HEINOLA 1310 ES hakkuutähteiden ja pienpuun tienvarsihaketuksessa

Transkriptio

1 HEINOLA 1310 ES hakkuutähteiden ja pienpuun tienvarsihaketuksessa Kalle Kärhä, Metsäteho Oy Antti Hautala, Helsingin yliopisto / Metsäteho Oy Arto Mutikainen, TTS tutkimus 9/2011

2 Tausta ja tavoitteet Suomessa valtaosa hakkuutähteistä ja pienpuusta haketetaan tienvarsivarastoilla (Kärhä 2011). Energiapuun haketuskalustoa on tutkittu vähän niin tuottavuuden kuin valmistetun hakkeen laadunkin suhteen 2000-luvulla Suomessa. Metsäteho Oy käynnisti yhteistyökumppaneineen viime vuonna Metsähakkeen tuotantoketjujen tehostaminen -projektin. Marraskuussa 2010 projektissa tehtiin aikatutkimukset HEINOLA 1310 ES -rumpuhakkurista. Tarkastelun alla tutkimuksessa olivat haketuksen ajanmenekki ja hakkeen palakokojakauma. Lisäksi tutkimuksessa dokumentoitiin hakkeen kaukokuljetuksen ajanmenekki. 2

3 HEINOLA 1310 ES -rumpuhakkuri HEINOLA-hakkureita valmistaa ja myy Heinolan Sahakoneet Oy ( Tutkimuksessa ollut Hakevelhot Oy:n ( HEINOLA 1310 ES oli rakennettu Volvo FH kuorma-auton kuormatilaan. Hakkuri sai tehon kuorma-autosta (ei erillistä moottoria hakkurissa). Rummussa, jonka halkaisija oli 130 cm, oli kaksi haketusterää. Rumpuhakkuriyksikön kokonaispaino oli 30 tonnia. 3

4 HEINOLA 1310 ES - Alustana Volvo FH Jonsered nosturi (ulottuvuus: 9,6 m). - Hultdins SG260R -koura. Valokuva: Matti Takatalo, Heinolan Sahakoneet Oy

5 HEINOLA 1310 ES - Syöttöpöydän pituus 270 cm ja leveys cm. - Syöttöaukon korkeus 75 cm ja leveys 100 cm. - Hakkurin rummun halkaisija 130 cm. - Hakkuriyksikön kokonaispaino 30 tonnia. 5

6 HEINOLA 1310 ES HEINOLA 1310 ES -hakkurin haketusterä sekä teränpainin. (Kuva samanlaisesta hakkurista.) Valokuva: Matti Takatalo, Heinolan Sahakoneet Oy

7 Tutkimuksen toteutus I Aikatutkimuksessa haketettiin hakkuutähteitä viidestä eri tienvarsivarastokasasta ensimmäisenä työpäivänä ja pienpuuta (kokopuuta) yhdestä tienvarsivarastosta toisena työpäivänä Päijät-Hämeessä. Ensimmäisenä työpäivänä haketettiin kahteen vaihtolava-hakeautoon yhteensä 11 hakekonttia ja toisena päivänä haketettiin 6 hakekonttia, eli kaikkiaan tutkimuksessa haketettiin 17 hakekonttia. Hakkurissa oli 120 mm:n kampaseula. Hakkurin 120 mm:n kampaseula. Valokuva: Matti Takatalo, Heinolan Sahakoneet Oy 7

8 Tutkimuksen toteutus II Kustakin tienvarsivarastosta tehdystä hake-erästä otettiin 40 litran hakenäytteet, joista a) Määritettiin kosteusprosentti (SFS-EN ) ja tuoretiheys Helsingin yliopiston Puuteknologian laboratoriossa. b) Selvitettiin palakokojakauma (FprEN ) Enas Oy:ssä. Hakkuutähdehakkeen kosteusprosentti vaihteli varastoittain välillä % ja tuoretiheys oli kg/m 3. Pienpuuhakkeella kosteus oli 36 % ja tuoretiheys 532 kg/m 3. Hakekuormien painoja ei saatu, koska energialaitoksella ei ollut siltavaakaa. 8

9 Tutkimusaineistot Metsäenergiajae Varasto Kosteus, % Tuoretiheys, kg/m 3 Hakkuutähde 1 38, , , ,9 642 Pienpuu 1 36,

10 Hakkuutähdevarasto 1 Pienpuuvarasto 1 10

11 Tutkimuksen toteutus III Tutkimuksessa ollut hakkurinkuljettaja oli hyvin kokenut: kokemusta haketustyöstä 10 vuotta. Tutkittua hakkuria hän oli käyttänyt kolmen kuukauden ajan ennen tutkimusta. Tutkimuksessa haketettu puumäärä (i-m 3 ) määritettiin hakeautojen kuormatilojen kehystilavuuksien avulla. Haketetut kiintokuutiometrit saatiin jakamalla irtokuutiometrit 2,22:lla, eli oletettiin, että hakkeen tiiviys (m 3 /i-m 3 ) oli 45 % (vrt. Kärhä ym. 2011b). Tehtyihin haketonneihin päästiin laskennallisten kiintokuutiometrien ja mitattujen tuoretiheyksien avulla. Kaikkiaan tutkimuksessa haketettiin 671 i-m 3 energiapuuta. 11

12 Tutkimusaineisto Metsäenergiajae Varasto Aineisto i-m 3 1 m 3 2 ton (tuore) ton (kuiva) MWh Hakkuutähde Pienpuu Yhteensä Irtokuutiometrit määritetty hakekonttien kehystilavuuksien avulla. 2 Kiintokuutiometrit määritetty jakamalla irtokuutiometrit 2,22:lla. 12

13 Tutkimuksen toteutus IV Aikatutkimuksessa haketustyö jaettiin työvaiheisiin (mm. taakan nouto, syöttö, työpistesiirtymiset). Tehoaikatarkastelussa mukana vain taakan nouto, syöttö ja mahdollinen odottaminen syötössä sekä haketorven säätö. Hakeautojen ajanmenekin seurannassa työvaiheet (valmisteluineen) olivat tyhjänäajo, kuormaus, kuormausajo, kuormattuna-ajo ja purkaminen sekä keskeytykset. Kaukokuljetusmatka tienvarsivarastoilta hakkeen käyttöpaikalle (Vattenfall Oy:n Laukaan lämpölaitos) oli keskimäärin 115 km ensimmäisenä työpäivänä ja toisena työpäivänä 138 km. Konttien vaihtopaikan etäisyys varastoilta oli noin 5 km ensimmäisenä työpäivänä ja toisena työpäivänä 4 km. 13

14 Hakkuritutkimus

15 Taakkakoko & tehoajanmenekki Hakkuutähteiden haketuksessa taakkakoko oli keskimäärin 185 kg. Pienpuulla taakkakoko oli runsaan kolmanneksen isompi (keskimäärin 254 kg). Pienpuun haketuksessa taakan nouto ja syöttö veivät selvästi vähemmän aikaa kuin hakkuutähteillä. Pienpuulla yhden kontin tehollinen haketusaika oli keskimäärin 13,3 min ja hakkuutähteillä 17,0 min. 15

16 Haketuksen tehoajanmenekki Osuus, % Hakkuutähdehake Pienpuuhake Haketorven säätö Syöttö Odotus syötössä Nouto Tehoajanmenekki, s/i-m Haketorven säätö Syöttö Odotus syötössä Nouto 0 Hakkuutähdehake Pienpuuhake 16

17 Kokonaisajanmenekki Ensimmäisenä tutkimuspäivänä tehoajanmenekin osuus hakkurin kokonaisajanmenekistä oli alle 60 %. Toisena tutkimuspäivänä tehoajanmenekin osuus oli hieman yli 60 % kokonaisajanmenekistä. Hakeauton odottaminen vei ensimmäisenä tutkimuspäivänä 23 % ja toisena päivänä 25 % hakkurin kokonaisajasta työmaalla. Tarkasteltaessa haketuksen kokonaisajanmenekkiä on otettava huomioon se, etteivät hakkurin siirtoajoajat hallilta työmaalle ja takaisin sisältyneet kokonaisajanmenekkiin. 17

18 Kokonaisajanmenekki Osuus, % Työpäivä 1 Työpäivä 2 Muut keskeytykset Hakkurin siirtoajo Hakeauton/hakkurin siirtot varastolla Hakeauton odotus Työpistesiirtymiset & varaston järjestely Haketuksen tehoaika Hakkurin siirtoajoajat sisältävät vain tienvarsivarastokasojen väliset siirrot. Ajanmenekki, min Työpäivä 1 Työpäivä 2 Muut keskeytykset Hakkurin siirtoajo Hakeauton/hakkurin siirtot varastolla Hakeauton odotus Työpistesiirtymiset & varaston järjestely Haketuksen tehoaika 18

19 Tehotuntituottavuus Hakkuutähteiden haketuksen tuottavuus oli tutkimuksessa keskimäärin 139 i-m 3 /tehotunti 1. Vastaavasti pienpuun haketuksessa tehotuntituottavuus oli 179 i-m 3 /h 1. Pienpuulla haketuksen tuottavuus oli siis 29 % korkeampi kuin hakkuutähteillä. 1 Irtokuutiometrit määritetty hakekonttien kehystilavuuksien avulla. 19

20 Tehotuntituottavuus Tuottavuus, i-m 3 /tehotunti Hakkuutähdehake Pienpuuhake 20

21 Palakokojakauma Tutkittu hakkuri teki hyvälaatuista haketta sekä pienpuusta että hakkuutähteistä: Yli 90 % hakenäytteiden kuivapainosta oli palakooltaan alle 30 mm. Hakkuutähdehakenäytteiden kuivapainosta hienoaineksen ( 3,5 mm) osuus oli korkea, p-%. 21

22 Palakokojakauma Kumulatiivinen osuus, % Hakkuutähdehake Varasto 1 Varasto 2 Varasto 3 Varasto 4 Pienpuuhake Varasto Palakoko, mm Palakokoarvot viittaavat FprEN menetelmässä käytettyjen hakeanalyysiseulojen aukkoihin. 2 Hakenäytteen kuivapainosta. 3 Hakkuutähdevaraston 4 näytteestä ei tehty palakokojakauman määritystä. 22

23 Hakeautotutkimus 23

24 Hakekuormien koot & hakkeen kaukokuljetuksen ajanmenekki Kehystilavuudeltaan hakekuormat olivat keskimäärin 118 m 3. Energiasisällöltään hakkuutähdehakekuormat olivat keskimäärin 105 MWh. Pienpuuhakkeella keskikuormakoko oli 90 MWh. Tutkimuksessa kuorma-aika oli jakeittain keskimäärin min, eli noin kuusi tuntia, josta kuormaus vei vain %. 24

25 Hakkeen kaukokuljetuksen ajanmenekki Osuus, % Keskeytykset Purkaminen Kuormattuna-ajo Kuormausajo Kuormaus Tyhjänäajo 10 0 Hakkuutähdehake Pienpuuhake Hakkuutähdehake: Kuormattuna-ajomatka keskimäärin 115 km. Pienpuuhake: Kuormattuna-ajomatka keskimäärin 138 km. Ajanmenekki, min Hakkuutähdehake Pienpuuhake Keskeytykset Purkaminen Kuormattuna-ajo Kuormausajo Kuormaus Tyhjänäajo 25

26 Tarkastelu Tuottavuus I Tutkimus osoitti, että HEINOLA 1310 ES -rumpuhakkuri on hyvin tehokas hakkuri tienvarsihaketuksessa; Isollakaan taakalla hakkuri ei mennyt tukkoon. Taakan syötössä syntyi vain vähän odotusaikoja. Tutkimuksessa tuottavuus oli selvästi (noin 30 %) korkeampi pienpuun (kokopuun) haketuksessa kuin hakkuutähteiden haketuksessa. Sen sijaan aiemmin tehdyssä Jenz HEM 581 DQ -rumpuhakkuritutkimuksessa pienpuu (kokopuu) ei lisännyt tutkitun Jenz-hakkurin tuottavuutta, vaan tuottavuus kokopuulla oli lähes samalla tasolla kuin hakkuutähteillä (Kärhä ym. 2011b). 26

27 Tarkastelu Tuottavuus II Haketustyön tuottavuus oli myös merkittävästi korkeampi tässä tutkimuksessa kuin Jenz HEM 581 DQ -tutkimuksessa (Kärhä ym. 2011b); ero kasvoi haketettavan raaka-aineen järeyden kasvaessa: Hakkuutähdehake: HEINOLA 1310 ES: 139 i-m 3 /tehotunti 1 (+31 %). Jenz HEM 581 DQ: 106 i-m 3 /tehotunti 1. Pienpuuhake: HEINOLA 1310 ES: 179 i-m 3 /tehotunti 1 (+57 %). Jenz HEM 581 DQ: 114 i-m 3 /tehotunti 1. Tuottavuustuloksia tarkasteltaessa on muistettava, että tutkittu HEINOLA 1310 ES -hakkuri oli jonkin verran järeämpi kuin aiemmassa tienvarsihaketustutkimuksessa ollut Jenz HEM 581 DQ -hakkuri. Esim. rummun halkaisija (HEINOLA 1310 ES: 130 cm vs. Jenz HEM 581 DQ: 82 cm). 1 Irtokuutiometrit määritetty hakekonttien kehystilavuuksien avulla. 27

28 Tarkastelu Tuottavuus III Tehokas tienvarsivarastohaketustyö koostuu tehokkaan hakkurin lisäksi: Taitavasta hakkurinkuljettajasta, Hyvistä varasto-oloista (mm. tienvarsivarastokasojen sijoittelu ja peittäminen, hyvät ohitus- ja kääntöpaikat) (vrt. Kärhä & Fredriksson 2008) ja Tehokkaasta logistiikasta. Tutkimuksessa tehokkaan tienvarsihaketustyön edellytykset eivät täysin toteutuneet. Hakkeen kaukokuljetuslogistiikka ei toiminut hyvin: Hakkurille tuli liian paljon hakeauton odotusta (noin neljännes hakkurin kokonaisajasta). Tehokkaalle hakkurille ei riitä kaksi hakeautoa runsaan 100 km:n kaukokuljetusmatkalle (vrt. Kärhä ym. 2011a). 28

29 Tehokas tienvarsihaketus -palapeli Tehokas hakkuri Taitava hakkurinkuljettaja Hyvät varasto-olot Tehokas logistiikka 29

30 Tarkastelu Palakoko Tutkimuksessa hakkuutähdehakkeessa oli runsaasti, noin kolmannes hienoainesta (vrt. Kärhä ym. 2010, 2011b). Iso hienoaineksen osuus aiheuttaa ongelmia luokiteltaessa tehtyjä hakkuutähdehakkeita, koska FprEN standardin (Alakangas 2010) mukaan hakkuutähdehakkeen hienoaineksen määrä voi olla maksimissaan 25 p-% ja pääfraktion osuus on oltava vähintään 75 p-%. FprEN standardia on muutettava siten, että hakkuutähdehakkeella hienoaineksen määrä voi olla suurempi kuin 25 p-% (esim p-%) ja vastaavasti pääfraktion osuus voi olla pienempi kuin 75 p-% (esim p-%). 30

31 Tarkastelu Polttoaineen kulutus Tutkimuksessa ei selvitetty hakkurin polttoaineen kulutusta. Konevalmistajan mukaan HEINOLA 1310 ES -hakkurin polttoaineen kulutus on 0,4 0,5 l/i-m 3 hakkuutähteiden ja pienpuun haketuksessa. 31

32 Viitekirjallisuus Alakangas, E Eurooppalaiset hakestandardit SFS EN ja FprEN Esitelmä, Laatuhakeseminaari, Saarijärvi, FprEN Kiinteät biopolttoaineet. Polttoaineen laatuvaatimukset ja -luokat. Osa 1: Yleiset vaatimukset. FprEN Kiinteät biopolttoaineet. Palakokojakauman määritys. Osa 1: Värähtelyyn perustuva seulontamenetelmä käyttäen seuloja 1 mm tai alle. Kärhä, K Metsähakkeen tuotantoketjut Suomessa vuonna /2011. Kärhä, K. & Fredriksson, T Laatuajattelua tienvarsihaketukseen. BioEnergia 4/2008: 6 8. Kärhä, K., Mutikainen, A. & Hautala, A Vermeer HG6000 terminaalihaketuksessa ja -murskauksessa. 15/2010. Kärhä, K., Hautala, A. & Mutikainen, A. 2011a. Crambo 5000 kantojen tienvarsimurskauksessa. 4/2011. Kärhä, K., Hautala, A. & Mutikainen, A. 2011b. Jenz HEM 581 DQ hakkuutähteiden ja pienpuun tienvarsihaketuksessa. 5/2011. SFS-EN Kiinteät biopolttoaineet. Kosteuspitoisuuden määritys. Uunikuivausmenetelmä. Osa 2: Kokonaiskosteus. Yksinkertaistettu menetelmä. 32

33 Yhteistyökumppanit 33