Maatilan energiantekniikka Jussi Esala - SeAMK. Hanke Energiatekniikan perusteet Maatilojen energian käyttö Energian käytön vähentäminen

Transkriptio

1 Maatilan energiantekniikka Jussi Esala - SeAMK Hanke Energiatekniikan perusteet Maatilojen energian käyttö Energian käytön vähentäminen

2 Hanke HY vetää kolmivuotista valtakunnallista hanketta SeAMK ja JAMK osatoteuttajia Manner-Suomen maaseudun kehittämisohjelma toimenpiteen 124 mukainen yhteisyöhanke Edistää uusien tuotteiden ja tekniikkojen kehittämistä ja käyttöönottoa Edunsaajan hyöty Tietomateriaalia Laskureita Päätöksentekomalleja Koulutusta

3 Energia Energia on kyky tehdä työtä Energiaa voi olla Aineissa poltettaessa vapautuva Öljy, hiili, hake, ruoka Potentiaalina Asemaenergia vesiputouksissa Tietyssä mielessä geoterminen energia voidaan lukea myös potentiaaliksi sanoin käyttämättömät energiareservit Liike-energiana Tuuli, aalto- ja vuorovesienergia Säteilyenergiana Aurinkoenergia C/JEs 3

4 Energian yksiköt ja suhteet Joule J = Ws = 3600 kws = 1 kwh 10 kwh = 1 l polttoöljyä 1000 kwh = 1 MWh 1 MWh = n. yksi kuutio kuivaa haketta tai turvetta C/JEs 4

5 Energia ja työ Työn ja energian yksikkö sama Työn (W = F*s) tekemiseen tarvitaan energiaa 5 m äkeen vastus 20 kn ja matka hehtaarin alalla m >> työ on N * 2000 m = Nm (kgm 2 s -2 ) = 40 MJ, mikä vastaa noin 1 l polttoöljyä!!! Pohdintoja? Hyötysuhde! (moottori, voimansiirto, veto) 1 l/ha/(0.35*0.8*0.7) = 5.1 l/ha Matka s Vetovastus F C/JEs 5

6 Maatilojen energian käyttö Suomen kokonaisenergian käyttö ollut 2000 luvulla keskimärin 390 TWh ( MWh) Maatilojen energian käyttö n. 14 TWh Yhden hehtaarin ohran viljelyyn 3-4 MWh Ohran jyvissä ja oljissa huippusadolla jopa 65 MWh Mutta käytännössä: Ohraa 5 tn/ha >>>22 MWh Ruokohelpeä 3 7 tn/ha >>>15 37 MWh

7 Energiapotentiaali Luonnontieteelliset potentiaalit Fysikaalinen potentiaali Teoreettinen määrän yläraja Aurinkovakio 1354 W Voi olla aikariippuva > auringon säteilyenergia voi vaihdella ilmaston muutoksen seurauksena Biologinen potentiaali Fotosynteesin hyötysuhteen asettama teoreettinen raja aurinkoenergian hyödyntämiselle Bruttosato Teknologinen potentiaali Tunnetulla teknologialla teoriassa tuotettavissa oleva maksimipotentiaali fysikaalisesta, biologisesta tai kemiallisesta potentiaalista Voidaan antaa erilaisia teknologiatasoja C/JEs 7

8 Energiapotentiaali Yhteiskuntatieteelliset potentiaalit Sosioekonominen potentiaali Teknologioiden ja resurssien hyväksyttävyys yksilön kannalta (sosiaalinen potentiaali) tai yhteiskunnan kannalta (yhteiskunnallinen potentiaali) Arvot ja asenteet vaikuttavat Tuulivoima >< maisema Ydinvoima >< turvallisuus Ekologinen potentiaali Kuvaa eliömaailman sietokykyä Periaatteessa hyvin alhainen, eli elämisestä jää aina merkit Taloudellinen potentiaali yksilön tai yhteiskunnan kannalta taloudellinen teknologian ja energiaresurssien käytön määrä pitkähköllä aikavälillä Markkinapotentiaali Paljonko todellisuudessa voidaan hyödyntää energiaresursseja C/JEs 8

9 Bioenergiapotentiaali Biologinen potentiaali C4 kasveilla n. 6.7 % (aurinkoenergiasta biomassan energiaksi) C 3 kasveilla n. 3.3 % Todellinen hyötysuhde vaihtelee läheltä nollaa n. kahteen prosenttiin Globaali keskiarvo 0.13 % Tehoviljelykokeissa saavutettu 5 % taso (C4 kasvit) > teknologinen potentiaali 75 % biologisesta C/JEs 9

10 Bioenergiataseet Tuotantoketjun rajaus Kohdennusperiaatteet Sivutuotteet >< päätuote (= energia) Hinnan, massan tai energiasisällön mukaan ISO substituutioperiaate Esim. ohraetanoin tuotannossa syntyvä valkuaisrehu korvaa muuta valkuaisrehua ja sen energiankäyttöä ja päästöjä Laskelmat usein tulkintaa ja oletuksia sisältäviä > tarkkuus näistä kiinni C/JEs 10

11 Bioenergiataseet Energian tuotantoketjun rajaus Well to tank yleinen lähestymistapa, mutta mikä on well Yleensä mukaan otetaan Suorat viljelypanokset, niiden sisältämä energia ja työn energiatarve Sadonkorjuun ja käsittelyn energia Kuljetukset» Sadon kuljetus» Myös tuotantotarvikkeiden kuljetus tehtaalta tilalle (mm. lannoitteet) Voi olla myös mukana koneiden valmistusenergia Yleisen infrastruktuurin vaatima energia mukana olo tapauskohtaista Usein katkaisu panoksia valmistavien tehtaiden kohdalla, ts. niiden valmistusenergiaa ja kuljetuksia ennen tehdasta ei mukana Tärkeintä kuvata tarkkaan lasketun tuotantosysteemin rajat ja oletukset sekä myyt lähtötiedot C/JEs 11

12 Ohranviljelyn energiasuhde Taselaskennassa mukana (valmistus ja kuljetus (sekä käyttö) Kemikaalit (mm. typpi 22 kwh/kg,hesel, 1992) Koneet (n. 40 kwh/kg,stout, 1991) Rakennukset Panokset yhteensä 11.6 GJ (3.2 MWh) on noin 320 l moottoripolttoöljyä 4000 kg sadossa on 18 MWh Energiasuhde 18 MWh/3.2 MWh = 5,7 (pellolla) Ruokohelvellä n. 10 (pellon laidalla) Polttoöljyllä n. 4-7 (tankkauspisteessä) Etanolilla: Suomessa n. 1 USA n. 2 Brasilia jopa 8-10 (Mikkola & Ahokas)

13 Mistä energia saadaan? "Aurinkoenergiaa viljelemään" Säteilyteho kohtis. W 1000 Sato kg (ka) Pinta-ala ha 1 Pinta-ala ha 1 Hyötysuhde η 100 Hyötysuhde η 70 Teho kw Energiaa MJ/kgka 19 Aika vrk 129 Energia MJ/ala Energiaa MJ/ala Energia öljylitroina Energiaa öljylitroin 3093 Laitteet milj. 3 Säteilystä energiaa tunnissa MWh/ha 10 vastaa 1000 litraa öljyä/h Suhde aurinkoviljely/nurmiviljely 1001 Teknol. potent. bilogisesta, jos biologinen pot. 3.3 % säteilystä 4 Auringon säteilyn hyödyntämsiprosentti 0,1

14 Energian käytön vähentäminen Traktori kuljetuksissa Noin 60 t kuorma-auto perävaunu yhdistelmä kulutti l/100 km vaihtelevassa siirtoajossa Noin 30 t traktori perävaunuyhdistelmä mäkisessä maastossa >>> n l/100 km (USA ja Tanska) portaattomalla vaihteistolla asfalttitie Omat mittaukset Reilu 20 t yhdistelmä kulutti n l/100 km (puolet soratietä) 4 portainen pikavaihde. Mietittävä millä kuljetat! Muutamia hyviä esimerkkejä kuorma-auton käytöstä säilörehun korjuun ja lietelannan levityksen yhteydessä

15 Energian käytön vähentäminen Typen käyttö! Osuus jopa puolet energiapanostuksista Ravinteiden kierrätys Biologinen typen sidonta Kasveja viljelykiertoon Seoskasvit Aluskasvit loppusyksylle