ei dian otsikkoa - energia- · pdf filetoimenpide energian kulutus yksikkö perusmuokkaus...
TRANSCRIPT
Peltokasvintuotannon energiankulutus
Jukka Ahokas
12.3.2012
Maatalous-metstieteellinen tiedekunta
Maataloustieteiden laitos
Energia
Energiaa ei myyd perusyksikn J (joule) avulla, vaan muina yksikkin
Shk ja kaukolmp myydn kWh (kilowattitunti)
ljy myydn litroina tai barrelleina
Puu myydn kuutiometrittin m3 (motti)
Yhteisen yksikkn tilastoissa on ollut ekvivalenttinen ljytonni (toe), tst ollaan siirtymss J (Joulen kyttn) ja TWh
Yksikk riippuu mys kuinka suuria mri myydn tai ostetaan, esim. ljyll litroina tai barreleina
Nimi Lyhenne Suuruus
Kilo k 103
Mega M 106
Giga G 109
Tera T 1012
Peta P 1015
Exa E 1018 Yleisin muunnos: MJ-> kWh tai kWh -> MJ
1 MJ = 0,28 kWh
1 GJ = 280 kWh
1 kWh = 3,6 MJ
1 TWh = 1 000 000 MWh
1 TWh = 1 000 000 000 kWh
Tuotteen energiasislt
Tuotteen energiasislt mritetn polttamalle tuote ja mittaamalla vapautunut energiamr (pommikalorimetri).
Tm on suurin energiamr, joka tuotteesta voidaan saada.
Aineiden energiasisllt ovat melko vakaita, ne voidaan mritt tasolla: kuusi, mnty, koivu, lepp
Kytnnss hytyenergiamr on aina tt pienempi, koska hytysuhde ei ole koskaan 100 %.
Energiasuhde
Tuote Energiasuhde
Vilja 3-5
Ruokohelpi 10-15
Silnurmi 5 - 7
Etanoli 1 1,5
Biodiesel 2
Maito 0,9 1,9
Sianliha 0,3 0,8
Energiasuhteen on oltava yli 1, jotta tuotanto olisi
energiataloudellisesti jrkev.
Rajaukset vaikuttavat energiasuhteisiin voimakkaasti
Energiasuhde ilmaisee tuotetun tuotteen energiasislln ja
tuottamiseen kuluneen energiamrn suhteen.
Pstanalyysi
Bioenergian tuotantoon tarvitaan energiaa (usein fossiilista), tmn seurauksena syntyy mys pstj
Bioenergian tuotannossa syntyy mys viljelyst omat pstns, viljelysmaa hengitt
Pstanalyysin avulla voidaan laskea niden vaikutuksia
Pstanalyysi tehdn kasvihuonepstjen normaalin arviointitavan mukaan (IPCC)
Tykoneiden energian sst
Traktori
Traktorin moottoreissa voi olla pieni eroja
Suuremmat sstt tulevat kuitenkin ajotavoissa ja
tymenetelmiss
Tykone
Tykoneen kunto ja sdt voivat vaikuttaa huomattavasti
Kuljettaja
Kuljettaja ptt mit tehdn ja minklaisia
tymenetelmi kytetn
Sstt pitisi aloittaa tlt, koska tm on hyvin halpa
ssttapa
Tarvittavaa tutkimustietoa ei valitettavasti ole kovin paljon
tarjolla
Miten polttoaineen kulutus mitataan
l/h polttoaineen kulutus
Ei kerro oikeastaan kuin sen kuinka suurta tehoa parhaillaan kytetn
Pit mys tietn kuinka paljon tyt saadaan aikaiseksi
l/ha polttoaineen kulutus
Jos 1 hehtaari on tyn yksikk, kertoo paljon paremmin tyhn kytetyn
energian
Sopii vertailuun, jos samanlaiset olosuhteet
- samanlainen maalaji
Ei sovi vertailuun, jos tuotantotapa on hyvin erilainen: luomu
tehoviljely
l/kg tuotettua tuotekiloa kohden laskettu polttoaineen kulutus
Ottaa huomioon erilaisen tuotannon
Tulosta joudutaan odottamaan kunnes sato on korjattu
Kulutus l/ha
Saadaan kun kulutus l/ha jaetaan
tysaavutuksella ha/h
Tykoneen leveys on sytettv
tietokoneelle, ha/h saadaan
ajonopeuden ja tykoneen leveyden
avulla
Vastaa autoissa kulutusta l/100 km
Uusimmissa traktoreissa saadaan
nyttn ajotietokoneen avulla
Lihan ja maidon tuotannossa lasketaan
yleens energian tarve tuotettua
maitokiloa/lihakiloa kohden tai
elinpaikka ja vuotta kohden
Esimerkki viljantuotannossa
25 l/ha 10 l/ha 4 l/ha
2 l/ha
15 l/ha
5 l/ha
60 l/ha
+ + +
+ + +
= 116 l/ha
Suora ja epsuora energia
Suora energia = tilalle suoraan ostettu
energia, polttoaineet ja shk
Epsuora energian = tilan ulkopuolella
kulutettu valmistusenergia, esim. traktori,
koneet ja kemikaalit
Tila voi sst normaalisti suoran
energian osuudessa
Epsuoran energian sst voi tarkoittaa
esim. lannoitteiden kytn vhentmist
ravinteiden kierron ja typensitojakasvien
avulla
Peltokasvintuotanto
Siemenet7 %
Tykoneet28 %
Viljankuivaus11 %
Kemikaalit54 %
Energian kytn jakauma ohran tuotannossa 11,6 GJ/ha
Kasvintuotannossa kemikaalien (lannoitteet, torjunta-
aineet) vaativat eniten energiaa
Tykoneiden kytt ja valmistus tulevat seuraavina
Viljan kuivauksen energian tarve riippuu viljan
kosteudesta, se voi olla kosteana syksyn yht suuri kuin
tykoneiden energian tarve (kuvassa puintikosteus 18%)
Kasvintuotannon energiankyttj
Muoviin kritty tuorerehu Sokerijuurikas
Peltotiden polttoaineen kulutuksia
Toimenpide Energian kulutus Yksikk
Perusmuokkaus kynt snkimuokkaus
o kultivaattoori o lautases
25,1
10,0 7,2
l/ha l/ha l/ha
Kylvmuokkaus tasausestys estys
4,5 5,4
l/ha l/ha
Kylv kylvlannoitus suorakylv
3,7 7,6
l/ha l/ha
Lannoitteen levitys 2,9 l/ha Kasvinsuojeluruiskutus 1,8 l/ha Leikkuupuinti 15,1 l/ha Viljan kuivaus 0,15 l/1kg H2O Heinn niitto 6,0 l/ha Pyrpaalaus 0,5 l /paali Peltokuljetukset 0,09 l / ton km
Lhde: Hannu J. Mikkola and Jukka Ahokas . Energy ratios in Finnish
agricultural production
Oheiset luvut ovat
keskimrisi lukuja
Maanmuokkauksen osalta
vaihtelu voi olla 100 %.
Kulutukseen vaikuttaa:
maalaji
maan kosteus
tykoneiden kunto
tykoneiden st
kuljettajan ajotapa
Polttoaineenkulutus
Energian sstj voidaan tehd muuttamalla tymenetelmi
Energian sst tuo harvoin takaisin pelkstn sit varten tehtyj koneinvestointeja
Esim. suorakylvkone maksaa kymmeni tuhansia euroja
Tymenetelmien muuttamista voidaan harkita konekannan uusimisen yhteydess
Koneiden valmistamiseen ja huoltoon tarvitaan mys energiaa, tm epsuora
energian tarve hydynnetn parhaiten kyttmll koneet 'loppuun'
0 5 10 15 20 25 30
Kynt
Kultivaattori
Lautases
Tasausestys
estys
Kylvlannoitus
Suorakylv
Lannoitteen levitys
Kasvinsuojeluruiskutus
Leikkuupuinti
Heinn niitto
Pyrpaalaus
l/ha
Polttoaineen kulutus eri peltotiss
Tykoneiden polttoaineenkulutukseen vaikuttaa
1. Kyttvoimakone traktori / oma
moottori itsekulkevissa koneissa
2. Tykoneen kunto
3. Tykoneen st
4. Tysyvyys
5. Ajonopeus
6. Kuljettaja
Ajotapa
Sdt
7. Viljelytavat
1. Dieselmoottorin polttoaineen kulutus
Pienimpi laitteita lukuun ottamatta tykonemoottorit
ovat dieselmoottoreita
Dieselmoottoreiden hytysuhteet ovat melko
samanlaisia
Moottorin hytysuhde muuttuu kuormituksen mukaan
Sama teho voidaan saada erilaisilla
hytysuhteilla
Kuljettaja vaikuttaa mit hytysuhdetta kytetn
Moottorin sitkeys vaikuttaa mys sen kytettvyyteen
ja kulutukseen
SCR tekniikka alentaa moottoreiden
polttoaineenkulutusta
Moottorin hytysuhde
Moottorin ominaiskulutus =
moottorin hytysuhde
Parhaiden moottoreiden
hytysuhteet ovat 50 %
luokkaa
Traktoridieselien hytysuhteet
ovat 30 35 %
Kun polttoaineen lmparvo on
42,8 MJ/kg, hytysuhde
voidaan laskea oheisesta
yhtlst. (qom = polttoaineen
ominaiskulutus g/kWh)
om
kokq
1,84
0
10
20
30
40
50
200 300 400 500
Ominaiskulutus g/kWh
Hyty
suhde
%
Mik on moottorin ominaiskulutus?
Ominaiskulutus kertoo kuinka paljon
polttoainetta tarvitaan yhden kilowattitunnin
(kWh) tyn tekemiseen.
Esim. 250 g/kWh tarkoittaa, ett moottori pystyy
tuottamaan 1 kWh tymrn 250 g
dieselpolttoainetta. (Tst seuraa, ett
moottorin kWh hinta on 0,74*0,25/0,83 = 0,22
/kWh)
Mit pienempi lukema, sit parempi on
moottorin hytysuhde
Traktorin valinnassa ominaskulutus on trke
lukema!
Simpukkakyrst
Moottorin nopeus r/min
Vnt
mom
entt
i N
m
Teho k
W
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 10 20 30 40 50
Ku
lutu
s l/
h
Teho kW
Kuljettaja voi valita kyttk hn saman tehon saamisessa
alhaista tai korkeaa kulutusta!
Moottorin hytysuhde
Kuljettaja valitsee ajotavallaan
mit hytysuhdetta kytetn
Kaasu aina pohjassa tarkoittaa
aina huonoa hytysuhdetta ja
suurta polttoaineen kulutusta
Kultusta voidaan pienent
seuraavalla periaatteella:
Jos kone kulkee kevyesti,
vaihda suurempi vaihde ja
pudota moottorin kierroksia
niin, ett ajonopeus pysyy
samana
Typen oksidit
Typen oksideja voidaan vhent kahdella
pmenetelmll:
Kierrttmll osa pakokaasuista takaisin
palotilaan (Exhaust Gas Recirculation, EGR).
Tm alentaa palamislmptilaa.
Syttmll pakokaasuihin 35 % ureaa,
jolloin typen oksidit pelkistyvt typeksi ja
vedeksi (SCR, Selective Catalytic Reduction)
EGR-menetelmn haittapuole