Uutta energiapuun mittauksessa

Transkriptio

1 Uutta energiapuun mittauksessa Lämpöyrittäjäpäivä Kesälahdella Kesälahti Jari Lindblad Metsäntutkimuslaitos, Itä-Suomen alueyksikkö, Joensuu Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

2 SISÄLTÖ: 1. Energiapuun mittauksen tarpeet ja järjestäminen 2. Energiapuun mittausopas, energiapuun mittausmenetelmät ja mittausmenetelmien perusteet 3. Energiapuun kuivuminen ja alueelliset haihduntaolosuhteet 4. Tuoretiheyslukujen uudistaminen ( ) ja Eppuenergiapuulaskuri 5. Kehitysnäkymiä energiapuun mittausmenetelmissä ja järjestämisessä Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

3 Energiapuun mittauskäytäntö / tarpeet Tarve oikea-aikaiselle mittaustiedolle puukaupan perusteena (luovutusmittaus) v milj. m³ v milj. m³ v ,5 milj. m ³ Tarve oikea-aikaiselle mittaustiedolle työsuoritteen määrityksessä (työmittaus) Työsuoritteen määrä/m³ on energiapuun korjuussa huomattavasti suurempi kuin ainespuun korjuussa METSÄNOMISTAJA KORJUU, METSÄKULJETUS HAKETUS/MURSKAUS, KAUKOKULJETUS ENERGIAPUUN KÄYTTÄJÄ TAVARALAJIT YHTEISMITALLISTA VA MITTAUSSUURE - Tilavuus (m³) TYÖMÄÄRÄÄ KUVAAVAT MITTAUSSUUREET - Tilavuus (i-m³, m³) - Massa (kg) - Kappalemäärä KÄYTTÖARVOA KUVAAVAT MITTAUSSUUREET (MÄÄRÄ JA LAATU) - Energiasisältö (MWh) - Kosteus (%) Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

4 Energiapuun mittauksen järjestäminen Yleisesti ottaen yhteiskunta pyrkii varmistamaan merkittävien mm. kaupankäyntiin liittyvien mittausten luotettavuuden. Keinona mittauslaitteiden, mittausmenetelmien ja mittaustulosten luotettavuuden turvaamisessa on lainsäädäntö. Yleinen mittauslainsäädäntö: vakauslaki ( mittauslaitelaki) Esimerkiksi kemikaalikuorman punnitus selluloosatehtaalla, lämpöenergian mittaus, polttoaineen mittaus huoltoasemalla, hedelmien punnitus marketissa, juoman mittaus ravintolassa, Erityislainsäädäntö: Puutavaran mittauslaki Energiapuun ei kuulu puutavaran mittauslain soveltamisalaan, eikä myöskään yleiseen mittauslainsäädäntöön toiminta lainsuojatonta Energiapuun mittaus on järjestetty sopimusperusteisesti toimijoiden (15 osapuolta) välisellä ns. energiapuun mittaussopimuksella Energiapuun mittauksen hyvät tavat (mm. kauppa- ja urakointisopimukset, mittaustodistukset, jne.) Energiapuun mittausmenetelmät ja niiden ohjeistaminen ja yhtenäistäminen

5 Energiapuun mittausopas Käytännön energiapuun mittaus perustuu Energiapuun mittaustoimikunnan (EMT) hyväksymään Energiapuun mittausoppaaseen, joka on toimialalla yleisin ja levinnein. Uusin päivitys hyväksytty EMT:ssa , tuli voimaan Sijainti internetissä:

6 Energiapuun mittausmenetelmät Osapuolten välinen ns. energiapuun mittaussopimus muodostaa energiapuun mittauksen organisaation ja toimintatavat. Käytännön mittauksen suurimpia haasteita on energiapuutavaralajien monimuotoisuus ja heikko mitattavuus Kuva: Jari Lindblad

7 Kiintotilavuusprosentti?

8 Energiapuutavaralajien tiiviys (m³/i-m³) Täysi kantavuus autokuljetuksessa Latvusmassa, kokopuu & kannot Paalit Hake & ranka Kuitupuu Nilsson

9 Koko- ja rankapuun mittaus pinossa Taulukko. Kokopuun kiintotilavuusprosentit (Energiapuun mittausopas) Pinon etukorkeus, m Keskiläpimitta*, cm 2,0 3,0 4,0 5, Kuva: Juha Metros Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

10 Koko- ja rankapuun mittaus pinossa Yleisesti käytetty, mutta paljon epävarmuutta sisältävä menetelmä. Mittausmenetelmäohje on sisällytetty energiapuun mittausoppaaseen, suosituksella käytettäväksi vain määrän arviointiin. 60 pino2 pino3 pino4 pino5 pino7 Kaikki Mittaero hakemäärään verrattuna, % Pinomittauksen tarkkuus, Junkkonen & Lindblad 2005 Kuvat: Juha Metros & Jari Lindblad Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

11 Metsähakkeen mittaus Kuorman tilavuuden mittaus kuljetuskontissa Muunto kiintotilavuudeksi (i-m³ m³) kertoimella 0,40. Kerroin sisältää satunnaisvaihtelua, todennäköisesti myös systemaattisen virhelähteen Kuva: Jari Lindblad Metsähakkeen tiiviys Metlan (1987) aineistossa Metsähakkeen tiiviys, Lindblad Tavaralaji Kuormi a *) Tiiviyden keskiarvo, m 3 /i-m 3 Tiiviyden keskihajont a, m 3 /i-m 3 Tiiviyden variaatioke rroin, % Havaintojen lkm Kuitupuu 14 0,43 0,019 4,5 Kokopuu 14 0,44 0,027 6,1 Kaikki 28 0,43 0,024 5, Hakkeen tiiviys, % Mean =46,34 Std. Dev. =5,016 N =548 *) Täysperävaunukuormat konttien määrä x 2 Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

12 Energiapuun mittaus käyttöpaikalla Käyttöpaikalla tehtävässä energiasisällön määrityksessä noudatetaan toimialalla vakiintuneita laatuohjeita tai standardeja ja näihin perustuvia mittausohjeita. Yleisesti käytettyjä laatuohjeita ja standardeja: Puupolttoaineiden laatuohje: FINBIOn julkaisu nro 5/1998 CEN/TS (kokonaiskosteus) CEN/TS (analyysikosteus) Lisäksi voidaan käyttää kokonaiskosteuden referenssimenetelmää CEN/TS Lämpöarvon määritys CEN/TS Polttoaineen laatuvaatimukset ja luokat CEN/TS Kuvat: Juha Metros Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

13 Energiapuun lämpöarvo ja energiatiheys Puun lämpöarvo (MJ/kg) kuiva-aineessa on eri puulajeilla ja puun osilla likimäärin sama. Poikkeuksena esimerkiksi koivun kuori, jossa lämpöarvo on suurempi. Tehollinen lämpöarvo (MJ/kg) muuttuu kosteuden mukaan. Energiatiheyteen (MWh/m³) vaikuttaa lisäksi kuivatuoretiheys (kg/m³) 25,0 2,5 2,3 Kuivatuoretiheys 450 kg/m³ Lämpöarvo, MJ/kg 20,0 15,0 10,0 5,0 2,0 1,8 1,5 1,3 1,0 0,8 0,5 Energiatiheys, MWh/m³ Kuivatuoretiheys 350 kg/m³ 0,3 0,0 0,0 Kosteus, % KUVA. Lämpöarvo ja energiatiheys kosteuden ja kuivatuoretiheyden ( kg/m³)suhteen Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

14 Kuormainvaakamittaus Kuva LoadMaster, Cool-ManOy Kuva TamtronOy Kuva John Deere Oy Kuva PonsseOy

15 Energiapuun massan mittaus ja muunto tilavuudeksi Energiapuuerän massan mittaus kuormainvaa alla (kg) Tuoretiheysluku (kg/m³) Massan muuntaminen kiintotilavuudeksi (m³) Kuva: Juha Laitila Kuva: Jari Lindblad Kuva: Juha Laitila Harvennusenergiapuun tuoretiheysluvut Energiapuun mittausoppaassa (havupuut, koivu, muut lehtipuut, sekapuusto) Latvusmassan tuoretiheysluvut Energiapuun mittausoppaassa Tuoretiheyslukuja ei Energiapuun mittausoppaassa. Käytössä EMT:n hyväksymä koekäyttömenetelmä Tuoretiheyslukuja käytetään ainoastaan metsäkuljetuksessa tehtävissä mittauksissa

16 Tuoretiheyden määritelmä Puutieteessä tuoretiheydellä (kg/m³) tarkoitetaan puun tuoreena mitatun massan ja tilavuuden suhdetta. Tuoretiheys muodostuu kahdesta tekijästä puuaineen tiheydestä (kuivatuoretiheys, kg/m³) ja puun sisältämästä vedestä. Tuoretiheys on laskettavissa puuaineen tiheyden ja kosteuden perusteella. Sovelluksissa otettava huomioon energiapuun kosteuden muutokset tuoreeseen puuhun nähden. Tuoretiheys, kg/m³ Kosteus, % KUVA. Tuoretiheys (kg/m³) kosteuden suhteen, kun kuivatuoretiheys (kuiva-aineen määrä kiintokuutiossa) on 400 kg/m³ Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

17 Kokopuun kuivuminen palstalla ja tuoretiheyden muutos Kokopuun tuoretiheyden muutos, Lindblad Tuoretiheyden muutos, kg/m³ tuore 3 vkoa 6 vkoa 9 vkoa 12 vkoa Kaikki Mänty Koivu Leppä Tuoretiheyden muutos, kg/m³ tuore 3 vkoa 6 vkoa 9 vkoa kaato kaato Kaato latvat kaato latvat Kuva: Jari Lindblad Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

18 Kuivumisolosuhteet alueittain Potentiaalihaihdunta alueittain, Lindblad 2010 Potentiaalihaihdunta (mm) 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0-0, Viikko Etelä-Suomi Pohjanmaa Kainuu- Koillismaa Lappi Päiväkohtaisen haihdunnan vaihtelu viikoittain

19 Uudistetut tuoretiheysluvut alueet Energiapuun tuoretiheysluvut noudattavat samaa aluejakoa kuin puutavaran tuoretiheysluvut, joita käytetään kuitupuun ja tukkien kuormainvaakamittauksessa. Energiapuulla Etelä-Suomessa ja Pohjanmaalla käytetään samoja tuoretiheyslukuja Kainuu-Koillismaan, Lapin ja Ylä-Lapin alueilla käytetään samoja tuoretiheyslukuja Käytännössä kaksi aluetta Aluejaolla pyritään ottamaan huomioon olosuhteiden alueellisia eroja Pohjoisilla alueilla kuivumiskausi alkaa myöhemmin ja päättyy aiemmin kuin eteläisillä alueilla. Pohjoisilla alueilla kuivumisnopeus on hitaampi Kartta: Tuoretiheystaulukoiden aluejako

20 Tuoretiheystaulukot painoluokkien määrittelyt Painoluokka 1. Muuntolukua käytetään tuoreen energiapuun mittauksissa silloin, kun mittauserä sisältää lunta tai jäätä tai mittauserän kosteus muuten sitä edellyttää. Painoluokka 2. Muuntolukua käytetään tuoreen energiapuun mittauksissa ympäri vuoden ja silloin, kun mittauserän kosteus on kyseisessä luokassa. Painoluokat 3 7. Muuntolukua käytetään taulukoissa määritetyillä aikaväleillä hakkuuajankohdan, mittausajankohdan ja palstalla varastoinnin aikana tapahtuneen kosteuden muutoksen mukaisesti ja silloin, kun mittauserän kosteus on kyseisissä luokissa. Esimerkki mittausoppaasta: Taulukko 1. Harvennusenergiapuun tuoretiheysluvut havupuilla Etelä- Suomessa ja Pohjanmaalla. Painoluokat Kosteus Ajankohta Tuoretiheys % kg/m³ 1 > 60 Tuore, jossa lunta tai jäätä Tuore, 30 vrk Tuore, 10 vrk Tuore, 30 vrk Tuore vrk 20 vrk 30 vrk 30 vrk vrk 30 vrk 30 vrk vrk 30 vrk 30 vrk < vrk 30 vrk

21 Energiapuun tuoretiheyslukujen uudistaminen Energiapuun mittausopas, esimerkki 2: Päätehakkuukohde Etelä-Suomessa on hakataan alkaen. Latvusmassa metsäkuljetetaan 8.5. alkaen ja punnitaan kuormainvaa alla. Taulukko 9. Latvusmassan tuoretiheysluvut Etelä-Suomessa ja Pohjanmaalla. (* Painoluokat Kosteus Ajankohta Tuoretiheys % kg/m³ 1 > 55 Tuore, jossa lunta ja jäätä Tuore, 15 vrk Tuore, 5 vrk Tuore, 20 vrk Tuore vrk 5 vrk 20 vrk 20 vrk vrk 5 vrk 20 vrk 20 vrk vrk 20 vrk 20 vrk vrk 20 vrk < vrk 20 vrk varastointiaika > 15 vrk: painoluokka 2 painoluokka varastointiaika > 5 vrk: painoluokka 3 painoluokka 4 Metsäkuljetus ja punnitus 8.5. Hakkuu Kuivumisjakso vaihtuu jälkeen: taulukossa siirrytään seuraavaan sarakkeeseen painoluokassa 3.

22 Tulevaisuuden mittausmenetelmät? Kuormainvaakamittaus + kosteus Mittauserän kuivamassa, energiasisältö (MWh), tarkempi tilavuuden määritys Oleellinen parannus energiapuun mittauksen luotettavuuteen ja tarkkuuteen Petri Ronkainen 2010, Pro gradu Osuus havainnoista, % ,5 % 1 % 2 % 4 % 8 % Mittaero, +- kosteusprosenttiyksikköä Kosteusmittari, hake (n=168) Kosteusmittari, sahanpuru (n=193) Kuvat: Petri Ronkainen Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

23 Tulevaisuuden mittausmenetelmät? LATVUSMASSAN KOSTEUDEN MÄÄRITYS METSÄKULJETUKSESSA Mittareiden tarkkuus ja kalibrointikäyrät Tarvittava otoskoko (kourataakkoja, kpl) otantatarkkuuden suhteen latvusmassaerän kosteuden määrityksessä. Kosteus, % y i = 4, y = 7, i x i 6 2 x + 0,097x i 2 0,006x i + 7, , Mittarin näyttämä, 0-asteikko i Otannan suhteellinen tarkkuus, ±% Hake, painotettu keskiarvo Hake Otanta, n Sahanpuru, painotettu keskiarvo Sahanpuru Sahanpurumittari Hakemittari 23

24 Tulevaisuuden mittausmenetelmät? LATVUSMASSAN JA KANTOPUUN MÄÄRÄN ARVIOINTI BIOMASSAMALLEILLA Repola ym ovat laatineet biomassamallit eri puulajeille ja rungonosille. Laskentamallien syötteenä rungon rinnankorkeusläpimitta ja pituus. Tuloksena rungon, kuoren, oksien, neulasten, kannon ja juurien laskennallinen kuivamassa. Mallien käyttöön tarvittavat tiedot pystytään määrittämään rungoittain hakkuukoneella. Hakkuukonesovellusta varten (Repola 2010) laadittiin ns. latvakartion biomassamalli Kuva: Jari Lindblad Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute

25 Energiapuun mittauksen järjestäminen tulevaisuudessa? Puutavaran mittaus (tukki- ja kuitupuu) perustuu lainsäädäntöön (1991, muutokset 1997 ja 2002). Vastaavasti energiapuun mittaus perustuu toimijoiden väliseen ns. energiapuun mittaussopimukseen (2008). Aines- ja energiapuun hankinta- ja korjuu kohdistuvat osin samoihin leimikoihin ja rungonosiin. Ulkoisesti ja mitattavuuden suhteen aines- ja energiapuun leimikoilla ja mittauserillä voi olla samat ominaisuudet Käytännössä tavaralaji määräytyy puukauppasopimuksen perusteella. Loppukäyttö voi siitä huolimatta olla mitä tahansa! Täsmälleen samasta raaka-aineesta voidaan mitata täsmälleen samaa suuretta eri menetelmillä sen mukaan, mikä tavaralaji sopimukseen on määritetty Täsmälleen sama mittauserä voidaan mitata lainsäädännön perusteella tai muulla (oikeusturva- ja velvoittavuuskysymykset) perusteella sen mukaan, mikä tavaralaji sopimukseen on määritetty Puutavaran mittauslain kokonaisuudistuksen valmistelu käynnistyi vuoden 2011 alussa. Energiapuu on yksi keskeinen syy uudistamistarpeelle. Aines- ja energiapuun mittaus tulevat perustumaan yhteiseen lainsäädäntöön, tavoiteaikataulu Tällä hetkellä menetelmävalmiutta ei kuitenkaan ole!

26 LOPPU. Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute