Inżynieria Rolnicza 2(100)/2008
SAOMA POTENCJAA MASY I ENERGII
Wiesław Denisiuk
EKOLOG Zakład Energetyki Cieplnej i Usług Bytowych w Zielonkach
Streszczenie. W pracy zawarta jest ocena parametrów potencjału masy i energii słomy pozy-
skanej na polach Pojezierza Iławskiego. Wstępnie potencjał masy i energii odniesiony do
powierzchni pola wyznaczono przy pomocy wskaznika stosunku plonu ziarna do plonu sło-
my, który w literaturze [Wiśniewski 2000] podawany jest z:s = 1:1,3. Tymczasem, jak wyka-
zały dziesięcioletnie badania przeprowadzone na polach Pojezierza Iławskiego wskaznik ten
wynosi średnio z:s=1:0,46. Pokazane zostały także zależności parametrów energetycznych
słomy tj potencjału masy i energii od rodzaju kombajnu użytego do omłotu ziarna zbóż.
Słowa kluczowe: biomasa, ciepło spalania, wartość opałowa, potencjał masy
Wstęp
Już trywialną staje się teza, że zasoby paliw kopalnych są ograniczone, a dla Europy nie
sprawa wyżywienia (UE to problem nadprodukcji żywności), a sprawa bezpieczeństwa
energetycznego jest problemem najwyższej rangi [Buzek 2007]. Przed Europą staje zadanie
rozwiązania w przeciągu kilkunastu lat rosnącego niedoboru ropy i gazu poprzez zastąpie-
nie ich innymi zródłami energii. Wg Buzka [2007] zródłami tymi w kolejności powinny
być Odnawialne yródła Energii, węgiel przetwarzany do postaci płynnej lub gazowej pod
ziemią i energia jądrowa poprzez rozszczepienie lub syntezę jądrową (sztuczne słońce).
Natomiast polskie uwarunkowania to problem wymiany w przeciągu najbliższych piętnastu
lat 50% zużytych bloków energetycznych lub zakup energii elektrycznej z zewnątrz co wg
Buzka [2007] jest nie możliwe z powodu braku odpowiednich do tego zadania sieci prze-
syłowych. Dlatego należy rozwijać lokalną energetykę, w którą wpisują się OZE
a zwłaszcza biomasa. W warunkach Polski stanowi ona znaczny potencjał energetyczny
i daje szansę dla rolnictwa wejścia na rynek surowców do produkcji energii. Idea przezna-
czania części obszarów rolniczych na inne cele niż żywnościowe pozwoli efektywnie
zwiększyć zaangażowanie społeczeństwa w produkcję rolniczą i zmniejszy lokalną nad-
produkcję żywności. Produkcja rolnicza nieżywnościowa wymaga jednak innej wiedzy
i działań [Denisiuk 2006]:
opanowania technologii uprawy i szeroko pojętej inżynierii produkcji roślinnej
i zwierzęcej pod potrzeby energetyki.
tworzenia układów cywilnoprawnych pomiędzy wytwórcą surowców nieżywnościowych
(energetycznych) a przetwórcą tych surowców na energię elektryczną czy energię cieplną.
przyjęcia w otoczenie wsi ludności miejskiej z obszaru rzemiosła, usług, przedsiębior-
ców zdolnych lokalnie zagospodarować wytworzone surowce energetyczne.
zdolności organizowania się lokalnej społeczności wsi i miast celem samo zaopatrzenia
energetycznego.
23
Wiesław Denisiuk
Sformułowanie problemu
Słoma to dojrzałe lub wysuszone zdzbła roślin [Dunaj 2001]. Przyjęło się używać tego
określenia w stosunku do roślin zbóż, roślin strączkowych, lnu i rzepaku. Jako odpad pro-
dukcji nasiennej tych roślin ma szerokie zastosowanie w produkcji rolniczej, ogrodniczej,
w budownictwie, a ostatnio także w energetyce [Gradziuk 1999]. Podstawowym składni-
kiem słomy jest włókno surowe. Posiada ona wysoką zawartość suchej masy (ok. 85%), ma
wysokie zdolności sorpcyjne.
Najstarszą metodą zagospodarowania słomy było i wciąż jeszcze jest użycie jej jako
materiału ściółkowego. Od roku 1977 rejestruje się zmniejszenie zużycia słomy na ściółkę,
które spowodowane jest między innymi spadkiem pogłowia zwierząt gospodarskich, w tym
bydła o 30% [Kozakiewicz, Niściur 1984; Gradziuk 1995, 1999].
Zastosowanie słomy jako nawozu w glebie w formie obornika lub sieczki umożliwia
powstanie próchnicy, która jest jej formą przemiany biologicznej. Niewiele polskich gleb
charakteryzuje się zawartością próchnicy powyżej 2,5% [Krzywy 2000], co wskazywało by
na fakt niskiego poziomu żyzności gleby. Ta forma zagospodarowania słomy spotyka się
jednak z coraz to mniejszym zainteresowaniem.
Produkcja pasz z udziałem słomy jest jedną z dalszych form jej zagospodarowania [Ko-
zakiewicz i in. 1984]. Znane są także inne sposoby wykorzystania słomy. W rolnictwie
stosowana jest ona do zabezpieczenia kopców z ziemniakami, a w przemyśle do produkcji
materiałów izolacyjnych dla ogrodnictwa i budownictwa. Obserwowane w ostatnich latach,
nagminne wypalanie po żniwach nadwyżek słomy na polu jest zjawiskiem nagannym. Jest
niepożądaną formą jej zagospodarowania. Spalanie słomy na polu jest wymierną stratą
gospodarczą i powoduje degradację środowiska naturalnego. Wg Gradziuka [1999] nad-
produkcja słomy w Polsce w latach 1975-1997, miała tendencje rosnącą, osiągając wg
różnych zródeł ok. 20 mln ton, co daje potencjał ok. 237 PJ energii. Oszacowanie tego
potencjału masy słomy oparte zostało o dane literaturowe stosunku ziarna do słomy z:s =
1:1,3. Wskaznik ten odbiega od wyznaczonego w warunkach rzeczywistych, w trakcie
dziesięcioletnich badań na obszarze województwa Pomorskiego i Warmińsko Mazurskie-
go. Badania pokazują, że dla każdego obiektu energetycznego musi być oddzielnie szaco-
wany możliwy do uzyskania potencjał masy słomy.
Słoma jako paliwo, jej budowa jest podstawową przyczyną różniącą ją jako nośnik
energii od węgla, oleju czy gazu. Przestrzenno rurkowa budowa zdzbła słomy powoduje,
że jest to materiał objętościowy, którego struktura charakteryzuje się nadmiarem powietrza.
W okresie wegetacji zdzbło rosnącego zboża na powierzchni pokryte jest związkami tlenku
krzemu, chlorków fosforu, potasu i azotu [Heinz i in. 2001]. Związki te mają zadanie
usztywnienia zdzbła słomy i zabezpieczenia go przed wpływem zewnętrznych czynników
atmosferycznych [Nikolaisen 1998]. Ten fakt stwarza określone problemy w trakcie ener-
getycznego wykorzystania słomy. Chodzi o sposób i miejsce podawania powietrza
w kotle w trakcie spalania, prowadzenie temperatury ognia w kontekście tworzenia się
dioksyn i korozyjnego oddziaływania związków azotu na wewnętrzną konstrukcję kotła.
Skład chemiczny słomy, na który wpływ mają warunki glebowe, klimatyczne i działania
człowieka [Kucińska 1999; Krzywy 2000], ma duży wpływ na proces energetycznego
wykorzystania słomy. Zalecana technologiczna wilgotność słomy energetycznej waha się
w granicach 10-20% [Hansen 1996].
24
Słoma potencjał masy...
Stworzenie zaplecza surowcowego opartego na słomie dla projektowanej ciepłowni
wymaga precyzyjnego oszacowania potencjału masy słomy niezbędnej dla uzyskania kom-
fortu cieplnego u odbiorcy ciepła. Należy zatem odpowiedzieć na pytanie ile ton słomy
musimy rocznie zabezpieczyć dla projektowanej czy istniejącej ciepłowni i z jakiej po-
wierzchni.
Cel pracy
Celem pracy jest określenie potencjału masy i energii słomy w odniesieniu do po-
wierzchni pola, umożliwiające wyliczenie pokrycia potrzeb na słomę opałową dla ciepłow-
ni oraz wyznaczenie zależności potencjału masy słomy od rodzaju zastosowanego kombaj-
nu do zbioru zboża.
Przedmiot badań i metodyka
Przedmiotem badań jest słoma pszenna o technologicznej zawartości wody 1020%
wody, zbierana w wybranych gospodarstwach Pojezierza Iławskiego. Słoma zbierana była
przy pomocy zestawu maszyn umożliwiających zagęszczenie słomy do wielkogabaryto-
wych kostek o wymiarach 1,20,82,5 m. Do załadunku i rozładunku słomy użyto samobież-
ny ładowacz JCB 252-67 i ładowacz czołowy TUR-5 szt 2. Transport słomy zabezpieczały
dwa ciągniki C-1634/1204/ i cztery platformy niskopodwoziowe.
Dla przeprowadzenia obliczeń teoretycznego potencjał słomy znajdującej się w obrębie
gminy, w której funkcjonuje ciepłownia opalana słomą, dla gospodarstw indywidualnych
w urzędzie gminy uzyskano dane w zakresie struktury zasiewu zbóż i rzepaku. Dane
o strukturze zasiewu zbóż i rzepaku gospodarstw po byłych PGR i OHZ tej gminy zebrano
w formie ankiet z tych gospodarstw.
W celu przeprowadzenia obliczeń faktycznego potencjału masy słomy zebraną słomę
i ziarno pszenicy zwarzono na wadze wozowej pięćdziesięciotonowej.
Wyznaczenie potencjału masy i energii dla słomy opałowej
Wyznaczenie potencjału masy i energii słomy opałowej przeprowadzono dla kotłowni
osiedlowej o mocy 1 MW w Zielonkach gmina Stary Targ. W tym celu , w związku z lo-
kalizacją ciepłowni przeprowadzona została analiza oszacowania zasiewu zbóż i rzepaku.
Jak wynika z danych uzyskanych w Urzędzie Gminy Stary Targ i ankiet powierzchnie
zasiewu zbóż i rzepaku wykazują ustabilizowaną od 10 lat strukturę, w której 70% sta-
nowią w/w uprawy. Gmina Stary Targ jest gminą typowo rolniczą, w której gospodarstwa
wielkoobszarowe po byłych PGR i OHZ stanowią 52% użytków rolnych gminy. Na ogólną
powierzchnię administracyjną tej gminy14104 ha, powierzchnia użytków rolnych stanowi
11346 ha.
Na rysunku 1 przedstawiono graficznie zmiany obszaru zasiewu zbóż i rzepaku
w Gminie Stary Targ w latach 19962001, a na rysunku 2 przedstawiono uzyskane
w Gminie Stary Targ plony zbóż i rzepaku w latach 1996-2001.
25
Wiesław Denisiuk
9272
10000
9000
8000
7166
7077
6848 6879
6636
7000
6000
5000
4000
3000
2000
1075
975 982 1022 1063
744
1000
0
1996 1997 1998 1999 2000 2001
rok
zboże [ha] rzepak [ha]
yródło: badania własne
Rys. 1. Powierzchnia zasiewu zbóż i rzepaku w Gminie Stary Targ w latach 1996-2001
Fig. 1. Area under cereal and rape cultivation in the Stary Targ District in the years 1996-2001
Rys. 2. Plony ziarna zbóż i rzepaku w Gminie Stary Targ w latach 1996-2001
Fig. 2. Cereal seed and rape yields in the Stary Targ District in the years 1996-2001
Jak wynika z analiz powierzchnie zasiewu zbóż i rzepaku w badanym okresie były zbli-
żone do siebie w poszczególnych latach. Przyjmując wstępnie za Wiśniewskim [2000],
26
powierzchnia [ha]
Słoma potencjał masy...
parametr stosunku ziarna pszenicy do słomy w wysokości 1:1,3, określono potencjał nor-
matywny wydajności słomy zbóż i rzepaku w tonach na hektar w latach 19962001, który
wynosił dla słomy rzepakowej 2,23,4 tha-1, dla słomy zbóż 6,046,90 tha-1, tj razem
słomy 8,7510,00 tha-1.
Na podstawie zebranych danych można przyjąć, że przy wskazniku z:s=1:1,3, średnia
produkcja słomy w gminie ukształtowała się na poziomie 47 tys. ton rocznie.
Przyjmując do obliczeń za Kowalikiem [1999], a potwierdzoną badaniami własnymi
[Denysiuk 2002] uśrednioną wartość opałową słomy świeżej Wś = 14 MJkg-1 i dla słomy
szarej Wsz = 17 MJkg-1, wyznaczono dla wskaznika z:s=1:1,3 zapotrzebowanie na słomę
dla analizowanej ciepłowni o mocy 1MWw wysokości ok. 600650 ton rocznie. Przepro-
wadzono także obliczenia potencjału energetycznego słomy odniesionego do powierzchni
zasiewu pszenicy, który wyniósł dla słomy świeżej (36,6846,48 GJha-1), dla słomy szarej
(43,450,4 GJha-1) .
Przeprowadzone w latach 1997-2007 na terenie województw Pomorskiego i Warmiń-
sko-Mazurskiego pomiary z wybranych pól masy zebranej słomy i ziarna zbóż przy pomo-
cy pięćdziesięciotonowej wagi wozowej pozwoliły określić faktyczny średni stosunek
plonu głównego (ziarna) do plonu pomocniczego (słomy) pszenicy. Wynosi on w rzeczy-
wistości z:s=1:0,46 w gospodarstwach używających kombajn z tradycyjnym zespołem
młócącym i z:s=1:0,28 w gospodarstwie JU, używającym kombajn Case. Współczynnik ten
różni się znacznie od wartości podanych w literaturze [Wiśniewski 2000].
Na podstawie przeprowadzonych badań i uzyskanego faktycznego średniego wskaznika
z:s=1:0,46 wyznaczono rzeczywisty potencjał słomy w gminie, który wynosi 16 tys. ton
słomy rocznie, a nie 47 tys. ton. Także i ten potencjał masy słomy w pełni gwarantuje bez-
pieczeństwo energetyczne kotłowni.
W tabeli 2 przedstawiono, na podstawie zmierzonej masy ziarna i słomy, stosunek plo-
nu głównego (ziarna) i plonu pomocniczego (słomy).
W wyniku dziesięcioletnich badań stwierdzono, że:
w przypadku słomy zbieranej po kombajnie zbożowym z tradycyjnym zespołem młócą-
cym (bęben i klepisko w układzie poprzecznym do kierunku jazdy kombajnu) stosunek
ziarna do słomy ma się od 1:0,36 w roku 2000 do 1:0,67 w roku 1997,
w przypadku słomy zbieranej za kombajnem CASE z zespołem młócącym ułożonym
wzdłużnie do kierunku jazdy, stosunek ziarna do słomy ma się od 1:0,19 w roku 2000
do 1:0,35 w roku 2001.
W trakcie dziesięcioletnich badań uzyskano, w zależności od zastosowanego kombajnu,
stosunek z:s=1:(0,190,67). Badania wykazały, że faktyczny eksploatacyjny średni poten-
cjał masy słomy stanowi 35% przy zbiorze kombajnem tradycyjnym i 22% przy zbiorze
kombajnem Case, przyjętego do obliczeń ze stosunku z:s=1:1,3 przez Wiśniewskiego
[2000], potencjału masy słomy.
Roczne zapotrzebowanie na słomę opałową dla obiektu o mocy 1 MW, wynoszące 600
ton, zostało zabezpieczone poprzez umowy długoterminowe z gospodarstwami JU, ZI, PW,
KZ i KL. Przy średnim plonie ziarna pszenicy w tych gospodarstwach wynoszącym
5,8 tha-1, przy średnim wskazniku z:s=1:0,46 plon słomy wynosi 2,8 tha-1. W związku
z tym, rocznie na potrzeby energetyczne, należy przeznaczyć 214,3 ha słomy zbóż i rzepaku.
27
Wiesław Denisiuk
Tabela 2. Plony słomy i ziarna pszenicy w tonach na hektar oraz stosunek plonu ziarna do słomy
w latach 1997 2006
Table 2. Wheat straw and seed yields in tonnes per hectare and the ratio of seed yield to straw yield
in the years 1997 2006
1997 1998 1999 2000 2001
[tha-1] z:s [tha-1] z:s [tha-1] z:s [tha-1] z:s [tha-1] z:s
s z s z s z s z s z
1:05
2,3 5 1:0,46 2,5 5,7 1:0,43 2,2 5,3 1:0,42 2,01 5,6 1:0,36 2,6 5,2
ZI
3,3 4,9 1:0,67 3,2 6,2 1:0,51 1,6 5,4 1:030* 1,28 6,6 1:0,19* 2,0 5,7 1:0,35*
JU
2002 2003 2004 2005 2006
Nazwa [tha-1][tha-1][tha-1][tha-1][tha-1]
gospo-
z :s z : s z : s z : s z : s
darstwo z s z s z s z s z s
**
6,4 3,0 1:0,44 8,1 4,0 1:0,49 6,9 3,1 1:0,45 6,4 3,4 1:0,53 5,3 2,9 1:0,55
PW
6,4 3,1 1:0,48 6,9 3,3 1:0,47 6,0 2,6 1:0,43
KZ-SZR
6,1 3,2 1:0,52 6,5 3,0 1:0,46
6,8 3,4 1:0,50 6,2 2,8 1:0,45 6,9 3,2 1:0,46
KL-SZR
ZI 5,8 2,5 1:0,43 6,1 2,7 1:0,44 6,0 2,5 1:0,42 6,2 2,6 1:0,42 6,2 3,0 1:0,48
yródło: badania własne
z - ziarno pszenicy,
s - słoma,
* - zbiór kombajnem CASE
** - symboliczne oznaczeniegospodarstwa
Dla potrzeb energetycznych gospodarstwa te udostępniają średnio co roku do zbioru
13,7% powierzchni zasiewu zbóż i rzepaku. W Danii na cele energetyczne rocznie prze-
znacza się 16% powierzchni zasiewu zbóż i rzepaku [Nikolaisen 1998].
Wnioski
1. W celu zagwarantowania bezpieczeństwa energetycznego odbiorcom ciepła, przy pro-
jektowaniu ciepłowni opalanych słomą należy bezwzględnie przeprowadzić analizę
możliwości jej pozyskania w rejonie projektowania ciepłowni.
2. Jak wykazały dziesięcioletnie badania nie należy do wyliczeń potencjału masy słomy
energetycznej przyjmować podawanych w literaturze parametru stosunku ziarna do
słomy ponieważ odbiega on zasadniczo od rzeczywistości i np. dla Pojezierza Iławskie-
go wyniósł z:s=1:0,36 w roku 2000 i odpowiednio 1:0,67 w roku 1997. Potencjał masy
28
**
Nazwa
gospodarstwa
Słoma potencjał masy...
słomy energetycznej ulega dodatkowemu obniżeniu w wyniku zastosowania do zbiory
ziarna kombajnów ze wzdłużnym zespołem młócącym.
3. Potencjał energetyczny słomy zależy od rodzaju i jakości słomy. Jakwykazały badania
potencjał energetyczny słomy odniesiony do 1 ha dla Pojezierza Iławskiego wyniósł dla
słomy świeżej (36,6846,48 GJha-1), dla słomy szarej (43,450,4 GJha-1).
Bibliografia
Buzek J. 2007. Konsolidacja na rynku usług sieciowych w przededniu uwolnienia rynku energii
w UE. VI edycja konferencji naukowo techniczna nt. Rynek systemów bilingowych dla dystry-
butorów energii elektrycznej, gazu, wody i energii cieplnej . Warszawa. s. 2-3.
Denisiuk W. 2002. Możliwości techniczno-technologiczne energetycznego wykorzystania słomy
w sektorze żywnościowym. Problemy Techniki Rolniczej i Leśnej. Warszawa. s. 39-40.
Denisiuk W. 2006. Produkcja roślinna jako zródło surowców energetycznych. Inżynieria Rolnicza nr
5(80). Kraków s. 123-131.
Dunaj B. 2001. Słownik współczesnego języka polskiego. Warszawa. s. 324.
Gradziuk P. 1995. Możliwości energetycznego wykorzystania słomy. Postępy Nauk Rolniczych
nr 5. s. 31-39.
Gradziuk P. 1999. Możliwości wykorzystania surowców pochodzenia rolniczego na cele energe-
tyczne. Roczniki Naukowe Seria. T.1, z.3, s. 233-238.
Hansen F. 1996, Program produkcyjny firmy Volund Danstoker. Volund Energy Systems A/S, Es-
bijerg-Dania.
Heinz A i in. 2001. Comparison of moist vs. air-dry biomass provision chains for energy generation
from annual crops. Biomass Bioenergy ne 3. s. 197-215.
Kozakiewicz J., Nieściór E. 1984. Słoma i sposoby jej użytkowania w gospodarstwach rolniczych.
IUNG. Puławy.
Krzywy E. 2000. Nawożenie gleb i roślin. Akademia Rolnicza w Szczecinie. Szczecin.
Kucińska K. 1999. Słoma jako nawóz. Biuletyn informacyjny DOUPOIT.
Nikolaisen L. 1998. Strow for energy production. The Centre for Biomass Technology. Dania. s. 15-18.
29
Wiesław Denisiuk
STRAW MASS AND ENERGY POTENTIALS
Abstract. The paper concerns the evaluation of the parameters of mass and energy potentials of straw
obtained from the fields of the Iława Lake District. Initially, the mass and energy potentials, related
to the field area, were determined using the index defining the seed yield to straw yield ratio, which
in the literature [Wiśniewski 2000] is given as z:s=1:1.3. However, as the ten-year studies carried out
in the fields of the Iława Lake District have shown, this index averages z:s=1:0.46. The relationships
between energy parameters of straw, i.e. mass and energy potentials, and type of combine used for
threshing corn have been shown as well.
Key words: biomass, heat of combustion, calorific value, mass potential
Adres do korespondencji:
Wiesław Denisiuk; e-mail: biuro.ekologzec@neostrad.pl; ekologzec@neostrada.pl
Zakład Energetyki Cieplnej i Usług Bytowych w Zielonkach
82-410 Stary Targ
Zielonki 1i/5
30
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
Generator o ogromnym potencjale oszczędzania energiiGenerator o ogromnym potencjale oszczędzania energii,Elektryczność i magnetyzm, energia potencjalna08Zaleznosc miedzy sila i energia potencjalnaWykład 02 (część 06) energia potencjalna odkształcenia sprężystego38Gęstość energii potencjalnej fali podłużnejzasada zachowania energii mechanicznej, potencjalna kinetyczna13Pole grawitacyjne Energia potencjalna ciala w polu grawitacyjnym63Masa jądra i energia wiązania,Defekt masyENERGIA I POWŁOKA MASY(21 Potencjał zakłócający i anomalie)Wymiana ciepła i masytechniki energizacji miesni chaitowaPomiar Potencjałów Wzbudzenia Atomów Rtęco (2012)energia Gibbsawięcej podobnych podstron