2 t velké tlumící násypky, které se během
plnění postupně hydraulicky zvedají.
Novinkou bylo předvedení čtyřřádkového
samojízdného sklízeče firmy Holmer z Německa, která
se doposud zabývala pouze výrobou sklízečů cukrovky.
Jedná se o čtyřřádkový samojízdný sklízeč brambor,
vybavený zásobníkem na 16 t brambor. Je vybaven
tříosým páteřovým podvozkem se všemi poháněnými a
řiditelnými koly, kloubově je uložena přední řídící osa.
Automatické vyrovnávání svahu umožňuje práci na
pozemcích se sklonem do 10 °. Vpředu je rovněž
umístěn čelní rozbíječ natě s jejím bočním odsunem. Na
prvním strmém prosévacím dopravníku je vyoraný
materiál
unášen
pomocí
vrchního
dopravníku
s hrabicemi, který má regulovatelnou rychlost. Podle
podmínek je možné použít rozdružovací ústrojí
s hvězdicemi nebo axiálními šnekovými válci. Pro práci
v půdách s obsahem kamenů lze provést jednoduchou
výměnu rozdružovacího ústrojí.
V zahraničí se pro dopravu z pole používají i
speciální dopravní prostředky na automobilech nebo
přívěsech. Vrchní část bočnic lze hydraulicky sklopit, aby
při začátku plnění bylo možné snížit výšku plnění. Po
částečném zaplnění se vrchní část bočnic opět zvedne.
Šikmé dno má ve dně uložený vyprazdňovací dopravník.
Umožní vyprázdnění bez poškození a bez sklápění na
lince. Bývají vybaveny i srolovanou plachtou, která
zamezí zmoknutí hlíz při dopravě.
Firma Grimme předvedla dvouřádkové sklízeče
vybavené
třístupňovým
rozdružovacím
ústrojím,
přebíracími stoly, zásobníkem na 6 t brambor a bočním
vyoráváním v provedení přívěsném SE 150-60 a
samojízdném SF 150-60. Obě varianty vylučují
poškození hlíz v řádcích koly. U samojízdné varianty se
pro transport řídící dvojice kol včetně kabiny řidiče
přesune
hydraulicky
před
vyorávací
ústrojí.
Rozdružovací ústrojí umožňuje šetrnou sklizeň brambor i
na pozemcích s výskytem kamenů a hrud bez poškození
hlíz.
V souvislosti se snižováním mechanického
poškození hlíz začíná se při sklizni v zahraničí
uplatňovat hledisko, aby se sklizeň prováděla pokud
o
možno při teplotách nad + 8 C. Výkupní organizace
kontroluje, zda je tato hodnota dodržena.
Dvouřádkový přívěsný sklízeč Racer 6500
Netagco Wűhlmaus vznikl z původních typů 2733 a ZSR
6000 (KET Weimar). Je vybaven dvouřádkovým bočním
vyoráváním, modulovým rozdružovacím ústrojím na
gumovém prstovém dopravníku, přebíracím stolem a
zásobníkem na 6 t brambor.
Před zavedením záhonového odkameňování
půdy byl ve VÚZT ověřován i systém pneumatického
rozdružování brambor a kamenů přímo na sklízečích
brambor. Dále jsme prováděli objektivní vyhodnocování
mechanického zatížení hlíz pomocí měřící koule PMS60 na různých sklízečích. Umožnilo to registraci
mechanické zátěže v jednotlivých ústrojích sklízeče a
ověřit možnosti jejího omezování.
Firma
„dewulf“
představila
dvouřádkový
samojízdný sklízeč R 3000 Mega. Je vybaven bočním
vyoráváním, řídící dvoumontáž kol jede po sklizené
ploše, vpředu je vybaven čelním rozbíječem s bočním
odsunem natě. K rozdružení slouží gumové prstové
pásy a axiální válce. Za přebíracím stolem je
samovyprazdňovací zásobník na 6 t brambor, který
může být na přání nahrazen zásobníkem na 12 t
brambor při použití tandemového podvozku.
Perspektivně lze u sklízečů brambor očekávat
další zdokonalování pracovních orgánů, zvyšování
podílu sklízečů vybavených zásobníkem, zavádění
automatického navádění na řádky, postupný nárůst
podílu samojízdných sklízečů, automatické řízení výšky
nakládacího dopravníku, zavádění pásových vah a
výzkumné ověření možností a algoritmů pro provozní
Firma Grimme rovněž představila kromě již i u
nás běžně používaného dvouřádkového vyorávacího
nakladače GZ 1700 DLS s regulací intenzity prosévání
15
dešťů. Jejich použití je však vyloučeno na pozemcích,
kde bylo uplatněno dvouřádkové záhonové odkamenění.
za provozu změnou zvlnění prosévacího pásu i
samojízdnou verzi. Používá rovněž pneumaticky
odpružený podvozek s gumovými pásy, přední řiditelná
kola jsou vybavena hydropohonem.
Prolínáním
různých
modulových
prvků
postupně mizí hranice mezi sklízeči a vyorávacími
nakladači. Hlavní tendencí ve vývoji sklizňové techniky
je zvyšování kvality práce v různých půdních a
klimatických podmínkách, zvyšování výkonnosti, snížení
poškození hlíz, snížení nároku na obsluhu a zvětšení
komfortu obsluhy.
V České republice jsou pro brambory
dostačující skladovací kapacity, je však nutná jejich
modernizace, zejména za účelem snížení poškození hlíz
a doplnění linek o zařízení pro tržní úpravu. Doplňují se
o suché čištění nebo praní a osušování brambor, vážení
a balení do spotřebitelského balení. Novinkou jsou stroje
pro automatické přebírání brambor – selektory. Dokáží
rozlišit povrchové vady hlíz a vadné hlízy oddělit. Jsou
nabízeny i velikostní třídiče hlíz, které třídí opticky,
bezdotykově, které díky výpočetní technice mohou třídit
nejen podle příčných rozměrů, ale i podle tvaru nebo
hmotnosti hlíz. Linky mohou být vybaveny zařízením pro
automatické, bezobslužné ukládání pytlů s bramborami
po 15 až 50 kg na prosté palety.
Firma Amac z Holandska představila svůj
vyorávací nakladač G 2. Tato firma jej nabízí v různých
verzích, vybavení se záběrem dvou nebo čtyř řádků
v přívěsném i samojízdném provedení.
S nabídkou jednořádkových sklízečů s různou
výbavou byly představeny opět známé sklízeče firem
Grimme, Netagco – Wűhlmaus (Německo), Samro
(Švýcarsko), Imac (Itálie).
Vývoj ve sklizňové technice vede k modulové
konstrukci jednotlivých prvků, které na přání zákazníka
jsou nabízeny pro různé podmínky. Kromě převažujících
přívěsných sklízečů sílí trend v nabídce samojízdných
verzí. Západoevropští výrobci již zaplnili dřívější mezeru
v nabídce dvouřádkových sklízečů s rozdružovadly,
které jsou nabízeny i s velkoobsahovými zásobníky.
Požadavek na snížení poškození hlíz v řádcích
s využitím bočního vyorávacího ústrojí byl splněn již i u
dvouřádkových sklízečů. Konstrukce podvozku a
pneumatik umožňuje práci sklízečů se zásobníky i na
svazích. Požadavky na samojízdné čtyřřádkové sklízeče
přicházejí především z Holandska a Belgie, kde se
používají především ve službách. Vlastnosti podvozku
umožňují i nasazení v podmínkách častějšího výskytu
V České republice se v posledním období
rozšířil sortiment strojů z STS Pacov o automatický plnič
ohradových palet a přesuvné dopravníky s proměnnou
vzdáleností mezi vstupem a výstupem na mobilní
naskladňovací a vyskladňovací lince.
Kontaktní adresa:
Ing. Josef Fér, CSc.
Výzkumný ústav zemědělské techniky
Drnovská 507, P.O. BOX 54, 161 01 Praha 6 Ruzyně
Tel.: 233022298, Fax: 233312507, E-mail: [email protected]
16
Využití a obnova zemědělské techniky
Zdeněk Abrham
Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha 6 Ruzyně
zpracovávané Českým statistickým úřadem (ČSÚ)
ztratily informační kontinuitu v roce 1993. V roce 1995
zorganizoval ČSÚ celoplošné zemědělské sčítání
Agrocenzus 1995, v roce 2000 pak Agrocenzus 2000
v souladu s pravidly platnými pro členské země
Evropské unie. Tato statistická šetření však pro oblast
vybavení a využití zemědělské techniky mají jen
omezenou vypovídací schopnost.
V roce 1999 bylo ve spolupráci ČSÚ, VÚZT a
dalších vybraných odborníků připraveno podrobné
statistické šetření, které poskytuje velmi objektivní a
podrobné údaje o vybavení podniků zemědělskou
technikou a struktuře stáří strojů. Zatím se jednalo pouze
o jednorázové šetření, ale snahou zainteresovaných
institucí je prosadit pravidelnou periodicitu tohoto
šetření, aby tím byla zajištěna určitá návaznost na
předchozí obdobná šetření o technickém vybavení
zemědělství.
Vybrané údaje z těchto dostupných informačních
zdrojů jsou využity v následujících tabulkách a grafech.
Vývoj počtu strojů za období 1960 až 1999 je pro
vybrané druhy uveden v tab. 1.
Zemědělská technika významným způsobem
ovlivňuje produktivitu práce, ekonomiku výroby a
konkurenceschopnost zemědělského podniku. Technika
má v ekonomických ukazatelích zemědělského podniku
významné místo a rozhodování o tom, kolik strojů a kdy
má být pořízeno patří k nejdůležitějším manažerským a
strategickým rozhodnutím v podniku.
Současný stav
V období transformace a privatizace zemědělských
podniků se obnova strojové techniky téměř zastavila.
Kromě
problémů
s
nedořešeným
majetkovým
vypořádáním byly hlavními příčinami nepříznivá finanční
situace zemědělských podniků a výrazný nárůst
pořizovacích cen techniky. Teprve v dalších letech
došlo postupně ke zvýšení investic do techniky.
Významnou měrou se na tomto zlepšení podílela činnost
Podpůrného a garančního rolnického a lesnického fondu
(PGRLF).
Významným problémem se po roce 1990 stala
dostupnost získávání informací o stavu techniky v
zemědělství. Pravidelné údaje o inventárních stavech
strojů a dodávkách nových strojů a jejich využití
Vývoj počtu strojů v zemědělství ČR
Druh stroje
Traktory
Tab.1
1960
1970
1980
1990
Agrocenzus
1995
52515
99016
101465
101722
90443
1999
79304
Agrocenzus
2000
94607
Nákladní automobily
5290
9773
25885
34565
20518
14354
15085
Sklízecí mlátičky
4328
11845
12337
14793
14592
12836
12785
Sklízecí řezačky
6704
22213
14927
11319
9308
6467/3270*)
3581
Sklízeče brambor
699
3222
3662
3529
4420
3524
6875
Sklizeče řepy pro dělenou sklizeň
722
2621
2547
2517
-
-
-
-
54
421
-
429
Sklizeče řepy kombinované
Pramen: ČSÚ Praha
Počty strojů v zemědělských podnicích k 1.2.1999
Druh stroje
Traktory a malotraktory celkem
- z toho - do 30 kW
- 30 až 60 kW
- 60 až 90 kW
- 90 až 120 kW
- nad 120 kW
Nákladní automobily celkem
Nákladní automobily fekální
Pluhy jednostranné celkem
- z toho 5 a více radličné
Pluhy oboustranné celkem
- z toho 5 a více radličné
Secí stroje řádkové
Secí kombinace
Rozmetadla TPH traktorová
Rozmetadla hnoje traktorová
Postřikovače
Přívěsy traktorové celkem
- z toho do 5 t
Návěsy traktorové celkem
- z toho do 5 t
Návěsy traktorové fekální
751
Tab.2
- z toho
Počet strojů na 1000 ha z.p. - podle velikosti podniku
Počet celkem
do 8 let nad 8 let ČR celkem do 20 ha 21 - 300 ha 301 - 1000 ha nad 1000 ha
(ks)
%
%
ks
ks
ks
ks
ks
79304
8648
48895
12201
3911
5649
14354
1389
23880
8952
5888
1908
15408
2175
12421
10238
8622
63045
20 598
7599
2530
5329
12,0
10,3
8,3
15,5
23,6
31,6
7,1
2,1
14,6
6,6
65,1
83,7
21,8
85,9
33,8
16,8
44,0
5,5
5,2
15,4
24,6
17,8
88,0
89,7
91,7
84,5
76,4
68,4
92,9
97,9
85,4
93,4
34,9
16,3
78,2
14,1
66,2
83,2
56,0
94,5
94,8
84,6
75,4
82,2
23,20
2,53
14,30
3,57
1,14
1,65
4,18
0,40
6,96
2,61
1,72
0,56
4,49
0,63
3,62
2,98
2,51
18,37
6,00
2,21
0,74
1,55
Pramen: ČSÚ Praha
17
122,50
34,49
70,31
16,11
0,31
1,28
5,86
0,83
64,46
4,85
10,92
0,52
38,96
0,56
23,29
19,48
19,50
78,34
49,01
8,97
7,34
4,73
40,76
5,43
24,23
7,88
1,79
1,43
3,73
0,66
15,16
4,75
5,26
0,57
11,75
1,22
10,88
7,06
7,44
30,84
12,06
4,13
2,02
3,40
17,36
0,84
10,00
3,09
1,42
2,01
3,49
0,35
4,42
2,81
1,15
0,69
2,62
0,81
2,39
2,28
1,60
13,74
3,13
1,90
0,31
1,52
16,13
0,71
10,64
2,20
0,98
1,60
4,39
0,35
2,99
2,01
0,72
0,51
1,78
0,47
1,54
1,51
0,92
14,13
3,36
1,57
0,26
1,04
Současné objemy investic do zemědělské techniky
znamenají v mnoha oblastech skutečně výrazné a
výhledově i nebezpečné zpomalení tempa obnovy strojů.
Počty strojů dodaných ročně do zemědělství stagnují
nezaručují ani prostou reprodukci.
Traktory jsou v zemědělství rozhodujícím mobilním
energetickým prostředkem a dávají tedy určitou
představu
o
úrovni
technického
zabezpečení
zemědělské výroby. Do roku 1989 se pohyboval celkový
počet
traktorů v zemědělství okolo 100 tis. ks a
průměrné roční dodávky kolem 5 tis. ks. V roce 1985
bylo již průměrné stáří traktorů 9,7 roku. V současné
době se dodávky traktorů pohybují jen okolo 1 tis. ks
ročně. I při očekávaném poklesu celkového počtu
traktorů tím dochází ke stárnutí traktorového parku, jeho
průměrné stáří je podle odhadu kolem 12 roků. Vývoj
počtu traktorů dodaných do zemědělství je uveden
na obr. 1. Výraznější zlom je patrný po roce 1997, kdy
se výrazněji omezila podpora strojních investic se strany
PGRLF.
Z tabulky je sice zřejmý určitý nesoulad výsledků
statistického šetření Agrocenzus se statistickým
šetřením z roku 1999 (daný zřejmě odlišným
metodickým přístupem), ale přesto lze pozorovat, že
počty převážné většiny druhů strojů mají od roku 1990
klesající trend. Hlavními důvody tohoto vývoje je zřejmě
pokles zemědělské výroby a nízká investiční schopnost
zemědělských podniků. Lze však usuzovat, že v řadě
oblastí byla již potřeba strojů (z hlediska jejich počtu)
naplněna a při postupné obnově novou výkonnější
technikou nutně dochází k poklesu počtu strojů.
Zemědělské podniky nemají dostatek vlastního
kapitálu pro zajištění racionálního tempa obnovy
techniky a jen obtížně získávají přístup k cizímu kapitálu.
Důsledkem je to, že současná věková struktura
strojového parku je nepříznivá a stárnutí strojového
parku pokračuje. To má negativní vliv na udržování
provozní spolehlivosti strojů, ekonomiku provozu strojů,
ekologii a ve svých důsledcích i na ekonomiku výroby a
konkurenceschopnost zemědělského podniku.Z tabulky
2 je rovněž zřejmý významný vliv velikosti zemědělského
podniku na potřebu strojů.
1308
1400
1224
1200
1065
1077
1017
počet traktorů (ks)
1000
1034
869
800
600
600
600
400
528
493
250
200
0
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
rok
Obr.1 Počty traktorů prodaných v ČR v letech 1991 - 2002
Pramen: ČSÚ, VÚZT Praha, údaje výrobců a dovozců
Při úvahách o obnově strojového parku je třeba
respektovat vliv některých nových faktorů. Např. pro
traktory je možno vycházet z následující úvahy.
V kategorii traktorů se v minulosti se vyvinula určitá
tradice, že muži pracující v rostlinné výrobě byli zařazeni
převážně jako traktoristé a tedy měli přidělený i traktor.
Dodnes je stále v zemědělských podnicích velké
množství traktorů o výkonu do 60 kW, které tvoří určitou
výkonovou a fyzickou rezervu , ale jsou již jen minimálně
využívány. Jejich práci v dnešní době nahrazuje výrazně
nižší počet výkonných traktorů. Lze očekávat, že nové
traktory budou nakupovat ekonomicky silné a stabilní
zemědělské podniky a podniky služeb a tyto traktory
budou dále v průběhu své životnosti postupně přecházet
do vlastnictví menších a ekonomicky slabších podniků. V
těchto malých podnicích již dnes jsou a
budou
používány i traktory nad 25 let. Z toho vyplývá, že
potřeba nových traktorů by mohla dosáhnout asi 3 - 4 %
dnešních stavů (tj. 2 až 2,5 tisíc traktorů ročně) při
současném přesunu obnovy k vyšším výkonovým
kategoriím. Současné dodávky jsou však zhruba na 50%
potřeby.
Obdobná situace je u sklízecích mlátiček. Dodávky
se pohybují v posledních letech do 150 ks za rok, což je
opět cca 50% potřeby. Vývoj počtu sklízecích mlátiček
dodaných do zemědělství je uveden na obr. 2.
Perspektivy obnovy zemědělské techniky
Nákup nové techniky je vždy vážným rozhodnutím
s dlouhou dobou návratnosti investičních prostředků.
Špatné rozhodnutí může mít dlouhodobé negativní
dopady
na
ekonomiku
výroby
a
celkovou
konkurenceschopnost zemědělského podniku. Je třeba
pečlivě zvažovat oblast výroby, která vyžaduje obnovu
strojů nejvíce a bude tedy řešena prioritně a brát
v úvahu i návaznost nové techniky na ostatní stroje a
zařízení podniku i na výhledové výrobní a technologické
záměry.
600
539
počet sklízecích mlátiček (ks)
500
400
327
300
300
213
210
200
154
121
80
100
92
80
109
50
0
1991
1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
rok
Obr.2 Počty sklízecích mlátiček prodaných v ČR v letech 1991 - 2002
Při vlastním rozhodování je třeba se soustředit na
tyto hlavní oblasti:
•
posouzení technologické opodstatněnosti stroje
z hlediska koncepce rozvoje podniku (jaký je výrobní
záměr podniku a jakými technologickými systémy
chce výrobní záměr realizovat),
•
posouzení technické vhodnosti nového stroje
(zpravidla výkonnost nového stroje významně
převyšuje výkonnost nahrazovaného) a navazujících
změn ve strojovém parku při sestavování strojních
linek,
•
zpracování představy o celoročním využívání stroje
ve vlastním podniku, příp. o nasazení v dalších
podnicích, vyčíslení jednotkových nákladů a
směrných exploatačních ukazatelů (výkonnosti,
spotřeby PH ap.),
•
zvážení účelnosti vlastnictví nového stroje (pokud jej
lze za přijatelných podmínek každoročně najmout),
•
stanovení
vhodného
okamžiku
náhrady
vyřazovaného stroje a způsobu jeho pořízení (závisí
na finančních zdrojích podniku), projednání co
nejvýhodnějšího
způsobu
financování
(např.
prodávající převezme vyřazovaný stroj na protiúčet,
bude využito posezónní slevy ap.),
•
zajištění obsluhujícího personálu (pro příp.
vícesměnný provoz).
Obnova strojů dnes představuje značné
investiční nároky a z toho plynoucí úsilí na získání
potřebného kapitálu. Hlavními zdroji vlastního kapitálu
by měly být odpisy, ty jsou však vztaženy na původní
pořizovací cenu staré techniky a tak i při jejich plném
využití z nich nelze vzhledem k významnému nárůstu
cen zajistit nákup obdobné nové techniky. Dalším
zdrojem je zisk po zdanění. Zemědělské podniky ve
svém souhrnu však v posledních letech vykazují spíše
ztráty.
Úroveň technického vybavení zemědělských podniků
byla před rokem 1990 a je i v současnosti odrazem
nejen ekonomické situace zemědělských podniků, ale i
technické
politiky
resortu.
Pro
zachování
konkurenceschopnosti českých zemědělců považujeme
za potřebné upravit technickou politiku resortu a prosadit
důslednější podporu investic zemědělských subjektů do
nových strojů a technologií současně s důslednější
kontrolou vhodnosti, účelnosti a ekonomické návratnosti
těchto investic.
S podporou investic se počítá i po vstupu do EU.
V souladu s tzv. Operačním programem „Rozvoj
venkova a multifunkční zemědělství“ by se mělo jednat
o necelé 2 miliardy korun ročně do zemědělského
majetku. V oblasti zemědělské techniky se podpora
orientuje na výkonnější traktory, sklízecí mlátičky, stroje
na sklizeň pícnin, stroje na sklizeň a posklizňovou
úpravu zeleniny a chmele a některou speciální techniku
pro pěstování a sklizeň ovoce, léčivých rostlin a rostlin
pro výrobu vlákna. Podpora má být formou přímé dotace
do 50% v LFA oblastech a do 40 % v ostatních
oblastech, u mladých začínajících zemědělců ještě o 5
% vyšší.
Podrobnější obsah, podmínky a formy dotací jsou
v současné době předmětem jednání s EU. Lze však
očekávat, že podmínky pro získání těchto finančních
prostředků budou obdobné jako u současně dobíhajícího
programu SAPARD. Dotace nebude nároková, základní
podmínkou bude kvalitně zpracovaný projekt, finanční
prostředky si musí žadatel zajistit v plné výši sám a
podporu dostane až po její realizaci.
Ekonomika provozu zemědělské techniky
Zemědělská technika je v zemědělském
podniku prostředkem pro realizaci výrobního záměru.
Její využívání v provozu znamená vždy vznik provozních
nákladů. Náklady spojené s provozováním stroje se
člení na dvě odlišné skupiny:
fixní náklady (odpisy, daně a poplatky, pojištění,
uskladnění stroje, zúročení kapitálu)
Tyto náklady jsou z hlediska roku konstantní, vznikají
tedy i když stroj vůbec nepracuje, z hlediska podílu na
jednotku nasazení stroje jsou však proměnlivé a snižují
se s růstem intenzity nasazení.
variabilní náklady (pohonné hmoty a maziva,
udržování a opravy)
Tyto náklady vznikají pouze při provozu stroje.
Měrné variabilní náklady (vztažené např. na 1 hodinu
nasazení nebo na 1 ha) se často zjednodušeně uvažují
jako konstantní, nezávislé na intenzitě ročního nasazení.
Ve skutečnosti zvyšování ročního nasazení stroje
způsobí zpravidla i mírné zvýšení měrných variabilních
nákladů, především způsobené zvýšením nákladů na
opravy a udržování stroje.
Měrné náklady (Kč.h -1)
500
1000
1500
Výsledná
ekonomika
provozu
strojů
je
ovlivňována celou řadou faktorů. Podle dosavadních
analýz patří k nejvýznamnějším:
pořizovací cena stroje
roční využití stroje
provozní spolehlivost stroje.
Typický průběh jednotlivých složek provozních
nákladů v závislosti na ročním nasazení stroje je uveden
v barevné příloze na obrázku č.3.
Celkem
Fixní náklady
PHM
0
Opravy
100
600
1100
Roční nasazení (h.r -1)
1600
Obr. 3. Závislost provozních nákladů na ročním na sazení stroje
Technicko-ekonomické normativy
Stroje
Pro racionální řízení obnovy strojového parku je
třeba znát řadu provozních údajů o využití strojů,
nákladech na provoz a nákladech na udržování provozní
spolehlivosti a rovněž o výrobních záměrech podniku.
Současné
informační
systémy
provozované
v
zemědělských podnicích jsou převážně orientovány z
hlediska potřeb účetnictví a daní. Údaje o stavu, využití,
obnově a provozních nákladech jednotlivých strojů se v
zemědělských
podnicích
sledují
nedostatečným
způsobem. Obnova zemědělské techniky je tedy často
poznamenána nedostatkem kvalitních informací pro
rozhodování a její řízení bývá intuitivní.
Současná nabídka strojů na trhu je velmi široká.
Stroje se liší konstrukcí, technickou úrovní, spolehlivostí,
výkonností, komfortem pro obsluhu a samozřejmě i
pořizovací cenou a provozními náklady. Už z toho je
zřejmé, že výběr vhodného typu, způsob jeho pořízení a
využívání je náročný na objektivní podklady
k rozhodování. Výzkumný ústav zemědělské techniky se
problematikou ekonomiky provozu a obnovy zemědělské
techniky zabývá již dlouhou dobu. Pro modelové výpočty
provozních nákladů strojů, souprav i pro ekonomické
hodnocení plodin a výrobních záměrů používá vlastní
databázový program AGROTEKIS. Výsledné technickoekonomické normativy pro stroje i strojní soupravy jsou
publikovány pravidelně v tištěných příručkách a rovně
k dispozici na internetových stránkách VÚZT.
Údaje z tabulek lze využít především při
rozhodování o potřebě, využití a obnově strojů. Jde tedy
především o podporu odpovědi na tyto otázky:
a) koupit nový stroj nebo ještě využívat starý?
Porovnání tabulkových údajů s provozními náklady
vlastních strojů lze využít k rozhodování o potřebě
obnovy strojového parku a jeho tempu.
b) jaký typ stroje z nabídky na trhu je pro podnik
nejvhodnější?
Informace o provozních nákladech jsou významným
vodítkem při výběru vhodného typu stroje pro konkrétní
podmínky podniku.
c) jaké bude mít stroj využití a jaké budou jeho
provozní náklady ?
Využití údajů o provozních nákladech strojů je
rovněž jedním z hlavních vstupních údajů pro
ekonomické hodnocení výrobního záměru podniku,
náklady na provoz strojů tvoří významnou položku
nákladů na zemědělskou výrobu a často rozhodují o
ekonomické efektivnosti pěstování konkrétní plodiny.
d) je výhodnější pořízení vlastního stroje nebo
pronájem cizího?
Uvedené provozní náklady je vhodné porovnat s
nabídkou provedení mechanizovaných prací formou
služeb v místních podmínkách, nebo s nabídkou na
různé formy pronájmu stroje a pak teprve rozhodnout o
případné výhodnosti pořízení stroje vlastního.
Literatura:
ABRHAM, Z. a kol.: Využití a obnova zemědělské
techniky v systémech hospodaření,
výzkumná
zpráva Z-2378,
Výzkumný ústav zemědělské
techniky, Praha, 2000, 19 s., 6 příl.
20
ABRHAM, Z. a kol.: Informační a expertní systém pro
zemědělskou techniku, výzkumná zpráva Z-2379,
Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha, 2000,
19 s., 8 příl.
ABRHAM, Z. a kol.: Využití a obnova zemědělské
techniky , Výzkumný ústav zemědělské techniky,
Praha, 2002, ISBN 80-238-9954-6
Agrocenzus 1995, ČSÚ Praha, publikace 1219-96,
Praha, 1996, 150s.
Mechanizační prostředky a vybavení v zemědělství,
ČSÚ Praha, publikace 1224-99, Praha, 1999, 21 s.
VÚZT Praha: Technika a technologické systémy
v zemědělství ČR, vydalo MZe ČR, Praha, 1999, 81
s.
Zpráva o stavu zemědělství ČR za rok 1999, MZe ČR,
Praha, 2000, 124 s.
Zpráva o stavu zemědělství České republiky za rok
2000, MZe ČR, Praha 2001, 214 s.
Kontaktní adresa
Ing. Zdeněk Abrham, CSc.
Vedoucí odboru ekonomiky zemědělských technologických systémů
Výzkumný ústav zemědělské techniky
Drnovská 507, P.O.Box 54
161 01 Praha 6 – Ruzyně
Tel.: 233022 399, Fax: 233312507, E-mail: [email protected]
21
Biomasa pro výrobu tepla
Jaroslav Kára
Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha
Situace v zahraničí
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.
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 výtopen a tepláren
provozovaných na dřevní štěpku o celkovém výkonu cca
250 MW.
V Rakousku se biopaliva podílejí na celkové výrobě
energie 12 %, ale v teple je tento podíl 25 %. Ze 70 % je
tento podíl kryt dřevem, sláma se podílí zatím jen 1 % - v
pěti výtopnách. Moderních kotlů a kamen na polena je v
provozu asi 66 000 a topenišť na dřevní štěpku asi 20
000, z toho výtopen a tepláren s výkonem přes 1 MW asi
300! Energetických plantáží bylo od roku 1980 v
Rakousku založeno více než 1 500 ha, převážně
topolových. Pro sklizeň rychlerostoucích dřevin byly
vyvíjeny potřebné stroje, ale jejich sériová výroba zatím
nebyla zahájena.
Dánsko, jako zemědělsko-průmyslová země, nemá
kromě zásoby ropy a zemního plynu v Severním moři a
malých ložisek hnědého uhlí jiné zdroje fosilních paliv.
Jen 12 % plochy je pokryto lesy, proto z biopaliv, jejichž
používání se neustále rozšiřuje podíl slámy je přes 80
%. Významná je produkce bioplynu i dřevní štěpky z
těžebních a zpracovatelských odpadů a v současné
době i z energetických plantáží, tvořených převážně
vrbou. Plány na rozvoj využívání obnovitelných zdrojů,
zejména biomasy, přijala dánská vláda již v roce 1973 a
začaly se realizovat od roku 1976. Hlavním požadavkem
bylo snížení spotřeby ropných paliv a uhlí.
Do roku 2002 bylo v Dánsku nahrazeno 6 %
dováženého uhlí biopalivy, což odpovídá 1,2 mil. tun
slámy (16 PJ) a 0,2 mil. tun dřevní štěpky (2 PJ). V
teplárnách využívajících kombinovaná paliva byly
zavedeny tři systémy:
−
prášková technologie (mleté uhlí + šrotovaná sláma),
−
spalování hruboprachu uhlí na roštu s přídavkem slámy,
−
fluidní spalování směsi uhlí a slámy (jemné frakce).
Tyto technologie jsou vyspělé a drahé, proto je
nutné jejich využití pro kombinovanou výrobu tepla a
elektrické energie.
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.
Ekonomické je využití biopaliv vždy na základě
místních podmínek, např. zdroj odpadního dřeva, nebo
dostatek slámy. Pro porovnání nákladů na vytápění jsou
důležité v zásadě dvě základní položky, palivo a
technické zařízení, které je využívá. Závěrem práce se
pokusíme ukázat na hlavní zásady ekonomického
využívání biomasy pro vytápění.
Situace v ČR
V energetické bilanci ČR v roce 2002 zaujímaly
obnovitelné zdroje energie 2,2 %, z toho biomasa
představuje 1,6 %, malé vodní elektrárny 0,4 %, zbytek
solární a větrná energie. V roce 2002 bylo v ČR pro
energetické využití spotřebováno přes 1 800 tis. t sušiny
biomasy, přičemž největší podíl představuje spalování
dřevního odpadu a využití dříví pro energetické účely.
Na dalším místě je zpracování biomasy na bioplyn.
Nedostatečně je stále využívána obilní a zvláště řepková
sláma a téměř vůbec nejsou pěstovány jednoleté a
vytrvalé energetické plodiny. Využití konopí setého v
energetice, ve farmakologii je teprve na začátku
možností této zajímavé rostliny. Na brikety a pelety bylo
v roce 2002 zpracováno přibližně 140 tis. t fytomasy, což
zdaleka neodpovídá reálně využitelnému potenciálu.
Ověřovací plochy v rámci výzkumu prokazují dobré
předpoklady pro cílenou produkci biomasy k
energetickému využití.
Rozvoj technologií sklizně a zpracování biomasy
pro energetické využití dosáhl v roce 2002 vyšší úrovně.
Zpracovaná biomasa ve formě pelet a briket je však z
více než 80 % exportována. V ČR bylo v roce 2002 v
provozu asi 40 tis. malých topenišť do 50 kW výkonu a
přibližně 430 kotelen o výkonu nad 200 kW. Obecních
kotelen s výkonem do 500 kW bylo vybudováno 60 a
větších obecních výtopen je v provozu 17.
Potřeba topných zdrojů na venkově - instalované
výkony
Ve většině rodinných domků se vystačí s
instalovaným topným výkonem 20 - 50 kW. Různé
drobné provozy, pohostinství, motoresty, malé hotely,
obchody a živnostenské provozovny vystačí s
instalovaným výkonem 50 - 100 kW. Větší zemědělské
podniky s dílnami, nebo provozy živočišné výroby
mohou používat tepelné zdroje o instalovaných
výkonech 100 - 500 kW. Obecní infrastruktura, školy,
22
uskladnění paliva o energetickém obsahu 1 MWh a 1
GJ uvádí tabulka 2. Například u polen musíme počítat
ve srovnání s černým uhlím se 4x větším prostorem, při
porovnání s hnědým uhlím s asi 2x větším prostorem.
Ještě více vynikne potřeba prostoru pro skladování ve
srovnání štěpky a černého uhlí. U štěpky je potřeba
skladovacího prostoru téměř 8x větší.
To znamená, že u větších tepelných zdrojů je
vhodné z hlediska investičních nákladů budovat
provozní sklad relativně malý (na 3 - 7 dní). Při
obvyklých dnech volna v zimním období mezi
Vánočními svátky a Novým rokem se doporučuje
dimenzování skladu na zásobu paliva pro zdroj tepla na
7 dní. Pokud je tepelný zdroj mimo centrum obce a je
zde dostatek místa může být provozní sklad i větší.
Větší sklad ovšem vyžaduje vyšší náklady na investici
při stavbě zdroje. Proto je třeba postupovat podle
stavebně dispozičních i finančních možností investora.
školky, obecní úřady lze zásobovat ze zdrojů o
tepelném výkonu 100 - 300 kW. Pro centrální vytápění
obcí, kde se k obecní infrastruktuře přidají bytové
jednotky s případnými objekty služeb a malých podniků,
lze podle velikostí obce uvažovat instalované výkony
500 - 2000 kW. Pro větší obce a města je sice možné
uvažovat výkony větší, ale to je spíše výjimka než
pravidlo. Totéž lze říci o zemědělských podnicích. Pro
sušárny píce by bylo vhodné uvažovat výkon 500 1000 kW, maximálně pak 2000 kW, ale opět jako
výjimku. V tabulce 1. uvádíme spotřebu vybraných
druhů biopaliv z hlediska maximální hodinové spotřeby
a případné týdenní zásoby paliva. Výpočty jsou
provedeny pro 100 % účinnost zařízení. Při účinnosti
systému topného zdroje například 80% bude spotřeba
paliva i jeho týdenní zásoba o 20% vyšší. Nevýhodou
pevných biopaliv je obecně nutnost většího
skladovacího prostoru proti fosilním palivům. Přibližné
3
propočty potřebného skladovacího prostoru v m na
Tab. 1: Spotřeba vybraných druhů biopaliv z hlediska maximální hodinové spotřeby a požadovaná týdenní
zásoba paliva.
Biomasa
vlhkost
měrná smrk/jedle smrk/jedle buk/dub buk/dub energ. obilí
jednotka štěpka
štěpka
štěpka
štěpka celá rostlina
suchá
vlhká
suchá
vlhká
- pelety
%
10
40
10
40
15
směs
štěpka
r.r.d.
obilní
sláma
balíky
15
15
14
Spotřeba paliva pro kotel při teoretické účinnosti 100 %
o výkonu 20 kW
kg . h-1
4,5
7,3
4,3
6,9
4,8
5,2
4,7
4,8
o výkonu 50 kW
kg . h-1
11,3
18,3
10,7
17,3
12,1
13,0
11,7
11,9
o výkonu 100 kW
kg . h-1
23
37
21
35
24
26
23
24
o výkonu 200 kW
kg . h-2
45
73
43
69
48
52
47
48
o výkonu 500 kW
-2
kg . h
113
183
107
173
121
130
117
119
o výkonu 1 000 kW
kg . h-3
226
367
214
345
241
261
234
238
o výkonu 1 500 kW
-3
kg . h
338
550
320
518
362
391
352
357
o výkonu 2 000 kW
kg . h-3
451
733
427
691
482
522
469
476
Týdenní zásoba paliva pro kotel s teoretickou účinností 100 %
o výkonu 20 kW
m3
o výkonu 50 kW
m
3
o výkonu 100 kW
m3
o výkonu 200 kW
počet balíků
4,5
5,1
2,5
3,1
1,6
4,4
3,2
1,6
11,3
12,8
6,2
7,8
4,1
11,0
7,9
4,0
23
26
12
16
8
22
16
8
m
3
45
51
25
31
16
44
32
16
o výkonu 500 kW
m
3
113
128
62
78
41
110
79
40
o výkonu 1 000 kW
m3
226
257
124
157
81
219
158
80
o výkonu 1 500 kW
m3
338
385
186
235
122
329
236
120
o výkonu 2 000 kW
m3
451
513
247
314
162
438
315
160
hmotnost
balíku
kg
vlastnosti paliv
sypná hmotnost
kg . m-3
168
240
obsah energie
-1
kWh . kg
4,43
2,73
4,68
obsah energie v m3
kWh . m-3
745
655
1 358
obsah energie v m3
GJ . m-3
2,68
2,36
4,89
3,86
7,47
2,76
3,84
7,57
výhřevnost
MJ.kg-1
15,96
9,82
16,86
10,42
14,93
13,80
15,36
15,14
%
1
1
1
1
4
2
1
5
obsah popela
290
23
370
500
200
250
500
2,89
4,15
3,83
4,27
4,21
1 071
2 074
767
1 067
2 103
Tab. 2: Přibližná potřeba skladovacího prostoru v m3 na uskladnění paliva o energetickém obsahu 1 MWh a 1 GJ
Palivo
Měrná hmotnost
kg.m-3
Skladovací prostor
m3.MWh-1
Skladovací prostor
m3.GJ-1
Palivové dřevo-polena
320-450
0,7
0,19
Palivové dřevo-odřezky
210-300
1,05
0,29
Štěpka
180-410
1,3
0,36
Rašelina
350-400
0,8
0,22
40-60
3
0,83
Sláma ze samosběracího
vozu
Sláma balíky
80-150
0,60
0,17
Dřevěné brikety, pelety
600-1100
0,275
0,08
Hnědé uhlí
650-780
0,41
0,11
Černé uhlí
770-880
0,17
0,05
Tab. 3: Porovnání ekonomických parametrů malých centrálních zdrojů postavených bez dotace a s dotací
40 % z celkové výše investic.
velikost
měr. invest. nákl.
technolog.
invest.
zdroje
kW
části
tis. Kč.kW-1
náklady
tis. Kč
cena tepla
s dotací
Kč.GJ-1
Doba odepisování investice
bez dotace
Kč.GJ-1
s dotací
roky
bez dotace
roky
500
5,7
6 839
397
427
12
15
1000
5,05
10 994
288
304
12
15
1500
4,4
14347
257
271
12
15
2000
3,9
16747
245
256
12
15
výkonu 1 000 kW a výše. Přes relativně vysokou
podporu 40 % z investičních nákladů, nejsou zdroje o
instalovaném výkonu pod 1 000 kW efektivní. Zde se
nabízí myšlenka selektivní podpory výstavby centrálních
zdrojů tepla podle instalovaného výkonu. Zdrojům nad
1000 kW by stačilo kolem 20% podpory a zdroje
s výkony pod 1 000 kW by potřebovaly 40 i více procent
podpory.
Úvahy a navržená řešení se týkají výstavby
nového centrálního zdroje tepla hlavně pro bytovou a
terciální sféru menších obcí. Předpokládáme, že jako
sklad paliva bude využit velkokapacitní seník v místě a
budova kotelny nově postavena, nebo upravena ze
stávajících objektů ZD. Tím se sníží stavební náklady a
zároveň i cena paliva (balíky slámy). Z pohledu
investora, obvykle Obecního úřadu je navržené řešení
svým rozsahem investice a může využít možnosti
zažádat o podporu ze SFŽP ČR v rámci programu č. 2A.
Za předpokladu, že bude přiznána dotace na uvedenou
akci, je výše podpory max. 80 = IN a dotace činí max. 40
% z přislíbené podpory, (tedy 40 % z celkových IN).
Zbytek, tj. 40 % IN je bezúročná půjčka. To znamená, že
investor musí mít k dispozici vlastně jen 20 %
investičních prostředků, což je za stávající situace velice
výhodné. Je to vidět z následujících řádků. Jednotlivé
výtopny jsme zhodnotili zjednodušeně z hlediska
projektu. Hledisko projektu hodnotí záměr bez ohledu na
způsob financování a bez vlivu daní. Jedná se o
systémový (makroekonomický) pohled nezkreslený
daňovým
systémem.
Hledisko
investora
jsme
neuvažovali, je ovšem rozhodující pro investiční
rozhodování subjektu, který chce záměr realizovat,
neboť spočívá nejen ve výběru optimální varianty
technického řešení investice, ale i v nalezení
optimálního způsobu financování celé akce.
Jakou biomasu využít jako palivo.
Dřevo je palivem sice místního významu, ale vozí
se na relativně velké vzdálenosti 15 – 60 km. V našich
úvahách slámu považujeme za palivo produkované v
místě spotřeby. V drtivé většině případů se nemusí vozit
na vzdálenost větší než 2 km (maximálně do 5 km.).
Mluvíme však o zásobování místních zdrojů s tepelným
výkonem do 2 MW. Reálná cena slámy po sklizení a
dopravě do skladu se blíží 600 Kč.t –1, po skladování a
-1
další dopravě asi 800 - 900 Kč.t . Cena lesní štěpky se
pohybuje podle místa spotřeby,
to znamená po
následujících operacích, sběr odpadů po těžbě,
–1
přiblížení, štěpkování, doprava, kolem 1000 Kč.t a po
skladování a další dopravě kolem 1150 - 1200 Kč.t -1.
Cenu uvažujeme se ziskem pro výrobce asi 10%,
nepočítáme DPH. Pro individuální vytápění menších
provozů, kde lze využít automatizované kotle na štěpku
lze vytápění dřevními odpady doporučit, neboť cenově
konkurují hnědému uhlí. Trochu jiná situace je u
centrálních výtopen, kde je nutné mimo kotle a kotelny
započítat do nákladů tepelnou síť s předávacími
stanicemi a mnohdy i zcela nový sklad paliva.
Centralizovaným systémům zásobování teplem (CZT)
se budeme věnovat dále.
Ekonomické možnosti investorů
Na základě rozboru podkladů již vybudovaných
systémů CZT, kde byla jako palivo využita biomasa
jsme sestavili tabulku č. 3, kde z jednotlivých měrných
-1
nákladů stávajících objektů a ceny slámy 650 Kč.t
stanovíme přibližné ceny investic a ceny vyráběného
tepla. Tabulka je sestavena pro investory s přispěním
podpory a dotace SFŽP a bez této dotace. Ze souhrnné
porovnávací tabulky 3 je možno posoudit vliv současné
dotace na zefektivnění topných zdrojů od instalovaného
24
Jak vyplývá z uvedených výsledků analýzy, cena
tepla u jednotlivých velikostí systémů CZT se pohybuje
bez využití dotace podle topného výkonu zdroje od 256
do 427 Kč/GJ, při stejné ceně paliva a době odepisování
investice 15 let, která odpovídá ekonomické životnosti
zdroje.
Cena 1 GJ tepla do 280 Kč, maximálně 300 Kč je
akceptovatelná, ale přes 400 Kč je velmi vysoká. Jak
jsme naznačili výše jedinou cestou pro realizaci menších
centrálních zdrojů je využití dotace. Dotace snižuje
fiktivně dobu odepisování o jednu pětinu, to je na 12 let
a současně snižuje cenu tepla. Ve všech výpočtech jsou
totiž pro zjednodušení počítány vlastní finanční
prostředky vložené ihned v plné výši. Hlavním
problémem širšího využití centrálních zdrojů tepla jsou
především vysoké náklady na pořízení zdroje (nejedná
se jen o kotel, či kotelnu, ale o teplovody, předávací
stanice atd.) u malých zařízení se potřebné vícenáklady
hůře amortizují v celkových nákladech. Celé hodnocení
je provedeno zjednodušujícím způsobem. Cena tepla je
pro jednotlivé varianty volena tak aby se projekt udržel v
chodu a nebyl prodělečný, proto se někomu může zdát
vše v pořádku. Je tu ovšem problém, cena tepla v udané
výši nemusí a podle současných zkušeností ani není
zdroj
teplo
nevyrábí
akceptována
odběrateli,
v předpokládaném objemu a cena se dále zvyšuje, čímž
projekt skončí, nebo se hledají dodatečné dotace a
podpory pro jeho provoz. Proto je při projekci, realizaci i
provozování systémů CZT na biomasu potřeba
postupovat uvážlivě.
V současné době se začínají vytvářet podmínky
pro účelné využívání biomasy, proto je potřeba začínat
s biomasou postupně. Zatím spíše využívat individuální,
nebo bodové zdroje na štěpku, menší kotle na polena a
brikety. Centrální výtopny v obcích budovat především
na slámu o výkonech přes 1 000 kW, ale maximálně do
2 000 kW, aby byl zachován regionální ráz zdroje a
účelně vynakládány prostředky na investice a zároveň
byly zachovány nízké provozní náklady (pokud budeme
vozit slámu daleko prodraží se podobně jako štěpka).
Proto jsme uvažovali údaje konkrétních výrobců a
provozovatelů spalovacích zařízení. Jsou zde již určité
zkušenosti s výstavbou a provozem podobných zdrojů
tepla a je dobré je využít. Na druhé straně je nutno
konstatovat, že jen hledisko zisku při provozování
výtopny nebude tím pravým hnacím motorem, protože
investiční náklady na výstavbu celého technologického
zařízení výtopny, zejména při změně palivové základny
z uhlí na dřevní odpad jsou značné a ne příliš rentabilní
(jen za předpokladu, že sjednaná cena paliva bude
-1
výrazně nižší než u uhlí, tj. v rozsahu 300-600 Kč.t ,
což se ve většině případů nezdá reálné). Závěrem lze
konstatovat, že důsledné využívání biomasy pro potřeby
místní energetiky neznamená nebezpečí devastace
stávajících přírodních zdrojů, ale naopak vytváří
předpoklady pro jejich lepší využívání.
Kontaktní adresa
Ing. Jaroslav Kára, CSc.
Vedoucí odboru energetiky, logistiky a využití biomasy
Výzkumný ústav zemědělské techniky
Drnovská 507, P.O.Box 54
161 01 Praha 6 – Ruzyně
tel.: 233022 210
fax: 233312507
e-mail: [email protected]
25
Výroba a odbyt methylesterů mastných kyselin řepkového oleje
(FARME) v České republice a návrh akčního plánu Evropské komise o
alternativních palivech pro dopravu
Petr Jevič 1) 2) 3), Zdeňka Šedivá 1) 2)
1)
Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha
2)
Sdružení pro výrobu bionafty Praha
3)
Česká zemědělská univerzita Praha
využíván jako surovina pro výrobu směsného paliva pro
vznětové motory s podílem min. větším než 30 % hm. a
max. 36 % hm. podle české normy ČSN 65 6508
Motorová paliva - "Palivo pro vznětové motory s
obsahem methylesterů řepkového oleje nad 30 % technické požadavky a metody zkoušení" vydané v
srpnu 1998. Je vyřešena logistika směsného paliva.
V roce 1992 byla za státní podpory zahájena
realizace "Oleoprogramu" tehdy ještě Československé
federální republiky, řešícího komplexní využití řepky
olejné pro výrobu bionafty, alternativního motorového
paliva do vznětových motorů. Základní celospolečenské
efekty tohoto programu spočívají v získání nového
obnovitelného zdroje, příznivém vlivu zavedení nového
alternativního
paliva
na
životní
prostředí
a
restrukturalizaci zemědělské výroby.
S ohledem na vývoj celé problematiky
kapalných
biopaliv,
reálné
provozní
vlastnosti
dieselových motorů (zejména stáří a opotřebovanost) ve
vztahu k nezbytně nutným minimálním úpravám při
přechodu na alternativní palivo je v ČR zatím FARME
Současná
výroba,
marketing
a
logistika
methylesterů řepkového oleje a směsného paliva
V tabulce 1 jsou uvedeny výrobci a jejich
současné zpracovatelské kapacity, kteří jsou zařazeni
do podporovaného „Oleoprogramu“.
Tabulka 1: Výrobci FARME odebírající řepku od SZIF v hospodářském roce 2002/2003
Kapacity na výrobu FARME
Název výrobce FARME
v tunách zpracované řepky
v tunách FARME
A.B.C., s.r.o., Bransouze
9 120
2 850
Agricos, s.r.o., Stod
1 600
500
Standard Oil Company, s.r.o., Nový Přerov
28 124
8 789
Agrochem, a.s., Lanškroun
8 236
2 573
Agropodnik, a.s., Jihlava
172 389
53 872
Oleoprodukt, a.s., Milín
15 488
4 840
BIO Petrol, a.s., Praha
8 000
2 500
FABIO produkt, s.r.o., Holín u Jičína
15 360
4 800
ZS Kratonohy, a.s.
1 200
375
Setuza, a.s., Ústí nad Labem
220 800
69 000
Zdenko Jaroš – Jarimex
14 000
4 375
RPN, s.r.o. Slatiňany
6 400
2 000
CELKEM
500 717
156 474
© SZIF 2002
palivem však stále vykazuje záporné saldo. Za rok 2001
využití vybudovaných kapacit činilo 76,9 %. FARME
spotřebovaný v ČR se podílel 1,93 % na celkové
spotřebě motorové nafty. Podíl směsného paliva
spotřebovaného v ČR činil 5,6 % celkové spotřeby
motorové nafty v ČR. Poprvé v historii "Oleoprogramu"
export a import FARME a směsným palivem vykázal
významné kladné obchodní saldo.
V roce 2002 při celkové spotřebě motorové
nafty v ČR 2,66 mil. t (nárůst oproti roku 2001 o 1,8 % viz tabulka 4) tak již podíl spotřebovaného FARME v ČR
činil 2,74 %.
V tabulce 2 je uveden přehled výroby, vývozu a
spotřeby FARME v ČR v letech 1995 - 2002. Vlivem
dotační podpory nepotravinářského užití řepky olejné z
rozpočtu MZe ČR došlo v roce 2000 poprvé k plnému
využití zpracovatelských kapacit, na jejichž realizaci
poskytl stát do výše 80% celkových investičních nákladů
bezúročné návratné půjčky. Celkový rozsah takto
poskytnutých prostředků představoval 721,54 mil. Kč.
Bylo vyrobeno 67,2 tis. tun FARME, z toho 93 % se
státní podporou. Celková výroba směsného paliva
s hmotnostním podílem 31 % FARME činila 227,1 tis.
tun, což představovalo 9,7% podíl na spotřebě motorové
nafty v ČR. Zahraniční obchod s FARME a směsným
Tabulka 2: Přehled výroby, vývozu, dovozu a spotřeby FARME v České republice
Ukazatel
Produkce v ČR
Jednotka
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
2002
tis. tun
11,8
19,3
27,6
15,7
30,63
67,2
71,1
104,4
31,3
Vývoz z ČR
tis. tun
2,4
3,2
1,5
0,072
22,4
Dovoz do ČR
tis. tun
8,4
8,7
11,4
25,8
20,2
3,2
2,9
0,04
Celková spotřeba v ČR
tis. tun
17,8
24,8
37,5
41,4
50,77
70,4
51,6
73,06
© VÚZT - SVB Praha 2003
26
0,08
0,03
vytvoření garantovaných zdrojů řepky pro výrobu
FARME. Snížení konkurenceschopnosti směsného
paliva v porovnání cenové úrovně s motorovou naftou
z 90 % na 95 % a narušený trh se směsným palivem
z předchozího období byl však příčinou, proč se na
tuzemském trhu objem vyrobeného FARME a následně
směsného paliva nedokázal v potřebném množství
uplatnit. V hospodářském roce 2001/2002 bylo
s ohledem na výše uvedené odkoupeno pro výrobu
FARME od SZIF cca 206330 t řepky olejné a vyrobeno
cca 64516 t FARME. Vývoj výroby v kalendářním roce
2002 je patrný z tabulky 3 a potvrzuje značné výkyvy
měsíčního prodeje dotovaného FARME. Od 1.11.2002
se opět zavádí do kalkulačního vzorce pro stanovení
prodejní ceny řepky SZIF pro výrobu FARME 10%
zvýhodnění cen směsného paliva k ceně motorové nafty.
Dosavadní vývoj na trhu s řepkou olejnou
prokazuje, že o odbyt řepky olejné do systému
zpracování na FARME a směsné palivo je zájem.
Objem zpracování řepky olejné z tuzemské produkce
na FARME a směsné palivo je významným článkem
v odbytu řepky olejné od tuzemských pěstitelů a
uplatněním systémové podpory. Od roku 2000 se tak
podařilo stabilizovat cenu řepky pro pěstitele v ČR
na odpovídající úrovni.
V kalkulačním vzorci propočtu cenové podpory
byla cena směsného paliva zvýhodňována vůči ceně
motorové nafty o 5 %. Výrobcům FARME byla zajištěna
řepka z daného systému, který zabezpečuje 230 000 t
řepky za rok pro zpracování na FARME a směsné
palivo.
Produkce
FARME
se
tak
v počátku
hospodářského roku 2001/2002 téměř zdvojnásobila
proti předešlým měsícům. Odbyt směsného paliva na
čerpacích stanicích zůstal v tomto období stejný jako
v předešlých měsících. Prodej směsného paliva přímým
odběratelům, plátcům DPH a pro které není 5%
zvýhodnění směsného paliva oproti motorové naftě
ekonomicky zajímavé, se neobnovil, neboť dřívějším
krácením dodávek došlo prakticky ke zhroucení tohoto
trhu. Protože prodejní ceny jsou úzce svázány s cenou
motorové nafty, pro odbyt FARME a směsného paliva
byla zásadní nepříznivá cena motorové nafty, daná
nízkými cenami ropy a silnou korunou vůči dolaru od
července 2001 do současné doby. Pro zlepšení
ekonomiky výroby FARME a směsného paliva a její
vyšší uplatnění na tuzemském trhu byl od ledna 2002
dodatečně do výpočtu podpory cen řepky olejné
v kalkulačním vzorci promítnut příspěvek na realizaci
šrotu (pokrutin) jak v tuzemsku, tak i při exportu.
Zásadním přínosem nově uplatňované podpory tak je
Tabulka 3: Přehled výroby FARME, směsného paliva do vznětových motorů s podílem FARME 31 % v/v., jejich dovoz a
vývoz za rok 2002
Výroba nedot. FARME
Výroba
Výroba
Výroba
Výroba
Dovoz
Vývoz
dotovan.
dotovan.
FARME
směsného
pro
pro vývoz
FARME FARME
směsného FARME a směs. tuzemský
FARME
v ČR
paliva v ČR
2)
2)
1)
paliva
celkem
celkem
paliva
trh
(t)
(t)
(t)
(tis. l)
(t)
(tis. l)
(t)
(t)
Leden
2727
9996
Únor
5562
20389
Březen
6536
23959
Duben
4696
17214
Květen
5888
21584
Červen
7107
26052
31379,63
104437,63 267975,61 45,747
31379,63
Červenec
4022
14743
Srpen
6447
23633
Září
6574
24098
Říjen
2918
10696
Listopad
14616
53578
Prosinec
5965
21866
Celkem
73058
267808
Index
184 %
147 %
2002/2001
1)
Údaje SZIF Praha
2)
Údaje celní statistiky - kód položky FARME 3824909512; kód položky směsného paliva - 3824909513
Tabulka 4: Přehled výroby motorové nafty (ČSN EN 590)
Ukazatel
2002
tis. t
2837,8
1596,6
1241,2
135,6
+ 42,9
2659,3
%
100,0
56,3
43,7
4,8
-
Index 2002/2001
Hrubé dodávky pro trh v ČR celkem
106,3
z toho: z tuzemské výroby
115,7
z dovozu
94,4
3)
Pro výrobu směsné motorové nafty
Zásoby (změny) celkem 1)
Dodávky na trh v ČR celkem 2)
101,8
© ČAPPO Praha 2003
1)
Představuje změnu celkových zásob v ČR (+ přírůstek, - úbytek) k 31.12.2002 proti předchozímu období (1.1.2002)
v zásobách v celních zónách, u hlavních spotřebitelů, v zásobách držených vládou, u distribučních a skladových
organizací a v ostatních zásobách včetně rafinérií (podle statistiky ČSÚ).
2)
Index včetně pohybu zásob
3)
Podíl dodávek motorové nafty pro výrobu směsného paliva
27
stanovena povinnost kontroly kvality motorových paliv (v
Rakousku a Německu zatím nikoliv).
S ohledem na vyhlášku č. 227/2001 Sb.
Ministerstva průmyslu a obchodu z 22.6.2001, kterou se
stanoví požadavky na pohonné hmoty pro provoz
vozidel na pozemních komunikacích a způsob sledování
a monitorování jejich jakosti, Česká obchodní inspekce
odebírá a vyhodnocuje každoročně jak v letním období,
tak v zimním období min. 100 vzorků směsného paliva a
FARME. Pro SZIF provádí čtvrtletní kontrolu kvality
FARME smluvním způsobem Inspekta a.s. Opakované
nedodržení kvality ze strany výrobce je důvodem ke
zrušení dodávek podporované řepky, spojené s dalšími
tvrdými finančními sankcemi. Nezávisle probíhá ve
vymezeném rozsahu akce samokontroly, organizovaná
sekcí pro kvalitu a standardizaci Sdružení pro výrobu
bionafty zaměřená na FARME.
V současné době a v období do přijetí české
verze evropské normy ČSN EN 14214 (Automotive fuels
- Fatty acid methyl esters (FAME) for diesel engines Requirements and test methods) pro methylestery
mastných kyselin platí pro FARME ČSN 65 6507/Z1 a
pro směsné palivo ČSN 65 6508. S přijetím evropské
normy ČSN EN 14214 dojde ke zrušení normy na
FARME. Kvalita FARME bude určována podle ČSN EN
14214. Státní orgány, které s pomocí nástrojů daňové a
rozpočtové politiky a SZIF budou podporovat i nadále
pouze zpracování řepky olejné na FARME, budou
rovněž vlastním kontrolním systémem samostatně
sledovat plnění této surovinové a technologické linie.
Kvalita FARME i methylesterů z jiných surovin bude tak
určována jednotně přijatou evropskou normou. Kvalita
směsného paliva s obj. podílem FARME nad 30 % v/v a
do 5 % v/v bude s ohledem na provedenou revizi určena
ČSN 65 6508 „Motorová paliva – Směsné motorové
nafty (obsahující FARME).
Podpory řepkových methylesterů a směsných paliv
1. Generace podpor
Od zahájení "Oleoprogramu" do 1.4.2000 byla
poskytována nepřímá podpora nulovou spotřební daní
na vyrobené FARME a vratkou spotřební daně na
směsné palivo. V roce 1999 a v I. čtvrtletí roku 2000 byla
poskytována kromě nepřímé podpory vratkou spotřební
daně na směsné palivo ještě další přímá podpora výroby
FARME ve výši 3,- Kč na 1 kg FARME. Důvodem byla
nedostatečná
konkurenceschopnost
tuzemského
FARME s importovaným FARME (viz tabulka 2 dovoz
FARME v letech 1998 a 1999).
2. Generace podpor
Od 1.4.2000 je u FARME v čisté formě
zachována nulová spotřební daň, směsné palivo je nově
zatíženo spotřební daní ve výši 8,15 Kč/litr. V návaznosti
na tuto skutečnost a s cílem zachovat "Oleoprogram"
byla zavedena podpora výrobcům FARME i výrobcům
směsného
paliva
tak,
aby
byla
zajištěna
konkurenceschopnost směsného paliva s motorovou
naftou, kdy je nutné zohlednit snížení výkonu a zvýšení
spotřeby motoru. Posunutím platnosti nižší spotřební
daně u směsného paliva až od 1.7.2001 (oddanění
podílu FARME ve směsném palivu obsaženém) se snížil
objem finančních prostředků pro podporu produkce
FARME a směsného paliva. Tím klesla produkce
FARME s dotační podporou.
3. Generace podpor
Ve snaze přiblížit domácí dotační podporu
zemědělství a nepotravinářského užití zemědělské
produkce formám užívaným v zemích EU bylo v lednu
2001 schváleno nařízení vlády ČR č. 86/2001 Sb.
Nařízení vlády č. 454/2001 Sb. ze dne 21.11.2001 a č.
294/2002 Sb. ze dne 12.6.2002 jej novelizují.
Realizací uvedeného nařízení vlády včetně
nákupu řepky olejné z půdy uvedené do klidu a jejího
prodeje k nepotravinářskému užití pro produkci FARME
byl pověřen Státní zemědělský intervenční fond (SZIF).
Administrativa celého systému započala v prvním
čtvrtletí 2001. Tím mohl SZIF již ze sklizně v roce 2001
nakoupit pro nepotravinářské užití 230 000 t semene
řepky olejné. Od 1.10.2001 již byl uplatněn systém
podpory produkce FARME a směsného paliva
prostřednictvím SZIF. Z půdy určené do klidu SZIF
získal cca 157 tis. t řepky. K zajištění požadovaného
objemu nákupu 230 000 t semene řepky olejné k
nepotravinářskému užití SZIF nakupuje řepku z volného
trhu. Prodejní cena řepky pro výrobu FARME a dále
směsného paliva vychází z předpokladu, že cena
finálního produktu směsného paliva bude postavena na
úroveň 95% k motorové naftě, od 1.11., jak bylo
uvedeno výše, na 90% úroveň.
Cena řepky „FCA smluvní skladovatel“
vykupované SZIF od pěstitelů v h.r. 2002/2003 („z půdy
do klidu“ bez započtení přímých kompenzačních plateb)
CŘ = 5500 : 2,3 + 4600 = 6991,304 Kč.t-1 a pro rok
-1
2003/2004 CŘ = 5500 : 2,5 + 5000 = 7.200,- Kč.t .
Akční plán Evropské komise pro zrychlení zavádění
biopaliv na evropský trh
Generální direktoriát pro energii a dopravu
Evropské komise zpracoval a 7.11.2001 předložil
environmentálně motivovanou zprávu Evropskému
parlamentu o alternativních palivech pro silniční
dopravu, návrh směrnice o zajištění používání biopaliv
v dopravě a návrh směrnice pozměňující směrnici
92/81/EEC s ohledem na možnost aplikace snížení
sazby spotřební daně na některé minerální oleje
obsahující biopaliva a na biopaliva. Tyto dokumenty byly
v dubnu 2002 představeny jako „Akční plán pro podporu
biopaliv a dalších alternativních paliv v dopravě“. Jeho
hlavními cíly jsou:
•
přispět ke snížení závislosti EU na vnějších
dodávkách ropných pohonných produktů,
•
přispět ke snížení emisí skleníkových plynů podle
Kyotského protokolu - fosilní motorová nafta emituje
-1
3,2 kg CO2.l , úspory čisté bionafty činí 2 - 2,5 kg
-1
CO2.l ,
•
zajistit náhradu min. 20% tradičních paliv
alternativními palivy v dopravě do r. 2020.
Byly zpracovány základní možnosti voleb,
zahrnující zvýšení účinnosti paliva pro motory
dopravních prostředků, biopaliva, zemní plyn, vodík,
elektrická vozidla, hybridní vozidla, methanol a
dimethylether, naftu ze zemního plynu, LPG a ty
posouzeny podle cen, způsobu doplňování (tankování)
paliva, investice do infrastruktury, vlivu na životní
Methylestery, směsné palivo - zajištění kvality a
normování
Mimořádně významným bodem v oblasti výroby
methylesterů a směsného paliva je zajištění kvality.
V ČR je podobně jako ve Francii a Itálii zákonem
28
prostředí a zajištění dodávek (logistiky). Hodnocení s
ohledem na možnosti volby s potenciálem dalších 20 let
vyjadřuje následující podíl biopaliv a dalších
alternativních paliv (%) na celkové spotřebě v dopravě.
rok
2005
2010
2015
2020
biopaliva zemní plyn vodík
2
6
2
7
5
2
8
10
5
tun ekvivalentu sójové moučky jsou předem stanoveny
jako hranice pro rozvoj tohoto alternativního produktu.
Tento aspekt musí podle UFOP (2002) vzít na
vědomí Světová obchodní organizace, neboť především
urgentní environmentální a politické důvody hovoří proti
zachování dohody z Blair House. Také Spojené státy by
měly vzít tento názor na vědomí, i když se největší
světový trh necítí vázán Kyotským protokolem. Při
příležitosti
ratifikace
Kyotského
protokolu
v
Johannesburgu je třeba říci, že tento obor produkce v
rozšiřující se EU nemůže být nadále ovlivňován
restrikcemi plynoucími z dohody v Blair House.
Současně z důvodu agrární reformy z r. 1992 bylo
pěstování olejnatých semen rozšířeno v Severní
Americe na rozloze, která odpovídá celkové obdělávané
výměře Evropské unie.
V souvislosti se současným bodem obratu,
který změnil agrární politiku, je jasné, že nový americký
zákon, který byl schválen senátem, deklaruje kolaps
minulého úsilí o volný obchod a kompletní liberalizaci
trhů. Nezbytný návrat k přímým, tudíž k produktu se
vztahujícím bilančním platbám podporuje skutečnost, že
jistý rámec řádu zemědělství je nepostradatelný a že
plně liberalizovaný světový trh není sám o sobě
základem zemědělství. Přes tuto kritiku je třeba
poznamenat, že v pozitivním smyslu je výroba bionafty a
biopaliv, zvláště bioethanolu, enormně pokročilá v USA,
podporovaná významnými finančními programy a
právními předpisy. Ochrana zájmů na této i druhé straně
Atlantického oceánu pravděpodobně vytváří nezbytné
základní podmínky. Je to dobrá základna pro spolupráci
mezi EU a USA.
celkem
2
8
14
23
S ohledem na tyto aktivity návrh Evropského
parlamentu a směrnice Rady na podporu používání
biopaliv pro dopravu také stanovuje rozpis povinného
podílu biopaliv z celkového množství prodaných
motorových paliv: 2005 - 2 %; 2006 - 2,75 %; 2007 - 3,5
%; 2008 - 4,25 %; 2009 - 5 %; 2010 - 5,75 %. Biopaliva
mohou být používána jako čistá, smíchaná s deriváty
minerálních olejů, kapaliny z nich odvozené jako je např.
ETBE
(ethyl-tertio-butyl-ether
jako
etherovaný
bioethanol). Na plenárním zasedání 4.7.2002 členové
Evropského parlamentu jasně hlasovali v prvním čtení
pro podporu mandatorních cílů o používání biopaliv.
Pouze 6 členských států (Rakousko, Francie, Německo,
Itálie, Španělsko a Švédsko) se podílelo na produkci cca
700 tis. tun biopaliv v roce 2000, což představuje v
současné době cca 0,3 % spotřeby motorové nafty a
benzínu v EU.
12.11.2002 schválil výbor stálých zástupců
společný postup přijatý Radou Evropské unie
s výhledem na přijetí směrnice Evropského parlamentu o
používání biopaliv a jiných obnovitelných paliv pro
dopravu.
Literatura
1. Jevič, P., Šedivá, Z.: Orientační posouzení
konkurenceschopnosti biopaliv pro vznětové motory
po vstupu ČR do EU. Zpracováno na základě dopisu
odboru strukturální politiky a rozvoje venkova MZe
ČR, č.j. 15747/2001 – 7030 VÚZE Praha. Praha,
VÚZT 2002, s. 10
2. COUNCIL OF THE EUROPEAN UNION: Legislative
acts and other instruments, Common position adopted
by the Council with a view to the adoption of a
Directive of the European Parliament and of the
Council on the promotion of the use of biofuels or
other renewable fuels for transport. Brussels,
November 2002, s. 16
3. Bockey, D.: Biodiesel production and marketing in
Germany. The situation and perspective. UFOP, 2002,
s. 18
Dohoda z Blair House a biopaliva v EU
Důležitým strategickým momentem pro sociální
přijatelnost výroby bionafty nebo biopaliv v EU je ta
skutečnost, že oblasti, které již nejsou potřebné pro
výrobu potravin, mohou být použity pro výrobu
energetických surovin. Po 10 letech agrární reformy
společenství přijalo fakt, že půda ladem je lepší
alternativa pro přebytkovou produkci jak z ekologických,
tak i ekonomických důvodů. To znamená, že také v
budoucnu pěstování energetických plodin na půdě
ponechané ladem nebo v jiných oblastech, které nejsou
potřebné pro potravinářské plodiny, bude a musí být
prioritou. Z pohledu významného úsilí vynaloženého na
rozvoj trhu s bionaftou na jedné straně a z pohledu
politických požadavků na životní prostředí na druhé
straně, nechápou farmáři v Německu a Evropě, proč
dohoda z Blair House a sankcionování více než 1 mil.
Kontaktní adresa:
Ing. Petr Jevič, CSc.
Ing. Zdeňka Šedivá
Výzkumný ústav zemědělské techniky
Drnovská 507, P.O.Box 54, 161 01 Praha 6 - Ruzyně
telefon: 233022302, e-mail: [email protected], [email protected]
29
Emise při spalování biomasy
Petr. Hutla, Výzkumný ústav zemědělské techniky , Praha
Martin Polák Česká zemědělská univerzita v Praze
Úvod
Spalování probíhalo ve standardním spalovacím
zařízení na bázi kotle V 25 firmy Verner. Toto zařízení je
uvedeno na obr. 1.
Vybraná
biopaliva
byla
zpracována
do
standardizované formy za účelem zjišťování jejich
emisních parametrů při spalování. Jedná se o
biomateriály a jejich směsi, které byly srovnávány
s běžnými palivy, tj. dřevem. Všechna paliva byla
zpracována do formy briket.
Spalování daných vzorků biopaliv probíhalo při
nastavení standardních provozních parametrů kotle. Jako
standardní provozní parametry bylo vzato optimální nastavení
pro efektivní spalování dřevěných briket.
Paliva
Pro zjištění standardního nastavení byly použity
dřevní brikety, lisované z pilařského odpadu, které
zároveň sloužily jako porovnávací palivo. V tabulce 1
jsou uvedena všechna zkoušená paliva jejichž číselné
označení odpovídá označení v grafech výsledků měření.
Výsledky měření
Výsledky měření emisních a výkonových
parametrů jednotlivých paliv jsou v grafické podobě
uvedeny na obr. 3 a 4. Výsledné hodnoty jsou vypočteny
jako aritmetický průměr tří jednorázových měření při
ustáleném stavu.
Koncentrace CO a NO jsou přepočítány na
referenční obsah kyslíku 11%.
Obr. 1 Spalovací zařízení na pevná biopaliva na bázi V 25
Tab. 1 Pevná biopaliva ve formě standardizovaných briket
Palivo
Popis
Rozměr
1
Brikety z pilařského odpadu,
ø 90 mm
2
Brikety z truhlářského odpadu
ø 65 mm
3
Brikety ze směsi - šťovík:chrastice:smrk kůra 1:1:1
ø 65 mm
4
Brikety ze směsi - šťovík:chrastice:smrk kůra 20:60:20
ø 65 mm
5
Brikety ze směsi - šťovík:chrastice:smrk kůra 60:20:20
ø 65 mm
6
Vojtěškové pelety
ø 8 mm
Obr. 2 Emisní parametry pevných biopaliv
Verner
Verner
CO
NO
350
12000
300
NO [mg/m 3]
CO [mg/m 3]
10000
8000
6000
4000
2000
250
200
150
100
50
0
0
1
2
3
4
5
1
6
2
3
Palivo
Palivo
30
4
5
6
Verner
Ve rne r Pře byte k v zduch u
CO2
18,0
2,5
16,0
14,0
2,0
Lambda [ - ]
CO2 [%]
12,0
10,0
8,0
6,0
4,0
1,5
1,0
0,5
2,0
0,0
0,0
1
2
3
4
5
1
6
2
3
Palivo
4
5
6
Palivo
Verner
O2
14,0
12,0
O2 [%]
10,0
8,0
6,0
4,0
2,0
0,0
1
2
3
4
5
6
Palivo
Verner
Komínová ztráta
25
Komínová ztráta [%]
Obr. 3 Výkonové parametry kotle při
spalování pevných biopaliv
Verner
Tepelný výkon
20
15
10
5
0
1
2
3
Palivo
30
4
5
6
Verner - Komínová teplota
20
15
10
500
5
400
0
1
2
3
4
5
6
KT [°C]
P [kW]
25
Palivo
300
200
100
0
1
2
3
Palivo
32
4
5
6
jednoznačně říci, že z hlediska obsahu CO ve spalinách
je na tom nejhůře právě směs šťovík:chrastice:smrk kůra
1:1:1. Pokud jde o vojtěškové pelety, zde je situace již
méně příznivá. V jejich případě totiž nebylo možno
docílit výrazně nižších emisí ani žádnými dodatečnými
seřizovacími zásahy.
Závěr
Z výsledků je patrno, že nejlepší emisní a
výkonové parametry mají brikety lisované z hoblin
z truhlářského odpadu. Kromě toho, mělo toto palivo,
v porovnání s ostatními i nízký obsah mechanického
nedopalu (popela). Naopak největší obsah popela byl
zaznamenán u smějí, obsahující energetické traviny. U
směsi šťovík:chrastice:smrk.kůra 60:20:20 byl v popelu
zaznamená navíc i ojedinělý výskyt spečeného popela.
Brikety ze směsí travin a kůry vykazovaly při
spalování nízkou rozpadavost a také klenbování paliva
v okolí trysky. Z tohoto důvodu byly nutné častější
zásahy obsluhy – prohrabování vrstvy paliva, apod.
Zároveň u těchto směsí docházelo po odhoření
povrchové vrstvy ke špatnému prohořívání jádra brikety,
což významným způsobem nepříznivě ovlivňovalo
emise. Právě v této fázi totiž docházelo ke vzniku
nejvyšších koncentrací CO. Vzhledem k této okolnosti je
jako možnou úpravu navrhnout zmenšení částic paliva
(a zvětšení aktivního povrchu), např.lisováním do formy
pelet.
U
paliva
3
(brikety
ze
směsi
šťovík:chrastice:smrk kůra 1:1:1) a 6 (vojtěškové pelety)
se ve spalinách objevují vyšší koncentrace CO.
V případě briket lze množství této emise snížit otevřením
přívodu předsoušecího vzduchu do horní plnící komory.
Jestliže v případě briket z ostatních směsí uděláme
opačný zásah – otevřeme přívod předsoušecího
vzduchu - koncentrace CO se zvýší. Nelze tedy
Kontaktní adresa
Ing. Petr Hutla, CSc.
Výzkumný ústav zemědělské techniky
Drnovská 507, P.O.Box 54
161 01 Praha 6 – Ruzyně
Tel.: 233022 210
Fax: 233312507
e-mail: [email protected]
33
Bioplyn
Jaroslav Kára
Výzkumný ústav zemědělské techniky
kompostováním separovaných organických zbytků po
fermentaci.
Anaerobní digesce může zabezpečit ekologické
palivo pro výrobu tepla, elektrické energie i provoz
motorů mobilních zařízení. Konkurenceschopnost
bioplynu bude stoupat se zvyšujícími se cenami energií
a environmentálními požadavky občanů. Ve srovnání s
postupy termické konverze fytomasy je účinek anaerobní
digesce fytomasy na snížení produkce CO2 vyšší a
navíc nedojde ke znehodnocení rostlinných živin,
zejména dusíku. Je možné předpokládat, že anaerobní
digesce biomasy bude ve třetím tisíciletí součástí
akumulačních biotechnologických cyklů propojených s
dalšími systémy ekologické výroby energie do
integrovaných systémů.
Potřeba nekrmivářského využití fytomasy je v
České republice převážně v marginálních zemědělských
oblastech, kde útlum potravinové produkce je řešen
zatravněním orné půdy. Část fytomasy z těchto ploch by
bylo možné zpracovat na bioplyn a organické hnojivo. K
tomu přistupuje fytomasa z údržby veřejné zeleně,
sportovišť a okrajů komunikací. Dále je třeba na základě
zahraničních zkušeností uvažovat o společném
zpracování fytomasy a bioodpadu ze separovaného
sběru domovních odpadů. Při anaerobní digesci
fytomasy je možné uplatnit kofermentaci odpadů z
výroby bionafty, z tukového průmyslu, z konzerváren,
lihovarů, jatek, mlékáren a ČOV.
Příjmy ze zpracování výše jmenovaných odpadů
mohou výhledově zefektivnit provoz bioplynových stanic.
Zvyšování cen energií, hnojiv i poplatků za
zneškodňování odpadů vytváří perspektivu pro činnost
svozných centralizovaných bioplynových stanic na
úrovni střediskových obcí vybavených kogenerační
jednotkou a kompostářskou linkou s denní produkcí
3
-1
bioplynu vyšší než 1500 m .den .
Technologie anaerobní fermentace komunálního
bioodpadu vyžadují v první řadě existenci efektivní
infrastruktury sběru bioodpadu a v řadě druhé, což je v
poměrech ČR asi největší problém, značné investiční
prostředky. Pokud bychom se chtěli vyhnout takto
vysokým investicím, museli bychom stavět stanice nižší
kategorie, bez měřící a regulační techniky a některých
dalších komponentů, což lze připustit pouze u kategorie
malých bioplynových stanic a to na základě přípravy
legislativních změn v bezpečnostních předpisech.
Většina bioplynových stanic byla v ČR uvedena
do provozu v období let 1986 – 1989, další do roku 1992
a to v rámci ověřovacích, nebo experimentálních
provozů s podporou státu na jejich výstavbu. Z toho
důvodu jsou některé ekonomické údaje z tohoto období
v podstatě nepoužitelné, neboť nezahrnují náklady
vynaložené na výstavbu a to jak stavební, tak i
technologické části.
Po roce 1992 státní podpora bioenergetického
programu v resortu Ministerstva zemědělství byla
zaměřena jiným směrem. Výstavba bioplynových stanic
v zemědělství se omezila na několik malých jednotek,
financovaných z dotačních titulů.
V komunální sféře pokračují rekonstrukce
a výstavby čistíren odpadních vod s možností získat
státní podporu z Ministerstva životního prostředí,
případně z dalších finančních zdrojů i na výstavbu
Většina bioplynových stanic byla v ČR uvedena
do provozu v období let 1986 – 1989, další do roku 1992
a to v rámci ověřovacích, nebo experimentálních
provozů s podporou státu na jejich výstavbu. Z toho
důvodu jsou některé ekonomické údaje z tohoto období
v podstatě nepoužitelné, neboť nezahrnují náklady
vynaložené na výstavbu a to jak stavební, tak i
technologické části.
Po roce 1992 státní podpora bioenergetického
programu v resortu Ministerstva zemědělství byla
zaměřena jiným směrem. Výstavba bioplynových stanic
v zemědělství se omezila na několik malých jednotek,
financovaných z dotačních titulů.
V komunální sféře pokračují rekonstrukce
a výstavby čistíren odpadních vod s možností získat
státní podporu z Ministerstva životního prostředí,
případně z dalších finančních zdrojů i na výstavbu
bioplynových stanic. Komunální skládky tuhých
domovních odpadů jsou již často vybavovány systémy
na získávání a využití bioplynu.
Na
výzkumných
a vývojových
projektech
z minulých let se podílely vedle Výzkumného ústavu
zemědělské techniky v Praze další instituce, mezi něž
patří Hydroprojekt a.s. Praha, TF ČZU Praha, ČKD
Hořovice a několik zemědělských podniků. Díky těmto
pracím existuje dobrá technická základna pro realizaci
zemědělských bioplynových stanic, i když „know-how“
bez dalších inovačních aktivit začíná zaostávat za
stavem v okolních státech EU, kde se zaměřují zejména
na realizaci finančně nenáročných bioplynových stanic
se zpracováním kejdy, pro malé a střední kapacity
zemědělských podniků, na automatizaci jejich provozu
a zlepšení pracovních a životních podmínek pro obsluhu
i hospodářská zvířata.
Některé zemědělské podniky v České republice
mají dlouhodobé zkušenosti s využíváním bioplynu.
Dodnes je v provozu jedna z prvních a zároveň
největších evropských bioplynových stanic v Třeboni.
Také dodávky technologie pro bioplynové stanice je
zcela možno zabezpečit z tuzemských zdrojů. Základní
překážkou pro rozvoj a šíření bioplynových technologií
v ČR je jejich relativně vysoká pořizovací cena a z ní
vyplývající výše výrobních nákladů na jednotku
vyprodukované energie, která převyšuje současnou
realizační cenu za tuto energii a náročné bezpečnostní
požadavky, které jsou zejména u malých a středních
bioplynových stanic významným omezením možnosti
jejich rozšíření.
Bioplyn lze vyrábět z kejdy, chlévské mrvy,
biologicky odbouratelných domovních odpadů, odpadů
z ČOV a potravinářského průmyslu, ale i z energetické
fytomasy k tomu účelu pěstované. Výroba bioplynu z
účelově pěstované energetické fytomasy je v České
republice ve stadiu modelových experimentů. V
zahraničí věnuje tomuto problému pozornost celá řada
interdisciplinárních pracovišť využívajících možností
kombinace
anaerobní
digesce
komunálního
a
průmyslového bioodpadu, zvířecích exkrementů a
účelově pěstované vhodné energetické fytomasy. Tyto
technologie úspěšněji zabezpečují stabilní intenzivní
fermentační proces a navozují ekonomickou efektivnost
celého systému včetně produkce následně aerobně
stabilizovaného organického hnojiva, produkovaného
34
bioplynových stanic. Komunální skládky tuhých
domovních odpadů jsou již často vybavovány systémy
na získávání a využití bioplynu.
vážně nezajímal. V letech 1982 – 1992 probíhalo řešení
výzkumného
projektu
zaměřeného
na
využití
exkrementů z velkochovů hospodářských zvířat pro
výrobu bioplynu. V rámci tohoto projektu byly
s významnou
státní
podporou
realizovány
experimentální bioplynové stanice pro zpracování
zemědělských tuhých i tekutých odpadů, z nichž některé
pracují s původní technologií ještě dnes. Jejich přehled
je uveden v tabulce (bioplynová stanice v Třeboni byla
vystavěna mimo tento program).
Aktuální situace ve využívání bioplynu v zemědělství
v České republice
Vzhledem
k nízkým
cenám
klasických
energetických zdrojů se o oblast využívání bioplynu
ošetřením chlévské mrvy s produkcí a využitím bioplynu
v zemědělství až do tzv. „ropné krize“ v roce 1982 nikdo
Tab.: Základní údaje o zemědělských bioplynových stanicích v ČR
OBJEM
BIOPLYNOVÁ FERMENTOVANÝ
FERMENTORU
MATERIÁL
STANICE
3
-1
3
m
m .den
NÁZEV
PRODUKCE TEPLOTA VYUŽITÍ
BIOPLYNU FERMEN. BIOPLYNU
3
-1
m .den
°C
Třeboň ČOV
P/Č 200/40
3200+2800
4000 až 6000
39 – 41
Kogenerace
Kroměříž
P/Č 180/100
2 x 9802 x 3500
3800
35 – 40
Teplo
Kladruby ZD
INVEST
NÁKLADY
tis. Kč
ZAHÁJENÍ
PROVOZU
Rok
42 000
1973
1985
P/M 100
2 x 1200
2200
39 – 41
Kogenerace
36 000
1989
Plevnice ČOV
P 80
2 x 1100
1700
39 – 41
Kogenerace
14 000
1991
Mimoň
P 120
2 x 1800
3500
42 – 45
Kogenerace
1994
Šebetov
P 120
2 x 2000
2000
39 – 41
Kogenerace
1993
Trhový
Štěpánov
P/K 10/10
1 x 700
1000
42 – 44
Kogenerace
1994
Jindřichov ZD
S/M 21tun
6x
600
35 – 40
Kogenerace
5 500
Výšovice ZD
S/M 11t
8 x 180
350
35 – 40
Teplo
3 500
1987
Hustopeče ZD
S/M 44t
8 x 170
1200
35 – 40
Teplo
8 500
1986
Skalice SDP
K/P 170
2 160
2 700
37
48 000
1993
85
1989
Zkratky:P – kejda prasat, K – kejda skotu, Č – čistírenský kal,S - slamnatý hnůj, M – chlévská mrva
V komunální sféře pokračují rekonstrukce
a výstavby čistíren odpadních vod s možností získat
státní podporu z Ministerstva životního prostředí,
případně z dalších finančních zdrojů i na výstavbu
bioplynových stanic. Komunální skládky tuhých
domovních odpadů jsou již často vybavovány systémy
na získávání a využití bioplynu.
Na výzkumných a vývojových projektech
z minulých let se podílely vedle Výzkumného ústavu
zemědělské techniky v Praze další instituce, mezi něž
patří Hydroprojekt a.s. Praha, TF ČZU Praha, ČKD
Hořovice a několik zemědělských podniků. Díky těmto
pracím existuje dobrá technická základna pro realizaci
zemědělských bioplynových stanic, i když „know-how“
bez dalších inovačních aktivit začíná zaostávat za
stavem v okolních státech EU, kde se zaměřují zejména
na realizaci finančně nenáročných bioplynových stanic
se zpracováním kejdy, pro malé a střední kapacity
zemědělských podniků, na automatizaci jejich provozu
a zlepšení pracovních a životních podmínek pro obsluhu
i hospodářská zvířata.
Výkupní cena elektrické energie dodávané do sítě
včetně cenového zvýhodnění kryje za současných
podmínek přibližně 1/3 – 1/2 nákladů u stávajících stanic
a jak ukazují propočty i zkušenosti, méně než 1/3
nákladů u nově budovaných stanic. Na základě jednání
mezi Energetickým regulačním úřadem a Asociací pro
využití obnovitelných zdrojů energie byla dojednána
výkupní ceny elektrické energie z obnovitelných zdrojů
-1
na 2,50 Kč.kWh , což snižuje potřebu dotace při
výstavbě bioplynové stanice přibližně na 30% až 45%
investičních nákladů.
Podnikatelské subjekty v zemědělské prvovýrobě a
v potravinářském průmyslu mají možnost čerpat tyto
podpory:
•
Investiční podporu České energetické agentury do
výše 15% celkových investičních prostředků, neboť
výstavba standartních bioplynových stanic není již
považována za demonstrační akce.
•
investiční podporu MŽP v podobě zvýhodněného
úvěru, na který však musí
mít zajištěné ručení. Jako podnikatelský subjekt
nemají nárok na získání
dotace (nárok na 40% dotace má pouze komunální
sféra a na 30% občané),
•
dotace v rámci podpory malého a středního
podnikání do výše 30% celkových investičních nákladů
(max. 5 mil. Kč) pro obce a podnikatele, bez
zvýhodňování a garance úvěru,
•
prostřednictvím PGRLF – program ZEMĚDĚLEC
umožňuje garanci úvěru a částečnou dotaci úroku
z úvěru pro podnikatelské subjekty s min. 50% příjmu ze
zemědělské prvovýroby.
Žádná z uvedených podpor neumožňuje jednotlivě pro
podnikatelské subjekty v zemědělské prvovýrobě a
potravinářství pořízení bioplynové stanice - novostavby,
která by byla schopná rentabilního provozování při
35
současných výkupních cenách energie. Problém je
jednak v tom, že se jednotlivé podpory nedají
kombinovat a dále v tom, že pro zemědělské subjekty by
byla potřeba podpory jak ve formě garance úvěru a
částečná dotace úroků (nedostatek volných prostředků
v zemědělství), tak i dotace ve výši 30 – 40% na
pořízení investice, která by umožnila rentabilní provoz.
Podstatné je stanovení přiměřených výkupních cen
elektrické energie z obnovitelných zdrojů tak, aby jejich
výše (nebo trend vývoje) byla dlouhodobě garantována,
včetně daňového zvýhodnění takto vyrobené energie.
V současné době je ojediněle dosahován „rentabilní“
provoz bioplynové stanice pouze tam, kde je nahrazován
dlouhodobý a trvalý nákup elektrické a tepelné energie
(například v sušárnách dřeva) její vlastní výrobou
v kogenerační jednotce. Vyprodukovaná tepelná a
elektrická energie není tedy ohodnocena v její nízké
výkupní ceně, ale v ceně za kterou by zemědělský
podnik tuto energii nakupoval
Dá se předpokládat, že změnou koncepce bioplynových
stanic z „likvidace“ jednoho druhu odpadu (např. kejdy)
na řízenou výrobu bioplynu za použití vhodné
kombinace odpadů a cíleně pěstovaných rostlin, dojde
k nárůstu produkce bioplynu z 1 tuny výchozí suroviny
(za tímto účelem by bylo vhodné zpracovat inventuru
zdrojů využitelných pro výrobu bioplynu a jejich
energetické vydatnosti). Toto opatření by mělo
podstatně zvýšit produkci bioplynu na jednotku objemu
fermentoru a zlepšit rentabilitu celé výroby. Tyto
předpoklady je však nutné vědecky a výzkumně ověřit.
Na rentabilitu bioplynových stanic může mít podstatný
vliv i pokrok v likvidaci tříděného komunálního odpadu.
Očekává se , že poplatek za likvidaci biologicky
odbouratelné
frakce
domovních
odpadů
bude
doplňkovým příjmem bioplynových stanic, které tyto
odpady zakomponují do skladby surovin používaných
k výrobě bioplynu a tak vylepší ekonomiku provozu.
Jakákoliv krátkodobá opatření nemají pro tento obor jako
podnikatelskou aktivitu velký význam. Pro investice do
výroby bioplynu je nutné zajistit dlouhodobě působící
nástroje v podobě zvýhodněné výkupní ceny energie,
v podobě přístupnosti „levných úvěrů“ a v podobě
investiční dotace (její výše by mohla mít sestupnou
tendenci v závislosti na nárůstu ceny energií na trhu,
v závislosti na růstu daňového zatížení fosilních paliv a
nárůstu „přísnosti“ ekologických omezení při zpracování
biologicky odbouratelných odpadů).
Doporučujeme ověřit využití některých zemědělských
plodin (zejména z čeledi bobovitých) pro výrobu bioplynu
a následně zvážit jejich zařazení do seznamu rostlin, na
něž se vztahuje podpora v rámci Nařízení vlády 86/2001
Sb., za předpokladu jejich ekonomicky zdůvodnitelného
využití pro energetické účely.
Za prospěšné považujeme, aby se na společném řešení
a podpoře dohodly všechny zainteresované resorty a
umožnily stejný přístup k podporám všem zájemcům bez
ohledu na podnikatelskou formu a resort v kterém
působí.
Kontaktní adresa
Ing. Jaroslav Kára, CSc.
Vedoucí odboru energetiky, logistiky a využití biomasy
Výzkumný ústav zemědělské techniky
Drnovská 507, P.O.Box 54
161 01 Praha 6 – Ruzyně
Tel.: 233022 210
Fax: 233312507
e-mail: [email protected]
36
Energetické a průmyslové využití slámy
Zdeněk Abrham, Marie Kovářová
Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha
ENERGETICKÉ VYUŽITÍ SLÁMY
Vzhledem k výraznému poklesu objemu živočišné
výroby v posledních 10 letech se snížila potřeba slámy
pro krmení a podestýlání a začínají se uplatňovat různé
formy jejího energetického nebo průmyslového využití..
Podle většiny odborníků je možno odebrat z koloběhu
živin 25-33 % každoročně sklízené slámy bez
negativního vlivu na úrodnost půdy a využívat tuto slámu
pro průmyslové a energetické účely.
Technologické systémy zpracování, skladování a
tepelné konverze obilní slámy jsou předmětem
neustálého vývoje a hledají se nejvhodnější technická i
ekonomická řešení pro různé lokální podmínky.
V současné době se používají nejčastěji tyto systémy:
•
spalování volné (balíkové) slámy – vhodné
především pro centrální kotelny (viz obr. 1) –
charakteristické jsou nízké náklady na palivo,
vysoké investiční náklady na kotelnu a rozvody
vody, pohodlí pro uživatele, vyšší celková cena
jednotky tepla
Obr. 2 Zplyňovací zařízení ATMOS DC 100 pro
polenové dříví a briketovaná biopaliva
s jmenovitým tepelným výkonem 100 kW.
Obr.
Obr. 1 Spalovací zařízení bioenergetického centra pro
centrální vytápění obce Velký Karlov
(Pozn.:
Teplovodní zařízení TFS 1000 Tractant Fabri Kolín
1000 kW pro spalování balíkované slámy ev.
dalších stébelnin, záložní zdroj PAROMAT SIMPLEX 460 kW pro spalování extralehkého
topného oleje nebo bionafty )
•
spalování briket z dřevin, slámy a dalších stébelnin
– vhodné pro lokální kotelny rodinných domků (viz
obr. 2) – charakteristické jsou vyšší náklady na
palivo, nízké investiční náklady, nižší pohodlí pro
uživatele a nižší výsledná cena jednotky tepla
•
spalování pelet z dřevin a vhodných stébelnin (viz
-1
obr. 3) s výhřevností do 18 MJ.kg , s obsahem
vody kolem 10 % hmotnosti, s tvarem válečků o
průměru 4-10 m a délky do 40 mm umožňuje
automatizaci provozu spalovacích zařízení na
úrovni kotlů na topný olej nebo zemní plyn.
3 Automatický teplovodní kotel V–Ling 25
( BENEKOVterm Horní Benešov) pro spalování
pelet na bázi dřevin a vhodných stébelnin, tepelný
výkon 25 až 42 kW. Pozn.: Umožňuje také
spalování standardizovaného hnědého a černého
uhlí
PRŮMYSLOVÉ VYUŽITÍ SLÁMY
Ověřování možností využití slámy pro průmyslové
účely se v uplynulých letech orientovalo především do
oblasti výroby stavebních panelů z lisované slámy.
Základním vhodným materiálem je kvalitní pšeničná
sláma slisovaná do hranolovitých balíků. Sláma tvoří
jádro desky. Rozhodující je kvalita slámy po sklizni
sklízecí mlátičkou. Nevhodná je sláma s větším podílem
drobných částí, které potom tvoří odpad. Dalším
nezbytným materiálem je recyklovaný kartónový papír,
přírodní lepidlo a přísady proti hlodavcům, které se
přidávají plně v souladu s hygienickými a zdravotními
limity systémem přesného dávkování. Ekopanely se
vyrábějí lisováním obilné slámy za vysokého tlaku a
teploty. Lisování slámy probíhá ve speciálním tvářecím
lisu do kompaktní podoby desky. Pomocí přírodního
lepidla se toto slisované jádro polepí kartonem.
37
•
Nekonečný pás ekopanelů postupně ochlazuje a je
formátován řezacím zařízením na požadované rozměry.
Čela formátu ekopanelu se pro zachování fyzikálních
vlastností rovněž polepují kartonem. Všechny materiály
použité při výrobě ekopanelových desek jsou ekologicky
zcela čisté a mají navíc svůj původ v obnovitelných
přírodních zdrojích.
Mechanicko-fyzikální vlastnosti ekopanelových desek z
pšeničné slámy:
•
standardní rozměry ekopanelů jsou 2600 x 1200 x
60 mm (délka, šířka, tloušťka), délku lze upravit
podle požadavku zákazníka do maximální délky
3300 mm
•
2
průměrná hmotnost je 24 kg/m (plošná) tj. 398
3
kg/m (objemová)
u ekopanelu byla provedena příslušná certifikace
podle ustanovení § 10 zákona č. 22/1997 Sb. o
technických požadavcích na výrobky
Použití ekopanelů Stramit
Ekopanely se dnes nejčastěji používají místo
klasických pevných příček, na podhledy, obložení stěn a
zateplení objektů, jako mobilní příčky, opláštění nosné
konstrukce apod. Příčky z těchto ekopanelů nepotřebují
(na
rozdíl od sádrokartonových) žádnou nosnou
konstrukci ani doplňkovou izolaci. Ekopanely jsou
samonosné, mají velmi dobrou pevnost a pružnost, mají
rovněž výborné tepelně i zvukově izolační vlastnosti.
V poslední době byla rovněž zahájena výroba
celých rodinných domků z těchto ekopanelů, příklad je
uveden na obr. 4.
Obr. 4 Pohled na přízemní rodinný dům z ekopanelových desek ze slámy (Stramit)
Ekonomické aspekty výroby ekopanelových desek
• Výroba ekopanelových desek na bázi obilní slámy
významně napomáhá odbytu kvalitní suché slámy
pěstitelů v daném regionu a zvyšuje její cenu
Literatura:
1) Abrham Z., Jevič P., Kovářová M.: Průmyslové a
energetické využití slámy a stébelnaté fytomasy,
Agromagazin č.10, Praha, 2002
2) Jevič, P., Sladký, V., Šedivá, Z.: Anbau und
Verarbeitung von nachwachsenden Rohstoffen in der
Tschechischen Republik, Landwirtschaftliche
Rohstoffpotentiale für Nachwachsende Rohstoffe,
Leipzig, 10.3.2000, s. 9
3) Kovářová M., Abrham Z., Jevič P.: Vliv využití půdy
energetickými plodinami na ekonomiku zemědělského
podniku, Zpráva VÚZT, Z-2402, Praha 2002
4) Energetické a průmyslové rostliny VI. A VII. – sborník
referátu z odborné konference sdružení CZ Biom a
VÚRV Praha, Chomutov 2000 a 2001
• Získané zkušenosti jsou významné pro realizaci
obdobných zpracovatelských linek pro využití dalších
perspektivních plodin nebo odpadní fytomasy
• Ekopanely jsou svou jednoduchou a bezpečnou
manipulací a propracovanými spojovacími a
montážními prvky vhodné jak pro profesionální
stavební firmy, tak pro drobnější rekonstrukce
svépomocí.
2
• Rozpočet kompletní stavby domu z ekopanelů na 1m
obytné plochy činí cca 12 000 Kč. Z dosavadních
výsledků výzkumných prací vyplývá, že průmyslové i
energetické využití slámy obilovin má své ekonomické
i ekologické opodstatnění a přispívá rovněž
k ekonomické stabilitě zemědělského podniku a
snížení jeho energetické závislosti na vnějším
prostředí.
Kontaktní adresa
Ing. Zdeněk Abrham, CSc.
Výzkumný ústav zemědělské techniky
Vedoucí odboru ekonomiky zemědělských technologických systémů
Drnovská 507, 161 01 Praha 6 – Ruzyně
Tel.: 233022 399, Fax: 233312507, E-mail: [email protected]
38
Konzultační a poradenské středisko VÚZT, poradenská síť MZe
Ing. Josef Dvořák
Výzkumný ústav zemědělské techniky
Z rozhodnutí ministra zemědělství ČR vzniklo ve
VÚZT Praha Konzultační a poradenské středisko dne
1.7.2000 přijetím tří pracovníků na místa poradců.
V současnosti pracuje KPS VÚZT ve složení Ing. Josef
Dvořák, jako poradce a vedoucí skupiny poradenství,
Ing. Václav Sladký, CSc jako poradce a Ing. David
Andert, CSc jako poradce. Vedoucím Konzultačního a
poradenského střediska VÚZT je Ing. Zdeněk Abraham,
CSc. Délka působení poradců ve výzkumné a
poradenské činnosti dosahuje 29 až 50 roků.
Konzultační a poradenské středisko bylo zřízeno jako
poradenské centrum s celostátní působností a od svého
zřízení se zaměřilo na provádění specializovaných
poradenských aktivit v rámci působnosti Výzkumného
ústavu zemědělské techniky. Tyto aktivity se týkají
především
problematiky
zemědělské
biomasy,
zemědělské energetiky a technologií produkce zrnin a
okopanin.
Konzultační a poradenské středisko VÚZT poskytuje
poradenství ve veřejném zájmu.
K prioritám poradenství ve veřejném zájmu patří:
Poradenství dosažitelné pro všechny subjekty
zemědělsko - potravinářského komplexu
šíření poznatků vedoucích k uplatňování zásad
racionální technologie výroby produktů
poskytování informací vedoucích k zajišťování
vyšší jakosti produktů
Šíření informací o možnostech získání
finančních podpor z programů MZe ČR a EU
Implementace tržních pořádků a seznamování
normami platnými v EU
Výklad principů resortní politiky MZe a
Společné zemědělské politiky EU
Konkrétně se poradenská a konzultační činnost
v minulosti zaměřovala například na tyto oblasti:
Možnosti rekonstrukce senážních a silážních věží
na skladování zrnin.
Kvalita
ošetření
uskladněných
zrnin
provzdušňování neupraveným vzduchem
Faktory ovlivňující skladovatelnost zrnin
Problematika využití halových (podlahových)
skladů pro skladování zrnin.
Pneumatická doprava slámy.
Certifikace zemědělských strojů.
Investiční náročnost vybudování skladů zrnin
Možnosti diagnostiky provzdušňovacích zařízení
skladů zrnin
Stanovení období pro vybudování skladů zrnin
v závislosti na cenovém vývoji na trhu
Diagnostika ochranné atmosféry hermetických
skladů vlhkých zrnin
Možnosti využití malých vodních elektráren
Možnosti lisování slámy, křídlatky a jejich směsí
s dřevem
Určení výkonu kotle s ohledem na provozní režim
objektu
Způsob regulace vytápění areálu dílen ZOD
Využití balíkované slámy k vytápění
Možnosti současného spalování biomasy a uhlí
Stroje použitelné pro pěstování rychlerostoucích
dřevin
Možnosti vybudování tepelných mikrosítí
Možností náhrady fluidního topeniště
Ekonomika
různých
způsobů
vytápění,
optimalizace
způsobu
přípravy
štěpky
a
energetická náročnost
Optimalizace větracího systému u prasat
Použití tepelného čerpadla k vytápění
Optimalizace velikosti sušárny řeziva
Ekonomika zateplení administrativního objektu
Pěstování
energetických
plodin,
dřevin
i
stébelnin včetně jejich sklizně, zpracování,
dosoušení, tvarování do briket, pelet a spalování
Standardizace biopaliv – peletizace a briketování
Kotelny na spalování biopaliv
Konopí – pěstování a zpracování:
Spoluúčast na natáčení edukačních TV programů
pro ČT (CZ BIOM) a LEA (MŽp)
při
Kontakty:
Výzkumný ústav zemědělské techniky, Drnovská 507,
161 01 Praha 6 Ruzyně, E-mail.: [email protected]
Telefon: 233 022 111, Fax: 233 312 507
KPS VÚZT, E-mail.: [email protected], [email protected],
[email protected], [email protected],
Telefon: 233 022 399; 335; 275; 225
39
Bioteplofikace venkovských sídel a podniků
Václav Sladký
Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha 6
Úvod
Bioteplofikací venkova se rozumí uplatnění
souboru technicko-ekonomických opatření, jejichž cílem
je náhrada fosilních paliv, jako je uhlí, zemní plyn,
případně topné oleje zpravidla místními, každoročně v
regionu narůstajícími palivy rostlinného původu. Sleduje
se tím řada navzájem spojených záměrů jako je:
- Snížení emise skleníkových plynů ze spalovaných
fosilních paliv a plnění požadavků mezinárodních
smluv na ochranu ovzduší.
- Snížení objemu finančních prostředků, které
odcházejí za paliva mimo region, případně i mimo
hranice státu.
- Zvýšení zaměstnanosti místního obyvatelstva
zapojením na zpracování místních paliv.
- Využití vedlejších výrobků a zbytků rostlinné a
živočišné výroby a zemědělské půdy, která byla
vyčleněna z výroby potravin .
- Zlepšení využití těžebních zbytků lesní výroby a
dřevařského průmyslu.
- Zvýšení finančních příjmů zemědělských podniků na
základě výroby a prodeje biopaliv.
- Zlepšení péče o stav krajiny v regionu.
- Cestou k tomu by měla být zejména standardizace
pevných, kapalných i plynných
biopaliv a
rekonstrukce systémů spalování těchto paliv.
plodin pro potraviny i krmiva a zvířecí
síla byla
nahrazena silou technickou. Odhaduje se, že volných
ploch je u nás až 1 milion hektarů. Kromě toho je
každoročně k dispozici značné množství energeticky
využitelných vedlejších výrobků a zbytků stávající
zemědělské a lesní výroby a navazujícího průmyslu.
Potenciál 20 mil. tun biopaliv za rok, který je možno
výhledově ze zemědělství a lesnictví získat, nemá tak
význam jen pro energetickou bilanci státu, zlepšení
klimatických podmínek, ale i pro zaměstnanost, příjmy a
život na venkově vůbec.
Nebude však snadné nahrazovat zatím levnější
fosilní paliva sice ekologicky vhodnějšími, ale zatím
dražšími palivy, pokud nepomůže i legislativa, tj.
připravovaný zákon o podpoře využívání obnovitelných
zdrojů energie, který by měl podstatně fosilní paliva
zdražit, respekt. do jejich ceny zahrnout některé
externalitní náklady dnes hrazené z daní obyvatelstva.
Svůj význam v tomto procesu však má i poznání této
poměrně složité problematiky. Základním předpokladem
rozvoje využívání biopaliv bude jejich převod do tržně
uznávaných forem výrobci i odběrateli.
Vedle
standardní dřevní palivové štěpky a balíků slámy to
budou dřevní polínka a zejména standardní, normované
peletky a brikety, které se stanou běžným biopalivem.
Na ně budou navazovat i standardní
spotřebiče,
fungující podle normované technologie spalování paliv,
zajišťující vysokou účinnost a nízké emise škodlivin i
hospodárnost vytápění.
Stávající stav vytápění budov České republice
V České republice se v roce 2002 podílelo stále
ještě uhlí na celkové spotřebě energie asi 55 %, ropa a
zemní plyn po zhruba 10 - 15 % a obnovitelné zdroje
energie jako biomasa, voda, vítr a sluneční energie jen
asi 2 – 3 %, snad i více, (statistika všechno nesleduje).
Naše republika se připojením k mezinárodním dohodám
zavázala, že do roku 2010 bude činit
podíl
obnovitelných zdrojů 6 %, (EU 10 %). Toho bude možno
dosáhnout jen zvýšeným používáním paliv z biomasy,
neboť vodní zdroje jsou již skoro úplně využity a solární
a větrná energie má omezené možnosti. Odhaduje se,
že v roce 2002 ČR využívala asi 2 až 3 mil. tun pevných
biopaliv, především palivového dřeva a dřevních
výrobních a těžebních zbytků a několik tisíc tun slámy,
když využitelný současný potenciál byl asi 5 až 6 mil.
tun.
Do roku 2010 by mohl stoupnout využitelný
potenciál biopaliv všech druhů, včetně účelově
pěstovaných rostlin na vyčleněné půdě až na cca 20
mil. tun ročně.
Vzhledem k tomu, že v celé dlouhé historii vývoje
zemědělství bylo stále 30 až 40 %, obhospodařovaných
ploch využíváno k získávání energie pro lidskou a
především potahovou sílu i otop, je logické, že by se
stejný podíl zemědělské půdy
mohl opět
„energetickému“
odvětví
věnovat.
V důsledku
vědeckotechnického pokroku výrazně stouply výnosy
Standardizace pevných biopaliv –předpoklad rozvoje
Proces standardizace pevných biopaliv (fytopaliv)
se týká samotného výběru substrátů, jejich klasifikace,
závazných tvarů, fyzikálních vlastností, výhřevnosti,
obsahu spalitelných těkavých a pevných látek, obsahu a
vlastností popele, qložení spalin, ale i metod odebírání
vzorků a metod jejich rozborů atd.
Standardizaci
biopaliv vyžadují výrobci biopaliv, výrobci topenišť a
kotlů a jejich uživatelé, ale i obchodníci s palivy, zejména
v mezinárodním obchodě. Informace o hlavních druzích
pevných biopaliv uvádí následující přehled:
Základní fyzikální a mechanické vlastnosti pevných
biopaliv
Pevná biopaliva mohou mít podle druhu, původu,
místa a doby sklizně nebo vzniku desítky různých forem,
struktury, obsahu vody a výhřevnosti. Přesto je možno
jejich základní kvalifikaci soustředit do několika skupin a
dále s nimi pracovat a uvažovat o jejich optimálním
využití. Zásadně lze stanovit, že čím je topeniště menší,
tím musí být biopalivo kompaktnější a sušší, větší kotle
využijí palivo s vyšším obsahem vody a svou formou se
více přibližující původnímu stavu. Pro malá topeniště
jsou vhodná polínka, brikety a peletky, pro velké kotle
dřevní štěpka, piliny a balíky slámy.
40
Tabulka 1. Vlastnosti základních pevných biopaliv, obsah vody, výhřevnost, popel
VLASTNOSTI
PALIVO
Obsah vody
(%)
Výhřevnost
(MJ/kg)
Teplota
lepení
(°C)
Obsah popele
(%)
rozsah
∅
rozsah
∅
rozsah
∅
Dřevní štěpka
20-55
40
5-13
9
0,5-2
0,8
900
Kůra čerstvá
40-65
55
4-10
7
0,5-5
1,5
850
Sláma řepky
13-25
17
13-17
14
3-10
4
750
Rašelina surová
45-55
50
8-11
8
0,5-4
1
900
Domovní odpad
10-50
30
4-15
9
10-50
25
650
Dřevo, polena
20-30
25
12-15
13
0,5-2
0,7
900
Dřevo, obaly,
truhlářský odpad
10-15
13
15-17
16
0,5-2
0,7
900
Tabulka 2. Složení pevných paliv s obsahem vody do 15 %
OBSAH PRVKŮ (%)
OBSAH TĚKAVÝCH
LÁTEK V SUŠINĚ (%)
C
O
H
N
S
Cl
Sláma
75-80
44
35
5
0,5
0,1
0,2
Dřevo
70-75
43
37
5
0,1
0,0
0,0
PALIVO
Dřevní uhlí
23-25
71
11
3
0,1
0,0
0,0
Rašelina
70-75
47
32
5
0,8
0,3
0,0
Uhlí hnědé
47-57
58
18
5
1,4
2,0
0,0
Uhlí černé
24-28
73
5
4
1,4
1,0
0,0
4-6
80
2
2
0,5
0,8
0,0
Koks
Poznámka:
Do 100 % doplňuje hodnoty popel a voda.
zplyňujících látek (až 50 %). Kotle na hnědé uhlí snáze
přizpůsobují spalování biopaliv nebo společnému
spalování biopaliv a hnědého uhlí než kotle na koks.
Postačuje zpravidla pouze zavedení přídavného
sekundárního vzduchu do plamene, který se
prodloužil. Koksové kotle musí být nezbytně doplněny
předtopeništěm s dohořívací komorou na zplyňování a
prohoření spalných plynů a jejich vyzdívka se upravuje
jako u plynových kotlů, neboť do prostoru kotle vstupují
již jenom horké spaliny a chybí radiační složka.
Pro rozhodování a volbě paliva a kotle jsou
určující
základní
fyzikálně-mechanické
vlastnosti
biopaliv, které uvádějí následující tabulky:
Biopaliva se v porovnání k fosilním palivům
vyznačují vysokým stupněm okysličení, tj. obsahem
kyslíku a tím sníženou výhřevností a vysokým podílem
při teplotě přes 200° C snadno zplyňujících „těkavých“
látek,– až 80 %. To je základní odlišnost od fosilních
paliv, která se zohledňuje dostatečným prostorem
v topeništích a za nimi k prohoření množství spalných
plynů. Výrazný je rozdíl mezi biopalivy a koksem, který
teplo předává především sáláním tepla ze žhnoucího
paliva, zatímco tato radiace u biopaliv skoro chybí a
teplo se předává konvekcí z vyhořelých spalin na
teplosměnných plochách.
Hnědé uhlí tvoří přechod mezi klasickými
fosilními palivy a biopalivy pro svůj vysoký podíl
Tabulka 3. Objemové hmotnosti paliv ze slámy
MĚRNÁ HMOTNOST
3
(kg/m )
HMOTNOST KUSU
(kg/ks)
Sláma řezaná
40 - 60
0,0
Nízkotlaké balíky standardní
60 - 80
5
ručně i mechanicky
Vysokotlaké balíky
standardní
80 - 120
10
ručně i mechanicky
STAV PALIVA
Obří balíky válcové
ZPŮSOB MANIPULACE
mechanicky
60 - 90
350
jen mechanicky
Obří balíky kvádrové
80 – 160
400
jen mechanicky
Brikety
350 - 600
0,5 - 1
ručně i mechanicky
Pelety, granule
300 - 550
0,01
ručně i mechanicky
Poznámka:
Pelety a granule do průměru 20 mm, výjimečně do 40mm.
Brikety průměr 40 – 90 mm, výjimečně více.
41
Tabulka 4. Objemové hmotnosti paliv ze dřeva
STAV PALIVA
Hobliny
MĚRNÁ OBJEMOVÁ.
HMOTNOST
3
(kg/m )
HMOTNOST KUSU
(kg/ks)
ZPŮSOB MANIPULACE
40 - 60
0,01
120 – 180
0
mechanicky
180 – 260 (300)
0,02 – 0,1
mechanicky
250 – 500
1–3
2/
300 – 550
10 – 20
ručně i mechanicky
Polena, délka 100 cm 3/
420 – 630
15 – 30
ručně i mechanicky
4/
400 – 650
1–2
ručně i mechanicky
Pelety, granule4/
450 – 650
0,02
mechanicky
Piliny, prach
Štěpka
1/
Polínka, délka 30-50 cm
Polena, délka 100 cm
Brikety
Poznámka:
ručně i mechanicky
ručně
l/ podle obsahu vody, 2/ měkká dřeva, 3/ tvrdá dřeva, 4/ sypná hmotnost
výrobních nákladů a zákon nabídky a poptávky se i
tady prosazují.
U biopaliv, které jsou produktem účelového pěstování,
je situace ještě obtížnější. Na víceleté a zejména
jednoleté
energetické
rostliny,
včetně
rychlerostoucích, „padají“ plně celé výrobní náklady,
(včetně založení plantáže) pokud nepomůže dotace.
U stébelnin (celé obilniny, miscantus, čirok apod.) se
výrobní náklady pohybují mezi 1 200 až 2 500 Kč/t.
Dosušená topolová štěpka z rychle rostoucích topolů
dosahuje ceny někdy až 3 000 Kč/t.
U tvarovaných biopaliv, briket a pelet vyráběných
z vlhkých pilin
„od katru“, které se musí před
zpracováním uměle sušit, dosahují přímé výrobní
náklady 2 500 Kč/t a prodejní cena kolem 3 000 Kč/t (
a v době zvýšené poptávky až 4 500 Kč/t). To platí
např. i pro polínkové dříví nabízené u čerpacích stanic
za cenu kolem 4 000 Kč/t, i když polenové palivové
dřevo od lesních správ stojí 500 – 600 Kč/t.
(Absolutně nejvyšší cenu mají jemné hoblinky
prodávané jako „kočičí“ podestýlka v malém balení a
to až 50 000 Kč/t).
S těmito cenami, které mohou zvyšovat ještě
dopravní, skladovací a manipulační náklady a někdy i
náklady na sušení, není možno na trhu paliv úspěšně
soutěžit s hlavním energetickým zdrojem – hnědým
uhlím, jehož cena se pohybuje od cca 400 Kč/t
(energetické) přes 1100 Kč/t v blízkosti těžby
(Mostecko) do cca 1 700 Kč/t ve vzdálenějších
oblastech republiky. To má vliv nejen na rozhodování
soukromníků, ale i obecních úřadů, hodlajících někde
vybudovat ve veřejném zájmu
obecní centrální
kotelnu.
U velkých obecních výtopen není však situace
vůbec jednoznačná. Zatímco stávající komunální (i jiné)
kotelny, které byly přestavěny úpravou nebo výměnou
kotlů ke spalování biopaliva a využívají již vybudované
sítě rozvodů a místní zdroje biopaliv si většinou
ekonomicky stojí dobře, nově budované menší výtopny
na vesnicích bez dotací na nákladnou investici a různé
podpory na provoz by nemohly existovat a je zatím
sporná i jejich další výstavba.
Žádná z několika nových centrálních kotelen na
využívání biopaliv, které v poslední době byly
vybudovány, by nemohla existovat bez masivní
investiční dotace, která se dá „pardonovat“ a chápat u
experimentálních, ověřovacích projektů, ale v žádném
případě
se nemůže obecně opakovat stále a
v masovém měřítku. Kromě toho, zejména u
komunálních kotelen na vesnicích vyvstává řada
Rozhodování o způsobu vytápění na vesnici
Po vybudování dopravní infrastruktury,
kanalizace a čističek odpadních vod přistupují mnohé
obecní úřady (i jim nadřízené samosprávní složky) k
řešení ekologického vytápění na vesnicích, kam
nebude v nejbližších létech zaveden zemní plyn a
přesto se požaduje, aby i tam došlo ke zlepšení
současného stavu. Jde většinou o snahu nahrazovat
ekologicky nevhodného uhlí některým z místních zdrojů
biopaliv, ale tak, aby bylo při tom dosaženo pohodlí i
nákladovosti vytápění domů srovnatelného s používání
zemního plynu.
V posledních létech bylo uvedeno do provozu v
rodinných domcích na venkově přes 40 000 tzv.
zplynujících kotlů na kusové dřevo (polínka) a kotlů na
štěpku a jen v minulém roce bylo prodáno přes 22 000
krbů a krbových vložek většinou pro novou výstavbu.
Podle průzkumu CALLY, České Budějovice,
provedeného v některých okresech, lze předpokládat, že
ve většině našich dřevo-zpracovávajících podniků je
v činnosti několik set kotlů na spalování dřevního
odpadu, nebo jeho směsi s uhlím, s tepelným výkonem
od 200 kW do několika MW a několik komunálních
biokotelen. Statistika nevykazuje spotřebu u statisíců
chatařů a chalupářů, kteří zpravidla využívají dřevo jako
zdroj tepla a starají se tak alespoň částečně o čistotu
okolního lesa. Přesto bioteplofikace v porovnání
s okolními státy zaostává.
Co brání rychlejšímu rozvoji využívání biopaliv ?
Rychlejšímu rozvoji využívání existujícího
potenciálu biopaliv brání řada příčin ekonomického,
technického, finančního a legislativního charakteru a
také absence hlubší informovanosti na všech stupních
řízení státu včetně obcí a samotných občanů.
Nejzávažnější jsou finance do potřebných investic a
ceny biopaliv, tedy ekonomika.
Ekonomické příčiny:
Energetická sláma bývá při využití ve vlastním
podniku hodnocena cenou mezi 200 – 500 Kč/t, při
prodeji zprvu to bylo 600 – 700 Kč/t, ale v současné
době se prodává také za 1000 až 1200 Kč/t. U dřevní
štěpky a pilin jakéhokoliv původu je situace obdobná.
Situaci zde však zhoršuje skutečnost, že tato paliva
mají vysoký obsah vody ( 45 až 55 %) a srovnatelná
cena se pohybuje v přepočtu na sušinu vysoko přes
1000 Kč/t. Ekonomický zákon nezbytného krytí
42
problémů místního charakteru, které podstatně zdražují
výstavbu až přes únosnou mez. Je to především
rozptýlenost zástavby osídlení a podíl „chalupářů a
chatařů“, kteří většinou ( a nejen oni) o centrální
zásobování teplem nestojí. O zásadně rozdílné
ekonomické situaci různých rekonstruovaných a nových
kotelen na dřevo svědčí následující tabulka:
Tabulka 5: Porovnání ekonomických údajů venkovských kotelen na spalování biopaliv
Údaj
Jednotka
Tepelný výkon jmen.
kW
Kotelna TS l/
Kotelna D
Kotelna H
Kotelna S
2 500
2 700
732
380
20
Vytápěných jednotek
Ks
350
125
67
Počet obyvatel
ks
1 400
320
230
60
Délka rozvodů tepla
M
3 634
2 800
720
Spotřeba paliva
t/r
750
600
178
původní 1/
1 800
Investiční náklad
mil. Kč
20,-
Měrná investice
Kč/dům
51 143,-
308 000,-
447 776,-
255 000,-
Měrná investice
Kč/obč.
14 286,-
120 312,-
130 435,-
85 000,-
Zatížení sítě rozvodů
bm/kW
původní l/
Poznámky:
3/
38,5
1,35
30,- 2/
3,8
5,1
1,89
l/ Rekonstruovaná uhelná kotelna s novým kotlem na dřevní odpad.
1/ Původní rozvody otopné vody zachovány, nezvyšují cenu investice.
Ostatní kotelny nové, včetně rozvodů a předávacích stanic.
2/ Podle některých podkladů až 36 mil.Kč.
3/ Kotel od zahraničního dodavatele!
centrálních kotelen je omezován vysokými náklady na
rozvody ( 5000 až 7000 Kč/bm) a proto se hodí jen tam,
kde je soustředěná výstavba a zajištěný trvalý vysoký
odběr tepla. Přijatelný je i systém několika menších
“blokových“ kotelen v obci s krátkým napojením na
okolní domy, doplněný kotly v individuální, v rozptýlené
zástavbě.
Stručné hodnocení údajů z tabulky:
Nápadný rozdíl měrných investic na ideální
(přepočítanou) vytápěnou jednotku (rodinný dům) mezi
rekonstruovanou a novou kotelnou. Neúměrně vysoké
jsou investiční náklady u nových kotelen v přepočtu na
napojený rodinný domek, (případně „vytápěného“
občana). Při tom vnitřní rozvody a radiátory v domě
nejsou započítávány!
S přibližně stejným obslužným komfortem,
podstatně nižší investicí i nižší cenou za jeden dodaný
GJ tepla je možno vytápění domů na venkově řešit
systémem topných biopeletek s měrnou investicí na
jeden domek (za automatické topidlo na pelety
s akumulátorem tepla a zásobníkem pelet) v hodnotě
dnes již za 70 000,- Kč a přibližným nákladem za 6 tun
pelet na roční provoz v hodnotě 18 - 20 000,- Kč.
Přídavná investice na výstavbu peletárny
s kapacitou výroby 5 000 t/rok, zásobující řádově 800
rodinných domů vychází podle hodnoty použitých strojů
a budov na 4,- až 12,- mil. Kč (repasované granulátory
na výrobu tvarovaných krmiv nebo nové stroje).Celkové
náklady na bioteplofikaci obce jsou pak méně než
poloviční než u centrální kotelny s rozvody.
Uvedené údaje nutí minimálně k zamyšlení jak
dál postupovat při využívání různých systémů vytápění
biopalivy na venkově. Peletky jako palivo jsou sice
dražší, ale umožňují nejvyšší pohodlí a jistotu vytápění,
a nízké emise škodlivin v důsledku optimálního
spalování i při značném rozsahu regulace výkonu.
Spalování polenového dřeva (polínek) je sice levnější,
ale vyžaduje hodně ruční práce, kterou už každý
nemůže vykonávat, nebo nemá vlastní zdroje (les).
Brikety se spokojí s levnějšími topidly, ale je s nimi ještě
dost práce. Emise při regulaci výkonu „polínkových“
3
kotlů jsou podstatně horší a skladování minimálně 35 m
polenového dřeva kolem domu (pokud není k dispozici
prázdná stodola) není nejvhodnější ani nejhezčí. Dřevní
štěpka se pro svou nestandardnost a jiné nepraktické
důvody (skladování,sušení) pro kotle s malými tepelnými
výkony většinou nehodí. Rozvoj systémů venkovských
4.Technické a ekonomické aspekty výroby
dřevních peletek
Na rozdíl od výroby dřevní štěpky, při které se
vystačí s jednou soupravou – traktor a štěpkovačka,
nebo výroby polínkového paliva, kde se vystačí
s okružní pilou a sekerou, či sklizně palivové slámy, kde
se používá traktor se sběracím lisem a příslušným
dopravním prostředkem, je výroba peletek vázána na
celou výrobní linku v hale s vysokými technickými a
finančními nároky, která navazuje kromě toho na výrobu
suroviny na pilách a truhlářských závodech. To vedlo
dříve ke všeobecnému názoru, že peletky jsou zcela
okrajovou, módní záležitostí a že pokud se budou
biopaliva zpracovávat do standardních forem, bude
převažovat polínko, štěpka a v nejlepším případě
briketa. Tento názor se radikálně změnil a ukázalo se,
že
kulturnost vytápění na úrovni spalování
ušlechtilých fosilních paliv může zajistit jen drobná,
nenápadná peletka – třeba zatím i dražší než ostatní
formy fytopaliv.
Technologie výroby dřevních peletek
Surovinou pro výrobu peletek je většinou čistá,
homogenní dřevní hmota ve formě pilin s minimem
dřevního prachu, který zhoršuje pevnost pelet. Optimální
rozměry pilin jsou 2 až 3 mm. Obsah vody v surovině by
se měl pohybovat v rozmezí 10-15 %, tzn., že většinou
se musí piliny od katru, které mají kolem 45 % vody,
sušit. Proto ve velké výhodě jsou velké dřevozpracující
podniky s truhlářskou výrobou, které do peletek
zpracovávají suché piliny.
43
Vlhké piliny se zpravidla suší v bubnových
sušárnách přímo spalinami, ale v poslední době
zahraniční zákazníci vyžadují sušení ohřátým
vzduchem, (přes výměník) a to ještě s teplotami do
o
160 C, aby nedocházelo k úniku spalitelných těkavých
látek, ale odstranila se jen přebytečná voda. Potom také
nedochází k náhodnému připalování nebo dokonce
k zahoření sušárny, ale sušící zařízení je o investici do
výměníku nákladnější. Výkonnost sušícího zařízení je
zpravidla o něco větší než výkonnost hlavního
peletovacího stroje, ale nerovnoměrnost výkonů
vyrovnává chladící
mezizásobník suché suroviny.
S ohledem na stupeň technické dokonalosti je spotřeba
tepla na odpar 4 až 5 MJ/ kg vody a podle obsahu vody
vstupní suroviny do sušárny se stanoví potřeba paliva
pro ohřev sušícího vzduchu. To odpovídá spotřebě asi
0,5 kg odpadového dřeva, nebo 0,12 kg LTO/ kg
odpařené vody. U suchých pilin nebo hoblin stébelnin
sušení odpadá. (Úspora nákladů o cca 600 Kč/t peletek).
Do výrobního procesu většinou nepřichází
surovina v optimálním tvaru, ale jako směs pilin, hoblin,
kousků dřeva a proto je ji třeba před vlastní peletizací
homogenizovat, upravit částice na vhodnou velikost. To
se zajišťuje výkonným kladívkovým drtičem před
peletizátorem, (protlačovacím, matricovým lisem). Jen
vyjímečně se drtič vynechává a nahrazuje třidičem.
Příkon drtiče je několik desítek kW a svou spotřebou se
přibližuje spotřebě peletizátoru - lisu. Pokud
technologický stav suroviny dovoluje homogenizátor
vynechat, docílí se značných úspor investičních i
provozních nákladů. Při dostatku suché suroviny
postačuje k její úpravě jen vhodná soustava sít.
Hlavním strojem výrobní linky peletek je
protlačovací, matricový lis. Vyrábí se v několika
konstrukčních provedeních, jako talířový, plochý nebo
prstencový. Protlačovací matrice je vyrobena
z ušlechtilé oceli, je opatřena soustavou otvorů
potřebného průřezu a nad ní v přesně stanovené
nepatrné vzdálenosti se při jejím otáčení odvalují
přítlačné rolny, které zpracovávaný materiál protlačují
otvory matrice. Při tom vzniká značné teplo, uvolňující a
změkčující lignin obsažený v surovině. Ten je, spolu
s přídavným organickým pojivem, např. kukuřičnou
moukou, hlavní zárukou pevnosti peletek.
Před
přestupem do prostoru matrice a rolen se surovina
poněkud povrchově
navlhčuje nebo dokonce u
stébelnin propařuje, aby peletizace snáze probíhala.
Nově se zkouší i jiné systémy, např. dvojice ozubených
kol, kde surovina protlačuje do dutiny mezi zuby.
Výroba je levnější, ale peletky jsou nestandardní.
Chlazení peletek po výstupu z peletizátoru je
zásadní nezbytností. Teprve po šetrném schlazení
peletka dostává potřebnou pevnost a trvanlivost, neboť
zatuhne lignin a pojivo. Použitý chladič musí mít
odpovídající výkonnost, musí zajišťovat plynulý průtok
značného množství materiálu bez toho, aby ještě málo
pevné peletky poškozoval. Proto chladič patří nejen
k objemově největším zařízením výrobní linky, ale bývá
také po sušárně, drtiči a peletizátoru nejnákladnější. Tok
vyrobených peletek směřuje buď přímo do expediční
váhy nebo do koncového zásobníku. Všechny výrobní
prvky peletárny propojuje soustava horizontálních a
vertikálních
dopravníků
mechanických
nebo
vzduchotlakových. U vzduchotlakových je nezbytné
použití
rotačních uzávěrů –turniketů. K dopravním
systémům se zařazuje odlučovač prachu a před
expedicí je ještě zařazeno vibrační ploché nebo rotační
síto, které z finálního výrobku odstraňuje prach a zlomky
pelet. Z uvedeného přehledu technologie vyplývá, o jak
složitý výrobní systém se jedná, který musí být
v provozu neustále sledován, k čemuž slouží řada
teplotních a hmotnostních čidel a operační počitač.
Neopominutelné jsou elektrorozvody, vodovod a další
příslušenství provozu.
Orientační přehled technických zařízení peletárny:
Příjem a sušení suroviny:
Skladovací a provozní hala , 60 x 16 (18) x 10 m
Přihrnovací šnekový dopravník suroviny, (délka 6 m)
Vynášecí, šikmý dopravník suroviny k sušárně
Oddělovací, kalibrační síto (podle potřeby a stavu
suroviny)
Šnekový, dávkovací dopravník suroviny do sušárny
Rotační buben sušárny
Topeniště, hořák, dohořívací komora
Odtahový ventilátor sušárny
Oddělovací
cyklon
suroviny
za
sušárnou
s turniketem
Dopravník suché suroviny ke kondicionéru nebo
drtiči
Odlučovač prachu před komínem
Výměník tepla z chladiče a sušárny – ekonomizér a
komín
Peletování:
Drtič suroviny přicházející v suchém stavu ze
„suché výroby“, (podle potřeby)
Zásobník suché suroviny
Kondicionér, zvlhčovač, napařovač se zdrojem
media
Dávkovací šnekový dopravník suroviny do
peletizátoru
Peletovací lis s elektromotorem (40 až 90 kW) a
výměnnou matricí a příslušenstvím
Protiproudý chladič vyrobených pelet s ventilátorem
a turniketem
Dopravníky vertikální a horizontální, síto oddělovače
prachu a zlomků
Zásobník ochlazených pelet s dávkovačem a
expediční váhou expediční obaly
Ovládací a regulační systém, rekuperátory tepla a
elektrorozvody
Mobilní manipulátor se surovinou na příjmu a v
expedici
V cenové úrovni představuje investiční náklad na
novou soustavu provozní budovy a strojního zařízení
s příslušenstvím bezmála 14 milionů korun pro
výkonnost kolem l tuny peletek za hodinu, tj. kolem 5
000 tun peletek za rok. Při dalším zvyšování kapacity
se zvyšují náklady jen na přídavné zařízení spojené se
zdvojením části s peletovacími lisy, hala a sušárna
postačují i vyšším nárokům. Reálné investiční náklady
projektu peletárny závisí na tom, zda se provoz buduje
jako zcela nový „na zelené louce“, nebo zda se využívá
staršího vhodného objektu a starších, repasovaných
zařízení nebo levnějších tuzemských strojů místo
zahraničních. Uvedené investice je možno pak snížit na
méně než polovinu, to má pak vliv i na nižší výrobní
náklady.
44
Při
nákladech
síly( bez
nákladová
běžných odpisových a úrokových sazbách,
na opravy a údržbu, nákladech na pracovní
nákladu na surovinu) vychází provozně
kalkulace peletovací linky:
Na nezbytnou dopravu do obchodní sítě a
spotřebiteli a na obchodní přirážku nezbývá prakticky
nic, protože cena dosažená v ČR v roce 2000 včetně
dopravy ke kotli spotřebitele dosahovala maximálně 3
200,- Kč/t a většinou se pohybovala kolem 2 500,- Kč/t.
Stejnou výkupní cenu nabízejí i zahraniční odběratelé (l
000 ATS/t). Je jasné, že potenciální investor musí
hledat investiční i provozní úspory, má-li reálně
uvažovat o zavedení výroby dřevních peletek.
Roční odpis…………
421 546,- Kč
Roční úroky………… 210 773,- Kč
Opravy a údržba…… .210 773,- Kč
Elektřina…………
2 000 000,- Kč
Mzda a pojištění…
575 400,- Kč
Celkem………… 3 418 492,- Kč
V přepočtu na 1 vyrobenou tunu peletek vychází
měrný náklad jen na linku peletizace, bez dalších
nákladů na surovinu, sušení a halu na 684,-Kč a to ještě
za předpokladu trvalého třísměnného provozu. Náklad
na surovinu pro 5 000 tun peletek činí dalších 6,6 mil.
Kč, včetně sušení a nákladů na sušárnu potom 7,9 mil.
Kč ročně, což v přepočtu na l tunu představuje 1 657,Kč, což je 64,5 % všech přímých výrobních nákladů.
Jejich celkovou strukturu včetně nákladů na surovinu a
odpisy budov uvádí tabulka 11.
Peletovací zařízení pro výrobu dřevních pelet
v sestavě hlavních strojů:
kladívkový šrotovník, navlhčovací zásobník
suroviny, peletovací lis, chladič a zásobník pelet
s expedicí. Výrobce CPM v USA a v Holandsku,
dodavatel JOKO Praha.
5. Postupy při rozhodování o využívání fytopaliv
pro vytápění
a) Výběr vytápěného objektu
Vedle obecně platných faktů, jako je nutnost
náhrady fosilních paliv a skutečnosti, že do daného
místa nebude v dohledné době zaveden zemní plyn, je
prvním a rozhodujícím předpokladem úspěchu akce
bioteplofikace volba určitého objektu, domu, skupiny
domů, obce podle jejich vhodnosti pro tuto změnu
z hlediska technické nezbytnosti výměny celého
systému vytápění s ohledem opotřebení, havárii,
stavební přestavby, nové výstavby, změny užívání,
změny výroby. Podle auditorských zásad se pak
kontroluje energetická náročnost staveb, zvažují se i
stavební dispozice pro umístění kotlů, zásobníky a
dopravu paliv (polínka, štěpka, pelety, brikety, balíky
slámy atd.)
Tabulka 11. Přímé výrobní náklady dřevních
peletek vyráběných v novém
provozu
se
zahraničními
stroji
s výkonem 5000 t/rok.
Skupina
nákladů
Celkem Kč / rok
Kč/tunu
%
Odpisy celkem
1,081 0 96,-
216,22
8,4
Úroky celkem
540 548,-
108,11
4,2
Opravy,údržba
639 500,-
127,90
5,0
6,601 000,-
1 320,20
51,4
1,726 200,-
354,24
13,5
Elektrická
energie
2,250 000,-
450,00
17,5
Celkem
12,838 344,-
Surovina,
palivo, piliny
Mzdy
pojištění
a
2 567,7
b) Palivo
Následuje průzkum místních zdrojů a bilance
množství všech druhů a forem biopaliv dosažitelných z
dopravně- ekonomicky vhodné vzdálenosti, které budou
k dispozici zejména s ohledem na fyzikálně-mechanické
vlastnosti, výhřevnost, termíny dodávek, způsoby
zpracování a sušení, (palivové dřevo, těžební a
zpracovatelské zbytky, brikety, pelety, sláma-balíky).
100,-
Při běžných 20 % správní režie se výrobní cena zvyšuje
na 3 081,2 Kč/t.
Při 5 % DPH se výrobní cena zvyšuje na 3 235,2 Kč/t.
c) Funkce profesionálních poradců, auditorů,
projektantů a dodavatelů
Spolehlivě, zodpovědně a na patřičné úrovni
mohou studie a projekty vytápění biopalivy zpracovat jen
osvědčení profesionálové s dostatečnou zkušeností,
kteří se mohou prokázat realizovanými úspěšnými
akcemi, stejně tak dodavatelé zařízení. Nepodceňovat,
ale
plně využívat informace ze stránek odborných
institucí na Internetu.
d) Informovanost a osvěta funkcionářů i
občanů
Zejména u záměrů, týkajících se celého
souboru budov, více podniků a institucí nebo obce je
nezbytné dlouhodobě uskutečňovat řadu osvětových,
vysvětlovacích akcí počínaje vyššími politickými a
správními činiteli, přes místní podnikatele a konče
posledním občanem. Teprve, když jsou všichni
přesvědčeni o účelnosti projektu, se dílo podaří.
45
e)Volba optimálního systému vytápění
Orientační studie týkající se jednotlivého bytu,
domu, skupiny domů, podniků a zvláště obce musí
jednoznačně stanovit výhodnost systému centrálního
nebo individuálního systému vytápění biopalivy nebo
stupeň kombinace těchto dvou základních systémů,
(střed obce se vytápí centrálně, ostatní zástavba
individuálně).
Volba optimálního tepelného zařízení vyžaduje
znát podrobné charakteristiky jednotlivých typů kotlů
z hlediska požadavků na palivo, obsluhu, účinnost
spalování a využití tepla, regulaci výkonu, emise a jejich
ekonomických
parametrů, jako je cena, životnost,
náklady na přídavnou energii, údržbu, obsluhu. Dobrým
kriteriem je počet dosud prodaných výrobků, zejména do
zahraničí a atest zkušebny.
specializovanou firmou, která má kotelnu
v nájmu a na starosti zpravidla i více kotelen a
odběratelům pouze měří a vyúčtovává odběr tepla.
g) Propagace realizovaného projektu vytápění
biopalivy
Investiční náklady na zavedení nových způsobů
vytápění domů, čtvrti, podniku, obce biopalivy se zaplatí
a projeví ve finančních úsporách, lepším životním
prostředí, využití místních zdrojů paliv, vyšší
zaměstnaností, vyšším pohodlím občanů. Je však
nezbytné o tom informovat občany i širší veřejnost.
V cizině se vydávají informativní brožůrky, TV programy,
organizují se exkurze. Jedná se vlastně i o vizitku
práce místní samosprávy.
5.Závěr:
Bez obavy lze přijmout tezi, že další rozvoj
využívání biopaliv všech forem je nepochybný a že
vzniká velký prostor pro různé směry podnikání
počínaje oblastí paliv, jejich „pěstování“, výroby a
distribuce, přes výrobu kotlů a dalších tepelných zařízení
až projektování a provozování teplo dodávajících
institucí. Svůj prostor si udrží i věda a výzkum, protože
přeci jenom ještě všechno o biopalivech a emisích
z jejich spalování
f)Spolehlivá a obeznalá obsluha
Jakékoliv sebelepší technické zařízení bez
řádné obsluhy řádně nefunguje. Nejen u velkých kotlů,
ale i u individuálního vytápění etážovými kamny nebo
domovními kotly se dnes zavádí přímé kontrolní spojení
na servisní službu nebo na dodavatele či výrobce.
U větších kotelen se zajišťuje obsluha dvojím
způsobem:
spolehlivými
zaměstnanci
majitele,
provozovatele kotelny, kteří kromě obsluhy kotelny se
starají o dodávky paliva a vyúčtování tepla odběratelům,
Kontaktní adresa
Ing. Václav Sladký, CSc.
Výzkumný ústav zemědělské techniky
Drnovská 507, 161 01 Praha 6 – Ruzyně
Tel.: 233022 275, Fax: 233312507, E-mail: [email protected]
46
Návrh náhrady hnědouhelného kotle v kotelně 2 x 300 kW
David Andert,
Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha
Úvod:
V České republice je v provozu přes 10 000 středních
kotlů (výkonové třídě 200 –5000 kW) spalujících uhlí.
Jsou to kotle zastaralé konstrukce pracující se špatnými
emisními parametry a s nízkou účinností.
Zákonem stanovené emisní limity kotlů na pevná paliva
o středním výkonu prošly v posledních deseti letech
velkým vývojem. Na začátku 90. let byly přijaty přísné
emisní limity (hlavně na CO a emise tuhých látek), které
odsuzovali prakticky všechny kotle na pevná paliva
k likvidaci do roku 1998. Podle původního zákona
309/91 měly být v podstatě všechny uhelné kotle do
konce roku 1998 nahrazeny novými kotli, které by
splňovaly emisní limity. Nejspíš protože by to byla
finančně náročná akce a v ČR byl schválen pouze jeden
typ kotle splňující tyto přísné emisní limity, byla v roce
1997 přijata zákonná novelizace emisních limitů, která
limit na CO pro výkony 200-1000 kW úplně zrušila.
V roce 2002 byla přijata další novela,která zase zavedla
limit na emise CO, ale ne tak přísný jako původní zákon
z roku 1991. Protože tento limit je měkčí než v jiných
zemích EU, lze předpokládat jeho další brzké zpřísnění.
Velká část kotelen je vybavena litinovými kotli Viadrus
VSB IV. Na konkrétním příkladu kotelny LIPRA a.s. chci
ukázat možnosti její přestavby. Jedná se o areál
bývalého Společného podniku pro chov prasat nyní
Lipra.
Kotelna - Současný stav
Nyní je kotelna vybavena dvěma litinovými kotli typu
Viadrus VSB IV. Kotle jsou provozovány v teplovodním
režimu s otopem hnědým uhlím. Jejich jednotkový
tepelný výkon je 307 kW. Jednotlivé vytápěné objekty
jsou ke kotelně připojeny topnými kanály. Na základě
propočtů teoretické roční spotřeby paliva a její porovnání
se skutečnou spotřebou v letech 1999-2001 lze usoudit,
že instalovaný příkon tepelných spotřebičů odpovídá
projektu a jeden kotel jej pokryje přibližně ze 70 % .
S ohledem na stáří stávajících rozvodů topení lze
předpokládat, že je bude možné provozovat ještě 10 let
bez velkých nákladů na opravy. Proto byly zpracovány
pouze úprava kotelny pro splnění emisních limitů.
Pro úpravu kotelny se naskýtá více možností.
A) Ponechání stávajícího stavu
B) Úprava stávajících kotlů VSB IV na spalování
kapalného plynu nebo LTO a osazení kotle hořákem
splňujícím emisní limity
C) Výměna stávajících kotlů za kotle na spalování
kapalného plynu nebo LTO
D) Výměna stávajících kotlů za automatické kotle na
spalování hnědého uhlí.
E) Výměna stávajících kotlů za kotle na spalování
dřevní štěpky.
F) Výměna stávajících kotlů za kotle na spalování
slámy.
Výpočet roční spotřeby paliva na vytápění
Výchozí údaje :
o
- výpočtová venkovní teplota
te= -15 C
- výpočtová vnitřní teplota
ti= 15 oC
- průměrná teplota v topném období tes= 3,1 oC
o
- počet dnů v roce s teplotou nižší než 12 C, d = 235
dnů
Teoretická roční spotřeba tepla pro vytápění:
Wt = 3,6 . e . Qo . 24 . d . ( ti - tes ) : 1000 : ( ti - te ) = 2
846 GJ
kde e = 0,80 - součinitel nesoučasnosti tepelné ztráty
infitrací na zmenšení spotřeby tepla
Skutečná roční spotřeba tepla pro vytápění
Ws = Wt / ηk / ηr /η = 4 903 GJ
kde
ηk = 0,65 účinnost kotle
ηr = 0,97 účinnost rozvodů
ηo = 0,96 účinnost obsluhy kotle
Z dále
uvedených tabulek vyplývá, že investiční
náročnost
přestavby
je
nejnižší
u
kotelny
s hnědouhelnými automatickými kotli Carborobot či
Varimatik. Přestavba kotelny na LTO či Propan či
Propan -Butan je více než dvakrát dražší. Je to hlavně
způsobenou vyšší cenou kotlů, i když připravovaný
litinový kotel fy Dakon by měl stát přibližně stejně jako
uhelný kotel Carborobot. Dále to jsou náklady spojené
se stavbou úložiště paliva a jeho rozvodů. Při použití
čistého Propanu jako paliva odpadá vypařovací stanice,
ale je nutné instalovat skoro dvojnásobnou kapacitu
zásobníků. U uhelných kotlů je počítáno s využitím
stávající uhelny a stávajícího způsobu zauhlování.
Cena přestavby kotelny dle podkladů dodavatelských
firem
Kotelna na hnědé uhlí s kotli Carborobot či
Varimatik
kotel 2 x PV 300
595 Kč
Stěhování, montáž, komín, projekt,
120 Kč
demontáž
rezerva 30% ( úprava uhlovny a pod.)
200 Kč
Celkem
900 Kč
Kotelna s kotli na Propan-butan
tj. kotle 2x300 kW, zásobníky 2x5t , rozvody
kotel 2x 300 kw
zásobníky 3x5m3
vypařovací stanice
další práce, projekt
Celkem
800
150
200
500
Kč
Kč
Kč
Kč
2 200 Kč
Kotelna s kotli na Propan
tj. kotle 2x300 kW, zásobníky 2x5t , rozvody bez
vypařovací stanice
Celkem
2 000 Kč
tj. kotel 600 kW, rozdružování balíku, příruční slad,
úprava rozvodů, odkouření
Kotelna s kotli na LTO
tj. kotle 2x300 kW, zásobníky 3x2m3,
rozvody, olejové hospodářství, projekt
z toho kotle 2 x 300 kW
Celkem
Celkem
2 300 Kč
Kotelna s kotli na štěpku
tj. kotle 2x300 kW, zásobník, podávací stůl, úprava
rozvodů, odkouření
Celkem
2 100 Kč
900 Kč
1 800 Kč
Kotelna s kotlem na slámu
Do porovnání jsou zahrnuty všechny varianty. Zde
vychází automatický hnědouhelný kotel rovněž nejlépe i
ve srovnání s variantou zachování současného stavu.
Při spalování štěpky či dřeva nízké náklady na palivo,
ale složitější kotle jsou investičně a provozně dražší. U
spalování slámy je uvažováno pouze s jedním kotlem,
protože slaměné kotle s malým výkonem jsou obtížně
regulovatelné.
Tabulka ročních spotřeb a nákladů u různých paliv v LIPRA A.S.
Cena včetně
dopravy
Cena za 1 Roční náklady na
Cena za 1 Účinnost
výroby
GJ za kotlem
palivo
GJ v palivu
-1
[Kč.GJ-1]
[Kč.GJ ] tepla [%]
[Kč]
Lesní štěpka W 60%
0,6 Kč/kg
65
65
100
340
Štěpka W 30 %
0,7 Kč/kg
57
75
76
259
Peletky
3 Kč/kg
176
80
221
749
Sláma
0,7 Kč/kg
48
75
64
219
Hnědé uhlí CARBOROBOT
1,4 Kč/kg
85
80
106
360
Hnědé uhlí stávají kotel
1,3 Kč/kg
79
58
136
461
Černé uhlí
2,8 Kč/kg
100
68
147
499
4 Kč/kg
143
69
207
703
Koks
3
179
85
211
715
Propan
22 Kč/kg
461
88
524
1779
Propan-butan
19 Kč/kg
410
88
466
1583
LTO
10 Kč/kg
239
80
299
1015
278
98
283
962
Zemní plyn
El. pro přímotop
.
Obr. 1: Řez původní kotelnou
6 Kč/m
1 Kč/kWh
Obr. 9: Řez upravenou kotelnou
Porovnání ročních provozních nákladů
Náklady v tis Kč
Stávající
stav
Hnědé uhlí
moderní kotel
Kotel na
propan
Kotel na
P-B
Kotel na
LTO
Kotel na
štěpku
Kotel na
slámu
Palivo
461
334
1779
1583
1015
259
219
Obsluha
200
100
50
50
50
100
200
Odpisy
0
75
167
183
192
150
175
Opravy
100
81
110
100
115
270
357
Celkem
761
590
2096
1926
1372
779
951
Roční náklady
bez odpisů
761
515
1929
1743
1180
629
776
0
900
2000
2200
2300
1800
2100
Investiční náklady
Princip automatických uhelných kotlů
Automaticky řízené kotle CARBOROBOT a VARIMATIK
se od klasických odhořívajících kotlů odlišují principem
spalování paliva na válcovém pohyblivém roštu. Do
roštu je spalinovým ventilátorem nasáván okolní vzduch.
Přenos tepla do topného média probíhá ve spalinovém
výměníku. Provoz kotle je řízen teplotním regulátorem,
na kterém je možno nastavit požadovanou výstupní
teplotu. Po dosažení požadované teploty výstupní vody
vypne regulátor ventilátor a pohon roštu.
Tím dojde k utlumení plamene hořícího paliva a kotel je
odstaven do pohotovostního stavu na nulový výkon. V
pohotovostním stavu může setrvat až po dobu 24 hodin.
Toto se děje i pokud dojde k výpadku elektrického
proudu. Při poklesu teploty topné vody v kotli dochází k
opětovnému sepnutí pohonu roštu i ventilátoru. Tím
dojde k rozdmýchání plamene na roštu a kotel začne
znovu ohřívat topnou vodu.
Závěr
Na příkladu jedné kotelny, která je běžná jak
v zemědělských provozech tak u škol, obcí či nemocnic
jsem chtěl ukázat jak složité je rozhodování o způsobu
vytápění a jak těžká je pozice při snaze o využití
biopaliv.
E-mail:
Tel.:
233022
[email protected]
225,
Fax:
233312507
Kontaktní
adresa
Ing.
Výzkumný
Drnovská
David
507,
Andert,
ústav
161
zemědělské
CSc.
01 Praha
6techniky
– Ruzyně
50
Spalování biomasy s přídavkem uhlí
David Andert, VÚZT Praha
Jana Andertová, VSCHT Praha
Emise SO2 byla v porovnání se spalováním
samotného uhlí podstatně nižší.
Přes zvýšení teploty ve spalovací komoře nebyla
zaznamenána zvýšená emise NOx, naopak bylo
zjištěno mírné snížení.
Popelová bilance vykázala podstatně vyšší
zachycování popela v ohništi.
Obr. 1: Vliv obsahu slámy na emise
2500
2000
mg.m-3
Úvod
V České republice pracují desetitisíce kotlů
určených pro spalování hnědého uhlí a na druhé straně
též okolo 40 tisíc kotlů na dřevo. Pro rozšíření možnosti
použití různých druhů paliv bez negativního vlivu na
životní prostředí byly přistoupeno ke spalovacím
zkouškám směsných paliv (biomasa - uhlí) v obou
typech kotlů. Naše pokusy jsou zaměřeny dvěma směry
a to v uhelných kotlích spalovat uhlí s přídavkem
biomasy a na druhé straně v kotlích na dřevo spalovat
biomasu s přídavkem uhlí.
Důvody pro jsou:
podpora využití obnovitelných zdrojů energie
úprav obsahu škodlivin v palivu , hlavně
snížení obsahu síry
standardizace výhřevnosti paliva
umožnit uživateli přejit na jiný druh paliva
Protože biomasa má velmi nízký obsah síry,
organického dusíku a popela, lze očekávat při jejím
spoluspalování s uhlím snížení emisí jak plynných tak
pevných škodlivin. Vysoký obsah prchavé hořlaviny ve
slámě spolu s nízkou popelnatostí podstatně přispěje
ke snížení ztráty mechanickým nedopalem - tuhých
zbytků spalování, takže vedle snížení emisí lze
očekávat i zvýšení celkové účinnosti spalovacího
procesu.
1500
CO
1000
SO2
500
NOx
0
37%
Vyhodnocení spalovacích zkoušek
16%
Tepelný podíl slámy
Zkoušky na malém hnědouhelném kotli
Zkoušky byly provedeny na kotly s tepelným
výkonem 80 kW určeném pro spalování hnědého uhlí a
s úpravou na přidávání biomasy. Během měření byly
provedeny při spalování směsi hnědého uhlí s dřevěnou
štěpkou a dřevěné štěpky tři gravimetrická měření úletu
tuhých znečišťujících látek a šestihodinové kontinuální
měření plynných emisí. Dále byly provedeny tři
manuální odběry vzorku spalin pro stanovení
koncentrace organických sloučenin.Všechna měření
byla provedena při běžném (ustáleném) provozu kotle.
Spaliny jsou z kotle odtahovány ventilátorem přes
cyklónový odlučovač do komína.
Zkouška na velkém hnědouhelném kotli
První spalovací zkoušky byly provedeny u kotle s
fluidním reaktorem a tepelným výkonem 1 MW. Jako
palivo bylo používáno mostecké uhlí aditivované a
pšeničná sláma.
Vliv současného spalování slámy a uhlí lze
hodnotit klaně ze všech hledisek.
Podstatně klesla celková popelnatost v palivové
směsi oproti popelnatosti samotného uhlí. Toto se
příznivě projevuje v celkovém snížení tuhých zbytků
spalování.
Celková účinnost spalování vzrostla o 1,5
procentních bodů.
Tab.1: Koncentrace škodlivin ve spalinách při spalování dřevěných štěpek a směsi s uhlím
Palivo
Směs 1:1
hnědé uhlí+stěpka
Štěpka
-3
(mg.m )
-3
(mg.m )
Tuhé látky
50
124
Oxid siřičitý
456
2
Emise
0%
Oxidy dusíku vyj. jako NO2
283
307
Oxid uhelnatý
728
1193
Organické sloučeniny vyj. jako C
1,3
4,0
Koncentrace jsou uvedeny v suchých spalinách za normálního stavu a po přepočtu na 11% O2.
51
Zkoušky na kotli pro spalování dřeva
Spalné zkoušky byly prováděny v pyrolýzních kotlích na spalování kusového dřeva o tepelném výkonu 40 kW..
Při spalování byly spalovány
slaměné brikety,
slaměné brikety s přídavkem 13 % uhlí
slaměné brikety s přídavkem 28 % uhlí
kusové dřevo
Concentration [mg/m³] for 3 % O2
Jako příklad uvádím průběh spalování slámy.
12000
30
10000
25
8000
20
CO2 [ % ]
6000
15
4000
10
O2 [ % ]
2000
5
NOx [mg/m³]
CO [mg/m³]
0
11:45:36
0
12:00:00
12:14:24
12:28:48
12:43:12
12:57:36
13:12:00
13:26:24
13:40:48
Time
zvýšení energetického obsahu paliva a následně
v prodloužení fáze ustáleného zplyňování při příznivých
emisních parametrech. Vliv na tepelný výkon nebyl při
předběžných měřeních zatím pozorován a bude
následně mu bude věnována pozornost.
Závěr
Závěrem lze konstatovat, že podíl slámy při
současném spalování uhlí může být i vyšší.
Protože biopaliva mají obecně nižší energetickou
hustotu než fosilní paliva, je snaha zvýšit energetickou
hustotu biopaliva. Proto byla přistoupeno ke zkušební
výrobě briket ze směsy sláma + hnědé uhlí.
Tento příspěvek vznikl na základě řešení úkolu
NAZV QD 1209 „Technologické systémy pro využití
biopaliv z energetických plodin“.
Spalování slaměných briket s přídavkem uhlí
v kotlích na dřevo se rovněž projevilo příznivě hlavně ve
Kontaktní adresa:
Ing. David ANDERT,CSc.
Výzkumný ústav zemědělské techniky
Drnovská 507
CZ-161 00 Praha 6
Tel.: 233322225 , Fax: 233312507
E mail: [email protected]
52
Zpracování zbytkové biomasy kompostováním - technika pro
kontrolované mikrobiální kompostování
Ing. Petr Plíva,CSc.
Jan Habart
Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha
Česká Zemědělská Univerzita v Praze
o průměru ok 50 mm a nadsítná frakce obsahující
nerozloženou dřevní štěpku se použije jako startovací
materiál do nově zakládaného kompostu.
Při kompostování na zakládkách je možno
k homogenizaci, aeračním překopávkám i k expedici
použít nakladačů s čelní lžící (min. 1 m3).
Antotace:
Mikrobiální řízené kompostování je jednou
z možností, jak výrazně snížit nepříznivý vliv organické
zbytkové biomasy na životní prostředí. Proces
mikrobiálního řízeného kompostování je však hlavně
v první části procesu provázen vznikem zátěžových a
skleníkových plynů. Snížení vývoje těchto plynů dává
předpoklad k širšímu rozšíření této technologie.
Nakladače nám alternují specializované překopávače
kompostu. Vyhovující frézové mechanizmy jsou pouze
stroje z dovozu a pro naše poměry jsou neúměrně
drahé. Domácí překopávače jsou schopny překopávat
kompostové zakládky do výšky 1,5 – 2,0 m, což je dle
ČSN 465735 „Průmyslové komposty“ (vydána 06. 1991)
nedostatečná výška zakládky.
Další nezbytnou mechanizací na kompostárně je
drtič nebo štěpkovač a rotační síto.
Ekonomicky efektivní kompostárny je třeba
organizovat tak, aby bylo vždy několik kompostáren
obsluhováno mechanizační mobilní linkou (drtič,
překopávač, rotační síto). Tak se sníží pořizovací
náklady a především odpisy.
1. Úvod
Na základě zcela nových podmínek v odpadovém
hospodářství bude nutno v nejbližší době urychleně
uvést do provozu nové kapacity kompostáren. Uvažuje
se s vybudováním řady nových, velkých kompostáren s
individuální roční kapacitou okolo 20 000 tun, které
však nepokryjí zpracování veškerého naplánovaného
množství zbytkové biomasy kompostováním, takže
bude nutné zbývající potřebnou
kapacitu pokrýt
menšími kompostárnami a kompostovišti s roční
-1
individuální kapacitou zpracování od 1 – 10 000 t.r ,
doplněnou domácím a komunálním kompostováním.
c)
Kompostárny
využívající
technologii
kompostování na tzv. malých hromadách
Do této kategorie patří kompostárny využívající
kompostování na tzv. malých hromadách, tato
technologie umožňuje kompostovat zbytkovou biomasu
na volné ploše v místě jejího vzniku a lze využívat
mechanizaci, jejíž výkon u energetického prostředku
v lince s připojitelným
nářadím či výkon pohonné
jednotky
jednoúčelového
stroje
se
pohybuje
v hodnotách celkového výkonu okolo 35kW.
Protože kompost, vyrobený touto technologií, nelze
dle ČSN 465735 „Průmyslové komposty“ zařadit do
kategorie „registrovaných kompostů“, byla zpracována
vzorová podniková norma, podle které je možné
komposty na malých hromadách vyrábět. Kompost,
vyrobený podle této normy - faremní kompost, je možné
zaslat na Ústřední kontrolní a zkušební ústav
zemědělský, který po provedených zkouškách umožní
uvést takto vyrobený faremní kompost do běžného
prodeje a ne jako doposud využívat vyrobený produkt
pouze pro vlastní potřebu.
Výhody:
jednoznačně ze všech způsobů má nejmenší
nároky na investiční prostředky a také přiměřené
nároky na velikost kompostovací plochy.
Při dodržování určitých předpokladů umožňuje
zpracování a hygienizaci vstupních surovin jako ostatní
způsoby kompostování (naopak lze předpokládat, že při
kompostování čistírenských kalů bude ještě účinnější,
protože je důležitá dokonalá homogenizace jednotlivých
surovin, což např. nebývá možné u krechtového
kompostování, které nepočítá s překopáváním drahými
zahraničními překopávači či nucenou aerací, ale
alternuje tuto operaci pomocí nakladače s čelní lžící).
Pro zajištění správného vedení kompostovacího
procesu při kontrolovaném mikrobiálním kompostování
a konečném zpracování zbytkové biomasy na kvalitní
kompost lze využívat menší, ale spolehlivé stroje, které
2. Možné technologie kompostování
a)
Kompostárny
využívající
aerovaných
biofermentorů
Pro účel kompostování zbytkové biomasy je
biofermentor jednotkou zabezpečující hygienizaci a
intenzifikaci v první fázi kompostování. Pak následuje
dozrávání kompostu na zakládkách minimálně 28 dnů,
během této doby musí být kompost alespoň jednou
provzdušněn aerační překopávkou.
Velkou předností biofermentorů je zajištění
dokonalé hygienizace, optimální aerace, možnost
minimalizace zápachu použitím biofiltru a zrychlení
stabilizace (přeměny) surovin na produkty s vysokou
sušinou.
Jejím hlavním nedostatkem je skutečnost, že ze
všech způsobů kompostování jde o technologii
investičně nejnáročnější - biofermentovací zařízení je
při současných poplatcích za zpracování odpadů
nadstandardním zařízením, které neúměrně zvyšuje
náklady na kompostování. Takže takovéto zařízení
můžeme doporučit pouze tam, kde není dostatečná
pracovní plocha nebo kde jsou vysoké požadavky na
snížení zápachu či dokonalou hygienizace, např. při
kompostování zbytků masného průmyslu.
b) Krechtové kompostárny (zakládkové)
Jde o vodohospodářsky zabezpečené stavby se
spádovanou nepropustnou kompostovací plochou,
jímkou na splachy a obrubníky k zabránění přívalového
deště. Zhomogenizovaná zakládka o výšce cca 3 m
zraje po dobu 12 týdnů, aerační překopávky se
provádějí zpravidla po 14 dnech po dobu 8 týdnů. Při
dozrávání kompostu stačí kompost již jednou překopat.
Po skončení zrání se kompost rafinuje na rotačním sítu
53
jsou sestaveny do vhodných kompostovacích sestav,
uplatnitelných
zejména
na
kompostovacích
a
recyklačních jednotkách pro zpracovávání zbytkové
biomasy na vlastním pozemku s kapacitou množství
3
zpracovávaných surovin okolo 1000 m ročně.
Za výhodné řešení je možné považovat sestavu,
jejíž základním článkem je jeden mobilní energetický
prostředek, ke kterému je možné jednoduše připojit
univerzální adaptér (drapák a shrnovací lopatu) pro
vrstvení a urovnání hromad, drtič či štěpkovač,
překopávač kompostu, prosévací zařízení, rozmetadlo
vyrobeného kompostu, adaptér pro sbalování a
rozbalování krycí fólie a eventuelně další potřebné
technické prostředky. Výhodou tohoto řešení je
možnost jedním pracovníkem a jedním energetickým
mobilním prostředkem souhrnně obsloužit jednotlivé
technologické operace pro přeměnu zbytkové biomasy
na kompost vysoké kvality.
c) složené kombinací předcházejících dvou variant
Do základního vybavení každé kompostovací linky
by měly patří technické prostředky mechanizace, které
lze rozdělit do následujících skupin strojů:
a) energetický prostředek
b) drtič nebo štěpkovač
c) překopávač kompostu
d) prosévací zařízení
e) ostatní zařízení
3.1 Energetické prostředky
V případě, že je kompostovací linka sestavena
z jednoho
energetického
prostředku
a
sady
připojitelného nářadí, jsou jako energetické zdroje
nejčastěji používány - kolový traktor, nosič nářadí nebo
nakladač (určený pro manipulaci s naváženými
surovinami).
Jestliže je použit traktor nebo nosič nářadí, je
nutné, aby k němu bylo možné připojit čelní nakladač a
byl vybaven superredukční převodovkou, umožňující
volbu plazivých pojezdových rychlostí.
V případě použití nakladače jako energetického
zdroje je nutné posoudit, zda je možné k němu
mechanicky připojit další zařízení a zda nakladač
disponuje dostatečným výkonem. Výhodou nakladače
je, že bývá vybaven hydraulickým pohonem pojezdu a
tím řeší otázku nízké pojezdové rychlosti pro pohon
překopávače.
3. Kompostovací linky
pro kontrolované
mikrobiální kompostování
Při zpracovávání zbytkové biomasy technologií
rychlokompostování je nutné pro splnění správných
podmínek kompostovacího procesu a následné finální
úpravy hotového produktu včetně jeho distribuce
mechanizačně zajistit provedení řady operací.
Pro zajištění jednotlivých operací jsou uplatňovány
technické prostředky mechanizace, které jsou vhodně
poskládány do kompostovací linky:
a) s jedním energetickým zdrojem a řadou
připojitelného nářadí
b) složené z jednoúčelových strojů s vlastním
pohonem
Tab. 1: Výběr z databáze malé mechanizace – Energetické prostředky
TECHNICKÉ ÚDAJE
ENERGETICKÉ PROSTŘEDKY
Rozměry stroje
VÝROBCE
Řada – Typ šířka
délka
výška
(mm)
(mm)
(mm)
AEBI Švýcarsko
Terratrac
1 851
3 283
1 894
TT60
CARRARO Itálie
TTR 4400
1 125
1 900
2 900
HST
GASALONE
TSP 28
1550
3860
1870
Itálie
NOVOTNÝ ČR
BOBEK 761 1 730
2 030
PPS Detva SR
UNC 045
1 290
2 970
1 930
REFORM Rakousko
3004 K
1 665
2 960
1 910
STIGATrans Pr
1295
2595
1950
BELOS
WISCONSIN ČR
FARMÁŘ W
1 240
2 810
2 020
4035
3.2 Drtiče a štěpkovače
Při zpracovávání dřevní hmoty a podobných
vstupních surovin s větší hrubostí je nutno, aby
kompostárna byla vybavena vhodným drtičem nebo
štěpkovačem pro úpravu velikosti vstupní suroviny.
Tyto stroje výrazně zmenšují objem surovin (musí
rozdrtit organické zbytky na malé částice o objemu 5 až
3
50 mm ) tím se vytváří homogenizovaná hmota a
zároveň několikanásobně zvětšují povrch vstupních
surovin
čímž
se
zpřístupní
více
substrátu
mikroorganizmům, takže proces probíhá rychleji.
Hmotnost
(kg)
Objem
Výkon motoru
3
(cm )
(kW)
1 480
34
1 110
28
2800
55
1868
2 850
1 225
35
21,5
29,1
1 496
1 856
1320
33
1 090
21,5
2 197
do průměru 30 až 40 mm, trávy, zbytků zeleniny, květin,
listí apod.) a štěpkovačů (strojů pro zpracování
dřevních zbytků o větších rozměrech, vytvářející štěpky
požadované velikosti) je prováděno podle:
způsobu pohonu,
druhu řezného ústrojí,
druhu podávacího ústrojí
výkonnosti, velikosti a množství zpracovávaných
organických zbytků, způsobu přepravy.
Podle způsobu pohonu rozdělujeme stroje pro
drcení a štěpkování na stroje:
a) s elektromotorem,
Rozdělení drtičů (strojů pro zpracování drobných větví
54
b) spalovacím motorem,
c) připojitelné k energetickému prostředku.
Elektromotory o výkonu 0,8 až 2,2 kW bývají
pohonem menších drtičů a štěpkovačů,. Pro drcení
komunálního odpadu jsou používány elektromotory o
výkonu 3 kW.
Spalovacími motory jsou používány pro drtiče a
štěpkovače s větším výkonem a pro oblasti bez
elektrického proudu. Jsou osazeny spalovacími motory
o výkonu 2,2 až 3,7 kW. Tyto stroje zpracovávají větve
až do průměru 50 mm.
Drtiče a štěpkovače připojitelné k vývodovému
hřídeli malotraktoru jsou schopné zpracovávat větve do
průměru 150 mm a jsou určeny pro těžší práce.
Podle způsobu přepravy se drtiče a štěpkovače
rozdělují na:
a) přenosné,
b) převozné – jednoosé či dvouosé
Přenosné mají většinou elektromotor o výkonu do
1,6 kW. Jejich hmotnost je 25 až 30 kg. Jsou vhodné
pro menší nárazové práce.
Jednoosým podvozkem bývají osazeny větší drtiče
a štěpkovače pro snazší přepravu k hromadě zbytkové
biomasy. Vhodnější jsou podvozky s většími koly.
Na dvouosých podvozcích jsou většinou drtiče a
štěpkovače zapojitelné k malotraktoru nebo nosiči
nářadí
3.3 Překopávače kompostu
Překopávání kompostu je nejdůležitější pracovní
operací
v celém
technologickém
postupu
rychlokompostování
(pomineme-li
technologie,
využívající stacionární nucenou aeraci). Jeho účelem je
provzdušnit kompost a tím dosáhnout optimalizovat
podmínky pro mikrobiální
činnosti.
Z hlediska
dosahované výkonnosti, celkového využití pracovního
času, kvality práce, ale i prostorových nároků na
kompostovací
stanoviště,
jsou
nejvýhodnější
překopávače
pracující
kontinuálně.
Stroje
s přerušovanými pracovním cyklem (nakladače) se
používají pouze jako nouzové řešení a nelze je pro
překopávání malých hromad v žádném případě
doporučit.
Podle druhu řezného ústrojí lze drtiče a štěpkovače
rozdělit na stroje:
a) s řezným ústrojím diskovým,
b) s řezným ústrojím bubnovým.
Diskové řezné ústrojí se vyznačuje tím, že sekací
nože jsou uloženy na setrvačníku v rovině kolmé k ose
otáčení. Nože jsou uloženy radiálně a jejich počet je
v rozmezí od 2 do 7 ks. Průměr setrvačníku je od 720
mm do 2 000 mm.
Bubnové řezné ústrojí je charakterizováno tím, že
nože jsou uloženy na povrchu pláště bubnu rovnoběžně
s osou otáčení. Způsob uložení nožů umožňuje menší
rozměry setrvačníku při relativně větších rozměrech
vstupního prostoru.
Výhodné jsou drtiče kladivové, jelikož materiál drtí
a zároveň narušují jeho strukturu, čím vzniká další
místo pro mikroorganizny.
Požadavky na překopávače kompostu
Požadavky na konstrukční řešení překopávačů
vyplývají zejména z charakteru zpracovávaných surovin
a z objemu produkce kompostu, mezi nejdůležitější
patří:
kvalitní promísení a provzdušnění surovin v celé
výšce překopávaného profilu, nízká pracovní rychlost a
-1
možnost její regulace v rozsahu 0 - 1000 m.h , případně
částečné rozmělnění navezených surovin,
formování překopávaných surovin do hromady
rozměrově určeného profilu, dobrá manévrovatelnost a
pojezdové vlastnosti pro pohyb po pracovní ploše.
Podle druhu podávacího ústrojí rozdělujeme
štěpkovače:
a) s nuceným podáváním materiálu,
b) se samopodávacím efektem,
c) s gravitačním podáváním materiálu.
Nucené podávání materiálu je řešeno zpravidla
soustavou podávacích válců s nuceným pohonem
závislým nebo i nezávislým na otáčkách nožového
setrvačníku; je nejčastějším vybavením pojízdných
štěpkovačů.
Samopodávací efekt je založen na principu
vtahování materiálu působením pohybu nožů při ručním
podávání.
Gravitační podávání je charakteristické pro
průmyslové stacionární stroje.
Rozdělení překopávačů kompostu podle energetického
zdroje:
připojitelné - k traktoru a) nesené
b) návěsné
c) přívěsné
Podle výkonnosti, velikosti lze drtiče a štěpkovače
rozdělit na:
Zahradní (drtiče) – jsou určeny převážně pro
zpracování zahradního odpadu (větve, kořeny, listí).
Jsou přenosné, resp. lze je přemisťovat naklopením na
dvě kola a tažením ručně na určené místo.
Pracují se speciálně tvrzenými noži, které se otáčí
proti pevným dorazům.
Jsou vybaveny násypkou s ochranou proti
zpětnému výletu materiálu. Pro pohon slouží motor
(elektromotor, malý spalovací motor) do výkonu 3 až 6
kW.
Malé štěpkovače jsou charakterizovány tím, že
nemají vlastní podvozek, jsou neseny na traktoru
s výkonem motoru 15 až 40 kW.
Střední štěpkovače jsou konstruovány jako
jednonápravové přívěsy tažené zpravidla traktorem
nebo poháněny motory s výkonem 30 – 100 kW.
Velké štěpkovače jsou používány pouze na
velkokapacitních kompostárnách a jiných provozech.
Jejích výkon se pohybuje nad 100 kW.
- k víceúčelovému nosiči
a) nesené
b) návěsné
samojízdné
a) se spalovacím motorem
b) s elektromotorem
podle výkonnosti:
-1
malé do 200 t . h
střední 200 - 400 t . h-1
-1
velké nad 400 t . h
(do 300 m3 . h-1)
(300 - 600 m3 . h-1)
(nad 600 m3 . h-1)
podle pracovního ústrojí:
rotorové - s přesunem hmoty dozadu
s přesunem hmoty do strany
dopravníkové
55
Překopávač kompostu nesený
Nesený překopávač zpracovává hmotu rotorem
tak, že jí promíchává a sune do strany, kde vytváří
novou hromadu. Umožňuje tak zpracovávat materiál
z více řad či z jedné široké řady do jedné řady bez
požadavku na místo pro průjezd soupravy.
převozitelné a mají velmi snadnou a pohodlnou
obsluhu.
Jejich využití bývá spíše pro lehké a středně těžké
suroviny a tomu odpovídá i pojezdová rychlost, která se
-1
pohybuje v rozmezí 0 až 3 km.h .
Obr 2 Samojízdný překopávač kompostu s adaptérem
na pokládání folií.
Pozn.:
Překopávače kompostu tvoří samostatnou, energeticky
zajímavou kapitolu. Tyto stroje by řada odborníků
neřadila do malé mechanizace, ale vzhledem k tomu,
že celkové výkony při práci samojízdných překopávačů
nebo překopávacích souprav nepřesahuje výkonnostní
hranici malé mechanizace a pro komplexnost popisu
vybavení kompostovacích linek byly do tohoto přehledu
zařazeny.
Obr 1. Připojitelný překopávač s boční frézou
Nesený překopávač kompostu je možné pro jeho
málo stabilní pracovní polohu využívat jen pro lehké
materiály a vyžaduje energetický prostředek s plazivou
-1
rychlostí do 1 km.h .
Překopávače nesené vzadu a vyžadující jízdu
energetického prostředku při překopávání pozpátku, se
někdy označují jako tlačené.
Pokud je k nosnému rámu připevněno podpěrné
kolo, jsou potom takovéto stroje zařazovány do skupiny
překopávačů navěsných.
3.4 Prosévací zařízení
Pro úpravu komppostu při vyšším podílu
nerozložitelných částic je vhodné vybavit kompostovací
linku prosévacím zařízením s odpovídajícím výkonem,
které umožní třídit hotový kompost na dvě a více frakcí
určených k expedici nebo dalšímu zpracování
v kompostovacím procesu.
Z konstrukčního hlediska dělíme prosévací zařízení
na:
a) vibrační prosévací síta (zařízení s rovinným
sítem)
b) rotační třídiče (zařízení s válcovým sítem)
c) rotační rošty (tzv. aktivní rošty)
Vibrační prosévací síta:
Tato síta pracují na principu šikmo uložených
rovinných sít. Výhody:
konstrukční jednoduchost, vysoká životnost, malá
energetická náročnost.
3 -1
Výkonnost: 5 – 15 m .h (závisí na charakteru
prosévané suroviny a na požadované velikosti částic).
Energetické nároky: 0,8 – 1,0 kW.m2
Vibrační síta jsou většinou stacionární, protože
potřebují pevné ukotvení rámu stroje, avšak existují i
vibrační síta mobilní.
Překopávač kompostu přívěsný
Přívěsný překopávač bývá zpravidla tažen za
energetickým prostředkem a pracovní ústrojí (rotor)
překopává kompost na hromadě, podle které
energetický prostředek jede plazivou rychlostí do 1
-1
km.h . Přívěsný překopávač má dobrou stabilitu při
překopávání. Je vhodný pro středně těžké překopávané
suroviny a vyžaduje energetický prostředek s plazivou
rychlostí do 1 km.h-1.
Většina přívěsných překopávačů je vybavena
nádrží, umístěnou na podvozku, která slouží jednak
jako zátěž pro zlepšení pojezdových vlastností, jako
protizávaží při sklápění mostu a jako zásobník pro
zvlhčovací tekutinu či startovací roztok.
Překopávač kompostu samojízdný
Jde o energetický prostředek mobilní, u kterého lze
využívat různé druhy pohonu, a tím i dosahovat různých
výkonů. Samojízdný překopávač kompostu je složen
z pojezdového ústrojí a překopávacího ústrojí. Pro
pohon těchto ústrojí slouží jeden agregát, nebo je pro
každé ústrojí agregát samostatný.
Překopávač
pro
pojezd
využívá
kola
s pneumatikami anebo pásy, a to jak gumovými, tak i
ocelovými. Překopávací ústrojí se skládá z tunelu,
v jehož spodní části je umístěn pracovní rotor
s pravolevou šnekovicí vybavenou pracovními orgány.
Rotor bývá výškově nastavitelný. Většina zařízení je
vybavena i různými přihrnovacími štíty.
Všechny samojízdné překopávače spadající do
kategorie
malé
mechanizace
bývají
snadno
Rotační třídiče:
Rotační třídiče pracují na principu mírně šikmo
uložených válcových sít, umístěných na otočných
rolnách. Průchod materiálu je plynulý. Materiál je do
určité výšky unášen po obvodu síta a potom vlivem
vlastní gravitace padá a proces se opakuje. U rovně
uložených sít je pro pohyb materiálu uvnitř uložená
šroubovice.
Z konstrukčního hlediska lze rotační třídiče rozdělit
na:
a) mobilní – s elektkromotorem (5 – 15 kW)
– se spalovacím motorem (20 – 60 kW),
b) stacionární
56
(přemisťování a nakládání kompostu nebo objemových
surovin) anebo jsou to stroje speciální, které jsou zatím
velmi málo používané.
Malá prosévací síta jsou poháněna přes
převodovku elektromotorem, mobilní třídiče mají
vlastní spalovací motor a stacionární jsou poháněny
pomocí
poháněcích
kladek
s převodovkou
s elektromotorem.
4.
Technologické
zajištění
kontrolovaného
mikrobiálního kompostování
Technologie
kontrolovaného
mikrobiálního
kompostování promyšleně a pečlivě využívá principu,
který běžně probíhá v přírodě – rozklad organické
hmoty aerobními mikroorganismy – tedy za
dostatečného přístupu vzduchu. Pro správné vedení
kompostovacího procesu je nutná optimální teplota a
vlhkost. Tyto technologické podmínky je možné vytvořit
a kontrolovat.
Zejména teplota je základním parametrem pro
ověření správnosti vedení kompostovacího procesu.
Jak již bylo řečeno, musí být splněny optimální
podmínky – skladba živin vlhkost surovinové skladby a
dostatečná koncentrace kyslíku v zakládce.
Po ukončení kompostovacího procesu, na které je
možno usuzovat jednak podle senzorických znaků –
hnědá, šedohnědá až černá barva, drobtovitá až
hrudkovitá struktura, houbovitá vůně, podle průběhu
teploty kompostu – ustálení teploty v posledních asi 14
dnech
kompostovacího
procesu
na
teplotu
korespondující s teplotou okolí podle klimatických
podmínek, a také podle testu fytotoxicity (řeřichový
test), je provedeno hodnocení kvality hotového
faremního kompostu:
chemické analýzy – podle ČSN 465735
Průmyslové komposty mikrobiální testy.
Velice perspektivní a přesnou metodou pro
stanovení stupně stabilizace biologicky rozložitelných
látek jsou respirometrické testy a především dynamický
respirační index. Zařízení na stanovení této veličiny je
v současné době experimentálně vyráběno na našem
pracovišti.
Třídiče s rotačními rošty
Tyto rošty jsou tvořeny soustavou hřídelí, na
kterých jsou v pravidelných roztečích nasazeny ocelové
nebo pryžové elementy kotoučovitého, hvězdicového či
jiného tvaru. Při otáčení hřídelí vždy stejným směrem
dochází k pohybu materiálu po pracovních plochách
elementů a jeho třídění propadem mezi elementy,
řazenými za sebou podle roztečí elementů od nejmenší
po největší. Hlavní výhodou rotačních roštů je jejich
vysoká výkonnost, která je dána dobrou průchodností
materiálu přes samočistící elementy.
Pozn.:
Speciálním separačním zařízením, které si prozatím
v našich podmínkách hledá uplatnění, je drticí a třídicí
lopata, kterou je možné vybavit běžný nakladač a s jejíž
pomocí je možno současně promíchávat a drtit
zpracovávané suroviny a po ukončení kompostovacího
procesu lze tímto zařízením třídit i hotový kompost (viz
obr 3).
5. Závěr
Kompostování biodegradabilních surovin by v
blízké budoucnosti mělo být využíváno nejen v
zemědělské výrobě, ale také zajišťovat efektivní
zpracování veškeré zbytkové biomasy, vznikající v
komunální sféře. Tedy zejména zbytková biomasa,
vznikající při údržbě městské zeleně a sportovišť,
živnostenský biologický odpad, zbytková biomasa
vznikající při zpracovávání potravin a bioodpad získaný
odděleným sběrem z domácností.
Je zřejmé, že investiční náklady do vybavení
kompostáren tvoří nejvyšší nákladovou položku.
Snížení této položky volbou vhodných kombinací jedné
energetické jednotky s řadou přídavných zařízení
můžeme značně usnadnit rozvoj zejména menších
kompostáren.
Obr. 3 Drtící lopata (celkový pohled), foto Jan Habart,
2002, Finsko
3.5 Ostatní zařízení a kontrola procesu
K zabezpečení optimálního procesu kompostování
je možné použít též zakrývací fólie, které snižují výpar a
tím pomáhají udržet optimální vlhkost. Zároveň snižují
ztráty tepla (zejména ve větrných podmínkách). Tyto
fólie jsou většinou konstruovány tak, že nezabraňují
průchodu vzduch, takže nesnižují aeraci. Na vnitřních
stěnách těchto fólií dochází ke koncentraci zápašných
plynů, což přispívá k omezení zápachu a částečně i ke
snížení emisí. Pokládání těchto textilií lze provádět
manuálně, ale rychlejší a kvalitnější práci umožní
zařízení na zakrývání hromad, které může být jako
samojízdný stroj, a nebo je se používá jako adaptér
nesený překopávačem (viz obr. 2).
K optimalizaci průběhu kompostování lze též použít
různá aditiva jako enzymatické přípravky, mikrobiální
kultury, nebo přípravky, které fungují jako „potravní
doplňky“
pro
rychlejší
rozvoj
mikrobiálních
společenstev. Tyto mohou snižovat zápach a urychlit
přeměnu surovin na vyzrálý kompost. Avšak někteří
odborníci jsou k pozitivnímu efektu těchto aditiv
skeptičtí.
Dalších stroje a zařízení, patřící do malé
mechanizace, vynecháme, neboť jsou to stroje buď
běžně používané i při jiné zemědělské činnosti – např.
stroje pro manipulaci se surovinami - nakladače
57
Tab. 2: Výběr z databáze malé mechanizace – Překopávače kompostu připojitelné
PŘEKOPÁVAČE
KOMPOSTU
TECHNICKÉ ÚDAJE
AGREGACE
PŘIPOJITELNÉ
Pracovní
Rozměry strojeZpůsob připojení
Řada
prostor
přepravní poloha
Výkonnost Požadovaný
Výrobce
Typ
stroje
příkon
nesený
(m3.h-1)
(kW)
(návěsný)
šířka výška šířka délka výška
přívěsný
(mm) (mm) (mm) (mm) (mm)
zadní zadní
a
čelní
AGRA Přelouč
*
ČR
PKS-2,8 2 800 1 600 4 765 1 200 1 700
450
40
BROWN BEAR R24C
1 800 1 200 1 800 1 600 1 000
400
35
*
USA
MORAWETZ
Fold II
2 500 1 600 2 800 1 500 1 900
500
37,5
*
Rakousko
TAK II
2 500 1 450 2 200 3 850 3 470
800
22,5
*
TAK III
3 000 1 700 2 200 3 850 3 970
1 000
30
*
OSTRATICKÝ
NPK 150 1 500 1 000 2 000 1 500 800
375
20
*
ČR
NPK 200 2 000 1 200 2 500 1 500 1 000
400
40
*
PEZZOLATO
PRT2500
2 500 1 400
600
37,5
*
Itálie
SANDBERGER ST 250
2 500 1 300 4 900 4 100 1 400
800
26
*
Rakousko
Tab.3: výběr z databáze malé mechanizace – Překopávače kompostu samojízdné
PŘEKOPÁVAČE KOMPOSTU
SAMOJÍZDNÉ
TECHNICKÉ ÚDAJE
Pracovní
prostor
Výrobce
AEBI Švýcarsko
BACKHUS SRN
PEZZOLATO
Itálie
SANDBERGER
Rakousko
Řada Typ
šířka
(mm)
2 500
3 000
3 100
výška
(mm)
1 750
1 750
2 950
Výkon
motoru
(kW)
Druh
paliva
250
500
800
16,5
34,5
40
benzin
nafta
nafta
KWM-200-SF
KWH-250-SF
15.30
PRS 2500
2 500 1 400 3 600 2 240 2 400
450
36,8
nafta
2 500 1 300 3 000 1 600 1 900
450
37,5
nafta
1 500 1 100 2 050 1 500 1 200
170
3,5
380 V
2 000 1 100 2 550 1 500 1 200
240
4,5
380 V
6. LITERATURA
1. Jelínek, A. a kolektiv autorů: Faremní kompost
vyrobený kontrolovaným mikrobiálním procesem.
Realizační pomůcka pro zpracování podnikové normy,
Praha 2002, ISBN: 80–238-8539-1
2. Jelínek, A. a kol.: Malá mechanizace. AGROSPOJ,
„Zemědělská knižnice Agrospoje – semafor na
křižovatce Vašich cest a plánů“, r. 2000.
4.
ZEMÁNEK,
P.:
Speciální
mechanizace
mechanizační prostředky pro kompostování – skripta,
MZLU v Brně, r. 2001
délka
(mm)
1 200
1 500
1 750
Výkonnost
stroje
3 -1
(m .h )
šířka
(mm)
2 000
2 500
3 000
SF 250
Industrial
BABY
BABY
150
BABY 200
výška
(mm)
1 000
1 400
1 500
Rozměry strojepřepravní poloha
5. Kolektiv autorů, Bioodpad 2002, sborník se
semináře,
2002,
viz
internet
www.bioodpad2002.biom.cz
6. HABART, J.: Jan Habart: Odpadové hospodářství
Finska (2) Region Tampere (Pirkanmaan Jätehuolto
OY). Biom.cz, 24.1.2003,
http://www.biom.cz/index.shtml?x=109428 – ilustrativní
fotografie
Kontaktní adresa:
Ing. Petr Plíva,CSc
Výzkumný ústav zemědělské techniky, odbor ekologie zemědělských technologických systémů,
Drnovská 507, 161 01 Praha 6
Telefon 233022367, e-mail [email protected]
58
Výzkum snížení emisí zátěžových plynů procesem řízeného
mikrobiálního kompostování
Petr Plíva, Antonín Jelínek
Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha
vznikají plynné emise. Při experimentech byly zjištěny
následné plynné emise: NH3, CH4, CO2, CO, NOx, H2S.
Je zřejmé, že obsah plynných emisí se bude
lišit podle jednotlivých surovin použitých do skladby
zakládky kompostu, ale vzhledem k potřebě zachovat
vhodné podmínky pro průběh kompostovacího procesu
je optimální dodržet poměr C : N = 30 : 1.
Abstrakt
Mikrobiální řízené kompostování je jednou z možností,
jak výrazně snížit nepříznivý vliv organické zbytkové
biomasy na životní prostředí. Proces mikrobiálního
řízeného kompostování je však hlavně v první části
procesu provázen vznikem zátěžových a skleníkových
plynů. Snížení vývoje těchto plynů dává předpoklad
k širšímu rozšíření této technologie.
Výsledky experimentu snížení emisí procesem
řízeného mikrobiálního kompostování
Při experimentech bylo zjištěno, že na 1 t
sušiny kompostu je při klasickém způsobu kompostování
(doba kompostování cca 12 měsíců, 2x překopávka)
vyprodukováno 6 kg metanu za rok.
Při rychlokompostování, při kterém je kompost
vyroben za 8 – 12 týdnů a provedeno cca 8 překopávek,
se množství vyprodukovaného metanu sníží o
polovinu, tj. na 3 kg za rok.
Je zajímavé také porovnat tvorbu metanu a
amoniaku po překopávce. Tento vztah ukazují grafy na
obr. č. 1 a 2, pořízené při experimentech prováděných
na kompostárně ve Velkých Přílepech.
Experimenty
byly
prováděny
v rámci
mezinárodní spolupráce při řešení problematiky omezení
emisí plynů ze zemědělské činnosti se spolupracovníky
ze SRN jejich přístrojem na principu fotoakustické
spektroskopie (FAS) Brüel & Kjaer 1302.
Z
porovnání
naměřených
hodnot
po
překopávce kompostu je zřejmé, že v průběhu několika
hodin se únik emisí snižuje, metan se na rozdíl od
amoniaku stále částečně vyvíjí. Po každé překopávce se
však snižuje maximální dosažená hodnota emisí, až ke
konci procesu se již žádný amoniak ani metan netvoří.
Z těchto měření lze celkem dobře usoudit na
rychlost přeměny organických odpadů na humusové
látky a tím pádem posoudit správnost
průběhu
kompostovacího procesu.
Úvod
Emise plynů ze zemědělské činnosti výrazně
ovlivňují životní prostředí. Zemědělství je nejen
významným producentem toxického amoniaku (NH3),
ale při zemědělské činnosti vzniká i celá řada dalších
plynů, zvláště pak metan (CH4), oxid uhličitý (CO2), oxid
uhelnatý (CO), oxidy dusíku (NOx), sirovodík (H2S) a
další odérové plyny.
Hlavním producentem těchto plynů je jednak
chov hospodářských zvířat a na něj navazující
manipulace, skladování a aplikace organických odpadů
– chlévského hnoje, kejdy nebo trusu a v rostlinné
výrobě je to zejména používání pesticidů a herbicidů, ale
také proces dlouhodobého kompostování.
Jedna z možností, jak snížit poměrně velké
úniky amoniaku a metanu do ovzduší, je využití
procesu řízeného mikrobiálního kompostování,
někdy také nazývaným jako proces rychlokompostování.
Omezeni
emisí
metanu
procesem
řízeného
mikrobiálního kompostování
Kompost je všestranné statkové hnojivo obsahující
všechny druhy rostlinných živin včetně humusových a
půdotvorných látek oživeným edafonem. V současné
době se vyrábí buď klasickým způsobem na
zemědělských
a kompostářských závodech, nebo
procesem řízeného mikrobiálního kompostování na
malých hromadách ve formě tzv. faremního
kompostování.
Proces rychlokompostování umožňuje významně
snížit emise amoniaku a metanu. Při výrobě kompostu
lze zužitkovat nejrůznější zbytkové suroviny, vyskytující
se nejen v zemědělství, ale i v komunálních službách.
Dobrý kompost musí být složen z minerálních látek
(např. z dobré zeminy), organických látek (rašeliny,
rostlinných zbytků, natě apod.) a jejich směs oživena.
Aby tyto složky na sebe mohly působit co nejúčinněji,
mají být ještě před zakládáním kompostu dobře
rozmělněny a smíchány, aby jejich styčný povrch byl co
největší.
Kompostování je biologický proces. Je to aerobní
termofilní samozáhřevný biologický rozklad biologicky
degradovatelného materiálu. Při kompostování
přeměňují mikroorganismy surový materiál na humus a
jeho složky. Řádné kompostování vyvíjí dostačující teplo
k ničení semen plevelů, patogenních baktérií, redukuje
obsah vody a objem materiálu.
Je
to
jednoduchý
proces
ovlivňovaný
základními podmínkami prostředí, které ovlivňují
všechny biologické činnosti. Při procesu zrání kompostu
Omezení zápachu při rychlokompostování
Rychlokompostování je jedna z možností, jak
snížit emise zátěžových plynů z degradačních procesů
do ovzduší. Avšak aby mohl být ještě více rozšiřován a
to nejen v oblasti zemědělství, je třeba omezit jeho
některé negativní vlivy na okolní prostředí.
Jedním z takových vlivů je nežádoucí zápach
rychlokompostu, vznikající zejména na kompostárnách
na území obcí, v městské zástavbě.
Rychlokompostování je technologie, která
dobře umožňuje využívat a jednoduše aplikovat
nejrůznější přípravky jednak ke stimulaci
mikroorganismů čili urychlení celého procesu a jednak
pro potlačení zápachu, který vzniká v první fázi
kompostovacího procesu.
Výsledky
experimentu
potlačení
zápachu
vznikajícího při procesu řízeného mikrobiálního
kompostování
Za účelem ověření technologie kompostování na
malých hromadách a účinků přípravků pro ošetření
kompostů bylo zřízeno experimentální pracoviště, kde
byl zjišťován vliv různých přípravků na průběh zrání a
59
snižování emisí, vznikajících během kompostovacího
procesu.
Hlavním ukazatelem pro určení míry zapáchání
jednotlivých hromad, ošetřených různými přípravky, byla
hodnota emisí produkovaných procesem aerobního
rozkladu organických surovin, jíž největší měrou
ovlivňuje amoniak (NH3).
Mimo to bylo provedeno měření metanu (CH4),
oxidu uhličitého (CO2), oxidu dusíku (N2O) a vlhkosti
měřených plynů. Měření probíhala podle schválené
metodiky VÚZT pro měření zátěžových plynů
v zemědělské činnosti.
Pro ilustraci jsou na obr. 3 zaznamenány průběhy
uvolňovaného amoniaku 4.den po založení zakládky.
Kompostované suroviny byly navezeny na tři hromady,
z.nichž hromada č. 1 byla kontrolní – ničím neošetřená,
zakrytá geotextílií, hromada č. 2 byla ošetřená jedním z
přípravků a také byla zakrytá geotextílií a hromada č. 3
byla
ošetřená
přípravkem,
avšak
v průběhu
kompostovacího procesu nebyla zakrývána.
Z naměřených průběhů je viditelný pozitivní účinek
přípravku na snížení produkce nežádoucích plynů. Jeho
účinnost lze ještě zvýšit použitím zakrývací geotextílie.
Z dosažených výsledků je zřejmé, že při zajištění
podmínek pro optimální průběh kompostovacího
procesu, je možné do určité míry potlačit nežádoucí
zápach kompostu, vznikající v jeho počáteční fázi.
U všech použitých přípravků lze konstatovat, že
více nežli jako stimulátory pro urychlení kompostovacího
procesu, lépe plní funkci prostředku pro potlačení
zápachu.
Seznam a charakteristika přípravků pro ošetření
kompostů, které byly zahrnuty do ověřovacích zkoušek a
u kterých byly potvrzeny vlastnosti uváděné výrobcem,
jsou uvedeny v tabulce č. 1
Závěr
Protože je rychlokompostování jedna z možností,
jak snížit emise zátěžových plynů z degradačních
procesů do ovzduší, bude jeho význam v příštím období
stále narůstat a pokud se podaří omezit jeho negativní
vlivy na okolní prostředí, bude patřit mezi
nejvýznamnější technologie pro zpracování organických
zbytků ze zemědělské činnosti v rámci zákona o
odpadech a zákona o ochraně ovzduší.
Tab. 1: Přípravky pro ošetření kompostu
Název
výrobku
Distributor
Amalgerol
Premium
JIHOSPOL
Kostelní 34
Č. Budějovice
BIOALGEEN
Rychlokompostovač
BIO-ALLVIA
Oldřichova 33
Praha 2
BIOALGEEN
G 40
BIO-ALLVIA
Oldřichova 33
Praha 2
OXYGENÁTOR
(BGS)
Legenda
Stručná charakteristika
výrobu
Obsahuje přírodní látky:
výtažky z mořských
řas,rostlinné oleje,
parafíny a jiné.
Hydrolyzát mořské
řasy,který obsahuje
široké spektru biologicky
účinných látek
v poměru
Hydrolyzát mořské
řasy,který obsahuje
široké spektru biologicky
účinných látek v poměru
Stimulace
kompost.
procesu
Potlačení
zápachu
Snížení
stavu
emisí
BAT technik
Cena
2*
1*
40%
ANO
1 l přípravku stojí
cca 180,00 Kč
2*
3*
40%
ANO
1 l přípravku stojí
cca 200,00 Kč
3*
1*
45%
ANO
1 l přípravku stojí
cca 200,00 Kč
SANBIEN
50 g přípravku
Bio-enzymatický
Nádražní 19
3*
2*
40%
ANO
stojí
přípravek.
Praha 5cca 90,00 Kč
1*) urychluje kompostovací proces na polovinu doby zrání zcela potlačuje zápach
2*) částečně napomáhá rozkladným kompostovacím procesům významně snižuje zápac
3*) do kompostovacího procesu se nezapojuje a ničím jej neovlivňujepouze částečně potlačuje zápach
Obr. 1: Koncentrace metanu – Velké Přílepy
60
Obr. 2: Koncentrace amoniaku – Velké Přílepy
Obr. 3: Produkce amoniaku u zakládky ošetřené přípravkem
Literatura:
1. JELÍNEK, A.; ČEŠPIVA, M.; PLÍVA, P.; HÖRNIG, G.:
Composting as possibility of toxic gases emissions
reduction, mainly ammonia, generated during manure
storage. Zemědělská technika, 2001, č. 3, s. 82 – 91
2. JELÍNEK, A.; ČEŠPIVA, M.; PLÍVA, P.: „Omezení
vlivu emisí toxických plynů ze stájí na životní
prostředí“. Výroční zpráva za řešení projektu
EP0960006510. VÚZT Z-2357, 1999.
3. JELÍNEK, A.: „Kvalitativní a kvantitativní analýza
nejnovějších zdrojů, dotčených závazky protokolu
ACETO a Legislativy EU“. Zpráva za etapu 2., VÚZT,
říjen 2000.
Kontaktní adresa
Ing.Petr Plíva,CSc.
Výzkumný ústav zemědělské techniky,
Drnovská 507, 161 01, Praha 6,
Telefon 233 022 367, E-mail [email protected];
61
Desintegrace biomasy rostlinného původu
Jiří Souček, Petr Kocán
Výzkumný ústav zemědělské techniky, Praha
ÚVOD
Desintegrace je proces, při kterém dochází
rozpojováním velkých celků ke vzniku nových menších
celků (Bradnová, 1993). V praxi je desintegrace
používána k dosažení potřebné velikosti částic. Je to
jedna z technologií, která přináší základní změny
z hlediska možnosti využívání zdrojů suroviny, i
z hlediska strojního vybavení, technologie výroby a
organizace práce. (Šályová, 2000). Rozměrové úpravy
jsou většinou nutným krokem. Výhoda těchto operací
tkví především ve zjednodušení manipulace a snazším
určení a popsání vlastností takto upravené suroviny.
A)
B)
C)
Mechanické úpravy jsou však energeticky náročné
(Souček, 2000).
V závislosti na vlastnostech desintegrovaného
materiálu, desintegračním zařízení, stupni rozmělnění a
technologickém postupu se v praxi jen na desintegraci
spotřebuje u stébelnatých materiálů 0,5-7 % a u dřevin
dokonce 0,75-10 % celkového energetického obsahu
v materiálu. Autoři příspěvku provedli na šrotovníku ŠK
300 měření energie spotřebované na desintegraci.
Velikost výstupních částic byla dána velikostí otvorů
používaných výměnných sít.
Obecně lze definovat typ desintegrace v závislosti
na směrech působení sil na drcenou granuli. Základní
typy desintegrace jsou uvedeny na obrázku 1.
D)
E)
F)
Obr. 1: Základní typy desintegrace: A) – tlak, B) – trhání, C) – střih, D) – roztírání, E) – nárazy, F) – lom
Lignocelulozové
materiály
jsou
značně
heterogenní a jejich fyzikální vlastnosti se v závislosti
na působení okolních vlivů mění. Mezi tyto vlivy patří
zejména teplota, vlhkost, proudění vzduchu, což jsou
faktory na nichž závisí obsah sušiny v materiálu a
rychlost jeho vysoušení, případně navlhání (Kafka,
1989).
Pro teoretický popis nárůstu povrchu při desintegraci se
používá značně zjednodušené geometrické představy.
Původní částici si lze představit jako krychli o straně lk
(m). Proces desintegrace pak zjednodušeně lze chápat
jako rozdělení původní krychle na menší o straně ld (m).
Pro tento případ je definován stupeň rozmělnění:
Aby bylo posouzení důležitých vlastností
objektivní je třeba při uvádění naměřených či
laboratorně zjištěných hodnot vždy doplnit i okamžitý
obsah sušiny. V oblasti zpracování a využívání
zemědělské produkce je desintegrace nezastupitelná
operace využívaná k několika efektům.
2
i=
A) rozpojování velkých částic
kde:
Efekt desintegrace můžeme nejvýstižněji posoudit
pomocí stupně rozmělnění:
A
i= 2
A1
kde:
lk
2
ld
(-)
(2)
lk je délka strany krychle
před rozmělněním (m)
ld je délka strany krychle
(-)
po rozmělnění
(1)
(m)
A2 je celkový povrch částic v jednom kg
A1 je celkový povrch částic v jednom kg
po rozmělnění
2
-1
před rozmělněním (m .kg )
62
(m2.kg-1)
ηr =
B) nárůst povrchu v materiálu
WA
.100%
W0 + W A + Wel
(%)
(5)
(Souček, 1999)
Celkový nárůst povrchu v materiálu pak je :
METODY A PŘEDMĚT MĚŘENÍ
∆A =
6 ⎛1 1⎞
.⎜ . ⎟
ρ ⎜⎝ l d l k ⎟⎠
(m2.kg-1)
Všechna měření proběhla na kladívkovém
šrotovníku ŠK 300 (viz obr. 2), který je od výrobce
určen k drcení zrnin a stébelnin. Použitím jednoho
zařízení byl eliminován vliv vlastností drtícího zařízení
na absolutní hodnotu energetické spotřeby.
(3)
-3
ρ je sypná hmotnost materiálu (kg.m )
kde:
(Valter a kol., 1988)
C) spotřebovaná energie
Celkovou měrnou práci na desintegraci lze
vyjádřit:
Obr. 2: Kladívkový šrotovník ŠK 300
W = ndef .Wel + W A + W0
kde:
-1
(J.kg )
(4)
Spotřebovávaná elektrická energie byla měřena na
programovatelném analyzátoru elektrického výkonu a
energie PROWATT-3, Chauvin Arnoux. Vkládání
materiálu do šrotovníku je ruční. Rotor otáčející se
kolem horizontální osy uložené kolmo ke vstupnímu
otvoru
s násypkou
je
osazen kladívky
otočně
upevněnými k rotoru pomocí čepů. Pohon rotoru je
řešen převodem klínovým řemenem od elektromotoru.
Výrobce šrotovníku udává výkonnost zařízení 300 –
-1
500 kg.h , v průběhu experimentů však výkonnost
nepřekročila 50 kg.h-1. Šrotovník je poháněn
elektromotorem 4 kW.
ndef je počet pružných mechanických cyklů
před rozdružením částice (-)
-1
W0 je měrná ztrátová energie (J.kg )
Wel
je měrná energie na pružnou deformaci
částic (J.kg-1)
WA
Velikost výstupní frakce je volena velikostí ok
výměnného síta. Pro účely měření byla k dispozici síta
∅1, 3, 5, 8 a 10 mm. Úhel opásání síta je 180°. Pro
všechna měření byly zvoleny jednotné otáčky rotoru.
Tím došlo k eliminaci případných chyb vzniklých
rozdílnou úhlovou rychlostí kladívek rotoru a účinností
převodu.
Parametry desintegrovaných surovin jsou v tabulce 1.
je měrná energie na vznik nového
povrchu (J.kg-1)
D) účinnost desintegračního zařízení
K vyjádření účinnosti desintegrace se používá
relativní účinnost:
63
sítové analýzy na obrázku 3 je patrné vysoké množství
jemné frakce v nadrceném materiálu.
T01: Měřené materiály a jejich základní parametry
drcená surovina
sušina
velikost částic
s (hm. %)
x (mm)
smrková kůra
88,88
30
cypřišek
93,19
10
jabloň – výřez
89,99
10
sláma ovesná
86,29
80
Šťovík Uteuša OK - 2
86,91
30
chrastice
91.94
30
topol – štěpka
89,54
>25
vrba – výřez
88,83
30
miscanthus
85,80
30
hm otnostní podíl frakce
(%)
25
Energie spotřebovaná na desintegraci byla
vztažena na hmotnost sušiny v surovinách.
Desintegrace všech surovin probíhala dvoustupňově.
První stupeň desintegrace - rozměrová příprava
použitých surovin byla provedena zahradním drtičem
VIKING GE115. Spotřeba energie se v prvním stupni
drcení pohybovala pro jednotlivé plodiny v intervalu 3,5
– 7,3 Wh.kg-1. Topolová štěpka >25, která byla
naštěpkována na mobilním deskovém štěpkovači
-1
TOMAHAWK M-P-180 (71 Wh.kg ) a následně
vytříděna na sítech na danou velikost frakce. Ovesná
sláma byla pořezána sklízecí řezačkou Claas jaguar
840 na řezanku 80 mm (17 Wh.kg-1 včetně sběru ze
řádku).
Všechny potřebné rozbory pro stanovení
sušiny, spalného tepla a sítové analýzy byly provedeny
v agrolaboratoři Výzkumného ústavu zemědělské
techniky Praha.
20
15
10
5
0
0,4
0,7
2,5
T 02: Průměrná délka částic po desintegraci pro
jednotlivá síta
Průměr ok síta (mm)
Průměrná délka částice po
desintegraci
x (mm)
1
0,660
3
0,896
5
1,260
8
3,220
10
6,662
Podle předpokladů se spotřeba energie při
desintegraci zvětšuje se zmenšováním průměrné délky
výstupních částic (průměru ok síta), ale též s vyšším
obsahem vody. Při obsahu vody vyšším než 12 % se
spotřeba energie pro malé průměry ok síta stává při
použití kladívkového šrotovníku neúměrně vysokou.
-1,6527
2
R = 0,9907
0,200
y = 0,237x
-0,8805
2
R = 0,7165
-1
(kWh.kg )
měrná spotřebovaná energie
y = 0,2211x
0,150
y = 0,1073x
-0,9513
2
R = 0,8554
y = 0,1632x
0,100
y = 0,1911x
0,050
0,000
4
5
6
7
8
9
vrba
cypřišek
jabloň
-0,8411
2
R = 0,971
3
kůra smrk
-0,847
2
R = 0,9876
2
9
Obr. 3: Příklad výsledku sítové analýzy částic podle
ČSN ISO 9276-1 (průměr ok síta 5 mm,
ovesná sláma)
0,250
1
7
prům ěr ok třídicího síta (m m )
VÝSLEDKY A DISKUZE
Měření
energetické
náročnosti
jemné
desintegrace biomasy bylo provedeno jako součást
dlouhodobé činnosti Výzkumného ústavu zemědělské
techniky zaměřené na výzkum a vývoj výrobních
technologií a fyzikálních vlastností biopaliv.
Naměřené a vypočtené hodnoty jsou zaneseny
v grafech na obrázcích 3-5. Z grafického vyjádření
0
5
10
průměr ok síta v drtiči (mm)
Obr. 4: Měrná energetická spotřeba desintegrace dřevin na kladívkovém šrotovníku
topol
měrná spotřebovan á en ergie
-1
(kWh.kg )
0,450
0,400
0,350
0,300
-1,0114
y = 0,1205x
sláma ovesná
2
0,250
R = 0,8698
-0,5305
y = 0,0198x
0,200
chrastice
2
R = 0,8204
-1,8803
y = 0,4158x
0,150
miscanthus
2
R = 0,9554
-1,2862
0,100
y = 0,1029x
šťovík Uteuša OK-2
2
R = 0,9301
0,050
0,000
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
průměr ok síta v drtiči (mm)
Obr. 5: Měrná energetická spotřeba desintegrace bylin na kladívkovém šrotovníku
ZÁVĚR
agentury zemědělského výzkumu QE 1206, Kompozitní
lisovaná biopaliva.
Pomocí praktických měření byly potvrzeny
teoretické předpoklady, že se spotřeba energie při
desintegraci zvětšuje se zmenšující se velikostí
výstupních částic a rostoucí velikostí vstupní frakce.
- Při desintegraci na průměrnou délku částic 0,66 mm
(síto 1 mm) se množství spotřebované energie
-1
pohybuje mezi 0,02 kWh.kg (chrastice, sušina 91,9 %)
-1
(miscanthus, sušina 85,8 %)
a 0,304 kWh.kg
celkového energetického obsahu materiálu.
- Při desintegraci na průměrnou délku částic 6,66 mm
(síto 10 mm) se množství spotřebované energie
pohybuje mezi 0,004 kWh.kg-1 (šťovík, sušina 86,91 %)
-1
a 0,021 kWh.kg (jabloň, sušina 89,99 %).
- Výsledný průběh závislosti měrné spotřebované
energie na velikosti frakce lze popsat pro každou
plodinu jako individuální mocninnou funkci (obecný tvar
b
y=a.x ).
- Desintegrovaný materiál obsahuje nadměrné množství
malých až prachových částic proto lze při praktickém
využívání kladívkového drtiče předpokládat nízkou
účinnost a nelze jej doporučit k použití v prostředí se
zvýšenými nároky na prašnost.
Výsledky výzkumu prezentované v tomto
článku byly získány v rámci řešení projektu Národní
POUŽITÁ LITERATURA
CELJAK, I.: Wood chips production from fast growing
woody plants, Farmer, 3/99, 16-18, 1999
CENEK, M. a kol.: Obnovitelné zdroje energie, FCC
public, Praha, 2001
DANIELSSON, B-O.: Chunkwood as wood fuel, The
IEA Bioenergy Agreement Summary Reports,
ELSEVIER APPLIED SCIENCE, New York, 1990
KAFKA, E.: Dřevařská příručka, SNTL Praha, 1989
SOUČEK, J, Návrh modernizace linky na zpracování
dřevního odpadu, diplomová práce, ČZU,
Praha,1999
SOUČEK, J,: Méně tradiční způsoby získávání dřeva
jako náhrady běžně používaných surovin, Nový
venkov, č. 11, s. 52-53, 2000
ŠÁLYOVÁ, H.: Spracovanie drevnej biomasy pomocou
sekačiek,
Technika
a
technologie
pro
nepotravinářské využití půdy a její udržování
v klidu,
sborník
mezinárodního
veletrhu
TECHAGRO 2000, Brno, 2000
VALTER, V. A KOL.: Výpočetní metody a modelování
III, VŠCHT, Praha, 1988
Kontaktní adresa:
Ing. Jiří Souček,
Výzkumný ústav zemědělské techniky,
Drnovská 507, P.O. Box 54, 161 01, Praha 6 – Ruzyně, Česká republika
Tel.: 233 022 214, fax.:233 312 507, e-mail: [email protected]
65
Emise metanu ze zemědělské činnosti
Antonín Jelínek, Petr Plíva, Jiří Souček
Výzkumný ústav zemědělské techniky Praha
Abstrakt
Emise skleníkových plynů jsou v současné době
velmi
sledovanou
skupinou
zátěžových
plynů.
Zemědělství produkuje velké množství metanu (CH4),
které je nutné v rámci mezinárodních závazků ČR snížit
do r. 2010 o 8 %. Proto bylo započato s výzkumem
možností snížit emise metanu a v první části výzkumu
byla provedena jejich inventura. Výsledky jsou uvedeny
Úvod
Zemědělství je nejen významným producentem
toxického amoniaku, ale při zemědělské činnosti vzniká i
celá řada dalších plynů, zvláště pak CH4, CO2, CO, ,
NOx, H2S a další odérové plyny.
Nejznámějšími zdroji z celého spektra zemědělské
výroby jsou v živočišné výrobě chov skotu, prasat, ovcí,
koz, drůbeže, skladování a manipulace s chlévským
hnojem, kejdou a drůbežím trusem. V rostlinné výrobě je
významným zdrojem proces kompostování a používání
pesticidů a herbicidů.
Fyziologické
základy
gastrointestinálních
fermentačních procesů a hlavní vlivy, usměrňující
výši vzniku jejich produktů
Fermentační děje v organismu hospodářských
zvířat probíhají jak ve fázi žaludečního zpracovávání
přijaté potravy, tak i při jejím dalším průchodu celou
navazující střevní trubicí a to specificky v úsecích
tenkého a posléze i tlustého střeva.
Podstatnou odlišností je charakter a průběh
gastroenterální fermentace u monogastrických a naproti
tomu u polygastrických živočichů. Velice specifické
znaky, vlastnosti a posléze i produkty takového procesu
vykazuje kategorie ptáků (hrabavá i vodní drůbež).
U monogastrických druhů dochází v žaludku ke
trávení sacharidů, škrobu i bílkovinných struktur. Na
celém tomto procesu se podílejí nejenom humorální
fenomény enzymatických složek, ale i specifická a často
i druhově významně odlišená mikroflóra zažívací trubice.
Její biochemická aktivita při procesu rozkladu
přijaté potravní směsi ve hmotě procházející zažitiny je
doprovázena tvorbou celé skupiny organických plynů. Ty
za normálních okolností ze zažívacího traktu plynule
odcházejí per vias naturales, (tj. oběma konci zažívací
trubice a případně i dechem), pouze za patologických
krizí (meteorismus při bouřlivém metanovém kvašení
obsahu žaludku, případně někdy i tlustého střeva) musí
být jejich odvod chirurgicky upravován umělými cestami.
Zmiňované plyny jsou organickou součástí běžného
procesu trávení a zažívání. Významně odlišen je tento
postup u polygastrických živočichů, jmenovitě u
přežvýkavců. Ti - na rozdíl od ostatních býložravých
organismů – přijímají zřetelně větší kvanta potravní
hmoty (krmiva), které zpracovávají především ve složité
struktuře třech předžaludků a vlastního žaludku. Teprve
následně a v relativně menší míře dochází k trávení
v tenkém střevě a hlavně pak v kolónu.
Mikroorganismy se aktivně a ve značném
rozsahu účastní procesu biochemické dekompozice
přijaté potravy, a to jak v oblasti předžaludků (bachor,
čepec a kniha) a žaludku (sléz), tak i v poměrně
dlouhém úseku obou druhů střev. Jejich početní
66
zastoupení ve zpracovávané zažitině je tak významné,
že dle literárních údajů tvoří asi 10 % tekutého obsahu
bachoru. Působí však průběžně i v celém rozsahu
tenkého a zejména pak velmi intenzívně v celém tlustém
střevě.
Pozoruhodnou a velmi významnou kategorií zde
jsou tzv. bakterie celulózového štěpení (Bact.
succionogenes, Ruminococcus, Cillobacterieae a
Clostridia). Neméně důležitou a funkčně nenahraditelnou
je i skupina saprofytických bachorových nálevníků.
U ptáků (u drůbeže) je chemismus a jmenovitě pak
biochemismus zažívání a trávení podstatněji odlišen.
Jednak digestivního traktu a posléze i specifičností
vlastního délka celé zažívací trubuce mimožádně
dlouhá, je u ptáků naopak mimožádně krátká. Proto
proces gastroenterální exploatace musí být velmi rychlý,
efektní a intenzívní.
Rámcově tedy lze problematiku produkce CH4
z fyziologických procesů uvnitř těl hospodářských a
domácích zvířat zjednodušit a prezentovat následovně:
zatímco v žaludeční sféře dochází zejména ke
vzniku a uvolňování metanu (CH4) a oxidu uhličitého
(CO2) a u přežvýkavců v bachorovém úseku dokonce i
čpavku (NH3), je oblast střeva, jmenovitě pak střeva
tlustého, masivním zdrojem především čpavku a metanu
s doprovodem dalších, méně významných, plynů a
těkavých látek. Ty se podílejí na pachové specifikaci
exkrementů.
V luminu tlustého střeva se při přeměně potravní
hmoty v použitelné živiny prostřednictvím souboru
enzymů a také prostřednictvím mikrobiální aktivity
uvolňuje oxid uhličitý (CO2), metan (CH4), vodík (H),
dusík (N) a dobře orgnolepticky patrný sirovodík (H2S).
Určitý podíl těchto těkavých látek z těla odchází
jednak za fyziologických poměrů a jednak ve stavu
funkčních poruch organismu rovněž dechem.
Shrneme-li předchozí úvahy, můžeme urči, že
zdrojem emisí CH4 je:
I. Zdrojem jsou vlastní zdravé živočišné organismy:
a) procesem zažívání a trávení v digestivním ústrojí,
b) procesem extrakorporálních rozkladů exkrementů,
c) procesem dýchání (exhalace).
II. Zdrojem jsou nemocné živočišné organismy:
a) procesem patologického trávení a zažívání,
b) procesem extrakorporálních rozkladů chorobou
pozměněných výkalů,
c) procesem patologické plicní ventilace (exhalace).
III. Zdrojem jsou technologie, přímo navazující na
chov:
a) evaporací CH4 z krmivových komponent,
b) odparem a odvětráváním asanačních médií,
c) dalšími – vedlejšími – technologiemi živočišné výroby.
IV. Navazující zdroje CH4 v živočišné výrobě:
a) polní a statková hnojiště,
b) močůvkové a kejdové jímky,
c) senážní a silážní jámy a věže,
d) kafilerní boxy a trezory.
Provedeme-li porovnání emisní bilance za r. 1995 a
2002 zjistíme, že poklesem stavu hospodářských zvířat
došlo k celkovému snížení emisí. (Tab. č. 1, Tab. č. 2).
Porovnáním zjistíme, že došlo ke snížení o 91,118 kt
CH4. Přesto je celoroční celkové množství metanu
poměrně vysoké. V porovnání s podstatně více
sledovaným plynem – amoniakem (Tab. č. 3) je nutné,
stejně jako to bylo u amoniaku, důsledněji zavádět
„snižující technologie“ pro omezení emisí metanu.
Výzkum a vývoj „snižujících technologií“ se
musí zaměřit především na následující oblasti:
1. Redukce tvorby plynů v zažívacím traktu a výkalech
vlivem výskytu metabolických poruch (alkolózy,
acidózy, ketózy) – předpokládá se, že tímto způsobem
je možné snížit emise až o 15 %.
2. Redukce tvorby plynů v zažívacím traktu a výkalech
likvidací saprofytické mikrobiální flory v zažívadlech
léčebnou
aplikaci
xenobiotik,
tj.
antibiotik,
sulfonomadiů, antiperazitik, - předpoklad snížení emisí
až o 10 %.
3. Redukce tvorby plynů v zažívacím traktu a výkalech
změnami krmných dávek – předpoklad snížení emisí
až o 10 %.
4. Redukce tvorby plynů v zažívacím traktu a výkalech
v důsledku mikroklimatických změn (ochlazení) –
předpoklad snížení emisí až o 5 %.
5. Omezení emise metanu u nuceně větraných stájí
(prasata, drůbež) využitím biofiltru – předpoklad
snížení emisí o 20 – 40 %.
6. Omezení emisí metanu ze skládek chlévského hnoje,
kejdy ošetřením enzymatickými látkami – předpoklad
snížení emisí o 35 – 50 %.
Možnosti snížení emisí bod 5., 6. je však nutné
experimentálně
ověřit
a
provést
ekonomické
vyhodnocení.
Manipulace s chlévským hnojem, kejdou a ostatními
organickými zbytky přináší poměrně velké úniky metanu
do ovzduší. Jednou z možností, jak snížit emise metanu
je proces kompostování, který výrazně snižuje tvorbu
metanu při přeměně organických odpadů na humus.
Závěr
Emise metanu ze zemědělské činnosti poměrně
výrazně ovlivňují životní prostředí. I když dochází
redukcí stavů hospodářských zvířat k jejich omezování,
přesto by bylo vhodné jim věnovat patřičnou pozornost a
stejně jako u amoniaku navrhnout a ověřit „snižující
technologie“ chovů hospodářských zvířat. Spolu
s metanem bude nutné se intenzivně věnovat i
problematice dalších skleníkových plynů ze zemědělské
činnosti, aby byly dodrženy mezinárodní závazky ČR
k jejich snižování.
Literatura:
1. JELÍNEK,A.; PLÍVA, P.; VOSTOUPAL, B.: Stanovení
emisí VOC ze zemědělské činnosti v Č“. Studie,
VÚZT Praha, září 1996.
2. JELÍNEK, A.; ČEŠPIVA, M.; PLÍVA, P.: Omezení vlivu
emisí toxických plynů ze stájí na životní prostředí.
Výroční zpráva za řešení projektu EP0960006510.
VÚZT Z-2357, 1999.
3. JELÍNEK, A.: Kvalitativní a kvantitativní analýza
nejnovějších zdrojů, dotčených závazky protokolu
ACETO a Legislativy EU“. Zpráva za etapu 2., VÚZT,
říjen 2000.
Tab. 1. Celkový stav hospodářských zvířat k 1.3.2002 ( území Česká republika ), celkové množství metanu v roce 2001
Kategorie zvířat
Počet
( ks)
( dle EU )
Skot celkem
dojnice
jalovice
telata
býci
Ovce a berani
Kozy a kozli
Prasata celkem
selata
prasnice
březí prasnice
prasata výkrm
Králíci*
Drůbež celkem
nosnice
brojleři
krůty,krocani,krůťata
kachny,kačeři,kachňata
husy,houseři,housata
Koně a hříbata
Celkové množství CH4 za rok
2001 ( kt )
1 520 136
596 295
298 362
460 921
164 558
96 286
13 574
3 440 925
665 570
289 195
125 083
2 361 077
14 000 000
29 973 846
6 995 888
21 784 583
886 900
278 596
27 879
20 891
emisní faktor
-1
-1
( kgCH4.zvíře .rok )
střevní
hnůj
fermentace
koeficient respektující stáří zvířat v
v turnus. chovech ( - )
celkové roční
množství CH4
( kt )
67,00
22,00
18,40
34,64
5,77
4,13
3,29
1,04
0,83
1,33
0,28
0,19
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
1,00
2,75
3,80
3,80
4,33
5,50
14,31
14,31
9,90
1,00
1,00
1,00
0,90
0,85
0,07
0,07
0,07
0,07
0,07
47,20
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
3,63
1,00
0,85
0,80
0,80
0,80
1,00
63,570
41,914
6,874
8,864
5,919
0,583
0,059
43,232
5,491
5,237
2,265
30,238
0,000
2,382
0,630
1,667
0,064
0,020
0,002
1,062
110,887
zdroj: 1) soupis hospodářských zvířat k 1.3. 2002 ČSÚ, 2) Internet - www.mze.cz/cz/statinfo
poznámka: *odhad
67
Tab. 2: Celkový stav hospodářských zvířat k 1. 3 .1995 ( území Česká republika ), celkové množství metanu v roce
1995
Kategorie zvířat
emisní faktor
koeficient respektující celkové roční
počet ( ks ) ( kgCH4.zvíře-1.rok-1 )
stáří zvířat v
množství CH4
( dle EU )
střevní fermentace hnůj v turnus. chovech ( - )
( kt )
Skot celkem
2 029 000
87,577
dojnice
768 000
67,00
3,29
1,00
53,983
jalovice
385 000
22,00
1,04
1,00
8,870
telata
649 000
18,40
0,83
1,00
12,480
býci
227 000
34,64
1,33
1,00
12,244
165 000
5,77
0,28
1,00
0,998
Ovce a berani
45 000
4,13
0,19
1,00
0,198
Kozy a kozli
Prasata celkem
2 009 000
111,391
selata
205 200
2,75
5,50
1,00
16,930
prasnice
159 000
3,80
14,31
1,00
28,795
březí prasnice
265 000
3,80
14,31
1,00
47,992
prasata výkrm
1 380 000
4,33
9,90
0,90
17,674
Drůbež celkem
26 688 000
nosnice
6 244 992
brojleři
19 348 800
krůty,krocani,krůťata
800 640
kachny,kačeři,kachňata
266 880
husy,houseři,housata
26 688
Koně a hříbata
18 000
Celkové množství CH4 za rok 1995 ( kt )
0,07
0,07
0,07
0,07
0,07
47,20
0,02
0,02
0,02
0,02
0,02
3,63
1,00
0,85
0,80
0,80
0,80
1,00
2,122
0,562
1,480
0,058
0,020
0,002
0,915
202,005
Tab. 3: Celkový stav hospodářských zvířat k 1. 3. 2000 (území Česká republika), celkové množství amoniaku v roce
1999 [3
Kategorie zvířat
počet ( ks )
emisní faktor
koeficient respektující stáří
celkové roční
( dle EU )
( kgNH3.zvíře-1.rok-1 ) zvířat v turnus. chovech ( - ) množství NH3 ( kt )
Skot celkem
1 573 530
28,197
dojnice
614 787
24,50
1,00
15,062
jalovice
311 581
13,70
1,00
4,269
telata
483 019
13,70
1,00
6,617
býci
164 143
13,70
1,00
2,249
0,88
1,00
Ovce a berani
84 108
0,074
0,88
1,00
Kozy a kozli
31 988
0,028
Prasata celkem
3 687 967
29,543
selata
748 034
6,50
1,00
4,862
prasnice
296 811
11,90
1,00
3,532
březí prasnice
114 856
19,70
1,00
2,263
prasata výkrm
2 528 266
8,30
0,90
18,886
0,97
0,85
Králíci
14 723 000
12,139
Drůbež celkem
30 784 432
7,101
nosnice
12 033 178
0,27
1,00
3,249
brojleři
17 505 028
0,21
0,85
3,125
krůty,krocani,krůťata
668 560
0,73
0,80
0,390
kachny,kačeři,kachňata
445 589
0,73
0,80
0,260
husy,houseři,housata
132 077
0,73
0,80
0,077
8,00
1,00
Koně a hříbata
23 835
0,191
Celkové množství NH3 za rok 1999 ( kt )
77,274
zdroj : soupis hospodářských zvířat k 1.3. 2000
Kontaktní adresa:
Ing. Antonín Jelínek,CSc, Ing. Petr Plíva,CSc., Ing. Jiří Souček,
Výzkumný ústav zemědělské techniky, Drnovská 507, 161 01 Praha 6-Ruzyně
Tel.: 233022398, e-mail [email protected]
68
Správná zemědělská praxe z pohledu zákona o ochraně ovzduší a o
integrované prevenci
Antonín Jelínek, Martin Dědina
Výzkumný ústav zemědělské techniky
ÚVOD
Celosvětový posun k šetrnějšímu zacházení
s životním prostředí se nevyhnul ani resortu
zemědělství. Zemědělství zásadním způsobem ovlivňuje
životní prostředí nejen jako tvůrce krajiny, ale hlavně
působí ve třech oblastech tj. působí na půdu, vodu a
ovzduší. Zemědělská činnost významně ovlivňuje
všechny tři oblasti a zvláště intenzivní chovy
hospodářských zvířat svými vedlejšími produkty, což
jsou hlavně organické zbytky (chlévský hnůj, kejda,
drůbeží trus, podestýlka) a plynné emise (amoniak,
metan, oxid uhličitý a další skleníkové a zápašné plyny)
rovněž negativně působí na životní prostředí. Bylo proto
nutné v souladu se snahou o dlouhodobý udržitelný
rozvoj přijmout řadu opatření, které významně sníží
nepříznivé vlivy zemědělské činnosti na životní prostředí.
V Evropské unii byl vypracován systém směrnic, které
převedeny do legislativy jednotlivých členských zemí
tvoří základ ekologického chápání provozování
zemědělských technologií. V české republice se také
před vstupem do EU přijalo několik zákonů a směrnic,
které jsou plně v souladu s legislativou EU a významně
budou ovlivňovat zemědělství v budoucích letech.
Dne 5. února 2002 byl v České republice přijat
zákon č. 76/2002 Sb. o integrované prevenci a
omezování znečištění, o integrovaném registru
znečišťování a o změně některých zákonů (zákon o
integrované prevenci), který nabyl účinnosti dne 1. ledna
2003. Tímto úkonem je do českého právního řádu
implementována směrnice Rady 96/61/EC o integrované
prevenci a omezování znečištění (Integrated Pollution
Prevention and Control - IPPC), která byla v členských
státech EU přijata v září 1996 a od října 1999 je
v platnosti. Ještě téhož roku se prostřednictvím
Ministerstva životního prostředí – garanta implementace
směrnice Rady 96/61/EC do české legislativy, do
procesu integrované prevence a omezování znečištění
zapojila i Česká republika. V resortu zemědělství se
první zmínky o dané problematice začaly objevovat na
konci roku 2000, kdy byla pro odbornou a širokou
chovatelskou veřejnost uspořádána první konference,
týkající se implementace směrnice Rady 96/61/EC do
resortu zemědělství.
Účelem zákona je ochrana životního prostředí
jako celku, tzn. přejít od masového využívání koncových
technologií, jež pouze převádějí znečištění z jedné
složky životního prostředí do druhé, k prevenci a
minimalizaci znečištění přímo u zdroje a životní prostředí
brát komplexně v celém kontextu výrobních a
zemědělských činností.
Zákon č. 76/2002 Sb. uplatňuje několik
principů s cílem vyšší ochrany životního prostředí při
udržitelném vývoji průmyslové a zemědělské činnosti.
Princip
prevence
nahrazuje
dosud
uplatňovaný postup sledování výstupů výroby a stupeň
znečišťování těmito výstupy zaměřením na vstupy
výroby a na efektivnost jejich využívání. Pro prevenci
znečištění je tedy důležité řízení materiálových a
energetických toků v průběhu výroby, uvážlivá volba
vstupů s uplatněním bezodpadových technologií. Je to v
podstatě omezení strategie zavádění tzv. koncových
technologií, tj. technologií přidávaných na konce
69
výrobního postupu za účelem zachycení anebo úpravy
produkovaných nečistot, a jejich nahrazení prevencí
vzniku odpadů a zavedením úsporného hospodaření se
surovinami a energiemi.
Princip
integrovaného
povolování
představuje posun od posuzování vlivu výroby na
jednotlivé složky životního prostředí (vzduch, voda,
půda) a zaměření se na komplexní zhodnocení výrobní
činnosti jako celku. Tento postup vyžaduje podrobnou
analýzu jednotlivých výrobních procesů.
Princip náhrady škodlivých látek za méně
škodlivé dává prostor pro analýzu použitých prostředků
a technologií zejména v oblasti sanitace a hygieny, kde
vývoj jde v posledních letech prudce vpřed.
Princip snižování rizika u zdroje je spojen s
modernizací a zdokonalováním výrobních technologií a
používaných technik. Úzce souvisí i s principem
uplatňování nejlepších dostupných technik (BAT –
Best Available Technique).
Princip vyjednávání a komunikace spočívá v
dialogu mezi žadatelem a povolujícím orgánem.
Smyslem tohoto vyjednávání je domluvení podmínek pro
provoz zařízení tak, aby vyhovovaly jak životnímu
prostředí, tak podnikatelským záměrům provozovatele
zařízení a přitom aby výrobce ekonomicky nelikvidovaly.
Výsledkem je dohoda o opatřeních a termínech jejich
realizace.
Princip výměny informací a zveřejňování dat
slouží k maximální informovanosti výrobců o
technologických a technických možnostech v rámci
stanovených BATů, ale také k informovanosti veřejnosti
o rizikách ohrožujících životní prostředí a o opatřeních,
které mají tato rizika minimalizovat. Na druhé straně
veřejné projednávání může ochránit i provozovatele
zařízení od nereálných požadavků bez technických
možností jejich naplnění.
Princip subsidiarity přenáší rozhodovací
povinnost na místní orgány, zodpovědné za udržitelný
rozvoj ve svém regionu.
Zákon IPPC je tzv. horizontálním zákonem, je
to předpis speciální, jehož aplikace má přednost před
použitím složkových zákonů. Znamená to, že
povolovatel provozů (Krajský úřad) bude postupovat
podle zákona IPPC při posuzování žádosti o povolení
činnosti. Cílem zákona je zpřehlednit, provázat a
zjednodušit pracovní postupy v rozhodování podle
složkových zákonů v oblasti životního prostředí
prostřednictvím tzv. integrovaného povolování, jehož
výsledkem má být rozhodnutí o žádosti pro vydání
integrovaného povolení. Integrované povolení bude
nahrazovat rozhodnutí, stanoviska, vyjádření a souhlasy,
které jsou vyžadovány podle jiných právních předpisů,
pokud je jimi dáván souhlas k provozu zařízení nebo
k činnosti provozované v zařízení, nebo pokud je
neopomenutelným
podkladem
v rámci
procesu
povolování staveb tzn., že provozovatel nemusí jako
doposud žádat o jednotlivá dílčí složková povolení
jednotlivé dotčené orgány, ale podá pouze jednu žádost
v elektronické a písemné podobě a ty pak vydají svá
stanoviska již přímo povolovateli.
S tímto
tématem
souvisí
i
rozsah
novelizovaných předpisů. Ze strany EU je požadováno
jako minimum integraci v oblasti ovzduší, vody,
znečišťování půdy a odpadů. Zákon č. 76/2002 Sb. tento
minimální požadavek přesahuje o oblast ochrany půdy,
ochrany přírody a krajiny, lázeňství, veterinární péče a
částečně i o oblast veřejného zdraví.
Jedná se o tyto předpisy:
• zákon č. 254/2001 Sb., o vodách a o změně
některých zákonů (vodní zákon)
• zákon č. 334/1992 Sb., o ochraně zemědělského
půdního fondu, ve znění zákona č. 10/1993 Sb.,
zákona č. 98/1999 Sb. a zákona č. 132/2000 Sb.
• zákon č. 289/1995 Sb., o lesích a o změně a doplnění
některých zákonů (lesní zákon), ve znění zákona č.
238/1999 Sb., zákona č. 67/2000 Sb. a zákona č.
132/2000 Sb.
• zákon č. 86/2002 Sb., o ochraně ovzduší před
znečišťujícími látkami (zákon o ovzduší).
• zákon č. 114/1992 Sb., o ochraně přírody a krajiny,
ve znění zákona č. 347/1992 Sb., zákona č.
289/1995 Sb., zákona č. 3/1997 Sb., zákona č.
16/1997 Sb., zákona č. 123/1998 Sb., zákona č.
161/1999 Sb., zákona č. 238/1999 Sb. a zákona č.
132/2000 Sb.
• zákon č. 185/2001 Sb., o odpadech a o změně
některých dalších zákonů
• zákon č. 164/2001 Sb., o přírodních léčivých
zdrojích, zdrojích přírodních minerálních vod,
přírodních léčebných lázních a lázeňských
místech a o změně některých souvisejících zákonů
(lázeňský zákon)
• zákon č. 166/1999 Sb., o veterinární péči a o změně
některých souvisejících zákonů (veterinární zákon),
ve znění zákona č. 29/2000 Sb., zákona č.
154/2000 Sb. a zákona č. 102/2001 Sb.
• zákon č. 258/2000 Sb., o ochraně veřejného zdraví a
o změně některých souvisejících zákonů, ve znění
zákona č. 254/2001 Sb. a zákona č. 274/2001 Sb.
Zákon č. 76/2002 Sb. o integrované prevenci a
omezování znečištění, o integrovaném registru
znečišťování a o změně některých zákonů (zákon o
integrované prevenci) rozlišuje dva druhy zařízení:
Za tzv. stávající zařízení je považováno
takové, pro které byla podána žádost o stavební
povolení podle stavebního zákona do 30. října 1999 a
které bylo uvedeno do provozu do 30. října 2000. Po
nabytí účinnosti zákona bude muset stávající zařízení
získat integrované povolení do 30. října roku 2007. Na
první pohled se může zdát, že je to dostatečně dlouhá
doba na zajištění povolení, ale vzhledem k počtu
zařízení, kterých je v současnosti pouze v sektoru
zemědělství okolo 460 a na lhůtách určených
k projednání žádosti, nelze tuto problematiku v žádném
případě podcenit.
Za tzv. nové zařízení je považováno takové,
jež bylo uvedeno do provozu mezi 30. říjnem 2000 a 1.
lednem 2003 a zařízení, které ještě nebylo uvedeno do
provozu do 1. ledna 2003, ale bylo pro něj vydáno
stavební povolení. U těchto zařízení bude muset
provozovatel podat žádost o integrované povolení do
3 měsíců od nabytí účinnosti zákona, tím dojde k revizi
již vydaného stavebního povolení a zařízení bude muset
získat i integrované povolení.
Provozovatel zařízení, který podal žádost o
stavební povolení do dne nabytí účinnosti zákona a
jestliže pro toto zařízení ještě stavební povolení nebylo
vydáno, je povinen doložit integrované povolení
současně s návrhem na zahájení kolaudačního řízení.
70
Sankce za neplnění litery zákona o
integrované prevenci jsou značné a pro ilustraci jsou
citovány články 4 a 5 §37.
(4) Pokutu do výše 4 000 000 Kč Česká
inspekce životního prostředí uloží provozovateli zařízení,
jestliže provozuje zařízení bez platného integrovaného
povolení nebo neplní podmínky integrovaného povolení.
(5) Pokutu do výše 7 000 000 Kč Česká
inspekce životního prostředí uloží provozovateli zařízení,
jestliže neplněním podmínek integrovaného povolení
nebo
provozováním
zařízení
bez
platného
integrovaného povolení ohrozil nebo ohrožuje životní
prostředí.
Integrované povolení je vydáváno na dobu 8
let. Jestliže v průběhu těchto 8 let dojde ke změně
v provozu, funkci či rozsahu funkce zařízení, která může
mít důsledky pro životní prostředí, nebo která může mít
podle názoru příslušného orgánu významné nepříznivé
účinky na člověka nebo životní prostředí, je provozovatel
povinen tuto změnu neprodleně hlásit příslušnému
krajskému úřadu a zažádat o revizi integrovaného
povolení.
Účastníky řízení o vydání integrovaného
povolení jsou na jedné straně provozovatel zařízení,
na straně druhé příslušný Krajský úřad na jehož území
má být zařízení provozováno. Do procesu dále vstupuje
obec a všechna občanská sdružení, která mají potřebu
se k danému problému vyjádřit. Má-li zařízení
přeshraniční vlivy i zástupci příslušného dotčeného
státu, prostřednictvím Ministerstva zahraničních věcí.
Dle přílohy č. 1 zákona 76/2002 Sb. do
působnosti resortu zemědělství spadají následující
kategorie zařízení:
6.4. a) jatka o kapacitě porážky větší než 50 t
opracovaných těl denně,
b) zařízení na úpravu a zpracování za účelem
výroby potravin nebo krmiv
- z živočišných surovin (jiných než mléka), o
výrobní kapacitě větší než 75 t hotových výrobků denně,
- z rostlinných surovin, o výrobní kapacitě větší
než 300 t hotových výrobků denně (v průměru za
čtvrtletí),
c) zařízení na úpravu a zpracování mléka, kde
množství odebíraného mléka je větší než 200 t denně (v
průměru za rok).
6.5. Zařízení na zneškodňování nebo zhodnocování
zvířecích těl a živočišného odpadu o kapacitě
zpracování větší než 10 t denně.
6.6.
Zařízení intenzivního chovu drůbeže nebo prasat
mající prostor pro více než
a) 40 000 kusů drůbeže,
b) 2 000 kusů prasat na porážku (nad 30 kg),
nebo
c) 750 kusů prasnic.
O tom co bude nebo nebude považováno za
nejlepší
dostupnou
techniku
se
rozhoduje
v technických pracovních skupinách (TWG), sídlících
v Evropské kanceláři pro IPPC v Seville. Na přípravě
těchto dokumentů se podílí kromě zástupců Komise,
členských a kandidátských států i zástupci průmyslových
svazů. Výsledky jednání a výměny informací jsou
shrnuty do tzv. referenčních dokumentů nejlepších
dostupných technik (BREF) pro jednotlivé kategorie
zařízení. Ty jsou nezávaznými dokumenty, které slouží
příslušným orgánům k posouzení technologií chovů
uváděných provozovatelem a nejsou právně závazné ani
vymáhatelné, nicméně povolovatel k nim musí
přihlédnout.
Střední a velké zdroje znečišťování, jsou
v zákoně č.86/2002 Sb. – zákon o ochraně ovzduší,
definovány dle počtu kusů:
- střední zdroj: zařízení chovu prasat na
porážku (nad 30 kg) s projektovanou kapacitou ustájení
od 500 do 999 kusů nebo od 180 do 299 prasnic.
- velký zdroj: zařízení pro chov prasat na
porážku (nad 30 kg) s projektovanou kapacitou ustájení
od 1000 do 1999 kusů nebo od 300 do 749 prasnic.
Pro tyto zdroje znečišťování platí povinnost
zpracovat plán Správné zemědělské praxe, která je
v Příloze č.2 k nařízení vlády č. 353/2002 Sb.
definována v následujících bodech, které provozovatel
uvede:
a. kategorii, skupinu, název, umístění a popis zdroje
podle údajů provozní evidence,
b. podrobný technický popis zdroje a používaných
technologických postupů,
c. způsob ustájení a projektovanou kapacitu ustájení
hospodářských zvířat,
d. způsob odvádění znečišťujících látek do vnějšího
ovzduší,
e. dosavadní provozní řád zpracovaný podle § 11 odst. 2
zákona, jedná-li se o zvláště velký či velký zdroj,
f. návrh provozního řádu pro období uplatňování plánu,
g. dosavadní způsob zjišťování emisních koncentrací
znečišťujících látek a množství vypouštěných
znečišťujících látek,
h. kopie protokolů o autorizovaných měřeních emisí
provedených u zdroje podle právních předpisů
platných do dne nabytí účinnosti zákona,
i. údaje v souhrnné provozní evidenci, zejména celkové
množství vypuštěných emisí amoniaku vykazované za
uplynulé 2 roky,
j. referenční a snižující technologie pro chovy
hospodářských zvířat, skládky chlévského hnoje a
kejdy a způsoby zapravení na pole, u kterých je
deklarován emisní hmotnostní tok amoniaku do
vnějšího ovzduší, a které budou v rámci plánu u zdroje
instalovány. Porovnání stávající technologie chovu
s navrženou snižující technologií. Uvedení termínu
realizace jako změny při využívání technologického
zařízení zdroje ve smyslu § 17, odst. 2, písm. f)
zákona,
k. další technickoorganizační opatření
l. spalovací zdroje, zdroje nezemědělských technologií,
případně spalovny odpadů provozované v areálu
zemědělského zdroje,
m.
vyhodnocení snížení emisí amoniaku a
pachových látek jako výsledku plnění plánu,
n. termín zahájení plnění plánu,
o. termíny a způsob kontrol průběžného plnění plánu,
p. termíny či lhůty doplňování plánu,
q. jména, adresy a podpisy provozovatele zdroje a
krajského úřadu
Plán Správné zemědělské praxe zpracovaný
podle těchto bodů se předává na Krajský úřad ve třech
vyhotoveních. Krajský úřad do 90 dnů plán schválí nebo
zamítne. Plán platí na dobu určenou Krajským úřadem a
může být zrušen pouze tímto úřadem nebo na základě
žádosti provozovatele.
Závěr
Zákon o integrované prevenci a Správná
zemědělská praxe vytvářejí předpoklad pro zlepšení
vztahu zemědělců k životnímu prostředí. I když se
mnohým zdá, že některé části zákonů jsou příliš přísné a
realizace opatření vedoucích k jejich splnění je příliš
investičně náročná, je nutné si uvědomit, že pouze
drastické omezení tvorby amoniaku a skleníkových
plynů umožní snížení nebezpečí klimatických změn,
kterých jsme v poslední době svědky. Proto je nutné se
na řešení této problematiky maximálně soustředit a
vyjednat si takové podmínky provozu, které jsou pro
chovatele z hlediska technického i ekonomického
nejvýhodnější.
Kontaktní adresa:
Ing. Antonín Jelínek,CSc, vedoucí odboru Ekologie zemědělských technologických systémů
Ing. Martin Dědina
Výzkumný ústav zemědělské techniky, Drnovská 507, 161 01 Praha 6-Ruzyně
Tel.: 233022398, e-mail [email protected]
71
Briketování biomasy
David PLÍŠTIL
Katedra materiálu a strojírenské technologie
Česká zemědělská univerzita v Praze
Resumé
V příspěvku jsou porovnávány vzorky biomasy
v závislosti na vstupní vlhkosti, která je základním
kritériem pro briketování materiálů. Na tomto základě byl
vyroben model briketovacího lisu, který je svojí cenou
přijatelný pro výzkum a skládá se pouze z lisovací
komory, dna a tlačky, která materiál zhutňuje do
kompaktního celku.
Klíčová slova:
spalitelný odpad,
biomasa,
vlhkost,
briketa,
1 Úvod
Technologie briketování využívá mechanických a
chemických vlastností materiálů, které se za použití tlaku
v lisovací komoře zhutní do kompaktního tvaru.
Pro své vlastnosti jsou brikety z biomasy
označovány za ekologické palivo, které minimálně
zatěžuje životní prostředí.
Při briketování bez pojidel proběhne přiblížení
jednotlivých částeček na minimální molekulovou
vzdálenost. Mluví se o vzdálenosti, při které jsou účinné
valenční síly ve formě Van der Walsových sil. Uvedené
pohyby molekul mohou proběhnout jen za velmi
vysokých tlaků. Při briketování pomocí pojidel probíhá
spojování chemicko - hydraulickou cestou.
Pro dřevní odpady se používají pryskyřice a
následně lignin, které se uvolňují za působení
zvyšujícího tlaku a tepla a spojují nám finální briketu.
Briketovací lisy se využívají pro zpracování
odpadů na ekologicky čisté a vysoce výhřevné palivo
bez použití pojiv. Zpracovávají tradiční surovinu určenou
k přímému spalování, např. dřevní odpady, kterými jsou:
dřevní piliny, hobliny, prach, štěpka a kůra.
Výhodou této technologie je zmenšení objemu
odpadu, pro následné skladování, přepravu, využití
skladovacích prostor a spalování. Další výhodou je
vysoká výhřevnost takto zlisovaných dřevních materiálů,
kterými jsou (biopaliva 18 – 19 MJ/kg dřevní brikety 14 –
18 MJ/kg, papírové 15 MJ/kg, sláma 16 MJ/kg), výhodou
je malý obsah popela po spalování (0,5 – 1 %).
Nezatěžují životní prostřední vedlejšími produkty při
spalování. Navíc je takto vzniklý popel možno použít
jako minerální hnojivo.
Při lisování dochází k vytvoření tepla, které má
vliv na částečné zatavení povrchu brikety, která se tímto
stává odolnější proti vzdušné vlhkosti.
Dle tvarů výstupních briket je lze rozdělit na:
válcové, osmihranné, obdélníkové, čtvercové. Dále se
rozdělují na brikety bez vnitřního otvoru a s vnitřním
otvorem, který podporuje lepší hoření.
2. Model briketovacího lisu
2.1 Na katedře materiálu a strojírenské
technologie byl zhotoven model briketovacího lisu, který
je oproti vyráběným briketovacím lisům zjednodušen
pouze na lisovací komoru, dno a tlačku, která materiál
zhutňuje. Tento model je obsluhován univerzálním
72
trhacím strojem ZDM – 50, který vyvine maximální
lisovací sílu 50 tun. Na tomto základě byly vyhodnoceny
základní parametry briketování.
Výsledné brikety mají rozdílnou výšku, která
závisí na stupni zatížení. Z toho vyplývá, že při větší
zátěži je briketa více zhutněna a její výška je menší.
Zhutnění briket závisí hlavně na vlhkosti. Při překročení
doporučené vlhkosti lze provést pouze zhutnění
minimální zatěžovací silou. Výsledná briketa nebývá
kompaktní a uvolněná vlhkost se projeví ve vyloučení
vody z lisu již při zhutňování, kterým je doprovázeno i
vytlačení dna z modelu briketovacího lisu. Při vyšších
vlhkostech se projeví zákon o nestlačitelnosti kapalin a
jejím výsledkem je deformace lisu.
Postup přípravy vzorků:
zjištění vstupní vlhkosti (zkušební vzorek je
odměřen na vahách s cílem odečtení hmotnosti, po dobu
1 hod. se zahřívá v sušárně, poté je opět odečtena
hmotnost, matematickým vzorcem se vypočítá vlhkost),
příprava 9 navážek materiálu pro lisování,
lisování vzorků (zatěžování od 5 – 45 tun
odstupňováno po 5 tunách),
odečtení výšky brikety pomocí posuvného
pravítka,
brikety se poruší při zkoušce na rozštěp na
univerzálním trhacím stroji s cílem odečtení potřebné
síly na porušení,
vyhodnocení parametrů v programu Excel.
3. Výsledky měření
Na obr. 1 je znázorněna závislost hustoty ρ [kg.m
3
] zkoumaného materiálu na briketovacím tlaku p [MPa].
Na obr. 2 je znázorněna závislost síly F [N], která je
potřebná pro porušení brikety zkouškou na rozštěp,
přepočítaná na jednotku délky l [mm] v závislosti na
briketovacím tlaku.
3. Naměřené údaje
viz grafy
4. Závěr
Se zvyšujícím se zatížením u briket z dřevěného odpadu
se docílí:
růstu síly na porušení brikety,
zmenšení výšky brikety,
uvolnění ligninu, který má funkci pojiva,
zvýšení aroma odpadu,
Pokud jsou briketovány hobliny většího rozměru,
nedosahují takového zhutnění, jako brikety z jemných
hoblin a tudíž i jejich výška je vyšší. Pokud je vstupní
odpad více rozmělněn, dochází k většímu zhutnění
(nižší výška brikety) než u materiálu větších vstupních
rozměrů.
Dle normy DIN 51731 by se mněla hustota briket
a hoblin pohybovat v rozmezí 1 000 až 1 400 kg.m
Obr. 1 Závislost hustoty zkoumaných materiálů na briketovacím tlaku: (seshora) dřevo-piliny (vlhkost 3,1 %),
dřevo-štěpka (vlhkost 15,7 %), dřevo-piliny (vlhkost 11 %), dřevo-piliny (vlhkost 6,3 %), dřevo-hobliny (vlhkost 6,3 %).
1800
-3
hustota ρ [kg.m ]
1600
1400
1200
1000
800
600
20
70
120
170
220
270
320
briketovací tlak p [MPa]
Obr. 2 Závislost síly potřebné k porušení brikety v závislosti na briketovacím tlaku (seshora): dřevo-piliny (vlhkost 11 %),
dřevo-piliny (vlhkost 3,1 %), dřevo-piliny (vlhkost 6,3 %), dřevo-hobliny (vlhkost 6,3 %), dřevo-štěpka (vlhkost 15,7 %),
-1
síla na porušení F [N.mm ]
120
100
80
60
40
20
0
0
50
100
1 50
200
250
briketovací tlak p [MPa]
Tento příspěvek vznikl na základě grantu číslo 311 40/ 1312 / 31 31 11.
Kontaktní adresa:
Ing. David PLÍŠTIL,
Katedra materiálu a strojírenské technologie
Česká zemědělská univerzita v Praze
tel. 22438 3271
e-mail [email protected]
73
300
35 0
400
Mechanické drcení zbytkové těžební biomasy v lesním hospodářství
Jiří Dvořák
ČZU v Praze, Lesnická fakulta
biomasy a ochuzení humusové vrstvy, ale i ekonomické
ztráty se stále se zvyšujícími především mzdovými
náklady.
Drtiče odpadu se stávají v lesním hospodářství
stále zajímavější mechanizací pro zpracování
pasečného odpadu, nejčastěji klestu, stromových
vrcholů nebo nežádoucího nárostu příp. jiného pro
dřevozpracující průmysl neatraktivního materiálu a
představují tak jednu z technologických postupů pro
zpracování
potěžebního
odpadu
a
biomasy.
Zpracovávaný odpad zůstává na ploše a stává se tak
významnou složkou pro obohacení humusové vrstvy.
Na obnovované ploše nedochází k produkční ztrátě
vzhledem k úbytku plochy v porovnáním se shrnováním
klestu do valů.
ÚVOD
V lesním hospodářství je stále otevřená otázka
jak nejlépe likvidovat klest a další potěžební odpad,
3
který činí z roční těžby cca 2,5 mil. m . Likvidace
pasečného odpadu a čištění potěžebních ploch není
prováděno pouze z estetického hlediska v krajině, ale
především pro její asanaci. Kusý dřevní odpad není
možné na pasece ponechávat z několika důvodů:
- stal by se cílem pro škůdce a sekundárně by tak
došlo k šíření a k ohrožení sousedících porostů,
- vzniká
nebezpečí
šíření
tracheomykózních
onemocnění,
- byl by překážkou pro další mechanizované
zalesňování plochy,
- rozdrcením (popř. rozštěpkováním) dřevního odpadu
urychlíme rozklad suroviny, která zůstává lesní půdě
živným organickým materiálem.
V současné době ztrácí společnost o odpadovou
biomasu zájem. Je velice těžké vést
zájem o
individuální
využití
zbytkové
biomasy
např.
k energetickým účelům. Potěžební biomasa z pasek se
v současnosti pro další průmyslové zpracování, za
účelem výroby lisovaných briket, pelet apd., nejeví
ekonomicky
výhodná
natolik
jako
výroba
z
rychlerostoucích dřeviny. Všechny tyto důvody spojené
se vštěpováním nového ekologického a efektivního
ekonomického smýšlení nás nutí nasazovat nové
zpracovatelské technologie. Běžný postup likvidace
klestu, mezi které patří především spalování přímo na
ploše, znamená nejenom zbytečně velkou ztrátu
NESENÉ DRTIČE
Pro provozní lesnictví jsou nejběžnější a nejvíce
atraktivní nesené drtiče klestu s aktivním pohonem
pracovního ústrojí - rotátoru (viz. schéma na obr. č.
1). Adaptéry jsou ve většině případech nesené na
tříbodovém závěsu traktoru (vzadu nebo vpředu),
další možností je aplikace adaptéru na
hydromanipulátor. Rotátory jsou jednokusé nebo
složeny z dílčích částí. Jejich průměr se pohybuje u
běžně používaných strojů 40 – 60 cm.
Pracovní nástroje tj. kladiva jsou výkyvná
nebo pevná na rotátorech (viz. obr.2), v obou
případech výměnná. Rotátor s navařenými drtícími
nástroji musí být v případě nenávratného poškození
určitého podílu pracovních nástrojů vyměněn jako
celek. Počet kladiv je závislý na pracovním záběru
stroje a rozložení na rotárotu. U vyráběných typů se
pohybuje počet kladiv běžně od 20 do 50 kusů.
Pracovní nástroj je vyráběn celý z tvrdokovu, ve
většině případech je ovšem z tvrdokovu pouze
návar na špici kladiva. Životnost kladiva závisí na
terénních překážkách tj. předevších kamenech.
Podle výrobce je uváděna životnost od 50 do 500
hodin.
DISKUSE
Základní rozdělení drtičů, které veškerý odpad
rozlamují a štípají:
1.)
nesené
2.)
samochodné
3.)
tažené
4.)
stacionární
(likvidace
dřevního
odpadu
v dřevozpracujících závodech)
Nejjednodušším typem drtiče jsou tažené válce.
Váha válce, na kterém jsou navařeny podélně ocelové
lišty dosahuje až 5 tun. Při pojezdu je veškerý odpad do
průměru cca 8 cm rozštípán.
Obr. č. 1: Schéma drtiče. 1. Protisměrný drtící buben, 2.
Zadní válec, 3. Výkyvný rám, 4. Vodící kola, 5.
Hydraulika pro ovládání (2) a (3).
74
Obr. č. 2: Kladiva drtiče.Pevné
Výkyvné
Pracovní ústrojí (rotátor) je poháněn mechanicky,
od vývodového hřídele, přes kloubový teleskopický
hřídel. Od vývodového hřídele je přenášen výkon na
jeden nebo dva hnací hřídele rotátoru přes ozubený
kuželový převod a klínové řemenové převody (popř.
řetězové). Pro zajištění přenášeného kroutícího
momentu dostatečným třením jsou víceřemenové
převody. Klínové řemeny jsou využívány častěji, neboť
slouží zároveň jako pojistka proti přetížení stroje, kdy při
zablokování rotátoru v terénu dochází k prokluzu
řemenů. Neméně častý je hydrostatický pohon
pracovního ústrojí tj. pohon rotátoru hydromotorem, ať
již u neseného drtiče na tříbodovém závěsu a vždy je
hydromotorem aktivován stroj na výložníku. Rotátor
-1
pohybující se obvodovou rychlostí 40 – 50 m.s je
poháněn od vývodového hřídele hnacími otáčkami 1000
-1
-1
ot.min nebo 540 ot.min . Pracovní záběr adaptéru je
nejčastěji do 2,5 m, což je vždy přibližně o 15 % méně
než jeho celková šíře. Podrobné parametry k vybraným
typům strojů viz. tab. č. 1.
Obr. 3: FAE UML 175. doporučený výkon 51-74 kW,
pracovní záběr 1690 mm, m = 850 kg, 34 kladiv,
hloubka zapracování do 250 mm
75
Drtič (obr. č. 3), představuje do jisté míry funkční
kombinaci drtič – půdní fréza. Veškerý klest a potěžební
odpad je zapracován podle typu stroje až do hloubky 50
centimetrů. Toto umožňuje boční nastavení skluzů a tím
i výšková regulace rotátoru. Stroje je potom možné
používat nejenom k přímé likvidaci pasečného odpadu,
ale i zarovnávání mikroreliéfu, obnově a údržbě cest,
zakládání protipožárních pásů, příprava záhonů
v lesních školkách.
Nemálo důležitou roli umožňuje nasazení
speciálně upraveného rámu na nesený adaptér. Rám
ovládaný hydromotorem předklání při rozčleňování
porostu stromy v mlazině. Kladivy na rotátoru dochází
k podsekání stromu a jeho následnému rozdrcení
s možným zapracováním do půdy.
Adaptér může být nasazen na různé typy jeřábů,
nejčastěji s výložníkem, zlamovacím a případně
teleskopickým ramenem. Nasazení je potom možné
v hůře dostupných terénech či k likvidaci nárostu.
Pracovní ústrojí je v tomto případě poháněno
hydrostaticky.
Při nasazení nesených drtičů v provozu je nutné
vycházet ze základních technologických vlastností
traktorů, kterými je především stabilita. Maximální
svahová dostupnost univerzálních kolových traktorů,
které nesou drtiče na tříbodových závěsech, se
nejčastěji pohybuje při jízdě po vrstevnici do 10 % a při
pohybu po spádnici do 25 %. Pasečný odpad není
možné likvidovat na celoplošných kamenitých plochách,
kde dochází k poškození pracovních nástrojů. Stejně tak
by neměli být drtiče nasazovány na plochách s výskytem
oddenkových plevelů (např. pýru), neboť rozsekáním se
plevel rychle množí a musel by být intenzivně likvidován
po zalesnění daných ploch. Dalšími podmínkami je
dostatečná únosnost půdního povrchu. Terén nesmí být
podmáčen. Přirozenou rohoží na pracovišti je v tomto
případě likvidovaný klest, přes který traktor přejíždí a
následně jej drtí. Pokud vycházíme z terénních typizace
Lesprojektu, lze za optimální podmínky nasazení stroje
považovat terénní skupinu A.
Před rozčleňováním porostu je nutno předem
vyznačit vjezd do porostu. Doporučuje se provádět
pouze rozdrcení podseknutých dřevin na půdním
povrchu
bez
dalšího
zapracování
do
půdy.
Zapracováním dřevních třísek a kousků dřeva přímo
v porostu do půdy hrozí porušení kořenového systémů
okolních stromů a přes mechanické poranění nebezpečí
proniknutí houbové infekce. Kvalita práce a maximální
průměr rozdrcených potěžebních zbytků závisí na
rychlosti traktoru (1,0 – 2,0 km.h-1), otáčkách rotátoru a
pracovních nástrojích.
SAMOCHODNÉ DRTIČE
Dosud v naší lesnické praxi nepoužívané jsou
samochodné drtiče, pro své pořizovací náklady. Tvoří
nástavbu na podvozku vyvážecích traktorů (viz. obr. 4).
Pracovní ústrojí je sestaveno ze dvou podélně vložených
.-1
rotátorů, pohybujících se rychlostí 15 ot.min . Drtící
ústrojí s trojúhelníkovitými pracovními nástroji je
hydrostaticky poháněné. Klest a další odpad je vkládán
do násypky hydraulickou rukou. Stroj se tak pohybuje po
pasece v odstupech cca 15 - 20 m. Rozdrcené dřevní
kousky vypadávají z dopravníku přímo na zem nebo jsou
rozprášeny po ploše prostřednictvím rotujícího disku, na
který je drť vynášena. Na rozdíl od nesených drtičů
nedochází k tak intenzivnímu zhutňování půdy. Intenzita
přejezdů na pracovní ploše je nižší a navíc je tlak
rozkládán na nízkotlaké pneumatiky u vícenápravového
stroje. Celkové zatížení na půdu se tak pohybuje kolem
80 kPa, na rozdíl od běžných provozní traktorů (UKT), u
kterých se pohybuje tlak cca 200 kPa.
TAŽENÉ DRTIČE
Tažené drtiče příliš v současnosti v provozu
používané nejsou. Díky své mobilitě jsou nasazeny na
odvozním místě, dočasných manipulačních skladech a
dalších místech s dřevním odpadem (viz. obr. č. 5). Drtič
potěžebního odpadu, který je tažený zpravidla UKT nebo
automobilem má vlastní pohonnou jednotku. Rotátor
s výkyvnými noži je s hydrostatickým pohonem. Pasečný
odpad, který je nutné shrnovači shrnout a vyvážecí
soupravou svést na odvozní místo se do násypky drtiče
vkládá hydraulickou rukou. Kladiva jsou vyrobena
z tvrdokovu, není proto nutné se obávat poškození
v případě přimíšení dalšího materiálu, který se společně
se dřevní hmotou dostane do drtiče (hlína a kamení).
Životnost pracovních nástrojů je minimálně 250
motohodin.
Obr. č. 5: Drtič 95 MTS, výkon motoru 207 kW, ∅
rotátoru 1100 mm, šířka rotátoru 1600 mm, otáčky 1100
ot./min., počet kladiv 28, objem palivové nádrže 250 l,
objem hydrauliky 250 l.
ZÁVĚR
Drtiče klestu a dalšího potěžebního odpadu u nás
zaznamenávají v současnosti počátky provozního
rozvoje. Progresivnější nasazení brzdí poměrně vysoké
pořizovací náklady a nízké náklady nasazených
pracovních sil, které jsou využívány v jiných
technologických způsobech likvidace klestu, především
spalování, i když stále více z bezpečnostního hlediska
omezovaného.
Výhodami nasazení drtičů pro lesní hospodářství je:
nasazení efektivní pracovní technologie na
zpracování pasečného odpadu,
podíl biomasy na vytváření humusové vrstvy
zůstávající na lesních plochách,
rychlé vysychání drtě a tím zamezení šíření hnilob,
zastavení vývoje hmyzu, pokud již nebude ve stádiu
imaga.
Obr. 4: Samochodný drtič HB 175 F na
podvozku vyvážecího traktoru FMG 678
MINI, provozní výkon 119 kW, pracovní
záběr drtícího ústrojí 1100-1700 mm,
váha 16,2 t, dosah HR 6,65 m
Obr. č. 5: Drtič 95 MTS, výkon motoru 207
kW, ∅ rotátoru 1100 mm, šířka rotátoru
1600 mm, otáčky 1100 ot./min., počet
kladiv 28, objem palivové nádrže 250 l,
objem hydrauliky 250 l.
Drtiče a mulčovací frézy
76
TYPOVÁ
RADA
STÁT
VÝKON
TRAKTORU
SUOKONE MERI MJ
Finsko
22 - 132
60 - 160
ZNAČKA
[kW]
MAX.
PRŮMĚR
ODPADU
[mm]
[mm]
[kg]
200 - 250
645 - 1360
UMÍSTĚNÍ
PRACOVNÍ
ZÁBĚR
POČET
KLADIV
[mm]
[ks]
N
1000 - 2500
36 - 93
AHWI
FM
Německo
BUGNOT
BF
Německo min. 80 -132
FAE
FML
Německo min. 26 - 46
150
FAE
FMM
Německo min. 44 - 80
250
FAE
FMH
Německo min. 66 - 125
400
FAE
UML
Německo
35 - 74
250
FAE
UMM
Německo
59 - 132
FAE
UMH
Německo
88 - 279
NFB
WALDMEISTER WA
Německo
66 - 162
SEPPI
MIDIFORST
Německo
44 - 81
150
0-100
850-1250
N
1250-2000
20-33
SEPPI
FORST
Německo
max. 117
300
0-100
1950-2950
N
1500-2500
24-42
SEPPI
BMS
Německo 144-250l/min.
150
0-100
900-1130
H
1000-1500
15-24
WILLIBALD
UFK
Německo
63-132
100-150
0
940-1150
N
1550-2150
30-42
WILLIBALD
UFM
Německo
77-132
180-200
0
1420-1650
N
1890-2290
36-45
STS
PRACHATICE
NUD
ČR
45-110
200
910-1900
N
1300-1900
10-24
GANDINI
MTS
Itálie
P motoru
drtiče 15-289
13-50
700-17000
T
1550-2500
5-28
250-420 bar
50
HLOUBKA
HMOTNOST
ZAPRAC.
50
1750-2600
N
2300
48
100
2560-3100
N
1400-2240
24-32
30
600-900
N, H
1210-1930
20-32
10-100
1050-1900
N
1210-2410
20-40
10-100
2400 - 3300
N, H
1450-2410
24-40
80
730-1030
N
1210-1930
26-38
300-400
80
1500-2250
N
1450-2410
36-52
500
150
2400-3500
N
1450-2410
36-50"C",
48-96"A"
60-100
1100-1760
N
1500-2300
28-36
Kontaktní adresa:
Ing. Jiří Dvořák
Česká zemědělská univerzita v Praze Lesnická fakulta,
Kamýcká 129, Praha 6 – Suchdol, PSČ 165 21
77
0
Reologie v technologických procesech
Jana Andertová
Ústav skla a keramiky VŠCHT Praha
Úvod
Znalost tokového chování systémů hraje důležitou
roli při řešení procesů v mnoha biotechnologiích. Tokové
chování systémů biomasy lze popsat na základě
informací získaných reologickými studiemi těchto
systémů. Reologie se obecně zabývá tokem a deformací
hmoty vlivem vnějších mechanických sil. Jsou možné
dva mezní typy chování.
Jestliže deformace vratně vymizí po odstranění
vnější síly, mluvíme o elastickém chování. Je
vykazováno tuhými látkami. Energie vynaložená na
deformaci se ukládá, a po relaxaci tuhé látky se uvolní.
Jestliže hmota teče a tok se zastaví (ale neobrátí), je-li
síla odstraněna, mluvíme o viskozním chování. Je
charakteristické pro jednoduché kapaliny. Energie
potřebná k udržení toku je disipována jako teplo. Mezi
těmito dvěma extrémy jsou systémy, jejichž odezva na
aplikovanou sílu záleží na době pozorování; nazývají se
viskoelastické. Přesná povaha pozorovaných jevů závisí
na poměru času potřebného na relaxaci systému k času
potřebnému pro provedení měření. Je-li tento poměr
velký, systém se chová jako tuhá látka a má elastické
vlastnosti, je-li malý, systém teče jako kapalina.
Viskozita
Viskozita tekutiny je mírou vnitřního odporu,
kladeného relativnímu pohybu různých části tekutiny.
Brzdící síla mezi nestejně rychlými vrstvami vzniká tím,
že molekuly přecházející z rychlejší vrstvy do pomalejší
přenášejí v průměru víc hybnosti mux (ux je rychlost ve
směru
proudu,
nikoliv
rychlost
termického
neuspořádaného pohybu molekul) než molekuly
přecházející směrem opačným. Výsledkem je úhrnný tok
hybnosti z rychlejší vrstvy do pomalejší; přírůstek
hybnosti v pomalejší vrstvě se projevuje jako síla ve
směru proudu, úbytek ve vrstvě rychlejší jako síla
působící v protisměru. Tečné napětí (síla působící
na jednotku plochy), které působí k vyrovnání
proměnlivé rychlosti v tekutině je tím větší, čím více
se mění rychlost od vrstvy k vrstvě. Tato změna
rychlosti je charakterizována gradientem rychlosti
dux/dy, kde dux je přírůstek rychlosti mezi dvěma
sousedními vrstvami kapaliny vzdálenými od sebe
o dy ve směru kolmém k proudu.
Viskozita je popisována jako newtonská, je-li
tečné napětí mezi dvěma paralelními rovinami
tekutiny v relativním pohybu přímo úměrné
gradientu rychlosti mezi vrstvami tekutiny
(Newtonův zákon):
τ xy = - η
du x
dy
(1)
kde τxy (= Fx /A) je tečné napětí (N m–2) působící ve
směru osy x v rovině kolmé k ose y. Konstanta
úměrnosti η - dynamická viskozita - má rozměr kg m–1 s–
1
= Pa.s (1 Poise (značka P) = 0,1 Pa.s). Podíl
dynamické viskozity a hustoty je kinematická viskozita,
ν = η/ρ ; s rozměrem m2 s–1. Reciproká dynamická
viskozita se nazývá fluidita.
Pro všechny plyny, většinu čistých kapalin a mnoho
roztoků a disperzí je pro danou teplotu a tlak viskozita
78
dobře definovanou veličinou, která je za předpokladu
laminárního toku nezávislá na ani na tečném napětí, ani
na rychlostním gradientu - je konstantní charakteristikou
dané tekutiny.
Viskozita závisí na teplotě. U plynů s rostoucí
teplotou stoupá, viskozita kapalin s rostoucí teplotou klesá.
S rostoucím tlakem viskozita vzrůstá; jeho vliv na
viskozitu kapalin je však většinou zanedbatelný.
U mnohých roztoků a disperzí , zvláště jsou-li
koncentrované nebo obsahují asymetrické částice, jsou
pozorovány odchylky od newtonského toku. Viskozita
těchto, tzv. nenewtonských systémů závisí na
rychlostním gradientu. Viskozita, vypočtená podle
Newtonova zákona jako poměr tečného napětí a
rychlostního gradientu je pak označována jako zdánlivá
viskozita.
Newtonské a nenewtonské kapaliny
Reologie charakterizuje chování tekutin jako
deformaci látky při působení napětí, tedy jako závislost
smykového (tečného) napětí τ na gradientu rychlosti
& . Pomocí charakteru této
deformace dux/dy resp. γ
závislosti lze tekutiny rozdělit na newtonské a
nenewtonské kapaliny. Kapaliny vyznačující se lineární
závislostí napětí na gradientu rychlosti deformace se
nazývají newtonské kapaliny. Kapaliny, u nichž je
průběh této závislosti nelineární jsou označovány jako
nenewtonské. Jestliže závislost napětí na gradientu
rychlosti deformace nenewtonských kapalin vykazuje
hysterezní smyčku, která je mírou časové závislosti, jsou
tyto kapaliny popisovány jako časově závislé, ostatní
kapaliny jako časově nezávislé.
Obr.1.
Závislost napětí a viskozity na
gradientu rychlosti deformace pro newtonské a
nenewtonské kapaliny
A. Časově nezávislé kapaliny
Mezi časově nezávislé nenewtonské kapaliny
řadíme kapaliny pseudoplastické (obr.1.), u nichž
závislost viskozity na gradientu rychlosti deformace se
& klesá. Takto se chová velmi mnoho
vzrůstajícím γ
kapalin jako emulse, suspenze nebo disperze obsahující
např. neuspořádané částice, které se se vzrůstajícím
napětím uspořádají do jednoho směru, nebo aglomeráty,
které se rozrušují a naopak při klesajícím napětí znovu
tvoří .
Dalším typem jsou dilatantní kapaliny, u kterých s
rostoucím gradientem rychlosti deformace roste hodnota
viskozity. Jsou to většinou vysoce koncentrované
suspenze obsahující pevné částice. Látky, které tvoří
intermolekulární / interčásticovou síť působením
vazných sil (Van der Waalsovy síly, hydrofóbní síly,
atd.), mají díky těmto silám charakter pevné látky
s nekonečnou viskozitou. Vnější síla, která je tak velká,
aby rozrušila síťovou strukturu částic, se nazývá mez
toku. Při působení další síly se molekuly / částice otáčí
spolu s tekoucí kapalinou . Mez toku lze definovat také
jako minimální smykové napětí, které je nutné použít k
tomu, aby látka začala téci.
Materiály vykazující mez toku, jsou většinou
vícefázové systémy. Nejvíce příkladů lze nalézt v
disperzích, které obsahují pevné částice v kapalném
mediu. Mezi látky vykazující mez toku patří např.
gelovité látky, tmely, barvy, pasty, těsta, farmaceutické
krémy a masti a velké množství látek z oblasti potravin
jako jsou dressingy, omáčky a pomazánky. Hodnota
meze toku má velký vliv na vlastnosti konečného
produktu a může být jedním z parametrů používaných ke
kontrolování kvality výrobků . Materiály s mezí toku jsou
často označovány jako plastické.
B. Časově závislé kapaliny
Závislost napětí nebo viskozity na gradientu
rychlosti deformace pro časově závislé látky vykazuje
hysterezi, která je mírou časové závislosti. Mezi časově
závislé kapaliny patří tixotropní látky. Při působení síly
na suspenzi se porušuje síťová struktura částic a tím se
Kontaktní adresa:
Ing. Jana Andertová,CSc.
Ústav skla a keramiky VŠCHT
Technická 5, Praha 6 166 28
E-mail: [email protected]
79
snižuje hodnota zdánlivé viskozity s časem. Po určité
době klidu se struktura znovu vytvoří a zvýší se i její
zdánlivá viskozita. Tixotropii vykazují látky tvořící síťové
struktury, gely, soly atd.
Tzv. reopektní kapaliny jsou charakterizovány
zvyšující se zdánlivou viskozitou při působení napětí.
Tokové chování podobné reopektnímu někdy vykazují
koncentrovanější suspenze nebo těsta, u nichž dochází
k regeneraci struktury. Žádný známý materiál
nevykazuje skutečné reopektní chování.
Závěrem je notné zdůraznit, že pro nenewtonské
kapaliny, jejichž počet v průmyslovém inženýrství
neustále roste, nemá pojem viskozity jako látkové
konstanty fyzikální význam je třeba jej nahradit tokovou
křivkou v potřebném rozsahu tečných napětí. Vzhledem
k tomu, že dosud nebyla vypracována obecně platná
rovnice toku, je třeba pracovat s experimentálně
změřenými tokovými křivkami, resp. s rovnicemi
obsahujícími empiricky stanovené parametry. [4].
LITERATURA:
[1] Bartovská L., Šišková M.: Fyzikální chemie
povrchů a koloidních soustav, Skripta VŠCHT, VŠCHT
Praha (1999)
[2] Schramm G.: A Practical Approach to Rheology
and Rheometry, Gebrueder HAAKE GmbH, Karlsruhe
(1994)
[3] Mezger T.: Das Rheologie Handbuch, Vincentz
(2000)
[4] Ulbrecht J., Mitschka P.: Chemické inženýrství
nenewtonských kapalin, ČSAV, Praha (1965)
Racionalizace mobilního terénního systému z hlediska ekologické
čistoty práce
A. Janeček,, ČZU v Praze,
M. Mikleš Technická univerzita Zvolen
Souhrn
V příspěvku se z pohledu výše zpracované
biomasy a celkové výše těžebně dopravní eroze hodnotí
optimální konstrukční a provozní výkonnost mobilního
terénního sytému pracujícího v lesním hospodářství.
Sledovaný terénní systém pracující v lesním ekosystému
chápeme jako systém výrobní, do kterého vstupuje
energetický či materiálový tok. Řídící veličinou, která
optimalizuje výrobní režim pracovního systému je
provozní a konstrukční výkonnost.
V článku se analyzuje množství eroze v závislosti
na vytěžené hmotě systémově a matematicky. Stanoví
se podmínky pro práci mobilního terénního systému,
pomocí kterých se dosáhne optimální tj. minimální
množství těžebně dopravní eroze, vztažené na jednotku
objemu zpracovaného dřeva.
Teoretické
vývody
jsou
experimentálně
verifikované, sledováním vyvážecích souprav TERRI 2020 a TERRI 20-40. Monitorováním vyvážecích souprav
bylo zjištěno, že změní-li se výkonnost výrobních
systémů TERRI 20-20 a TERRI 20-40 o 5 – 10 %,
nastává přírůst měrné eroze o 15 – 30 %. Je proto
důležité důsledně zvážit čas a místo nasazení jejich
práce, které je dané jejich provozní výkonností.
Teoretický rozbor a provedený experiment
potvrzuje obecně platnou tezi: (DUVIENNAUT, 1980).
Množství disipativní energie provázející výrobní
proces práce mobilního terénního systému je mírou
ekologické čistoty (těžebně-dopravní eroze) práce
mobilního terénního systému. Minimalizací této
disipativní energie je možné zajistit optimální režim
práce mobilního terénního systému z hlediska daného
kriteria těžebně dopravní eroze.
Introduction
The logging transport and subsequent water
erosion cause devastion of forest ecosystems (Šach
1986). It thereby suffer not only productive, but also
unproductive forest functions, including contamination of
surface water sources. The devastation of forest soils is
problem mainly in air-polluted regions by dieback of
forest stands, as well as their subsequent cutting
(Skýpala 1987).
The exploitation of transport technique, technique
for mechanical preparation of soil, mainly in upland of
air-polluted regions results to increased devastation of
soil surface of forest ecosystems (Šach 1986). The
erosion processes then conduct not only to the
decreasing of forest soil, but also to it degradation and
degradation of water relations of soil (Holý 1988).
The preventive wood-technical measurents, serve
us for decreasing of damages caused by erosion
(Kubelka 1991). They consist of choice of ecological
canny technologies (Janeček 1992) by using a suitable
technique with rational performance. This paper
discussis about possibilities of its determining.
The verification is carried out by experimental
monitoring of logging transport erosion caused by
skidding units TERRI 20-20 and TERRI 20-40.
80
The task of the paper is also to confirm the known
theses of ecological synthesis (Duvignfaud 1980). The
dissipative energy produced by a production system (in
our case it is a mobile system working in forestry) is a
rate of ecological cleanliness of the system’s work.
Specification of factors that affect the logging
transport erosion
With the analysis of the logging transport technique
with various performance we can ascertain, that this
performance is commensurable to the amount of
damages caused by logging transport erosion.
1.1 The factors that affect the specific consumption of
energy and material:
a) The increase of constructional performance does
not respond directly to dimensions of parts of logging
transport and afforestation systems, which exercise an
influence on energy, material and working components.
b) The change of parts of these systems which
demand a lot of investments is not directly
commensurable to performance change.
c) The changes of material flow due to changes of
system’s performance do not always actuate to change
of energy and material demands and consequently not
even to total amount of damages caused by erosion.
1.2 The possible increases of the constructional
performance of forest systems:
a) increase an interaction space for material flow
(chopping, cutting area, etc.) or increase the maximal
work performance,
b) increase the cross sections within roads on which a
material is transported.
2. Optimal mode of logging transport system from
point of view of relationship between erosion and unit of
performance
During productional process of logging transport
systems energy and material are transformed. The
transformation of energy and material results in final
product – machined wood, see Fig. 1.
constructional
performance
operational
performanc
energy
material
logging transport system
machined
wood
A regulation of intensity of logging transport work
is carry out by regulators, which specified the
constructional and operationl performance. At the same
time, during work the systems the logging transport
erosion is rising. It depends on intensity of whole
process and it is a result of the loss energies whitch rise
during this process.
Verification of the mathematical model
The above mentioned analysis was used as a basis for
evaluation experiments. The mathematical model of
forest production systems allows optimization of their
main constructional and operational parameters from
point of view of ecological need – see Fig. 2,3. Physical
models were used for the systems – working machine in
logging, afforestration and transport activities. It was
found that the optimization of the system performance
can lead to decreases of the logging transport erosion
about 5- 15 %.
The locality, were the verification was carried out, was
specified by following significant attributes.
Characteristics of natural conditions
- altitude
900 m
- expose
NW
- terrain inclination
11 – 20 %
- average soil condition during monitoring humidity
30%
- predisposition to erosion
easier erodable
- soil bearing
elatively bearing (50-200 MPa)
- terrain capacity obstacles smaller than 50 cm in
distance more than 5 m.
- terrain segmentation middle rangy (configuration
coeficient 0,25-0,49)
- soil condition middle weedy (cover 26-50% of area)
Characteristics of natural intervention
- salvage cutting, group of trees
Wood type
- conifers
Average mass 0,9 m3 (form of expression of wood
volume or forest coppice)
Force of intervention
12%
Technological characterisation of work places
- log dump - out of coppice border in distance of 50 m
- logging method - wood assortments of standard
lengths of 2 m
dimensions – length 6500 mm, width 1460 mm,
height 2350 mm
weight – 3390 kg
transport weight – 1690 kg
scope of hydraulic crane – 4,2 m
TERRI 20-40: engien – Kubota, type D 1105, 4-takt, diesel
power - output – 17,6 kW at 3000 rpm
dimensions – length 6500 mm, width 1470 mm,
height 2250 mm
weight – 4950 kg
transport weight – 2960 kg
scope of hydraulic crane – 7 m
Damages of forrest soil
Procedure of measuring and evaluating
A measurement of planar damage was carried out. The
measurement was carried out by measuring-tape with
digital display. A damage of soil surface was ploted in
scale 1:100. Similarly, by measuring-tape were carried
out the measurements of skidding trajectories "li". Areas
of trajectory damages was read by digital planimeter.
The volumes of skidded wood was sumarized by
volumes "Vi" per time unit of one month.
By calculation were determined the coeficients of
2
damage which indicate the damage in area 1 m per 1
3
m of transported wood and 1 m of length of wood
transport.
The calculation of relative damage was carried out by
formula:
∑F
K=
∑l V
i
i
i
[m2.m-1.m-3]
i
i
Technical characteristics of mobile terrain systems
TERRI 20-20: engine – Kubota, type DH 850-B, 4-takt,
diesel,
power - 17 kW at 3600 rpm
K
2
-1
-3
coeficient of relative damage [m .m .m ]
ΣFi
total damaged area
[m2]
Σli
total traveled lenght during wood transport
ΣVi
total volume of skidded wood
[m3]
Results in graphical form
4
-1
3
2
2
-3
[m .m .m ]
Specific damage of
surface Q
Breach of soil surface stand
TERRI 20-20
1
0
0
Wop
200
400
3
600
800
-1
W [m .month ]
Fig.2. Depence between specific amount of damages and operational performance TERRI 20-20
81
[m]
4
3
2
-1
-3
Q [m .m .m ]
Specific damage of surface
Breach of soil surface of stand
TERRI 20-40
2
1
0
0
500
Wopt
3
1000
1500
-1
W [m .month ]
Fig.3. Depence beween specific amount of damages and operational performance TERRI 20-40
Skidding unit TERRI 20-20 is designed for total month
3
capacity cca 200-400 m . In conditions at which the
mesurements was carried out the optimal operational
3
performance (see Fig. 2) was at level of cca 400m .
It is the upper border of operational performance which
is refered by manufacturer. Considering the criterion of
logging transport erosion there is a need to operate the
unit TERRI 20-20 on this value of the optimal
performance.
In case of increasing or decreasing of the performance
by 5 – 10 % the specific erosion will increase by 30 –40
%. The similar results we obtained in case of
experimental measurements eith the unit TERRI 20-40.
Conclusion
By mathematical analysis it was found that logging
transport erosion rising during work of the system has
minimum value in the work mode, which can be
characterized by optimal operational and constructional
performance. This conclusion was verifed by
experimental observation of the skidding units TERRI
20-20 and TERRI 20-40. When the optimal values of
work of above mentioned systems are changed by 5 –
10 %, there will occur the growth of erosion by 15 –30
%. Because of it there id need of fairly consideration of
the localities of their employment and intesity of work,
that are given by their operational performance.
Literature:
1. Bellmann, R.E., 1956: On the bong-bong control
problem. Annals of Applied XIV, pp. 11-18, 1956
2. Holý, M., 1988 : Simulační model povrchového
odtoku a erozního procesu. Vod. Hospodářství, 10 s. 3,
1988/A
3. Janeček, A. et all., 1991: Úvodní systémová analýza
modelování negativního působení techniky na lesní
ekosystémy. Výzkumná zpráva VÚLHM, 143 s.
4. Janeček, A. et all., 1992: Úvodní systémová analýza
modelování negativního působení techiky na lesní
ekosystémy. Závěrečná zpráva VÚLHM, 155 s.
5. Janeček, A., 2001: Racionální matematický model
optimalizující podstatné konstrukční a provozní
parametry vyvážecího soupravy z hlediska kritéria
těžebně dopravní eroze. ISBN 80-213-0811-7, s. 86
6. Kolmogoroff, A. N., 1931: Über die analytischen
Metoden in der Wahrscheinlichkeitsrechnung, Math.
Ann. 104.
7. Kubelka, B., 1991 : Osobní sdělení.
8. Pontrjagin, L. S., 1964: Matematická teorie
optimálních procesů. Praha 1964, s. 354.
9. Skýpala, J., 1987 : Oceňování škod způsobených
civizačními faktory v LH. Výzkumná zpráva VÚLHM, s.
86.
10. Slodičák, M., 1986: Zvyšování odolnosti mladých
smrkových porostů proti škodám sněhem. VÚLHM 1986,
KDP, s. 96.
11. Šach, F., 1986: Vliv obnovných způsobů těžebně
dopravních technologií na erozi půdy. VÚLHM, KDP,
106 s.
12. Wiener, N., 1954: Cybernetiks and Society 2. ed.
New York 1954. s. 365.
13. Duvigneaud, P., 1980: La syntése ecologigue Dion
édituers, Paris, 400 s.
Kontaktní adresa:
Prof. Ing. Adolf Janeček, DrSc.
Česká zemědělská univerzita v Praze, Kamýcká 129, 16521, Praha
Prof. Ing. Milan Mikleš, DrSc.
Technická univerzita Zvolen, Masarykova 24, 96053, Zvolen
82
Optimalizace výkonnosti mobilního terénního systému pracujícího
v lesním hospodářství, z hlediska minima emisí cizorodých látek.
Milan Mikleš Technická univerzita Zvole
Adolf Janeček, ČZU v Praze,
Abstrakt
Článek rozebírá možnosti, které byly objeveny při
konstrukční a provozní výkonnosti mobilního terénního
systému pracujícího v lesním hospodářství z hlediska
minima emise činorodých látek (SO2, NOx, CO, CO2,
atd.), vztahujících se na jednotku objemu opracovaného
dřeva.Lesní výrobní systém je chápán jako výrobní
systém,, do kterého vstupuje materiálový, energetický
tok a případně tok pracovních sil. V době výrobního
procesu je tok materiálu, energie nebo pracovní síly
transformovaný na konečný produkt (opracované dřevo,
základní
zpracování
půdy,
sázení
semenáčků
atd.).Řídící veličinou optimalizující pracovní režim
lesního výrobního systému je provozní, případně
konstrukční výkonnost.Kriteriální funkci specifikující
optimalizaci parametrů mobilního terénního systému
pracujícímu v lesním hospodářství je množství
emitovaných činorodých látek vztahujících se na
jednotku práce vykonané výrobním systémem. Jsou
stanovené podmínky pro režim práce (výkonnosti)
mobilního terénního systému pracujícího v lesním
hospodářství, za kterých je dosáhnuté minimum
emitovaných, cizorodých látekvztahujících se na
jednotku práce vykonané lesním výrobním systémem.
Teoretické závěry jsou experimentálně verifikované.
1.0
Úvod
Výrobní procesy vznikající v důsledku realizace
pěstební či těžební činnosti v lesním hospodářství jsou
provázeny množstvím emitovaných cizorodých látek
(CO2, CO, NOx, oleje atd.). Řada cizorodých látek
znečišťuje ovzduší, případně půdu či povrchové nebo
podzemní vody (únik olejů, nafty atd.). Ohroženost
lesních půd (úniky olejů) nabývá významu hlaavně
v imisních oblastech v souvislosti s odumíráním lesních
porostů (Skoupý, 2000).
Využití těžební a pěstební techniky v lesním
hospodářství nabývá na rozsahu zejména v horských
imisních oblastech, což se projevuje ve zvýšené
kontaminaci povrchu lesního porostu cizorodými látkami
(oleje) (Skoupý, 2000).
Procesy vedoucí ke kontaminaci půd mají za následek
nejen degradaci lesních půd, ale kontaminace
cizorodými látkami se projevuje i ve zhoršení fyzikálně
chemických vlastností půd a zhoršováním vodního
režimu (Holý, 1988).
Mezi nejzávažnější opatření patří preventivní opatření,
kompenzující kontaminaci cizorodými látkami, která se
může uplatnit na převážné ploše lesních ekosystémů
ohrožených cizorodými látkami (Kubelka, 1991).
Opatření spočívají (Janeček, 1992) ve volbě
vhodných, ekologicky šetrných technologií včetně
strojového osazení, dále ve využití vhodných způsobů
nasazení techniky pracující s racionální výkonností. O
možnosti stanovení této výkonnosti pojednává
předkládaná práce. Jinými slovy, cílem předkládané
práce (Optimalizace konstrukční a provozní výkonnosti
mobilního těžebního systému pracujícího v lesním
hospodářství z hlediska minima emise cizorodých látek
je podat některé výsledky analytického rozboru
(Janeček, 1991), stanovení matematických podmínek
nutných (Bellmann, 1956) k tomu, aby bylo dosaženo
83
minima měrné těžebně dopravní emise (Wiznner 1954)
vytvořené těžebně dopravním systémem, vztažené na
jednotku vytěžené hmoty.
S ohledem na zmíněný cíl je v článku uveden nástin
odvození (Janeček, 1991) kriteriální funkce měrné emise
cizorodých látek vztažené na jednotku objemu
vytěženého dřeva. Je provedena analýza (Kolmogoroff,
1931) intenzity eroze. Jsou stanoveny matematické
podmínky (Pontrjangin, 1964) pro extrém této funkce
měrné eroze v závislosti na výkonnosti a vyjádření
fyzikálního významu členů nerovností či rovnic
specifikujících zmíněný extrém měrné emise cizorodých
látek.
Teoretické
vývody
práce
jsou
ověřovány
experimentálním měřením. Verifikace je realizována
experimentálním sledováním těžebně dopravní emise
způsobené činností vyvážecího systému švédské
provenience TERRI 20-20 a TERRI 20-40.
2.0 Kvalitativní specifikace faktorů ovlivňujících
emisi cizorodých látek
Při těžebně dopravní technice analyzujeme v lesním
hospodářství systémy různé konstrukční výkonnosti.
Vidíme, že dosahují různé měrné spotřeby energie či
materiálu, jímž je úměrná i různá měrná emise
cizorodých látek.
1. Faktory ovlivňující měrnou spotřebu energie a
materiálu
a)
Zvýšení konstrukční výkonnosti neodpovídá
přímo úměrně i změna všech částí dopravně těžebních a
pěstebních systémů majících vliv na jeho energetickou
,materiálovou a pracovní náročnost
b)
Změna
investiční
náročnosti
těžebně
dopravních a pěstebních systémů není úměrná změně
výkonnosti. Tento stav je ovlivněn tím, že u těžebních,
dopravních a pěstebních systémů je použito různých
unifikovaných částí, které jsou vyráběny v různých
odstupňovaných velikostech, takže při jejich použití ve
výrobních
systémech
dochází
k určitému
předimenzování
c)
Rozměrové
změny
průchozích
cest
(materiálových
toků
zpracovávaných
těžebně
dopravními a pěstebními systémy), ke kterým dochází
změnou výkonnosti systému nepůsobí vždy na změnu
energetické a materiálové náročnosti a tím i na výši
těžební dopravní a pěstební emise cizorodých látek
úměrně s výkonností, která je obecně funkcí rychlosti a
průřezu materiálového toku.
Při bližším rozboru těchto vlivů je třeba zhodnotit o
jaký těžební, dopravní či pěstební systém se jedná a
hlavně jakého způsobu je v něm použito při zvyšování
jeho konstrukční výkonnosti.
2. Možnosti zvyšování konstrukční výkonnosti
lesnických systémů
a) zvyšování záběru materiálového toku
- zvětšením počtu pracovních orgánů (radlic, sekcí
sázecího, řezacího ústrojí atd.)
- prodloužení pracovního orgánu (délky řezacího
ústrojí)
b)
zvětšením materiálového průřezu z cest, kterou
je materiál dopravován. Tvar průřezu může být
zachován nebo se může měnit (těžební ústrojí, dopravní
ústrojí atd.)
c) zvětšováním maximální pracovní výkonnosti
3 Optimální režim těžebně dopravního systému
z hlediska měrné emise cizorodých látek vztažených
na jednotku výkonnosti
Při práci těžebně dopravních systémů vstupuje do
těchto systémů energie, potenciál, materiál, eventuálně
pracovní síla. V průběhu výrobního procesu se energie a
materiál transformuje. Transformací energie a materiálu
systémem (viz obr. 1) vzniká výsledný produkt,
opracované dřevo. Regulace intenzity práce u těžebně
dopravních a pěstebních systémů je uskutečňována
pomocí regulátorů specifikujících konstrukční a provozní
výkonnost.
konstrukční
výkonnost
energie
provozní
výkonnost
opracované dřevo,
opracovaná půda
Obr. č. 1 Schéma těžebně dopravního a pěstebního
systému.
Při práci těžebně dopravních a pěstebních systémů
vzniká emise cizorodých látek. Těžebně dopravní a
pěstební emise cizorodých látek je závislá na intenzitě
těžebně dopravního a pěstebního procesu. Je výrazem
ztrátových energií, které ve zmíněném procesu
nastávají.
Pro množství těžebně dopravní emise cizorodých
látek vznikajících ve výrobním procesu těžebně
dopravních
a
pěstebních
systémů
v důsledku
energetických transformací platí (Janeček A, Mileš M.,
2003):
M EE
m E . QE
=
.S E (Wk ,W p )
ηCE Wk ,W p
(
)
m E .Q E
QV η CE (W k , W p )
[kg]
Za předpokladu, že hodnoty QE, SE, ηE jsou pro
analyzovaný čas konstanty, můžeme časové derivace
rovnice (1) vyjádřit v následujícím tvaru
Pro celkové množství produkce vyrobené těžebně
dopravním systémem při transformaci množství energie
QE platí vztah (Janeček A., Mileš M.., 2003) :
[kg.s-1]
Pro množství emise cizorodých látek vztažené na
jednotku výkonnosti mobilního terénního systému lze
psát vztah (Janeček A., Mikleš M., 2003)
∂mE
.QE .S E
∂M EE
1
1
t
∂
Q=
.
.
=
∂t WC (Wk , W p ) ηCE (Wk , W p ) WC (Wk , W p )
kde:
t
čas
∂M EE
∂t
[s]
množství těžebně dopravní a pěstební emise
cizorodých látek za jednotku času vzniklé v důsledku
transformace
[kg.s-1]
∂m E
∂t
množství
jednotku času
MEE množství těžebně dopravní a pěstební emise
vzniklé při práci těžebně dopravního systému
v důsledku energetických transformací
[kg]
mEE množství nosiče energie (nafta, benzín atd.)
nutné k výrobě těžebně dopravní a pěstební činnosti
[kg]
[m3.s-1]
Wp provozní výkonnost systému
[m3.s-1]
Wk konstrukční výkonnost systému
SE (Wk,Wp) měrná inherentní (vložená) energie
vznikající v důsledku energetických a materiálových
transformací během výrobního procesu v závislosti na
-1
konstrukční a provozní výkonnosti [kg.(kJ)
-1 ]
QE měrná energie nosiče energie [kJ.kg ]
ηCE(Wk, Wp) účinnost
transformace
energie
na
výsledný produkt v závislosti na konstrukční a
provozní výkonnosti [ - ]
[m3]
kde je:
WCE celkové množství produkce systému vyrobené
v důsledku transformace energie[m3]
měrná výrobní energie, kterou je nutno dodat
QV
těžebně dopravnímu a pěstebnímu systému na
jednotku produkce [kJ.m-3]
∂m E
.Q E
∂M EE
∂t
=
.S E
∂t
η CE .(W k , W p )
Výrobní těžebně
dopravní, pěstební
materiál
WCE =
nosiče
energie
dodaného
za
-1
[kg.s ]
Pro výkonnost systému platí rovnice
WC =
∂WCE
∂t
[m3.s-1]
Q měrná emise cizorodých látek vztažená na jednotku
-3
produkce [kg.m ]
Pro extrém funkce měrné emise cizorodých látek,
vztažené na jednotku objemu opracované hmoty jako ve
funkci konstrukční a provozní výkonnosti platí podmínky
nutné:
∂ 2 M EE W k , W p )
∂t.∂W k
=0
[kg.m-3]
∂ 2 M EE
=0
∂t.∂W p
[kg.m-3]
Po provedení výše naznačených úkonů a úpravách dostáváme výrazy rozhodující o znaménku parciálních derivací ve
tvaru (Janeček A., 2003):
∂fE(Wk ,Wp)
∂Wk
∂WC(Wk ,Wp)
∂ηC(Wk ,Wp)
fe
fE
.
−
.
>0
ηCE(Wk ,Wp)
WC(Wk ,Wp)
∂Wk
∂Wk
−
platí pro oblast vyšších hodnot konstrukční výkonnosti
84
(8)
∂f E (Wk , W p )
∂W p
−
∂WC (Wk , W p )
∂ηC (Wk , W p )
fE
fE
.
−
.
<0
ηCE (Wk , W p )
WC (Wk , W p )
∂W p
∂Wk
fE =
∂M E
.Q E .S (W k , W p )
∂t
fE tok emise způsobený transformací energie ve
výrobním procesu, platí pro oblast nižších hodnot
konstrukční výkonnosti.
Obdobnou
analýzou
dospějeme
k vztahům
specifikujícím chování funkce měrné emise s ohledem
na řídící parametr Wp, tj. provozní výkonnost (Janeček
A., Mikleš M., 2003)
5. Verifikace
V rámci práce byly provedeny základní matematické
rozbory dané problematiky. Cílem bylo stanovení
optimální provozní výkonnosti těžebních a dopravních
výrobních systémů za účelem minimalizace cizorodých
látek vznikajících přeměnou energetického toku při jeho
transformaci na výsledný produkt.
Zkonstruované modely byly verifikovány na provozu
vyvážecí soupravy TERRI 20-40 (specifikace podmínek
práce systému TERRI 20-20, TERRI 20-40, specifikace
způsobu výpočtu a specifikace vyvážecího systému
TERRI 20-20, TERRI 20-40 jsou uvedeny v literatuře Janeček A., Mikleš M. 2003) – viz. grafy 1, 2, 3.
Experimenty ukázaly, že funkce měrných hodnot emisí
vytvoří vždy minimum. Optimální provozní výkonnost
kolísá v závislosti na minimalizované emisní složce a to:
3
-1
3.
-1
NCX – 1470 m .měs. , SO2 – 1310 m měs. a NOX –
3
-1
2100 m .měs. . Volba výkonnosti vyvážecí soupravy
závisí na matematické váze emisních složek dané jejích
vlivem na ekosystémy. Kolísání s měnící se provozní
výkonností je definováno citlivostní analýzou – viz.
tabulka č. 1.
(9)
[kg.s-1]
spalovací účinnost. Obdobně hodnota provozní
účinnosti, s kterou pracuje mobilní terénní systém má
vliv na transformační účinnost a intenzitu produkce
cizorodých látek. Platí obecně teze (P. Duvigneaud,
1980).
Množství disipativní energie je mírou ekologické
čistoty (emise cizorodých látek) práce výrobního
systému, pak tato teze je potvrzena výše uvedenou
praktickou analýzou práce mobilního systému v
závislosti na jeho intenzitě práce.
Graf . 3 Závislost měrných NOx k provozní výkonnosti
Graf 1… Závislost měrných NCx k provozní výkonnosti
Tabulka č. 1:
Graf . 2 Závislost měrného SO2 k provozní výkonnosti
Z relací (8), (9) vyplývá, že konstrukce mobilního
terénního systému ovlivňuje jak tok emise cizorodých
látek tj. ovlivňuje inherentní emisi, tak ovlivňuje účinnost
transformace energie na výsledný produkt, ovlivňuje
85
6. Závěr
Matematická formulace chování výrobního systému (v
těžební, dopravní a pěstební činnosti v lesním
hospodářství) uvedená v příspěvku, potvrdila, že na
jejím základě lze stanovit podmínky, jejichž splnění vede
k optimalizaci z hlediska minima emise cizorodých látek,
vztažených na jednotku výkonnosti.
Řešení tedy zajišťuje optimalizování činnosti
výrobního systému z hlediska minima produkovaných
cizorodých látek vztažených na jednotku produkce a
minima nákladů vztažených na jednotku produkce,
nutných k tomu, aby byl výrobní systém transformován
na ekologicky čistší způsob výroby.
Potvrzuje se obecná teze (P. Duvigneaud, 1988):
Minimalizací disipativních energií produkovaných
výrobním systémem docílíme režim práce výrobního
systému, charakterizovaný optimální prací tohoto
systému z hlediska ekologické čistoty práce.
Experimentálním měřením prováděným na vyvážecích
soupravách TERRI 20-20, TERRI 20-40 byla prokázána,
že výrobcem doporučená horní hranice provozní
3
-1
výkonnosti Wp ÷ 2000 m . měs je z hlediska emise
cizorodých látek nedostačující.
Bylo ukázáno, že optimální provozní výkonnost
systémů TERRI 20-20, TERRI 20-40 se pohybuje
v intervalu 1000 – 1500 m3.měsíc-1.
7Literatura:
1. Skoupý A., Quality of technologies for sustainoble
forest managment, Forest and wood technology
v s enviroment, Brno
2.
HOLÝ, M., Simulační model povrchového odtoku
a erozníhoprocesu, Vodní hospodářství, 10/1988 A s. 3
–4
3. Kubelko J., 1991 , Ústní sdělení
4. Bellmann R.E. 1956, On the bong-bong control
problem. A nol of Applied XIV. 1956
5.
Janeček A. A kol., Úvodní systémová analýza
modelování negativního působení lesní
techniky na
ekosystémy. VÚHLM 1991, s. 143
6.
Janeček A. a kol., Úvodní systémová analýza
modelování negativního působení lesní techniky
na
ekosystémy. VÚLHM 1992, s. 155
7. Janeček A., Racionální matematický model
optimalizující podstatné konstrukční a
provozní
parametry vyvážecí soupravy z hlediska kriteria těžebně
dopravní eroze
8.
Janeček A., Mikleš M, Ecological aspect of
mobile operatend in terrein conditions 2003,
tisk
Agricultoral engeniering Praha
9. Kolmogoroff A. N., 1931: Űber die analytischen
Metoden in der Wahrscheinlichkeitsrechnung, Math.
Ann 104
10. Pontrjagin L.S., Matematická teorie optimálních
procesů, Praha 1964, s. 354
11. Skýpala J., Oceňování škod způsobených
civilizačními faktory v lesním hospodářství,
VÚLHM
1986, KDP, s. 96
12. Slodičák M., Zvyšování odolnosti mladých
smrkových porosstů proti škodám sněhem. VÚLHM
1986, KDP, s. 96
13. Šah F., Vliv obnovních způsobů a těžebně
dopravních technologií na erozní půdy. VÚLHM 1986,
KDP, s. 106
14. Wiener N., Cybernetiks and Society 2. ed. New
York 1954. s. 365
15. Duvigneaudp, La systéme ecologique Dion
editerus, Paris 1980, s. 400
Kontaktní adresa:
Prof. Ing. Adolf Janeček, DrSc.
Česká zemědělská univerzita v Praze, Kamýcká 129, 16521, Praha
Prof. Ing. Milan Mikleš, DrSc.
Technická univerzita Zvolen, Masarykova 24, 96053, Zvolen
86

Podobné dokumenty

Zemědělská technika a biomasa 2004

Zemědělská technika a biomasa 2004 pìstování vybraných druhù energetických bylin (z vybraných energetických plodin se tato podpora vztahuje na šovík krmný a chrastici rákosovitou). Pro tritikale a kukuøici, kde se uvažuje energetic...

Více

ZDE - ZERA

ZDE - ZERA snížení emisí amoniaku a skleníkových plynů v rostlinné výrobě, navazujících na chovy hospodářských zvířat je novou technologií, mající všechny znaky snižující technologie, uvedené v příloze 3 k zá...

Více

Zemědělská technika a biomasa 2005

Zemědělská technika a biomasa 2005 biomasy, které se hodí k energetickému využití zejména v bioplynových stanicích. Výrazným zdrojem biomasy jsou i vedlejší produkty, které vznikají při zpracování plodin či další zemědělské činnosti...

Více

6 Ministerstvo zemědělství České republiky, Výzkumný ústav

6 Ministerstvo zemědělství České republiky, Výzkumný ústav 2006 bude podíl 1,56 % methylesteru řepkového oleje na prodeji motorové nafty a 1,82 % bioetanolu na prodeji benzínů, v roce 2010 potom 1,76 % methylesteru řepkového oleje a 2,17 % bioetanolu (e.o....

Více

odborné téma - Rezbár Šimík

odborné téma - Rezbár Šimík Rostoucí zájem o co nejpřirozenější vzhled dřevěných interiérových výrobků pro jejich výrobce často znamená pořizování nových technologií a řešení dosud neznámých problémů. Ty souvisí např. s tím, ...

Více