Salix biobränsle från skörd till värmeverk

Transkript

1 Salix biobränsle från skörd till värmeverk Birger Danfors

2 Salix biobränsle från skörd till värmeverk Nu finns det effektiv teknik för att skörda Salix! Jordbrukstekniska institutet har i samarbete med SkogForsk under flera år studerat skörd och hantering av Salix som biobränsle. Ett antal maskiner för såväl skörd med direktflisning som helskottsskörd har studerats. De aktuella maskinerna presenteras här. Olika alternativ vid transporter och korttidslagring av flis och helskott nämns också. Vidare presenteras det datorbaserade systemanalysprogram som har utvecklats som hjälpmedel för odlare, entreprenörer och rådgivare. Programmet är ett effektivt hjälpmedel när man vill planera för en salixodling eller bedöma konsekvenserna av olika åtgärder. Salix en ny jordbruksgröda med nya krav Logistik Ordet logistik används bland annat då man diskuterar materialflöden. Det kan omfatta organisation av skörd transporter transportfordon transportvägar tidtabeller Arealen Salix i Sverige beräknas sommaren 1996 vara cirka ha. I Sverige skördas Salix under perioden december mars. Bland annat därför kommer de skördesystem som krävs för Salix på många gårdar att medföra helt nya krav på organisation och kapacitet, både vad gäller transporter och transportvägar. Vid skörden tar man vanligen hjälp av en entreprenör som tillhandahåller en lämplig skördemaskin. Hur mycket detta kostar beror bland annat på vilka förutsättningarna för skörd och transporter är. Dessa faktorer beaktas av entreprenören när denne ska lämna sin offert. Logistiken organisationen av skörd och transporter är därför mycket viktig för det ekonomiska resultatet. Redan före planteringen är det nödvändigt att planera noggrant. Vid planteringen ska man se till att vändtegarna blir minst tio meter breda så att det finns plats för att vända med skördemaskinerna. Man måste också i anslutning till odlingen ha plats för att ställa upp minst sex containrar. Vidare måste det finnas vändplatser för de lastbilar som ska lossa och lasta behållare. Bilarna som används för flistransporter väger med last upp till 60 ton. Eftersom väglaget ofta är svårt under vintern kan markvägar till uppställningsplatserna behöva förbättras. Den som har ordnat med plantering enligt de rekommendationer som finns samt kontrollerat och förbättrat bland annat vägar och vändplatser kan räkna med att detta i framtiden kommer att påverka skördekostnaden positivt. Korgvide vanligast i Sverige I svenska energiskogar odlas mest korgvide (Salix viminalis). Korgvide är en smalbladig buske som växer med långa upprättstående skott. Nya skott växer de tre fyra första åren mycket snabbt. Släktet Salix finns framför allt i norra Europa, Asien och Nordamerika samt i Kinas bergstrakter. Det finns cirka 300 olika salixsorter i världen, varav ett 30-tal i Sverige. Nya frosttåliga, högproducerande sorter förädlas fram i Sverige genom korsning med utländska (ryska) sorter. 2

3 Välj skördesystem som passar den egna gården Vid skörd av Salix som biobränsle finns två olika huvudalternativ. Dels kan man välja skörd med direktflisning, dels skörd av helskott. Valet avgörs av hur bränslet ska användas. Om hela skörden ska säljas till en stor anläggning där man kan förbränna flis med en torrsubstanshalt på 47 procent eller mer, är det mest rationellt att välja direktflisning. Om bränslet ska levereras till en mindre förbränningsanläggning eller brännas i en egen värmepanna krävs att bränslet håller en högre torrsubstanshalt. Det är då bäst att skörda helskott som kan lagras utomhus i stora vältor och därmed torka under sommaren. För flisning använder man sedan en mobil flishugg. Skörd med direktflisning Skörd med direktflisning innebär att skotten direkt efter att de har skurits av från stubben matas in i en flishugg. Skördad flis blåses över i en behållare som antingen bärs eller bogseras av skördaren. Ofta förekommer att en stor behållare, 35 m³ container, körs på en vagn vid sidan av skördaren. Salix som har direktflisats körs vanligen omedelbart till värmeverk där den förbränns inom en till två veckor. Den har då en torrsubstanshalt på procent. Lagring under längre tid kräver speciella anordningar för att motverka spontan uppvärmning och mögelbildning. Containersystem som används vid skörd med direktflisning är ofta heta (se faktaruta). Maskiner med hög skördekapacitet gör att avverkningen blir betydande, ton per timme. Vid skörden gäller det dels att förse skördemaskinen med tomma behållare, dels att fylla containrarna i den takt de ska hämtas. Detta Hett system kan bli dyrt I ett hett transportsystem finns endast små tidsmarginaler. En bristfällig organisation eller maskinskada orsakar snabbt betydande väntetider Bild 1. Vid skörd med direktflisning kan bränslet levereras antingen direkt till förbränningsanläggningen eller via en kort tids mellanlagring på marken. Här avlöser containertraktor nr 2 den första, nr 1, som är fylld med flis direkt från skördaren. Container nr 1 körs till en omlastningsplats där den senare hämtas med lastbil för transport till köparen. 3

4 Bild 2. Efter skörd lagras helskott i en stor välta utanför odlingen. Här samlas skotten på skördaren. När lastfickan är fylld körs skörden till ett upplag utanför odlingen. Där kan den lämnas under flera månader tills den ska användas. Under lagringstiden torkar skotten så att torrsubstanshalten ökar. Flisning sker sedan med en mobil flishugg. Även då krävs bra vägar, vändplatser och utrymmen för att ställa upp och lasta om containrar. måste fungera utan att det blir väntetider i något led. Vid avbrott i en del av systemet blir snart hela organisationen stående. Detta ställer stora krav på logistiken, det vill säga att arbetet är väl organiserat. Vägar, mötesplatser, avlastningsplatser m.m. måste förberedas så att dessa detaljer inte blir orsak till avbrott och förseningar, vilket i sin tur fördyrar skörden. Skörd av helskott Skörd av helskott innebär att skotten, efter att ha skurits av, transporteras kortare eller längre sträcka med skördaren innan de lastas av i högar på eller utanför odlingen. Vanligen ser man till att de skott som har skördats läggs upp i större upplag. Här kan de lämnas att torka under flera månader, upp till ett år, innan de flisas. Systemanalys hjälp vid prognoser och beslut Ett datorbaserat systemanalysprogram har utvecklats som hjälpmedel för bland annat odlare, entreprenörer och rådgivare. Med detta program kan man beräkna intäkter, kostnader och resursbehov för att skörda, hantera och transportera Salix. Även kostnader och substansförändringar vid lagring kan beräknas. Hela kedjan, från skörd till leverans vid värmeanläggning, omfattas av programmet. Datorprogrammet har tagits fram av SkogForsk inom ramen för ett mångårigt samarbete med JTI. Det är ett effektivt och lättarbetat verktyg för dem som vill ha mer detaljerade kunskaper om förutsättningarna i enskilda fall vid skörd av Salix. En utförlig beskrivning av programmet, basdata m.m. finns i JTI-rapport nr 210 Sammanfattande utvärdering av teknik och logistik vid salixskörd. Systemanalysprogrammet kan köpas från SkogForsk, Uppsala. 4

5 Odlare Forskare Rådgivare Entreprenör Bild 3. Systemanalysprogrammet kan användas av odlare, entreprenörer och rådgivare. För att göra systemanalysprogrammet har forskaren samlat in och sammanställt data från skörd, transporter m.m. i ett stort antal odlingar. Odlaren kan med hjälp av programmet i förväg se vilka åtgärder som krävs för ett effektivt skördearbete och rationella transporter. Entreprenören kan räkna på vilka kostnader han får i samband med skörd av ett bestämt bestånd. Rådgivaren kan medverka vid bland annat planering av nya odlingar liksom inför skörd av ett redan anlagt bestånd. Med systemanalysprogrammet kan man: Jämföra olika skördesystem genom intäkts- och kostnadsberäkningar Göra beräkningar för olika stora arealer Se vilka förutsättningar skördemaskiner av olika storlek kräver Bedöma vilket skördesystem som är bäst för ett enskilt bestånd Beräkna kostnader för att välja den skördemaskin som finns på närmaste avstånd Se var flaskhalsar finns i olika system Se vad olika transportavstånd betyder för ekonomin Beräkna vilka transporter och vägar som fordras Få svar på om det lönar sig att bygga vägar, göra iordning lagringsytor m.m. Bedöma vad lagring före leverans kostar Presentera data som underlag för krav på mottagningskapaciteter vid värmeverk Utarbeta offerter för olika skördesituationer Bedöma om inlämnade offerter är rimliga Studera fördelar och svagheter allmänt i systemet respektive hos de olika maskinerna Som bas i beräkningarna används arbetsdata som har tagits fram vid studier i samband med kommersiell skörd och vidarehantering av flis och helskott. För att använda programmet krävs en dator med Windows 3.0 eller senare version. 5

6 Flis eller helskott olika maskinalternativ Tre olika typer av flisskördare och en helskottsskördare har under den senaste vintern använts för skörd. De har olika prestanda och även i övrigt vissa skillnader. När det är dags att avverka ett salixbestånd står valet först mellan skörd med direktflisning eller helskottsskörd. Vilken maskin man därefter väljer för skördearbetet avgörs sannolikt av den offererade kostnaden. Markförhållanden i fält och på vägar kan i vissa fall påverka valet av skördesystem. Austoft 7700 en skördare på band Austoft 7700 är från början byggd för att skörda sockerrör. Den har anpassats för skörd av Salix med direktflisning, vilket innebär att man producerar ett sönderdelat biobränsle. Maskinen avverkar en dubbelrad i taget med två hydrostatiskt drivna sågklingor. Efter avskärning och inmatning transporteras skotten till huggen. Från huggen förs materialet till en följevagn som bogseras av en separat traktor vid sidan av skördaren. Skördaren, som är banddriven, kan lätt vändas på vändtegen. Det utrymme som krävs på vändtegen bestäms av de ekipage som följer skördaren för att samla skördat material. För att effektivt ta vara på skörden på fältet krävs minst två jordbrukstraktorer med släpvagnar som omväxlande följer skördaren. Lasten tippas på marken för att senare lastas i en flisbil med kranskopa eller lastmaskin. På grund av omlastningen blir det litet dyrare att transportera med flisbil än att fylla flisen i containrar direkt på fältet. Genom att flisen lagras på marken undviker man emellertid att få ett hett system. Lagringen kan i vissa fall utsträckas till ett par veckor varför leveransen kan anpassas till både transportkapaciteter och mottagningsförhållanden vid värmeverk. Bender 125 kw skär skotten med sågkedja Bender 125 kw är konstruerad och byggd för skörd av Salix. Skördeaggregatet är monterat framtill på en traktor. Det består av ett skärbord med inmatningsanordning och flishugg. Skotten i en dubbelrad avverkas med sågkedja. Vid skörd lyfts skotten upp och viks in i en tratt som sitter framför huggen. Genom att skotten lyfts och viks Bild 4. Austort 7700 i ett treårigt salixbestånd. Flis samlas och transporteras här i den ena av två följevagnar. Flisen tippas på en upplagsplats utanför odlingen. Där lastas den senare i containrar för transport till värmeverk. Foto: Birger Danfors. 6

7 Bild 5. Bender 125 kw har frontmonterat skördeaggregat och en flisbehållare monterad på traktorn. Med en egen flisbehållare är föraren oberoende av följetraktorer och de kostnader dessa medför. För att tömma lasten måste föraren dock köra till en container eller upplagsplats, vilket kräver en del extra tid. Foto: Birger Danfors. minimeras mängden snö som kan följa med in i huggen. Skördad flis samlas i en balja som är monterad på traktorn. Denna balja kan tömmas i sidled. När den är fylld måste föraren köra skördaren ut ur beståndet för att tömma flisen i en container eller på en upplagsplats. Skördaren kan därför köras oberoende av följetraktorer men det krävs tid för framkörning och för tömning av lasten. Skördad flis kan även samlas i en vagn som körs vid sidan av skördaren. Claas Jaguar 695 har den största skördekapaciteten Claas Jaguar 695 är en självdrivande skördare, en exakthack byggd för att skörda bland annat majs och vallfoder. Maskinen har försetts med ett skärbord som är speciellt byggt för salixskörd. Bild 6. Claas Jaguar 695 med bogserad högtippande vagn. Då vagnen ska tömmas körs den till en container eller upplagsplats. För effektiv hantering krävs en skicklig förare. Vidare måste man ha tillgång till jämna och bra platser för omlastning. Flis kan också samlas i en container som körs vid sidan om skördaren. Foto: Birger Danfors. 7

8 Bild 7. Då många containrar kommer till användning krävs stora och jämna ytor. Här ska finnas plats både för skördemaskiner och de lastbilar som används för att transportera skörden till värmeverk. Foto: Birger Danfors. Avverkningsdonen består av två hydrostatiskt drivna sågklingor. Fronten på skärbordet är avpassad för skörd av en dubbelrad i taget. Skördat och sönderdelat material samlas i en containervagn som körs vid sidan av skördaren eller i en högtippande, bogserad vagn. Eftersom skördekapaciteten är hög kan det behövas utrymme för att hantera ett tiotal containrar med tre eller fyra lastbilar för vägtransporter. Detta blir därför ett mycket hett system med krav på att hanteringskedjan ska fungera väl. Empire 2000 skördar helskott Empire 2000 skiljer sig från de andra maskinerna genom att den är konstruerad för att skörda helskott av Salix. Som basmaskin till Empire 2000 har chassiet av en skördetröska använts. Avverkningen sker med två hydrostatiskt drivna sågklingor. Maskinen skördar en dubbelrad i taget. Skotten transporteras Bild 8. Empire 2000 har här stannat för att lasta av skott i en välta för senare flisning. Då skotten ska lagras under längre tid ska de läggas utanför odlingen för att inte störa återväxten av nya salixskott från stubbarna. Vid lagringen torkar skotten, vilket förbättrar bränslets kvalitet genom att torrsubstanshalten ökar. Foto: Birger Danfors. 8

9 Bild 9. Mobil flisning av helskott från en välta. Med en mobil flishugg omvandlas helskotten till flis av hög kvalitet. På flishuggen finns ofta en behållare för flis som kan tömmas direkt i en stor container. Då skotten är väl upplagda i en välta kan föraren mata huggen så att maskinens kapacitet utnyttjas maximalt. Foto: Birger Danfors. stående efter avskärning bakåt på skördaren till en lastficka. Lastfickan töms med hjälp av en elevator som lyfter skotten. Det är möjligt att lasta skotten direkt i en vagn som kan köras parallellt med skördaren. Genom att lastfickan utnyttjas kan man byta vagn utan att skördaren behöver stannas. Skotten kan också lastas av i en stor hög direkt på marken. Det hittills vanligaste sättet att använda denna skördare har varit att utnyttja lastfickan på maskinen för att sedan vid behov stanna för avlastning på fältet eller köra till en upplagsplats. Genom att skotten lagras undviker man att få ett hett system. Lagringen kan utsträckas till flera månader vilket innebär att bränsleleveranserna kan anpassas både till transportkapaciteter och mottagningsförhållanden vid värmeverk. Lagring under lång tid kan ge bränsle med betydligt högre torrsubstanshalt än vid skörd med direktflisning. Maskinutveckling en dynamisk process Intresset för salixodling har under senare år ökat. Utvecklingen av skördemaskiner för Salix har därför varit intensiv. Det är angeläget att få fram maskiner som gör att man kan klara skörden till en så låg kostnad som möjligt. De stubbar som maskinerna lämnar får, med hänsyn till spillförluster, inte vara för höga. De får inte heller ha för stora skador eftersom det ökar risken för växtsjukdomar. Vidare är det viktigt med rätt hjulutrustning på både skördemaskiner och transportfordon för att markskador ska kunna undvikas. Att köra en salixskördare under långa intensiva arbetspass är mycket krävande. Inom detta område, arbetsmiljöforskning, krävs fortsatt arbete. Redan idag kan mycket göras för att förbättra arbetsmiljön. Det gäller till exempel arbetsbelysning, förarkomfort, sikt, buller, damm, vibrationer liksom hyttklimat och kommunikation. Ett nytt forskningsområde rör överföring av information från skördemaskinen till föraren samt omvänt, för att ge föraren möjlighet att bättre styra och övervaka maskinen. Ny teknik bör befria föraren från på olika sätt krävande arbetsuppgifter samt från ensidigt övervakande. Även för helskottsskörd behövs fortsatta tekniska förbättringar av både skördemaskiner och transportfordon. Tekniken för att hantera och lagra det skördade materialet ska också ses över eftersom dessa moment, tillsammans med den efterföljande flisningen, är de arbeten som gör det dyrare med skörd av helskott än med direktflisning. 9

10 Olika skördare och förutsättningar ger olika skördekostnader Följande kalkyler, som har tagits fram för respektive skördesystem, är exempel och inga normer. De visar endast vilka resultat som kan uppnås då arbetet organiseras på ett visst sätt med vissa givna förutsättningar. Dessa förutsättningar kan variera inom vida gränser. Skördekostnader m.m. som anges är nettokostnader. Till dessa ska läggas det täckningsbidrag som en entreprenör måste ha för bland annat administration, krediter samt som ersättning för risktagande. Odlingen i exemplen är 10 hektar. Hektarskörden är 60 ton råvikt (mängden torrsubstans är cirka 28 ton per hektar). Till förfogande finns 90 skördedagar per år. Flisen måste transporteras 100 meter på fältet Avståndet till värmeverket är 30 km. Skördekostnaden, inklusive transporter och administration, för de olika maskinerna visas nedan. Med Austoft (med två följetraktorer) kostar skörden cirka 104 kronor per ton råvikt eller 49,30 kronor per MWh. För Bender blir kostnaden cirka 90 kronor per ton råvikt eller 40,70 kronor per MWh. Motsvarande kostnad för Claas (med högtippande bogserad vagn) blir cirka 81 kronor per ton råvikt eller 36,70 kronor per MWh. Vid samma förutsättningar som ovan men med 50 meter fälttransport av skott till upplag blir skördekostnaden för Empire, då skördaren används utan följefordon, omkring 143 kronor per ton råvikt eller 66 kronor per MWh. Då är även kostnaden för flisning inkluderad. Om man istället använder tre följefordon för att transportera skotten kan kostnaden beräknas bli omkring 109 kronor per ton råvikt eller 49,40 kronor per MWh. För Claas har ytterligare två beräkningar gjorts. I den första töms flisen med den högtippande vagnen istället i en container nära odlingen och denna flyttas därefter 100 meter med en containertraktor. Då blir kostnaden cirka 87 kronor per ton råvikt eller 39,60 kronor per MWh. Den andra beräkningen gäller när flis fylls direkt i en container som körs vid sidan av skördaren. Motsvarande kostnad blir då cirka 87 kronor per ton råvikt eller 39,70 kronor per MWh. Här krävs emellertid två containertraktorer. Lagring vid central förbränningsanläggning Salixflis har hittills utgjort en liten del av den bioenergi som omvandlas till elektricitet och fjärrvärme. Den största delen av den Salix som direktskördas transporteras omgående till en större förbränningsanläggning. Där sker lagring vanligen endast en kort tid vilket normalt inte medför några problem. När man lagrar biobränslen med hög vattenhalt under längre tid kan värmeutveckling, som medför energiförluster, och mögelbildning orsaka arbetsmiljöproblem. För att kunna lagra flis med hög vattenhalt under längre tid krävs därför speciella åtgärder. Om man kan blåsa in kall luft underifrån i ett flislager kan uppvärmning och tillväxt av mikroorganismer motverkas. Samtidigt sker en viss, vanligen ringa, torkning av materialet. Studier pågår i Sverige och utomlands för att kartlägga lagringsproblem och utveckla lämplig teknik som kan avhjälpa dessa problem. 10

11 Jämn fliskvalitet krävs ofta vid förbränning De olika maskiner som används vid skörd av Salix ger något olika fliskvaliteter. Hur finfördelad och jämn i storleken flisen är vid leverans varierar därför. Vanligen vill man vid värmeverken ha en så jämn kvalitet som möjligt då det underlättar hantering och transporter fram till pannan. För att få en effektiv förbränning i vissa typer av pannor ska materialet vara homogent, det vill säga ha en så jämn storleksfördelning som möjligt. Om man vid förbränningsanläggningarna kunde acceptera ett mindre sönderdelat bränsle vore det fördelaktigt. Kostnaden för skörd skulle minska om man kunde få leverera ett grövre material genom att skördekapaciteten därmed skulle öka och förbrukningen av motorbränsle minska. Även lagringsproblemen skulle sannolikt minska om man kunde använda grövre flis eller småved. Ett starkt önskemål för framtiden är sålunda att förbränningstekniken utvecklas så att man kan acceptera ett betydligt grövre bränsle än hittills Viktprocent < >45 Storleksfördelning, mm Bild 10. Exempel på flisens storleksfördelning efter skörd med Claas Jaguar 695 i fyra olika bestånd. 11

12 Mer att läsa från JTI! Danfors, B. & Nordén, B. 1995: Sammanfattande utvärdering av teknik och logistik vid salixskörd. JTI-rapport nr 210. Danfors, B. & Nordén, B.1995: Fortsatt utvärdering av skördeteknik för Salix. Arbetsstudier över direktskörd och helskottsskörd vintern 1993/94. JTI-rapport nr 202. Danfors, B. & Nordén, B. 1994: Logistik vid direktskörd av Salix. Delrapport över analys av hanterings- och transportsystem vid skörd av Salix. JTI-rapport nr 194. Danfors, B. 1994: Fortsatt teknikutvärdering av energiskogsskördare vintern 1992/93. JTI-rapport nr 181. Danfors, B. 1994: Teknikutvärdering av sticklingskördare. Ramprogram Salix, Nutek, R 1994:13, Stockholm. Danfors, B. & Nordén, B. 1992: Teknikutvärdering av energiskogsskördare. JTI-rapport nr 150. Danfors, B. 1992: Salixodling. Maskiner, arbetsmetoder och ekonomi. JTI-meddelande nr 436. Jordbrukstekniska institutet (JTI) är ett industriforskningsinstitut som arbetar med forskning, utveckling och information inom områdena jordbruk, miljö, energi och avfall. Det övergripande målet är att utveckla ny teknik som både är miljövänlig och kostnadseffektiv och som på olika sätt kan stärka konkurrenskraften inom jordbruk och industri. Forskningsresultaten publiceras i serierna Teknik för lantbruket och JTI-rapporter. Teknik för lantbruket, som kortfattat beskriver ny teknik och nya metoder, vänder sig direkt till lantbrukarna och JTI-rapporterna är vetenskapliga sammanställningar för dem som vill fördjupa sig ytterligare. Enklaste sättet att ta del av JTI:s forskning är att prenumerera på den serie som passar Dig bäst! Kontakta oss på nedanstående adress! Jordbrukstekniska institutet 1996 Enligt lagen om upphovsrätt är det förbjudet att utan skriftligt tillstånd av copyrightinnehavaren helt eller delvis mångfaldiga detta arbete. Ansvarig utgivare: Björn Sundell Redaktör: Catarina Tunón Illustrationer: Kim Gutekunst Swedish Institute of Agricultural Engineering Box 7033, UPPSALA Telefon Telefax Besöksadress: Ultunaallén 4 E-post: office@jti.slu.se ISSN