Beschaffungs- und Distributionslogistik bei großen Biogasanlagen

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1 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/ A 3250 Wieselburg Fax: +43/7416/ franz.handler@josephinum.at 1

2 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

3 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

4 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

5 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

6 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

7 Anhänger generell Volumen: m³ (großteils m³) (Achtung bei Prospektangaben) Glatte Außenwände Straßenverschmutzung Problem Straßenschäden Problem Ortsdurchfahrten - Lärm 7

8 Leistungsfähigkeit einer Häckselkette Trockenmassedichte des transportierten Materials Transportentfernung Größe der Transportfahrzeuge Leistungsfähigkeit des Häckslers Motorleistung Arbeitsbreite Häcksellänge Größe und Form der Fläche 8

9 Mittlere Ladedichte bei Häckselgut - Silomais 180 Transportdichte [kg TS/m³] y = 3,66x + 8,72 R 2 = 0,50 6-reihiges Maisgebiss y = 4,68x - 39,78 R 2 = 0,84 8-reihiges Maisgebiss TS-Gehalt des Maishäckselgutes [%] 9

10 Mittlere Ladedichte bei Häckselgut - Sonnenblume Transportdichte [kg TM/m³] y = 2,18x + 34,56 R 2 = 0, TS-Gehalt der Sonnenblumen 10

11 Mittlere Ladedichte bei Häckselgut Trockenmassegehalt [%] Ladedichte [kg TM/m³] Silomais Silomais Silomais Sonnenblume Tritcale GPS Kleegras / Gras Grünroggen

12 Ladedichte Häckselgut 16 Transportierte Masse mit einem 40-m³-Anhänger Silomais Transportierte Masse [t] ,8 10,7 10,6 10,5 10,3 10,2 10,1 10,0 9,8 9,7 9,6 3,6 3,8 3,9 4,1 4,2 4,4 4,5 4,7 4,8 5,0 5, Trockenmassegehalt [%] Wasser Trockenmasse Mit zunehmender Reife nimmt der Kornanteil zu und damit die Trockenmassedichte 12

13 Ladedichte Häckselgut Transportierte Masse mit einem 40-m³-Anhänger Anwelkgut 18 Transportierte Masse [t] ,4 9,9 9,5 9,0 8,6 8,3 7,9 7,6 7,3 7,0 6,7 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,5 3,6 3,6 3,6 3,6 3,6 Wasser Trockenmasse Trockenmassegehalt [%] 13

14 Auswirkung der Dichte 2,50 Arbeitszeitbedarf [h/10 t TM]. 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 5 Anhänger im Einsatz 3 Anhänger im Einsatz Ladevolumen 40 m³, Häcksler 47 t TM/h, inkl. Wartezeit, 130 kg/m³ Ladevolumen 40 m³, Häcksler 47 t TM/h, inkl. Wartezeit, 110 kg/m³ Feld-Hofentfernung [km] 14

15 Auswirkung der Anhängergröße 3,50 Arbeitszeitbedarf [h/10 t TM]. 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 4 Anhänger im Einsatz 3 Anhänger im Einsatz 5 Anhänger im Einsatz Feld-Hofentfernung [km] Ladevolumen 40 m³, Häcksler 47 t TM/h, inkl. Wartezeit, 110 kg/m³ Ladevolumen 25 m³, Häcksler 47 t TM/h, inkl. Wartezeit, 110 kg/m³ 15

16 Unterschiedliche Anhängergrößen Unterschiedliche Anhängergrößen 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

17 Unterschiedliche Geschwindigkeiten Unterschiedliche Geschwindigkeiten der Gespanne Wartezeiten für Häcksler bzw. schnellere Gespanne Schnellere werden behindert vor allem bei großen Transportentfernungen (überholen meist nicht möglich) 17

18 Motorleistung der Häckslers und Häcksellänge - Silomais 350 Quelle: FVM Müszaki Intezet (2002) und DLG (2004) kw Massenstrom [t FM/h] kw 445 kw 350 kw 50 0 bis 300 kw Theoretische Häcksellänge [mm] 18

19 Arbeitsbreite des Häckslers und Häcksellänge - Silomais 80 Massenstrom [t TM/h] mm theoretische Häcksellänge Häcksler: 445 kw 10 mm theoretische Häcksellänge Arbeitsbreite [m] Quelle: Mölder (2005) 19

20 Arbeitsbreite des Häckslers und Häcksellänge - Silomais 0,7 Kraftstoffverbrauch [l/t FM] 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Häcksler: 445 kw Theoretische Häcksellänge 10 mm 13 mm Arbeitsbreite [m] Quelle: Mölder (2005) 20

21 Auswirkung der Leistung des Häckslers 2,50 Arbeitszeitbedarf [h/10 t TM]. 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 2 Anhänger im Einsatz 3 Anhänger im Einsatz 5 Anhänger im Einsatz Ladevolumen 40 m³, Häcksler 20 t TM/h, inkl. Wartezeit, 110 kg/m³ Ladevolumen 40 m³, Häcksler 47 t TM/h, inkl. Wartezeit, 110 kg/m³ Feld-Hofentfernung [km] 21

22 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

23 Einfluss der Schwadstärke auf den Massenstrom durch den Häcksler Massenstrom in der Hauptzeit [t TM/h] y = 6,77Ln(x) + 9,94 R² = 0, kw y = 6,58x + 1,95 R² = 0, kw y = 4,76x + 6,38 R² = 0, kw Häckselgut: Anwelkgut Quelle: Eigene Erhebungen in der Praxis Schwadstärke [kg TM/m] 23

24 Arbeitsbreite Schwader und Fahrgeschw. Erntemaschine Erforderliche Arbeitsbreite des Schwaders Ertrag [t TM/ha] 2,0 3,0 4,0 Schwadstärke [kg TM/m] Erforderliche Arbeitsbreite des Schwaders [m] 2,0 10,0 6,7 5,0 4,0 20,0 13,3 10,0 8,0 40,0 26,7 20,0 Erforderliche Fahrgeschwindigkeit der Erntemaschine Schwadstärke [kg TM/m] 2,0 4,0 8,0 Erforderliche Fahrgeschwindigkeit [km/h] 15,0 7,5 3,8 1,9 30,0 15,0 7,5 3,8 45,0 22,5 11,3 5,6 Massenstrom [t TM/h] Quelle: Eigene Berechnungen 24

25 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

26 Transport mit LKW Bei großen Transportentfernungen LKW einsetzen Größeres Ladevolumen (~ 26 t, bis 100 m³) Höhere Geschwindigkeit Überlademöglichkeit muss bestehen - Mehrkosten 26

27 Bunkerfeldhäcksler 445 kw 21,5 t Bunkervolumen 35 m³ 20 km/h 27

28 Vergleich Arbeitszeitbedarf (Silomais 14 t TM/ha, 30 % TM, 8-reihig) Arbeitszeitbedarf pro Schlag [Akmin] Bunkerfeldhäcksler 445 kw 0,5 (2:1) 1 (2:1) 3 (2:1) 3 (2:1,5) 0,5 (2:1) 1 (2:1) 3 (2:1) 3 (2:1,5) Quelle: Eigene Berechnungen Schlaggröße [ha] (Länge : Breite) Standardfeldhäcksler 458 kw Häckselzeit Längsrichtung Häckselzeit Querrichtung Wendezeit Feldfahrt voll Überladezeit Leerfahrt 28

29 Auswirkung von Häcksler und Transportsystem 4,50 4,00 Arbeitszeit [h/10 t TM] 3,50 3,00 2,50 2,00 1,50 1, Standardhäcksler, Traktor 40 m³ Bunkerhäcksler, Traktor 60 m³ Bunkerhäcksler, Traktor 40 m³ 0,50 Bunkerhäcksler, LKW 80 m³ 0, Quelle: Eigene Berechnungen Feld-Hofentfernung [km] 29

30 Gärrestausbringung Einphasige Systeme Direktausbringung Mehrphasige Systeme Transport und Verteilung getrennt Ohne Feldrandcontainer Mit Feldrandcontainer Verschlauchung Ab Lager Ab Feldrandcontainer 30

31 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

32 Befüllung Probleme: Leitungsquerschnitt Schaumbildung Fremdfüllung: 3 8 m³/min 32

33 Direktausbringung Fässer mit bis zu 27 m³ Schleppschlauch mit bis zu 24 m 33

34 Direktausbringung Schlagkraft Entscheidend sind Fassvolumen und Entfernung Ausgebrachtes Volumen [m³/h] 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 Transportentfernung [km] 34

35 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 Auswirkung der Schlaggröße (18 m³, 130 kw, 15 m³/ha) Auswirkung der Schlaggröße (18 m³, 130 kw, 30 m³/ha) Arbeitszeit [min/10m³] Schlaggröße [ha] 18 m³, 1 km 18 m³, 2 km 18 m³, 3 km 18 m³, 5 km 18 m³, 10 km Arbeitszeit [min/10m³] Schlaggröße [ha] 18 m³, 1 km 18 m³, 2 km 18 m³, 3 km 18 m³, 5 km 18 m³, 10 km 35

36 Problem Bodendruck - Reifendruckregler 36

37 Direktausbringung Vorteile Direktausbringung Einfache Kette Geringere Kosten bei Stillstand Wenige Personen erforderlich Keine Reibungsverlusteû Geringere Rüstzeiten Niedrige Wegekosten bei kleinen Mengen 37

38 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

39 Mehrphasige Systeme Ohne Feldrandcontainer direktes Überladen Tankvolumen von Transportfahrzeug Verteilfahrzeug müssen abgestimmt sein (ganzzahliges Verhältnis) Wartezeit der Transportfahrzeuge Für kleineû Schläge geeignet 39

40 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

41 Mobile Zwischenlager Polyestergewebe mit PVC-Überzug Im leeren Zustand gefaltet bzw. aufgerollt Aus NL und GB Inhalt: 200 m³ 41

42 Gärresttransport Transportiertes Volumen [m³/h] Tanksattelzug 27 m³ Traktorgezogener 4-achsiger Tankanhänger 26 m³ 2-achsiges Güllefass 18 m³ 2-achsiges Güllefass 12 m³ einachsiges Güllefass 8 m³ Transportentfernung [km] 42

43 Arbeitszeitbedarf Gärrestausbringung Arbeitszeitbedarf [min/10 m³] Transportgespanne im Einsatz Tanksattelzug, 24 m³ pro Fahrt, ohne Feldrandcontainer, 60 m³/h 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 Transportentfernung [km] 43

44 Gärrestverschlauchung Ab Lager oder ab Feldrandcontainer Bodenschonend Max. Schlauchlänge ~ m m³/h (12 20 bar) 44

45 Gärrestverschlauchung - Selbstfahrer Firma Agrometer (Dänemark) 127 kw, 600 m 4û-Schlauch, 16,5 t, 24 m Schleppschlauch m³/h Pumpe: 127 kw 45

46 Gärrestverschlauchung - Arbeitszeitbedarf Arbeitszeitbedarf [AKh] Rüstzeiten Reine Verteilzeit inkl. Schlauch herausnehmen Nachbereitungsarbeiten 800 m ausgelegter Gülleschlauch, 50 m³/h Volumenstrom, 45 m³/ha Sollausbringmenge 2 0 0,5 1,0 2,0 3,0 5,0 10,0 Schlaggröße [ha] 46

47 Gärrestverschlauchung - Arbeitszeitbedarf Arbeitszeitbedarf [AKmin/10 m³] Schlaggröße [ha] 800 m ausgelegter Schlauch, 50 m³/h Volumenstrom 15 m³ Gärrest/ha 30 m³ Gärrest/ha 45 m³ Gärrest/ha 47

48 Arbeitsbreite - Fahrgeschwindigkeit Volumenstrom der Pumpe [m³/h] Ausbringmenge [m³/ha] Arbeitsbreite [m] Fahrgeschwindigkeit während der Ausbringung [km/h] , , , , , , , ,7 48

49 SIGA Bio Spezi Kombination Kipper (50 m³) und Zubringfass (27 m³) Hydraulisch anhebbarer Zwischenboden Für Gärresttransport hydraulisch angetriebene Drehkolbenpumpe (6 m³/min) 49

50 50 Ich stehe für Ihre Fragen gerne zur Verfügung!