Ajankohtaista ja näkymiä energiapuun mittauksessa Metsäenergiafoorumi Joensuu 23.11.2010 Jari Lindblad Metsäntutkimuslaitos, Itä-Suomen alueyksikkö, Joensuu jari.lindblad@metla.fi 050 391 3072 www.metla.fi/metinfo/tietopaketit/mittaus Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
SISÄLTÖ: 1. Energiapuun mittausopas ja energiapuun mittausmenetelmät 2. Energiapuun tuoretiheyslukujen uudistaminen ja alueelliset haihduntaolosuhteet 3. Puutavaran tuoretiheysluvut ja laskentamenetelmän jatkokehittäminen 4. Latvusmassan kosteuden määritys metsäkuljetuksessa 5. Latvusmassan ja kantopuun määrän arviointi hakkuukoneella Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
Energiapuun mittausopas Alan toimijoiden ja intressiryhmien hyväksymä, laajimmin käytössä Päivitys hyväksytty Energiapuun mittaustoimikunnassa 27.10.2010, tulee voimaan 1.1.2011. Sijainti internetissä: http://www.metla.fi/metinfo/tietopaketit/mittaus/mittaus-energiapuu.htm 25.11.2010 3
Energiapuun mittausmenetelmät KOKO- JA RANKAPUUN MITTAUS PINOSSA Pinomittaus on energiapuun mittauksessa yleisesti käytetty, mutta paljon epävarmuutta sisältävä menetelmä. Mittausmenetelmäohje on sisällytetty energiapuun mittausoppaaseen, suosituksella käytettäväksi vain määrän arviointiin. Mittaero hakemäärään verrattuna, % pino2 pino3 pino4 pino5 pino7 Kaikki 60 50 40 30 20 10 0-10 -20-30 -40 Kuva: Jari Lindblad Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
Energiapuun mittausmenetelmät METSÄHAKKEEN MITTAUS Kuorman tilavuuden mittaus kuljetuskontissa Muunto kiintotilavuudeksi (i-m³ m³) 120 100 Havaintojen lkm 80 60 40 20 0 30 35 40 45 50 Hakkeen tiiviys, % 55 60 65 Mean =46,34 Std. Dev. =5,016 N =548 Metsähakkeen tiiviys Metlan (1987) aineistossa Kuvat: Jari Lindblad Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
Energiapuun massan mittaus ja muunto tilavuudeksi Energiapuun massan mittaus lähi- tai kaukokuljetuksen yhteydessä Tarvittaessa mittauserän massa muunnetaan tilavuusyksiköiksi muuntoluvulla (tuoretiheys) Energiapuuerän massan mittaus kuormainvaa alla (kg) Tuoretiheysluvun määritys (kg/m³) - Mittausoppaan taulukoidut luvut - Osapuolten määrittämät ja/tai sopimat tuoretiheysluvut Massan muuntaminen kiintotilavuudeksi (m³) Kuva: Jari Lindblad 25.11.2010 6
Tuoretiheyden määritelmä Puutieteessä tuoretiheydellä (kg/m³) tarkoitetaan puun tuoreena mitatun massan tilavuuden suhdetta. Puuaineen tuoretiheys muodostuu kahdesta tekijästä puuaineen tiheydestä (kuivatuoretiheys, kg/m³) ja puun sisältämästä vedestä. Tuoretiheys on laskettavissa puuaineen tiheyden ja kosteuden perusteella. Kun tuoretiheyttä sovelletaan puuraaka-aineen mittauksissa massan ja tilavuuden välisissä muunnoissa, massalla tarkoitetaan massaa punnitushetkellä. Otettava huomioon kosteuden muutokset tuoreeseen puuhun nähden. Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
Energiapuun tuoretiheysluvut Harvennusenergiapuu Latvusmassa Kantopuu Kuva: Juha Laitila Kuva: Jari Lindblad Kuva: Juha Laitila Tuoretiheysluvut Energiapuun mittausoppaassa: Havupuut Koivu Muut lehtipuut Sekapuusto Tuoretiheysluvut Energiapuun mittausoppaassa Tuoretiheyslukuja ei Energiapuu mittausoppaassa. Käytössä EMT:n hyväksymä koekäyttömenetelmä Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
Kokopuun kuivuminen palstalla Tuloksia tapaustutkimuksesta, Lindblad/Metla Yhteensä 49 palstakasaa 0 Tuoretiheyden muutos, kg/m³ -20-40 -60-80 -100-120 -140-160 -180 tuore 3 vkoa 6 vkoa 9 vkoa 12 vkoa Kaikki Mänty Koivu Leppä -200 0 Tuoretiheyden muutos, kg/m³ -50-100 -150-200 -250-300 -350 tuore 3 vkoa 6 vkoa 9 vkoa kaato -30.7. kaato 1.8.- Kaato -30.7. latvat kaato 1.8.- latvat Kuva: Jari Lindblad Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
Latvusmassan kuivuminen Kuivumisaika nettohaihdunnan suhteen (Hillebrand & Nurmi 2001) Palstalla kuivumassa olleen latvusmassan kuivumisaika (kosteuden muutos 55 % 35 %) vuorokautisen nettohaihdunnan suhteen (nettohaihdunta = haihdunnan ja sateen erotus siten, että puolet sadevedestä on oletettu imeytyvän latvusmassaan). 45 40 35 Kuivumisaika, vrk 30 25 20 15 10 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Nettohaihdunta, mm 25.11.2010 10
Kuivumisolosuhteet alueittain Potentiaalihaihdunta ja nettohaihdunta (pot.haihdunta sadanta) (SYKE:n aineistot 1995-2010) 4,5 4 Potentiaalihaihdunta (mm) 3,5 3 2,5 2 1,5 1 0,5 0-0,5 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 Etelä-Suomi Pohjanmaa Kainuu-Koillismaa Lappi Ylä-Lappi Viikko 3,5 3 Nettohaihdunta (mm) 2,5 2 1,5 1 0,5 0-0,5 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 Etelä-Suomi Pohjanmaa Kainuu-Koillismaa Lappi Ylä-Lappi -1 Viikko
Kuivumisolosuhteet Kuivumisolosuhteiden vaihtelu vuosien ja päivien välillä on suurta Kuvissa potentiaalihaihdunta (vas.) ja nettohaihdunta (potentiaalihaihdunta sademäärä) viikoittain ETELÄ-SUOMESSA (1995-2010). Päiväkohtaisen haihdunnan mediaani, ylä- ja alakvartiili ja vaihteluväli viikoittain
Energiapuun tuoretiheyslukujen uudistaminen Energiapuun mittausopas, esimerkki 2: Päätehakkuukohde Etelä-Suomessa on hakataan 10.4. alkaen. Latvusmassa metsäkuljetetaan 8.5. alkaen ja punnitaan kuormainvaa alla. Taulukko 9. Latvusmassan tuoretiheysluvut Etelä-Suomessa ja Pohjanmaalla. (* Painoluokat Kosteus Ajankohta Tuoretiheys % 1.4. 30.4. 1.5. 15.8. 16.8. 30.9. 1.10. 31.3. kg/m³ 1 > 55 Tuore, jossa lunta ja jäätä 1050 2 50-55 Tuore, 15 vrk Tuore, 5 vrk Tuore, 20 vrk Tuore 930 3 45-49 15 vrk 5 vrk 20 vrk 20 vrk 840 4 40-44 30 vrk 5 vrk 20 vrk 20 vrk 770 5 35-39 - 5 vrk 20 vrk 20 vrk 700 6 30-34 - 10 vrk 20 vrk - 650 7 < 30-30 vrk 20 vrk - 600 25.4. varastointiaika > 15 vrk: painoluokka 2 painoluokka 3 6.5. varastointiaika > 5 vrk: painoluokka 3 painoluokka 4 Metsäkuljetus ja punnitus 8.5. Hakkuu 10.4. Kuivumisjakso vaihtuu 30.4. jälkeen: taulukossa siirrytään seuraavaan sarakkeeseen painoluokassa 3.
Puutavaran tuoretiheystaulukot uudistaminen Miksi? Puunhankinnan olosuhteet ovat muuttuneet: Puutavaran korjuu- ja kuljetusketju metsästä käyttöpaikalle on nopeutunut Käyttöön on vakiintunut uusia puutavaralajeja (mm. pikkutukki) Käytössä olleita tuoretiheystaulukot (vuodelta 1990) oli syytä olettaa osin paikkaansa pitämättömiksi. Vuosina 2007-2010 toteutettiin tutkimus, jonka tavoitteena oli tuottaa uudet tuoretiheystaulukot Yhteistyö Metsähallitus, UPM-Kymmene, Stora Enso, Metsäliitto, Metsäalan Kuljetusyrittäjät, Metsäntutkimuslaitos Yhteensä 150 000 mitattua puutavaranippua tai - kuormaa 54 käyttöpaikalla Tuoretiheystaulukot vahvistettiin MMM:n asetuksena, voimaantulo 1.4.2010. KUVA: Puutavaran tuoretiheystaulukoiden aluejako 1.4.2010 alkaen 25.11.2010 14
Tuoretiheystaulukoiden uudistaminen Tulosesimerkki: Mäntytukin (Mät), mäntypikkutukin ja tuoreen ja puolikuivan mäntykuitupuun tuoretiheys Etelä- Suomessa 1000 950 900 Mät 850 800 Mäpt Mäk, tuore Mäk, puolikuiva 750 25.11.2010 15
Tuoretiheystaulukoiden uudistaminen Tulosesimerkki: Mäntykuitupuun tuoretiheys Etelä-Suomessa (hajontakuvio edellisestä kaaviosta) 25.11.2010 16
Tuoretiheyden ja kosteuden mallinnuksen kehittäminen Tuoretiheyden mallinnus mittausajankohdan ja varastointiajan suhteen mäntykuitupuu Etelä-Suomessa. green weight kg/m^3 750 800 850 900 950 1000 green weight kg/m^3 750 800 850 900 950 1000 0 100 200 300 0 100 200 300 day of year Mäntykuitupuun tuoretiheys päivän juoksevan numeron mukaan alle 1 viikon varastoituna (tummaviiva) 8 varastointiviikkoon (vaalea viiva) saakka. Vasen kuva: keskiluvut Oikea kuva: paloittain määritelty lineaarinen regressiomalli. day of year 17
Energiapuun mittaus tarve kosteuden mittaukselle Kuormainvaakamittaus + mahdollisuus energiapuun kosteuden mittaukseen Mittauserän kuivamassa, energiasisältö (MWh), tarkempi tilavuuden määritys Oleellinen parannus energiapuun mittauksen luotettavuuteen ja tarkkuuteen Kosteuden mittauksen lisäksi haasteena näytteenotto! Latvusmassan kosteuden määritys metsäkuljetuksessa. Petri Ronkaisen Pro Gradu (2010) 18
Kosteusmittareiden tarkkuus 70 y i = 4,363 10 5 x i 2 + 0,097x i + 7,673 60 50 Kosteus, % 40 30 20 Sahanpurumittari Regressiomalli (sahanpurunäytteet) Hakemittari Regressiomalli (hakenäytteet) 10 y i = 7,631 10 6 x i 2 0,006x i + 60,418 0 0 500 1000 1500 2000 2500 Mittarin näyttämä, 0-asteikko 19
Kosteusmittareiden tarkkuus 100 90 80 Hakenäytteet s = 3,48 ka = -0,5 70 Osuus havainnoista, % 60 50 40 30 Sahanpurunäytteet s = 2,49 ka = -0,63 20 10 0 0,5 % 1 % 2 % 4 % 8 % Mittaero, +- kosteusprosenttiyksikköä Kosteusmittari, hake (n=168) Kosteusmittari, sahanpuru (n=193) 20
Tarvittava otoskoko kosteuden määrityksessä Tarvittava otoskoko otantatarkkuuden suhteen latvusmassaerän kosteuden määrityksessä. Otantayksikkö (n) kourataakka Vaikuttavana tekijänä kosteuden todellinen vaihtelu mittauserän sisällä. Kosteusmittarin aiheuttama hajonta lisää tarvittavan otannan suuruutta. 20 18 Hake, painotettu keskiarvo Otannan suhteellinen tarkkuus, ±% 16 14 12 10 8 6 4 2 0 Hake Sahanpuru, painotettu keskiarvo Sahanpuru 0 20 40 60 80 100 p = s t n x 100% Otanta, n 21
Hakkuukonemittauksesta johdettu latvusmassan ja kantopuun määrä Latvusmassan ja/tai kantopuun määräarvion tuottaminen: 1) Hakkuukoneella mitatun ainespuumäärän perusteella. 2) Hakkuukoneen mittalaitteen tuottamana mittaustietona Käyttäen runkokohtaista mittaustietoa Käyttäen runkokohtaisia biomassamalleja Hakkuukoneen automatiikan pystyttävä määrittämään puustotunnuksia. Kuva: Jari Lindblad Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
Latvusmassan ja kantopuun määrän arviointi biomassamalleilla Repola ym. 2007 ovat laatineet biomassamallit eri puulajeille ja rungonosille. Hakkuukonesovellusta varten (Repola 2010) laadittiin ns. latvakartion biomassamalli Mallit kuuselle: Rungon puuaine: Rungon kuori: Elävät oksat: Neulaset: Kanto: Juuret >1 cm: d Ski ln( yki ) = b0 + b1 + b2 ln( hki ) + b3h ( d + 14) d Ski ln( y ki ) = b + b1 + b2 ln( h ( d + 18) Ski 0 ki Ski d Ski hki ln( y ki ) = b + b1 + b2 + b3 ln( cl ( d + 14) ( h + 5) 0 ki Ski ki d Ski hki ln( y ki ) = b + b1 + b2 + b3 ln( cl ( d + 4) ( h + 1) 0 ki Ski ki d Ski ln( yki ) = b0 + b1 ( d Ski + 26) d Ski ln( yki ) = b0 + b1 ( d + 24) Ski ) ki ) ) Kuva: Jari Lindblad Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
Latvusmassan määrän arviointi hakkuukonemittauksessa Runkokohtaisen hakkuukonemittaustiedon ja biomassamallien yhdistelmä Testaus ensimmäisellä työmaalla lähti käyntiin 22.11.2010. Kuvat: Jari Lindblad Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi
LOPPU. Metsäntutkimuslaitos Skogsforskningsinstitutet Finnish Forest Research Institute www.metla.fi