Kesla C645A pienpuun tienvarsihaketuksessa Heikki Pajuoja & Kalle Kärhä, Metsäteho Oy Arto Mutikainen, TTS tutkimus 17/2011
Tausta ja tavoitteet Suomessa valtaosa hakkuutähteistä ja pienpuusta haketetaan tienvarsivarastoilla (Kärhä 2011). Metsäteho Oy käynnisti yhteistyökumppaneineen viime vuonna Metsähakkeen tuotantoketjujen tehostaminen -projektin. Syyskuussa 2011 projektissa tehtiin aikatutkimukset Kesla C645A -rumpuhakkurista. Tarkastelun alla tutkimuksessa olivat haketuksen ajanmenekki ja hakkeen palakokojakauma. 17/2011 17.10.2011 2 Pajuoja, Kärhä & Mutikainen
Kesla C645A -rumpuhakkuri Kesla-hakkureita valmistaa ja myy Kesla Oyj (www.kesla.com). Tutkimuksessa ollut yrittäjä Kurt Häggmanin (www.khaggman.fi) Kesla C645A -hakkuri oli rakennettu Volvo FH460 -kuorma-auton kuormatilaan. Hakkuri sai tehon kuorma-autosta (338 kw) (ei erillistä moottoria hakkurissa). Rummussa, jonka halkaisija oli 57 cm, oli kuusi haketusterää. Rumpuhakkuriyksikön kokonaispaino oli 20 tonnia. 3
Kesla C645A - Alustana Volvo FH460 6 4. - Kesla 800T -nosturi (10,1 m). - Kesla F15 -koura.
Kesla C645A - Syöttöpöydän pituus 210 cm ja leveys 60 cm. - Syöttöaukon korkeus 45 cm ja leveys 60 cm. - - Hakkurin rummun halkaisija 57 cm. - Hakkuriyksikön kokonaispaino 20 tonnia. 5
Tutkimuksen toteutus I Aikatutkimuksessa haketettiin neljästä eri varastokasasta pienpuuta (kokopuuta) yhtenä työpäivänä Pohjanmaalla. Varastossa 3 oli kokopuun lisäksi sahapintoja. Varastosta 4 haketettiin vain yhteen konttiin arviolta 20 % sen kehystilavuudesta. Työpäivän aikana haketettiin yhteensä 8 vaihtolavahakekonttia. Kunkin kontin kehystilavuus oli 35 m 3. Hakkurissa oli porrasseula (80 65 50 mm). 17/2011 17.10.2011 Pajuoja, Kärhä & Mutikainen 6
Pienpuuvarasto 1 Pienpuuvarasto 2 www.metsateho.fi Pienpuuvarasto 3 Pienpuuvarasto 23 Pienpuuvarasto 4 Pienpuuvarasto 4 7
Tutkimuksen toteutus II Kustakin tienvarsivarastosta (Varastot 1 3) tehdystä hake-erästä otettiin 40 litran hakenäytteet, joista a) Määritettiin kosteusprosentti (SFS-EN 14774-2) ja tuoretiheys Enas Oy:ssä. b) Selvitettiin palakokojakauma (FprEN 15149-1) Enas Oy:ssä. Pienpuuhakkeen kosteus oli varastoittain 24 41 % ja tuoretiheys 578 743 kg/m 3. Hakekuormien painoja ei saatu, koska energialaitoksella ei ollut siltavaakaa. 8
Tutkimusaineistot Metsäenergiajae Varasto Kosteus, % Tuoretiheys, kg/m 3 Pienpuu 1 41,1 743 2 24,3 597 3 27,4 578 4 1 27,4 578 1 Vähäisen määrän vuoksi ei määritetty. Käytettiin Varaston 3 hakkeen kosteutta ja tuoretiheyttä. 9
Tutkimuksen toteutus III Tutkimuksessa ollut hakkurinkuljettaja oli hyvin kokenut: kokemusta haketustyöstä 8 vuotta. Tutkittua hakkuria hän oli käyttänyt vuoden verran ennen tutkimusta. Tutkimuksessa haketettu puumäärä (i-m 3 ) määritettiin hakekonttien kehystilavuuksien avulla. Haketetut kiintokuutiometrit saatiin jakamalla irtokuutiometrit 2,35:llä, eli oletettiin, että hakkeen tiiviys (m 3 /i-m 3 ) oli 42,5 % (vrt. Kärhä ym. 2011b, 2011c). Tehtyihin haketonneihin päästiin laskennallisten kiintokuutiometrien ja mitattujen tuoretiheyksien avulla. Kaikkiaan tutkimuksessa haketettiin 280 i-m 3 energiapuuta. 10
Tutkimusaineisto Metsäenergiajae Varasto Aineisto i-m 3 1 m 3 2 ton (tuore) ton (kuiva) Pienpuu 1 42 17,6 13,1 7,7 38 MWh 2 154 64,7 38,6 29,2 150 3 77 32,3 18,7 13,6 69 4 7 2,9 1,7 1,2 6 Yhteensä 280 118 72,1 51,8 263 1 Irtokuutiometrit määritetty hakekonttien kehystilavuuksien avulla. 2 Kiintokuutiometrit määritetty jakamalla irtokuutiometrit 2,35:llä. 11
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. Kaukokuljetusmatka tienvarsivarastoilta hakkeen käyttöpaikoille (Vöyrin ja Vähäkyrön lämpölaitokset) oli 12 25 km. Konttien vaihtopaikan etäisyys varastolta oli 0 5 km. Tutkimuksessa olleessa hakeautossa oli kaksi vaihtolavahakekonttia. Vain tutkimuksen kaksi viimeisintä hakekonttia (7 & 8) vietiin yhdessä kuormassa; hakekontit 1 6 vietiin lämpölaitoksille nuppikuormina. 12
Taakkakoko & tehoajanmenekki Pienpuun haketuksessa taakkakoko oli keskimäärin 118 kg. Taakan nouto vei tehoajanmenekistä 57 % ja sen syöttö hakkuriin 39 %. Odotusta syötössä oli vain yksi prosentti tehoajanmenekistä. Hakkurin haketorven säätöön kului vajaa neljä prosenttia tehoajasta. Tutkimuksessa yhden kontin tehollinen haketusaika oli keskimäärin 26,9 min. 13
Haketuksen tehoajanmenekki Osuus, % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Haketorven säätö Syöttö Odotus syötössä Nouto 50 45 Tehoajanmenekki, s/i-m 3 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Haketorven säätö Syöttö Odotus syötössä Nouto 14
Kokonaisajanmenekki Tutkimuspäivänä tehoajanmenekin osuus kokonaisajanmenekistä oli vain vajaa puolet. Hakeauton odottaminen ja hakekonttien vaihto veivät 28 % hakkurin kokonaisajasta. 15
Kokonaisajanmenekki Osuus, % 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Muut keskeytykset Hakkurin siirtoajo Hakeauton odotus Työpistesiirtymiset & varaston järjestely Haketuksen tehoaika Hakkurin siirtoajat sisältävät vain tienvarsivarastokasojen väliset siirrot. Ajanmenekki, min 600 500 400 300 200 100 0 Muut keskeytykset Hakkurin siirtoajo Hakeauton odotus Työpistesiirtymiset & varaston järjestely Haketuksen tehoaika 16
Tehotuntituottavuus Pienpuun haketuksen tuottavuus oli tutkimuksessa keskimäärin 78 i-m 3 /tehotunti. 100 90 Tuottavuus, i-m 3 /tehotunti 80 70 60 50 40 30 20 10 0 17
Palakokojakauma Tutkittu hakkuri teki hyvälaatuista haketta: yli 90 % hakenäytteiden kuivapainosta oli palakooltaan alle 30 mm. 3 1 Palakokoarvot viittaavat FprEN 15149-1 -menetelmässä käytettyjen hakeanalyysiseulojen aukkoihin. 2 Hakenäytteen kuivapainosta. 3 Pienpuuvaraston 4 näytteestä ei tehty palakokojakauman määritystä. 18
Tarkastelu Tuottavuus I Tutkimus oli kolmas vuoden aikana Metsätehossa tehty rumpuhakkuritutkimus pienpuun haketuksessa (Kärhä ym. 2011b, 2011c). Tutkittu Kesla C645A oli selvästi pienempi hakkuriyksikkö kuin aiemmissa tutkimuksissa olleet rumpuhakkurit (HEINOLA 1310 ES & Jenz HEM 581 DQ). Pienpuun haketuksen tuottavuus jäi pienemmäksi kuin aiemmissa rumpuhakkuritutkimuksissa (vrt. Kärhä 2011b, 2011c). Tutkitun Kesla C645A -hakkurin tuottavuutta tarkasteltaessa on pidettävä myös mielessä se, että tutkimuksessa haketettu materiaali oli huonolaatuista: Pienet varaston jämät, joiden pohjien haketuksessa kuljettajan oli varottava kivien joutumista hakkuriin. 19
Tarkastelu Tuottavuus II Tehokas tienvarsivarastohaketustyö koostuu tehokkaan hakkurin lisäksi: Taitavan hakkurinkuljettajasta, Hyvistä varasto-oloista (mm. tienvarsivarastokasojen sijoittelu, hyvät ohitus- ja kääntöpaikat, isot varastot) (vrt. Kärhä & Fredriksson 2008) ja Tehokkaasta logistiikasta. Tutkimuksessa hakkeen kuljetuslogistiikka ei toiminut hyvin: Hakkurille tuli liian paljon hakeauton odotusta (yli neljännes hakkurin kokonaisajasta). Tutkitulle hakkurille ei riitä yksi hakeauto, joka ajaa kuormat nuppikuormina energialaitokselle, 10 30 km:n kuljetusmatkalla (vrt. Kärhä ym. 2011a, 2011b, 2011c). 20
Tehokas tienvarsihaketus -palapeli Tehokas hakkuri Taitava hakkurinkuljettaja Hyvät varasto-olot Tehokas logistiikka Lähde: Kärhä ym. 2011b 21
Tarkastelu Polttoaineen kulutus Tutkimuksessa ei selvitty hakkurin polttoaineen kulutusta. Konevalmistajan ja yrittäjän mukaan hakkurin polttoaineen kulutus on 0,5 0,6 l/i-m 3 pienpuun haketuksessa. 22
Viitekirjallisuus FprEN 15149-1. 2010. Kiinteät biopolttoaineet. Palakokojakauman määritys. Osa 1: Värähtelyyn perustuva seulontamenetelmä käyttäen seuloja 1 mm tai alle. Kärhä, K. 2011. Metsähakkeen tuotantoketjut Suomessa vuonna 2010. 6/2011. Kärhä, K. & Fredriksson, T. 2008. Laatuajattelua tienvarsihaketukseen. BioEnergia 4/2008: 6 8. 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. Kärhä, K., Hautala, A. & Mutikainen, A. 2011c. HEINOLA 1310 ES hakkuutähteiden ja pienpuun tienvarsihaketuksessa. 9/2011. SFS-EN 14774-2. 2010. Kiinteät biopolttoaineet. Kosteuspitoisuuden määritys. Uunikuivausmenetelmä. Osa 2: Kokonaiskosteus. Yksinkertaistettu menetelmä. 23
Yhteistyökumppanit Vörå Energiandelslag 24