OBLICZANIE POWIERZCHNI PLANTACJI WIERZBY ENERGETYCZNEJPRZY POMOCY PROGRAMU „PLANTENE”.pdf

In Ŝ ynieria Rolnicza 11/2006

Michał Cupiał, Dariusz Kwa ś niewski

Katedra In Ŝ ynierii Rolniczej i Informatyki

Akademia Rolnicza w Krakowie

OBLICZANIE POWIERZCHNI PLANTACJI

WIERZBY ENERGETYCZNEJ

PRZY POMOCY PROGRAMU „PLANTENE”

Streszczenie

Przedstawiono autorski program komputerowy „Plantene” słuŜący do wyli-

czania powierzchni plantacji wierzby energetycznej. Program wylicza ilość

energii potrzebnej do ogrzewania budynków mieszkalnych oraz podgrzewa-

nia ciepłej wody uŜytkowej, a następnie minimalną powierzchnię plantacji.

Program jest dostępny na stronie internetowej autora.

Słowa kluczowe: technika rolnicza, program komputerowy, mechanizacja,

wierzba energetyczna, ogrzewanie, biomasa, energia odnawialna

Wprowadzenie

W ostatnich latach wzrasta zapotrzebowanie na odnawialne źródła energii, a wśród

nich na energię uzyskaną ze spalania wierzby energetycznej. Plantacje tej rośliny

pojawiają się coraz częściej w naszym krajobrazie i są jednym z istotnych czynni-

ków mających poprawić bilans energetyczny naszego kraju. Prognoza zakłada, Ŝe

w przyszłości ponad 80% udziału energii z odnawialnych źródeł powinna pocho-

dzić z biomasy, która przede wszystkim pozyskiwana będzie ze słomy, drewna z

zasobów leśnych oraz z roślin energetycznych. Spośród tych ostatnich największą

popularność zdobyła wierzba energetyczna (salix viminalis) [Frączek i in. 2004].

Ciepło spalania suchej masy wierzby waha się od 19,8 do 21,7 MJ/kg, a najczę-

ściej spalana jest ona w formie zrębków. Ze względu na zalety uprawy wierzby

uwaŜana jest ona takŜe za przyszłościowe źródło biomasy do przetwarzania na gaz,

a następnie wytwarzania energii elektrycznej oraz perspektywiczny surowiec do

wytwarzania biometanolu [Dreszer i in. 2003]. Doświadczenia z wierzbą energe-

tyczną prowadzone są równieŜ na Wydziale AgroinŜynierii Akademii Rolniczej

w Krakowie, a jednym z zadań jest wskazanie rolnikowi optymalnej wielkości

plantacji, jaką powinien załoŜyć, aby zaspokoić potrzeby swego gospodarstwa

w zakresie ogrzewania budynków oraz zaopatrzenia w ciepłą wodę uŜytkową.

Micha Cupia, Dariusz Kwaniewski

Cel

Celem pracy było opracowanie metody, a w konsekwencji programu komputero-

wego, który pozwoliłby na obliczanie w prosty sposób minimalnej powierzchni

plantacji wierzby energetycznej, która zaspokoi potrzeby gospodarstwa. Program

powinien być prosty w obsłudze i umoŜliwiać wykonanie obliczeń po wprowadze-

niu przez uŜytkownika minimalnej ilości danych.

Metoda

W oparciu o dotychczasowe badania oraz przy wykorzystaniu dostępnych danych

z literatury opracowany został algorytm wyliczający zapotrzebowanie na biomasę

wierzbową do celów grzewczych w gospodarstwie rolnym. Schemat wyliczania

powierzchni plantacji wierzby energetycznej przedstawiony został na rys. 1.

Rys. 1. Schemat wyliczania powierzchni plantacji w programie Plantene

Fig. 1. Diagram of calculating plantation area in Plantene program

Obliczanie powierzchni plantacji...

Zapotrzebowanie na energię uzyskaną ze spalania biomasy wierzbowej wynika

z potrzeb w zakresie: ogrzewania budynków mieszkalnych, zuŜycia ciepłej wody

uŜytkowej oraz ewentualnych potrzeb produkcyjnych. Czynnikami decydującymi

o ilości energii potrzebnej do ogrzewania budynków jest przede wszystkim ich

powierzchnia (a w zasadzie kubatura) oraz stopień izolacji cieplnej (ściany, okna,

stropy i dach). Pośrednio o energochłonności budynku decyduje jego wiek - now-

sze (nowocześniejsze) obiekty potrzebują mniej energii. Z kolei zuŜycie ciepłej

wody uŜytkowej wyliczyć moŜna na podstawie liczby mieszkańców oraz odpo-

wiednich współczynników. ZuŜycie produkcyjne (ogrzewanie oraz inne cele)

oszacować moŜna w zaleŜności od rodzaju i intensywności produkcji. Obliczenia

powyŜsze powinny być uzaleŜnione od warunków klimatycznych panujących

w danym rejonie.

Wyliczone całkowite zapotrzebowanie energii moŜe być zaspokojone przy pomocy

róŜnych nośników energetycznych, charakteryzujących się zróŜnicowaną dostęp-

nością, ceną, wygodą stosowania czy wartością opałową. W rzeczywistym obiek-

cie z reguły stosowanych jest kilka rodzajów paliw, które uzupełniają się. W kotle

przeznaczonym do spalania biomasy wierzbowej istnieje moŜliwość stosowania

innych paliw (np. drewno), co sprawia, Ŝe w latach o niekorzystnych plonach oraz

mroźnej zimie, niedobór paliwa moŜe być łatwo uzupełniony z innego źródła.

W obliczeniach załoŜono, Ŝe podstawowym paliwem powinna być biomasa wierz-

bowa, lecz rolnik moŜe zadecydować o stosowaniu równieŜ innych paliw.

Po oszacowaniu ilości energii, która ma pochodzić z wierzby energetycznej, dla

obliczenia masy paliwa, konieczne jest przyjęcie odpowiedniej sprawności kotła.

Kolejnym krokiem jest załoŜenie właściwego plonu a w konsekwencji wyliczenie

powierzchni plantacji. Nie naleŜy równieŜ zapominać, Ŝe corocznie nie jest ścina-

na cała powierzchnia plantacji, a jedynie jej część.

Praktycznym zastosowaniem opracowanej metody obliczeń jest autorski program

„Plantacja Energetyczna” (PlantEne).

Funkcje i charakterystyka

Na podstawie podawanych przez uŜytkownika informacji oraz przy wykorzystaniu

własnej bazy danych program wylicza powierzchnię pola, jakie naleŜy przeznaczyć

pod uprawę wierzby energetycznej. Program jest prosty w obsłudze, która sprowa-

dza się do podania kilku informacji dotyczących gospodarstwa oraz warunków,

w jakich ma powstać nowa plantacja. Aplikacja została napisana w Delphi i jest

nieodpłatnie udostępniona zainteresowanym na stronie internetowej autora

[http://cupial.tier.ar.krakow.pl]. Na rys. 2 i 3 przedstawiono przykładowe okna

programu.

Micha Cupia, Dariusz Kwaniewski

Rys. 2. Przykładowe okno programu

Fig. 2. Example of program window

Rys. 3. Przykładowe okno programu

Fig. 3. Example of program window

Obliczanie powierzchni plantacji...

Do wykonania obliczeń, od uŜytkownika aplikacja wymaga podania jedynie po-

wierzchni domu mieszkalnego oraz liczby zamieszkujących go osób. W takiej sy-

tuacji pozostałe parametry przejmowane są jako domyślne. Oczywiście bardziej

precyzyjne obliczenia wymagają podania znacznie większej liczby danych, co

równieŜ jest moŜliwe. Dane pobierane mogą być z bazy danych lub wpisywane

przez uŜytkownika w formie liczb. Sprawia to, Ŝe z programu korzystać moŜe za-

równo osoba nie mająca pojęcia o sposobie obliczeń jak i specjalista z tego zakresu.

Poszczególne części obliczeń zgromadzone są w odpowiednich zakładkach (pane-

lach), co zwiększa łatwość obsługi, nawet dla osób niezbyt dobrze umiejących

obsługiwać komputer. Aplikacja jest darmowa (freeware) i jest dostępna wraz

z opisem i innymi programami przeznaczonymi do wspomagania techniki rolniczej

w rolnictwie na stronie autora, pod adresem http://cupial.tier.ar.krakow.pl.

Na rys. 4 przedstawiony został schemat obliczania zapotrzebowania na energię

potrzebną do podgrzewania ciepłej wody uŜytkowej dla domu. Dane potrzebne do

tych obliczeń pobierane są z trzech źródeł:

– w pierwszej kolejności zmienne przyjmują wartości domyślne, tj. takie które

zostały zadeklarowane w programie,

– w drugiej kolejności pobierane są informacje z bazy danych programu, co

umoŜliwia zmianę domyślnej wartości zmiennych, bez konieczności modyfi-

kowania kodu programu. Jeśli w bazie danych wpisano nową wartość zmiennej

jest ona przyjmowana, jeśli wpis taki w bazie nie figuruje, pozostawiana jest

dotychczasowa wartość,

– wartości przyjmowane do obliczeń mogą być takŜe podawane przez uŜytkow-

nika programu.

Przedstawiona procedura obliczeń jest wykonywana kaŜdorazowo przy jakiejkol-

wiek zmianie parametrów wejściowych. Wpisanie nowych wartości poszczegól-

nych zmiennych wymusza wykonanie procedur obliczeniowych. W konsekwencji

wynik obliczeń jest uaktualniany na bieŜąco. Pozostałe wskaźniki niezbędne do

obliczenia powierzchni plantacji wierzby energetycznej wyliczane są wg. odpo-

wiednich algorytmów w analogiczny sposób.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: