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

Transkriptio

1 Maatilan energian käyttö Jussi Esala - SeAMK Hanke 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 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

4 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)

5 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 5

6 Kasvintuotannon energia peltotyöt Esityksen tarkastelutapa Suora energiankulutus Konekohtainen kulutus Työkone traktori kokosuhteen merkitys Olosuhteiden merkitys Työketjun merkitys JEsala 6

7 Työn ja energian yksikkö sama Energia ja työ 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 7

8 Kasvintuotannon energia kyntö Maan ominaisvastuksen sekä traktorin veto- voimansiirto- ja moottorihyötysuhteiden vaikutus kyntötyön (kyntösyvyys 20 cm) laskennalliseen hehtaarikohtaiseen polttoaineen kulutukseen. (Hyötysuhteet erinomaisesta alhaiseen: vetohyötysuhde , voimansiirron hyötysuhde , moottorin hyötysuhde- 0, ) JEsala 8

9 Vetovastus kn/m Kasvintuotannon energia kyntö Polttoaineen kulutukseen vaikuttavat tekijät Maalaji: Hyötysuhteet: (ed. sivun kuvio) Kyntösyvyys: 1 2 l/ha / 1 cm Säädöt: + useita litroja Maan kosteus: Vetovastus Tr. Vetokyky Maan rakenne: +/- useita litroja Ajonopeus Tr. aura - kokosuhde 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 13 cm 17 cm 21 cm Auran vetovastus (kn/m) savi- ja hiuemaalla kolmessa eri kosteudessa 13, 17 ja 21 cm kyntösyvyyteen kynnettäessä. Normaalikosteus on tässä ollut muovailtavuuden rajaarvon tuntumassa. (Kuvio tehty Arvidsson 2004 aineistosta) JEsala 9

10 Kasvintuotannon energia lautasmuokkari ja kultivaattori Hehtaarikohtainen polttoaineen kulutus riippuu suuresti Työsyvyydestä Ajonopeudesta Käsittelykerroista Kultivaattorilla piikin rakenteesta Kulutus 6 10 cm työsyvyydellä Maalajista riippuen 6 13 l/ha (mm. DLG testit) - on vajaa puolet kynnön kulutuksesta Kahdella muokkauskerralla kulutus lähenee kynnön kulutusta Voi vähentää jatkokäsittelyn kulutusta JEsala

11 Piikin vetovastus N Kasvintuotannon energia s-piikkiäes Hehtaarikohtainen polttoaineen kulutus riippuu Muokkaussyvyydestä Piikkien lukumäärä / työleveys Etuladan säädöistä Maalajista Ajonopeudesta Kulutus 4 6 cm syvyydellä: 4 6 l/ha Toinen muokkauskerta hieman pienemmällä kulutuksella Ladan reipas käyttö voi lisätä 1 2 l/ha Multamaan kulutus voi olla sama kuin kivennäismaan, jos sama yhdistelmä ja sama syvyyssäätö cm 6 cm 8 cm Muokkasusyvyys Savi, 1. muokkaus (7 km/h) Multa, 1. muokkaus (7 km/h) Savi, 2. muokkaus (10 km/h) Multa, 2. muokkaus (10 km/h) Kuvio 9. S-piikkiäkeen ensimmäisellä piikkiakselille asetetun s-piikin aiheuttama vetovastus savi- ja multamaalla eri muokkaussyvyyksillä. Kuvio on piirretty Mäkinen 1985 aineistosta JEsala 11

12 Kasvintuotannon energia Ero suurimmillaan noin 40 = kg jyviä JEsala 12

13 Kasvintuotannon energia 5 tilaa Tuotantoon kulunut öljy litraa/satotonni Toroska 2012

14 Kasvintuotannon energia tilakohtaista analyysiä Tila 3 (53 ha viljelyala), josta noin 27 kuivurin välittömässä läheisyydessä tilakeskuksessa (= I) ja n. 26 ha 30 km etäisyydellä (= Y). Kuviossa polttoaineenkulutuksen jakautuminen työvaiheittain lähi- ja etätilan (I/Y) kesken Yhteensä I 27 h Y 26 ha Yhteensä Viljan myynti Auton käyttö Muu sirtoajo, traktori Viljan ajo tila I/Y 0,3/32 km Puinti I/Y 12/15 l/ha Kasvinsuojelu 2 kertaa Kylvö 5 l/ha Tila I Y Tieajon osuus kokonaiskulutuksesta l Tiekulutus Yhteensä Muokkaus I/Y 2/1 kertaa, 5 l/ha Kyntö I/Y 12/14 l/ha

15 Kasvintuotannon energia niitto Niitto Palkkiniittokoneella tehontarve 1.2 kw/m (ASAE D497.4) >> hehtaarin niittotyö (ilman traktorin osuutta) 1,5 m palkkikoneella n. 2 kwh = 0,2 l/ha Niitto + traktori (2000 kg, 40 kw) noin 2 3 l/ha. Jos traktorin koko on kaksinkertainen myös kulutus voi olla kaksinkertainen Lautasniittomurskaimen akselitehontarve kw/m (DLG-testit, ajonopeus 13 km/h), lisäksi tulee muutama kw vetotehoa Tarpeettoman suuri kierrosnopeus lisää sekä niittotapahtuman että murskauksen kulutusta JEsala 15

16 Kasvintuotannon energia niittomurskaus Esimerkki kulutuksen laskemisesta: Yhdistelmä 6000 kg, 90 kw, nopeus 14,4 km/h, vierimisvastuskerroin 0,075 Niittomurskaimen ominaistehon tarve: 15 kw/m Niittomurskaimen tehontarve: 15 kw/m*3,5 m = 52,5 kw Traktorin kulkuvastus: 6000 kg*10 m/s 2 *0,075= 4,5 kn Traktorin kulkemiseen tarvittava teho: 4,5 kn*4 m/s = 18 kw + hydrauliikkaan ja voimansiirron tappioita n. 10 kw = 28kW Traktorin kokonaistehon tarve: 52,5+ 28 = 80,5 kw >>> on lähellä nimellistehoa, ominaiskulutus 230 g/kwh Traktorin tuntikulutus: 230 g/kwh*80,5 kw = 18,5 kg/h = n. 22 l/h Hehtaarin ajomatka (netto): (10000 m 2 /ha)/3,3 m = 3030 m/ha Hehtaarin työaika: (3030 m/ha)/(14400 m/h) = 0,21 h/ha Varsinaisen niittoajan kulutus: 0,21 h/ha*23 l/h = 4,6 l/ha Tehollinen työaika 85 % >> Kulutus n. 5,6 l/ha JEsala 16

17 Kasvintuotannon energia Pöyhintä ja karhotus Pelkkään niittoon kului n. 4 l/ha (DLG testi 5959F) Niittomurskaukseen kului perhosniittolaitteella n. 3 l/ha, mutta saksalaisessa normissa niittomurskaukseen 5 l/ha Pöyhintä ja karhotus Eri lähteiden mukaan 1,5 3 l/ha / kerta sopivalla koneyhdistelmällä Riippuu voimakkaasti työkoneen ja traktorin kokosuhteesta ja käyttötavasta Pienelle pöyhimelle pieninkin traktori suuri JEsala 17

18 Kasvintuotannon energia tarkkuussilppuri Itsekulkevalla silppurilla 70 % tehosta silppuamiseen, 20 % voimansiirtolinjoihin ja 10 % kulkemiseen (Garbers&Harsewinkel 2001) Kelalle tulevasta tehosta 35 % silppuamiseen ja 65 % silpun kiihdyttämiseen, heittämiseen ja puhaltamiseen (O Dogherty 1982) Ylöspäin leikkaava ja heittävä kela kuluttaa 30 % vähemmän (Shinners ym 1991) Tylsä terä ja suuri terävälys lisää leikkaamiseen tarvittavaa tehoa Pienehköllä hinattavalla silppurin käyttöön 4 7 l/ha silpun pituudesta riippuen + laskennallisesti 1,5 2,0 l/ha yhdistelmän kulkemiseen (Savonie ym pohjalta, sato 3 t ka/ha) Itsekulkevalla 9,5 l/ha (DLG test 6027F), Saksalaisessa normistossa 8 l/ha JEsala 18

19 Energian käytön vähentäminen Moottorin polttoaineen kulutus eri kuormituksilla - simpukkakuvio Oikea vaihde ja kierrokset Oikea työkoneen koko suhteessa traktoriin Lähde: Fat berichte 2000:552

20 Energian käytön vähentäminen Traktori kyntötyössä Vierimisvastushäviö, jonka suuruuteen vaikuttavat Maan kantavuus Renkaiden koko ja paine Traktorin massa Luistoon tuhlautuva osa Luisto Vetohyötysuhde Kivennäismaan kyntö: Ihanne l/ha Suurella luistolla jopa yli 30 l/ha

21 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

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

23 Polttoaineen kulutuksen mittaus 1. Uudet traktorit Ottavat väylästä ruiskutusannostiedon >> l/h Moniin voi syöttää työleveyden ja ne mittaavat matkaa (jopa tutkalla) >> l/ha Erilaisten ajostrategioiden kokeilu parhaan kulutuslukeman saamiseksi 2. Omat viritelmät Osa ilmaisia Pelkkä anturi 100, naksulukija kymppejä Järjestelmä n. 700

24 Polttoaineen kulutuksen mittaus Tankki piripintaan Lisätäyttö mittakannulla Mittalasi (esillä) Läpivirtausmittari Pumpulta paluu mittarin taakse, vapaa paluu suuttimilta (max. muutama prosentti) Kaikki paluut mittarin taakse Syötön ja paluun erotusmittaus Tarvitaan jonkinlainen pulssilaskin (ja näyttö)

25 Polttoaineen kulutuksen mittaus CKPT (valkovenäjältä) Läpivirtausmittaus + näyttö Paluu Matka GPS signaalilla tai pyöräanturilla Laturilta moottorin kierrokset Käynnissä olosta jännitesignaali (käytännössä latausjännite) Kaksi jännitteen sisääntuloa (polttoaineen pinnan tasolle tankissa), mutta voi käyttää vaikka työsyvyyden mittaamiseen

26 Polttoaineen kulutuksen mittaus

27 Polttoaineen kulutuksen mittaus Tulokset Suora luenta Jälkikäsittely Tärkeää saada Exel muotoon CKPT: Manager ohjelma Monipuolinen Tekee Exel - muunnoksen

28 Polttoaineen kulutuksen mittaus 3. Laskemalla Jos 100 kw käy täysillä >> kulutus on 230 g/kwh*100 kw = 23 kg/h = n. 28 l/h >> jos vedetään 3 m leveää muokkaria 3 m/s (10.8 km/h) nopeudella, saadaan työsaavutukseksi 9 m 2 /s = 3,2 ha/h Hehtaarikulutus on 28 l/h / 3,2 ha/h = 8,75 l/ha Jos 100 kw traktori käy osateholla, laskeminen tällä tapaa on mahdotonta