Energy efficiency in grain preservation

Näytä kaikki kuvailutiedot

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-2495-1
Julkaisun nimi: Energy efficiency in grain preservation
Tekijä: Jokiniemi, Tapani
Muu tekijä: Helsingin yliopisto, maatalous-metsätieteellinen tiedekunta, maataloustieteiden laitos
Opinnäytteen taso: Väitöskirja (artikkeli)
Kuuluu julkaisusarjaan: URN:ISSN:2342-5431
Tiivistelmä: Energy saving objectives have arisen recently in all sectors of life due to the climate change sce-narios and depletion of fossil energy resources. In boreal and northern temperate climate zone countries one of the most energy intensive operations in arable farming is grain preservation, which in most cases means drying. This work focused on examining the energy use and energy saving possibilities in grain drying, and grain preservation in general, from several aspects. The main focus was in Finnish conditions, but the results can be applied also in other areas, when applicable. In addition to the energy aspect, some economic considerations were conducted, since economic profit is the ultimate decision making factor for farmers. The principal method for grain preservation in Finland is hot-air drying. Energy use and energy savings in drying hence constituted the major part of the research work included herein. The aim of the work was to produce information that could be easily utilized in current farming practices. Therefore all the experiments and measurements were conducted in grain recirculat-ing mixed-flow hot-air dryer, which is the most common grain dryer type in Finland. The energy utilization in dryer was first examined and energy losses identified, and three energy saving methods were chosen for closer consideration: 1) controlling the air flow rate and temperature of the drying air (publications I and II), 2) heat insulation of the dryer device (III) and 3) heat recovery from the dryer exhaust air (IV). The aim of the method 1) was to improve the utilization of the supplied heat energy by increasing the humidity of the dryer exhaust air and thus reducing the energy losses via sensible heat in the exhaust air. Method 2) aimed to eliminate the heat losses from the dryer surfaces by the heat insulation. Method 3) focused on recovering the sensible as well as latent heat from the dryer exhaust air with a passive parallel plate heat exchanger. In addition to the energy saving potential in drying, also the possibilities for enhanced use of alternative moist grain preservation methods and their effects on the energy consump-tion in grain preservation were examined (publication V). While drying is practically the only suit-able preservation method for market quality grain in Finnish conditions, moist grain preservation methods could be applied basically for all home-grown grain used for animal feeding, which rep-resents roughly one third of the total annual grain yield in Finland. The examined moist grain preservation methods were airtight preservation, acid preservation of whole grains and grain crimping (ensiling). The energy saving possibilities with these methods, compared to the current situation, were evaluated by theoretical calculations. The results indicated that considerable energy savings could be achieved by the methods examined in publications I to V. The drying process control method produced energy savings of 5 15%, depending on the grain species, compared to conventional drying method. The energy savings achieved by the heat insulation were 16 21% in the examined dryer. Heat recovery method saved on average 18% energy compared to the conventional system, and energy sav-ings up to 40% were suggested for passive heat recovery by the theoretical model developed in the publication IV. Moist grain preservation methods for preserving home-grown feed grain provided energy savings of 50 90% compared to drying. The combined energy saving potential of the examined methods was 20 43% of the total energy consumption in grain preservation at the present situation, when the realizable potential was considered. It was concluded that significant energy saving possibilities exist in current grain preser-vation practices and their utilization could aid to reduce the energy consumption in the agricul-tural sector and thus to achieve the energy saving objectives set by authorities. Energy savings of 5 11% of the total direct energy use in arable the farming sector could be achieved. However, even the relatively large energy savings would have quite a modest effect on the economy of farming with the current energy prices, which indicates that the direct energy inputs are still relatively cheap, compared to other inputs. While energy prices are expected to rise in the long term, energy saving measures will become more viable for the economy of farms in the future, which is the ultimate incentive for more energy efficient production.Ilmastonmuutosskenaariot ja fossiilisten polttoaineiden väheneminen ovat viime aikoina johtaneet energiansäästötavoitteisiin kaikilla elämän osa-alueilla. Lauhkean ilmastovyöhykkeen pohjoisosissa yksi eniten energiaa kuluttavista työvaiheista peltokasvintuotannossa on viljan säilöntä, joka yleensä tarkoittaa kuivausta. Tässä työssä tarkasteltiin energian käyttöä viljan kuivaamisessa, ja säilönnässä yleisesti, useasta eri näkökulmasta. Pääpaino oli Suomen olosuhteissa, mutta tuloksia voidaan soveltuvilta osin hyödyntää myös muualla. Myös energian käytön taloudellista merkitystä arvioitiin, sillä taloudellinen tulos on viljelijöille perimmäinen päätöksentekotekijä. Pääasiallinen viljan säilöntämuoto Suomessa on kuivaus, joten pääpaino työssä oli viljan kuivauksen energiankulutuksessa. Tavoitteena oli tuottaa tietoa, joka olisi helposti sovellettavissa käytännön viljelyyn. Tästä syystä kaikki työhön liittyvät kokeet ja mittaukset tehtiin viljaa kierrättävässä eräkuivurissa, joka on yleisin kuivurityyppi Suomessa. Alustavien analyysien pohjalta valittiin lähemmän tarkastelun kohteeksi kolme energiansäästömenetelmää: 1) prosessinohjaus kuivausilmavirtaa ja kuivausilman lämpötilaa säätämällä, 2) kuivurin lämpöeristäminen ja 3) lämmön talteenotto kuivurin poistoilmasta. Menetelmän 1) tavoitteena oli tehostaa lämpöenergian hyväksikäyttöä kuivurissa nostamalla poistoilman kosteutta ja siten vähentämällä poistoilman havaittavasta lämmöstä aiheutuvia energiahäviöitä. Menetelmä 2) tähtäsi lämpösäteilystä ja konvektiosta aiheutuvien lämpöhäviöiden vähentämiseen. Menetelmässä 3) pyrittiin hyödyntämään poistoilman lämpöä (latentti- ja havaittava lämpö) kuivurin imuilman lämmityksessä passiivisen levylämmönvaihtimen avulla. Viljan kuivaamisen lisäksi tarkasteltiin myös kostean viljan säilöntämenetelmien käytön laajentamista ja sen vaikutusta viljan säilönnän energian kulutukseen. Vaikka kuivaaminen on Suomen olosuhteissa käytännössä ainoa menetelmä kauppakelpoisen viljan säilömiseksi, voitaisiin tuoresäilöntämenetelmien käyttöä tilojen oman rehuviljan säilömiseen lisätä huomattavasti. Tiloilla käytetään suoraan rehuksi noin kolmannes Suomen vuotuisesta viljasadosta. Tässä tarkasteltuja tuoresäilöntämenetelmiä olivat ilmatiivis säilöntä, jyväsäilöntä (happosäilöntä) sekä murskesäilöntä. Tuoresäilönnän osuuden lisäämisen vaikutusta energian kulutukseen tarkasteltiin teoreettisten laskelmien ja analyysien avulla. Tulokset osoittivat, että merkittäviä energiansäästöjä voidaan saavuttaa kehittämällä kuivausprosessia sekä laajentamalla tuoresäilöntämenetelmien käyttöä. Prosessinohjaus mahdollisti viljalajista riippuen 5 15 % energiansäästöt verrattuna tavanomaiseen kuivausprosessiin. Lämpöeristyksen avulla saavutettiin tutkitussa kuivurissa 16 21 % säästöt energian kulutuksessa. Lämmön talteenotto alensi kuivurin energian kulutusta keskimäärin 18 %, ja kokeiden yhteydessä kehitetty teoreettinen malli ennusti jopa 40 % energiansäästömahdollisuuksia lämmönvaihtimen optimoinnin avulla. Viljan tuoresäilöntämenetelmät alensivat energian kulutusta 50 90 % kuivaamiseen verrattuna. Kun toteutettavissa oleva potentiaali tuoresäilöntämenetelmien käytön laajentamiseen huomioitiin, saatiin energian säästöpotentiaaliksi yhdessä kuivausprosessin kehittämisen kanssa 20 43 % viljan säilönnän nykytilanteeseen verrattuna. Johtopäätöksenä todettiin, että nykyiset viljan säilöntämenetelmät tarjoavat merkittäviä mahdollisuuksia vähentää peltokasvintuotannon energiankulutusta ja siten edesauttaa viranomaisten asettamien energiansäästötavoitteiden saavuttamista. Kasvinviljelyn suoraa energiankulutusta voitaisiin tässä työssä tarkasteltujen keinojen avulla vähentää kokonaisuudessaan 5 11 %. Suhteellisen suurillakin energiansäästöillä on kuitenkin melko vaatimaton taloudellinen vaikutus nykyisillä energian hinnoilla, mikä viittaa suorien energiapanosten olevan yhä suhteellisen halpoja muihin panoksiin verrattuna. Jos energian hinnat nousevat tulevaisuudessa, korostuu energian merkitys kustannustekijänä maatilojen taloudessa. Tämä on myös viime kädessä tehokkain kannuste energiatehokkaampaan tuotantoon.
URI: URN:ISBN:978-951-51-2495-1
http://hdl.handle.net/10138/166973
Päiväys: 2016-10-21
Avainsanat: maatalous- ja metsätiede
Tekijänoikeustiedot: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Tiedostot

Latausmäärä yhteensä: Ladataan...

Tiedosto(t) Koko Formaatti Näytä
Energyef.pdf 2.699MB PDF Avaa tiedosto

Viite kuuluu kokoelmiin:

Näytä kaikki kuvailutiedot