BioB 08 Handler

Beschaffungs- und Distributionslogistik bei
großen Biogasanlagen
Franz Handler, Emil Blumauer
Kontakt: HBLFA FRANCISCO JOSEPHINUM WIESELBURG
BLT - BIOMASS | LOGISTICS | TECHNOLOGY
Rottenhauser Str. 1
Tel.: +43/7416/52175-15
A 3250 Wieselburg
Fax: +43/7416/52175-45
E-Mail: [email protected]
1
Inhalt
• Substrataufbringung
– Transportfahrzeuge
– Einflussfaktoren auf Leistungsfähigkeit
(Arbeitszeitbedarf) von Transportketten
– Schwadstärke bei Anwelkgut
– Bunkerfeldhäcksler und LKW
• Gärrestausbringung
– Direktausbringung
– Mehrphasige Systeme – Trennung von Transport und
Verteilung
– Verschlauchung
2
Abschiebewagen
• Vorteile
– Kein Kippen notwendig
– Kurze Entladezeit (0,6 – 0,9 min)
– Schild kann während des Befüllens zum Verdichten
genutzt werden
– Vielseitig einsetzbar
• Nachteile:
– Relativ hohes Eigengewicht
– Empfindliche Teleskopzylinder
können ausknicken
3
Muldenkipper
• Vorteile:
– Durch die Bauform bedingt sehr stabil
– Kurze Entladezeit (0,5 – 0,8 min)
– Vielseitig einsetzbar
• Nachteile:
– Hohes Eigengewicht
– Kippgefahr bei der
Entleerung auf unebenen
oder instabilen Flächen
4
Zwei- und Dreiseitenkipper
• Vorteile:
– Diese Transportfahrzeuge sind in vielen Betrieben
vorhanden
• Nachteile:
– Keine großvolumigen Breitreifen üblich
– Durch ein seitliches Abkippen kann es auch auf ebenem
Gelände zum Kippen des Anhängers kommen, wenn die
Silage nicht bereits bei einem niedrigen Kippwinkel aus
dem Anhänger rutscht
– Stützlast auf das Zugfahrzeug fehlt
5
Häckselwagen mit Kratzboden
• Vorteile
– Geringes Eigengewicht und niedriger Anschaffungspreis
– Kein Kippen notwendig
• Nachteile
– Tendenziell höhere
Entladezeit (1,2 – 1,6 min)
– Nicht so vielseitig einsetzbar
6
Anhänger generell
• Volumen: 15 – 70 m³ (großteils 25 – 40 m³)
(Achtung bei Prospektangaben)
• Glatte Außenwände – Straßenverschmutzung
• Problem Straßenschäden
• Problem Ortsdurchfahrten - Lärm
7
Leistungsfähigkeit einer Häckselkette
•
•
•
•
Trockenmassedichte des transportierten Materials
Transportentfernung
Größe der Transportfahrzeuge
Leistungsfähigkeit des Häckslers
– Motorleistung – Arbeitsbreite
– Häcksellänge
– Größe und Form der Fläche
8
Mittlere Ladedichte bei Häckselgut - Silomais
180
y = 3,66x + 8,72
2
R = 0,50
6-reihiges Maisgebiss
Transportdichte [kg TS/m³]
160
y = 4,68x - 39,78
2
R = 0,84
8-reihiges Maisgebiss
140
120
100
80
60
40
20
0
20
25
30
35
40
TS-Gehalt des Maishäckselgutes [%]
9
45
50
Mittlere Ladedichte bei Häckselgut - Sonnenblume
140
Transportdichte [kg TM/m³]
120
100
y = 2,18x + 34,56
2
R = 0,37
80
60
40
20
0
15
20
25
30
TS-Gehalt der Sonnenblumen
10
35
40
Mittlere Ladedichte bei Häckselgut
Trockenmassegehalt [%]
Ladedichte
[kg TM/m³]
Silomais
25
90
Silomais
30
109
Silomais
35
129
Sonnenblume
30
100
Tritcale GPS
32
92
Kleegras / Gras
30
90
Grünroggen
30
90
11
Ladedichte Häckselgut
Transportierte Masse mit einem 40-m³-Anhänger
Silomais
Transportierte Masse [t]
16
14
12
10
10,8
10,7
10,6
10,5
10,3
10,2
10,1
10,0
9,8
9,7
9,6
Wasser
Trockenmasse
8
6
4
2
3,6
3,8
3,9
4,1
4,2
4,4
4,5
4,7
4,8
5,0
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
5,2
35
0
Trockenmassegehalt [%]
12
Mit zunehmender
Reife nimmt der
Kornanteil zu und
damit die
Trockenmassedichte
Ladedichte Häckselgut
Transportierte Masse mit einem 40-m³-Anhänger
Anwelkgut
Transportierte Masse [t]
18
16
14
12
10
8
10,4
9,9
9,5
9,0
8,6
Wasser
Trockenmasse
8,3
7,9
7,6
7,3
7,0
6,7
6
4
2
3,5
3,5
3,5
3,5
3,5
3,5
3,6
3,6
3,6
3,6
3,6
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
0
Trockenmassegehalt [%]
13
Auswirkung der Dichte
Arbeitszeitbedarf [h/10 t TM]
.
2,50
2,00
5 Anhänger im
Einsatz
1,50
3 Anhänger im
Einsatz
1,00
Ladevolumen 40 m³, Häcksler 47 t TM/h,
inkl. Wartezeit, 130 kg/m³
0,50
Ladevolumen 40 m³, Häcksler 47 t TM/h,
inkl. Wartezeit, 110 kg/m³
0,00
0
1
2
3
4
5
6
Feld-Hofentfernung [km]
14
7
8
9
10
Auswirkung der Anhängergröße
Arbeitszeitbedarf [h/10 t TM]
.
3,50
3,00
5 Anhänger im
Einsatz
2,50
2,00
4 Anhänger im
Einsatz
1,50
1,00
Ladevolumen 40 m³, Häcksler 47 t TM/h,
inkl. Wartezeit, 110 kg/m³
0,50
Ladevolumen 25 m³, Häcksler 47 t TM/h,
inkl. Wartezeit, 110 kg/m³
3 Anhänger im
Einsatz
0,00
0
1
2
3
4
5
6
Feld-Hofentfernung [km]
15
7
8
9
10
Unterschiedliche Anhängergrößen
 Unterschiedliche Anhänger
größen bewirken unterschiedliche
Befüllzeiten am Feld
Dies führt bei gut ausgelasteten
Transportketten zu Wartezeiten
des Häckslers, da der kleine Anhänger in kürzerer Zeit befüllt ist
 Deshalb möglichst gleich große
Anhänger einsetzen
16
Unterschiedliche Geschwindigkeiten
 Unterschiedliche


17
Geschwindigkeiten der Gespanne
Wartezeiten für Häcksler bzw.
schnellere Gespanne
Schnellere werden behindert –
vor allem bei großen
Transportentfernungen
(überholen meist nicht möglich)
Motorleistung der Häckslers und Häcksellänge - Silomais
350
Quelle: FVM Müszaki Intezet (2002) und DLG (2004)
300
Massenstrom [t FM/h]
574 kW
250
445 kW
350 kW
200
150
335 kW
100
50
bis 300 kW
0
0
2
4
6
8
10
12
Theoretische Häcksellänge [mm]
18
14
16
18
Arbeitsbreite des Häckslers und Häcksellänge - Silomais
80
70
Massenstrom [t TM/h]
13 mm theoretische Häcksellänge
60
50
10 mm theoretische Häcksellänge
40
30
Häcksler: 445 kW
20
10
0
3
4
5
6
7
Arbeitsbreite [m]
19
8
9
10
Quelle: Mölder (2005)
Arbeitsbreite des Häckslers und Häcksellänge - Silomais
Kraftstoffverbrauch [l/t FM]
0,7
Theoretische Häcksellänge
10 mm
13 mm
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
Häcksler: 445 kW
0,1
0
5
6
7
8
Arbeitsbreite [m]
20
9
Quelle: Mölder (2005)
10
Auswirkung der Leistung des Häckslers
Arbeitszeitbedarf [h/10 t TM]
.
2,50
2,00
2 Anhänger im
Einsatz
1,50
1,00
5 Anhänger im
Einsatz
Ladevolumen 40 m³, Häcksler 20 t TM/h,
inkl. Wartezeit, 110 kg/m³
0,50
3 Anhänger im
Einsatz
Ladevolumen 40 m³, Häcksler 47 t TM/h,
inkl. Wartezeit, 110 kg/m³
0,00
0
21
1
2
3
4
5
6
7
Feld-Hofentfernung [km]
8
9
10
Anwelkguternte - Schwaden
• Die Schwadlänge legt die Wegstrecke des Häckslers fest
• Je mehr Schwade, umso mehr Wendezeit
• Schwadstärke bestimmt die erforderliche
Fahrgeschwindigkeit zur Auslastung der Erntemaschine
22
Einfluss der Schwadstärke auf den Massenstrom durch den Häcksler
Massenstrom in der Hauptzeit [t TM/h]
70
y = 6,58x + 1,95
R² = 0,98
458 kW
60
50
40
y = 4,76x + 6,38
R² = 0,70
305 kW
30
20
y = 6,77Ln(x) + 9,94
R² = 0,53
235 kW
10
0
0
1
2
3
Häckselgut: Anwelkgut
Quelle: Eigene Erhebungen in der Praxis
23
4
5
6
Schwadstärke [kg TM/m]
7
8
9
10
Arbeitsbreite Schwader und Fahrgeschw. Erntemaschine
Erforderliche Arbeitsbreite des Schwaders
Schwadstärke [kg TM/m]
2,0
4,0
8,0
Ertrag [t TM/ha]
2,0
3,0
4,0
Erforderliche Arbeitsbreite des Schwaders [m]
10,0
6,7
5,0
20,0
13,3
10,0
40,0
26,7
20,0
Erforderliche Fahrgeschwindigkeit der Erntemaschine
Massenstrom [t TM/h]
15,0
30,0
45,0
Quelle: Eigene Berechnungen
24
Schwadstärke [kg TM/m]
2,0
4,0
8,0
Erforderliche Fahrgeschwindigkeit [km/h]
7,5
3,8
1,9
15,0
7,5
3,8
22,5
11,3
5,6
Weitere Optimierungspotentiale
• Gestaffelte Beginnzeiten der Transportfahrzeuge
• Anzahl der Transportfahrzeuge wechselnden
Transportentfernungen anpassen
• Möglichst angrenzende Felder ernten –
Straßenfahrten des Häckslers minimieren
• Häckselunterbrechungen vermeiden (z. B.
Tankzeitpunkt optimal planen)
25
Transport mit LKW
• Bei großen Transportentfernungen LKW einsetzen
– Größeres Ladevolumen (~ 26 t, bis 100 m³)
– Höhere Geschwindigkeit
– Überlademöglichkeit muss bestehen - Mehrkosten
26
Bunkerfeldhäcksler
•
•
•
•
445 kW
21,5 t
Bunkervolumen 35 m³
20 km/h
27
Vergleich Arbeitszeitbedarf (Silomais 14 t TM/ha, 30 % TM, 88-reihig)
Arbeitszeitbedarf pro Schlag [Akmin]
100
Bunkerfeldhäcksler 445 kW
Standardfeldhäcksler 458 kW
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0,5 (2:1)
1 (2:1)
Quelle: Eigene Berechnungen
3 (2:1)
0,5 (2:1)
1 (2:1)
3 (2:1)
Schlaggröße [ha] (Länge : Breite)
Häckselzeit Längsrichtung
Feldfahrt voll
28
3 (2:1,5)
Häckselzeit Querrichtung
Überladezeit
Wendezeit
Leerfahrt
3 (2:1,5)
Auswirkung von Häcksler und Transportsystem
4,50
Arbeitszeit [h/10 t TM]
4,00
3,50
3,00
5
2,50
4
2,00
7
1,50
3
Standardhäcksler, Traktor 40 m³
Bunkerhäcksler, Traktor 60 m³
Bunkerhäcksler, Traktor 40 m³
Bunkerhäcksler, LKW 80 m³
1,00
0,50
0,00
0
5
Quelle: Eigene Berechnungen
29
10
15
Feld-Hofentfernung [km]
20
25
Gärrestausbringung
• Einphasige Systeme – Direktausbringung
• Mehrphasige Systeme – Transport und Verteilung getrennt
– Ohne Feldrandcontainer
– Mit Feldrandcontainer
• Verschlauchung
– Ab Lager
– Ab Feldrandcontainer
30
Befüllung
• Eigenbefüllung
Saughöhe ist mit entscheidend für Volumenstrom!
– Vakuumfass: 2 – 3 m³/min
– Vakuumfass mit Kreiselpumpe: 3,5 – 6 m³/h
– Pumpfass: 2 – 6 m³/min
– Hydraulischer Saugturm: 10 m³/min
31
Befüllung
Probleme:
• Leitungsquerschnitt
• Schaumbildung
• Fremdfüllung: 3 – 8 m³/min
32
Direktausbringung
• Fässer mit bis zu 27 m³
• Schleppschlauch mit bis zu 24 m
33
Direktausbringung – Schlagkraft
• Entscheidend sind Fassvolumen und Entfernung
Ausgebrachtes Volumen [m³/h]
60
Vakuumfass 8 m³ mit Pendelverteiler (12 m Arbeitsbreite), Traktor 70 kW
Pumpfass 12 m³ mit Pendelverteiler (15 m Arbeitsbreite), Traktor 110 kW
Pumpfass 15 m³ mit Schleppschlauchverteiler (15 m Arbeitsbreite), Traktor 120 kW
Pumpfass 18 m³ mit Schleppschlauchverteiler (15 m Arbeitsbreite), Traktor 130 kW
Pumpfass 21 m³ mit Schleppschlauchverteiler (18 m Arbeitsbreite), Traktor 150 kW
50
40
30
20
10
0
0
1
2
3
4
5
6
Transportentfernung [km]
34
7
8
9
10
Direktausbringung – Schlagkraft [m³/h]
• Arbeitsbreite und Ausbringmenge haben geringen Einfluss
auf Schlagkraft
• Schlaggröße
– 15 m³: Maximale Schlagkraft bei rund 3 ha
– 30 m³: Maximale Schlagkraft bei rund 1 ha
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
18 m³, 1 km
18 m³, 2 km
18 m³, 3 km
18 m³, 5 km
18 m³, 10 km
0
2
4
6
8
10
12
Schlaggröße [ha]
35
14
16
18
20
Auswirkung der Schlaggröße (18 m³, 130 kW, 30 m³/ha)
Arbeitszeit [min/10m³] .
Arbeitszeit [min/10m³]
Auswirkung der Schlaggröße (18 m³, 130 kW, 15 m³/ha)
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
18 m³, 1 km
18 m³, 2 km
18 m³, 3 km
18 m³, 5 km
18 m³, 10 km
0
2
4
6
8
10
12
Schlaggröße [ha]
14
16
18
20
Problem Bodendruck - Reifendruckregler
36
Direktausbringung
Vorteile Direktausbringung
• Einfache Kette
• Geringere Kosten bei Stillstand
• Wenige Personen erforderlich
• Keine „Reibungsverlusteû
• Geringere Rüstzeiten
• Niedrige Wegekosten bei kleinen Mengen
37
Mehrphasige Systeme
• Strikte Trennung zwischen Feld und Straße
- große Transportvolumina (bis 27 m³)
- hohe Transportgeschwindigkeit durch LKW
- Bodenschonung durch entsprechendes Verteilfahrzeug
- Verteilfahrzeuge mit Einarbeitungsgerät
(Kurzscheibenegge, Grubber, Injektoren)
- Zusätzlicher Überladevorgang
- Kette muss optimal abgestimmt sein, sonst Wartezeiten
- Hohe Auslastung, sonst hohe Kosten
- Große Investition
38
Mehrphasige Systeme
• Ohne Feldrandcontainer – direktes Überladen
– Tankvolumen von Transportfahrzeug Verteilfahrzeug
müssen abgestimmt sein (ganzzahliges Verhältnis)
– Wartezeit der Transportfahrzeuge
– Für „kleineû Schläge geeignet
39
Mehrphasige Systeme
• Mit Feldrandcontainer (30 – 60 m³)
– Entkopplung der Tankvolumen von Transportfahrzeug
Verteilfahrzeug
– Wartezeit der Transportfahrzeuge wird minimiert
– Zusätzlicher Aufwand für Feldrandcontainer
– Für „kleineû Schläge ungeeignet
40
Mobile Zwischenlager
• Polyestergewebe mit PVC-Überzug
• Im leeren Zustand gefaltet bzw.
aufgerollt
• Aus NL und GB
• Inhalt: 200 m³
41
Gärresttransport
100
Tanksattelzug 27 m³
Transportiertes Volumen [m³/h]
90
Traktorgezogener 4-achsiger Tankanhänger 26 m³
80
2-achsiges Güllefass 18 m³
70
2-achsiges Güllefass 12 m³
einachsiges Güllefass 8 m³
60
50
40
30
20
10
0
0
2
4
6
8
10
12
Transportentfernung [km]
42
14
16
18
20
Arbeitszeitbedarf Gärrestausbringung
Arbeitszeitbedarf [min/10 m³]
.
80
3 Transportgespanne im
Einsatz
70
60
50
40
30
20
Tanksattelzug, 24 m³ pro Fahrt, ohne Feldrandcontainer, 60 m³/h
10
Traktor (170 kW) mit Anhänger, ohne Feldrandcontainer, 24 m³ pro Fahrt, 60 m³/h
Traktor (170 kW) mit Anhänger, 24 m³ pro Fahrt, mit Feldrandcontainer, 60 m³/h, 300 m³/Schlag
0
0
2
4
6
8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
Transportentfernung [km]
43
Gärrestverschlauchung
•
•
•
•
Ab Lager oder ab Feldrandcontainer
Bodenschonend
Max. Schlauchlänge ~ 1.600 m
40 – 80 m³/h (12 – 20 bar)
44
Gärrestverschlauchung - Selbstfahrer
•
•
•
•
Firma Agrometer (Dänemark)
127 kW, 600 m 4û-Schlauch, 16,5 t, 24 m Schleppschlauch
100 – 150 m³/h
Pumpe: 127 kW
45
Gärrestverschlauchung - Arbeitszeitbedarf
16
Rüstzeiten
Arbeitszeitbedarf [AKh]
14
800 m ausgelegter Gülleschlauch,
50 m³/h Volumenstrom,
45 m³/ha Sollausbringmenge
Reine Verteilzeit inkl. Schlauch herausnehmen
Nachbereitungsarbeiten
12
10
8
6
4
2
0
0,5
1,0
2,0
3,0
Schlaggröße [ha]
46
5,0
10,0
Gärrestverschlauchung - Arbeitszeitbedarf
Arbeitszeitbedarf [AKmin/10 m³] .
120
800 m ausgelegter Schlauch,
50 m³/h Volumenstrom
100
15 m³ Gärrest/ha
80
30 m³ Gärrest/ha
45 m³ Gärrest/ha
60
40
20
0
0
1
2
3
4
5
6
Schlaggröße [ha]
47
7
8
9
10
Arbeitsbreite - Fahrgeschwindigkeit
Volumenstrom
der Pumpe
[m³/h]
Ausbringmenge
[m³/ha]
Arbeitsbreite [m]
Fahrgeschwindigkeit während
der Ausbringung [km/h]
50
50
50
50
50
50
50
50
15
15
15
15
45
45
45
45
6
9
12
15
6
9
12
15
5,6
3,7
2,8
2,2
1,9
1,2
0,9
0,7
48
SIGA – Bio Spezi
• Kombination Kipper (50 m³) und Zubringfass (27 m³)
• Hydraulisch anhebbarer Zwischenboden
• Für Gärresttransport hydraulisch angetriebene
Drehkolbenpumpe (6 m³/min)
49
Ich stehe für Ihre Fragen gerne zur
Verfügung!
50