METODIKA STANOVENÍ POTENCIÁLU BIOMASY PRO ENERGETICKÉ VYUŽITÍ V KRIZOVÝCH SITUACÍCH

METODIKA STANOVENÍ POTENCIÁLU BIOMASY PRO ENERGETICKÉ VYUŽITÍ V KRIZOVÝCH SITUACÍCH Certifikovaná metodika Kamila Vávrová1, Jan Weger1, Martin Nikl1, Jaroslav Knápek2, 1

Výzkumný ústav Silva Taroucy pro krajinu a okrasné zahradnictví, v. v. i., Průhonice 2 České vysoké učení technické v Praze, Fakulta elektrotechnická

Průhonice 2014

1

Anotace Metodika popisuje postup pro stanovení potenciálu biomasy ze zemědělské a lesní půdy využitelné v krizových situacích pro zajištění provozu tepláren a výtopen a na ně navazující infrastruktury. Je určena ke strategickému plánování a na přípravu energetických zdrojů, sídel a případně regionů pro případy výpadků dodávek nebo přerušení logistických řetězců fosilních paliv v délce trvání krize 1 až 12 měsíců. Metodika umožňuje stanovit potenciál biomasy dle jednotlivých základních typů biomasy v definovaném okolí daného bodového energetického zdroje (teplárny), resp. pro zadané požadavky na množství paliva (biomasy) dle jednotlivých základních kategorií biomasy umožňuje identifikovat potřebné území pro zajištění požadovaného množství biomasy. Identifikace potenciálu biomasy s respektováním jednotlivých druhů biomasy umožní zohlednit výší a i strukturu dostupné biomasy při přípravě na případné krizové situace (např. instalace technologií, které umožní spalovat dostupné druhy biomasy v daném místě). Metodika počítá s využitím zdrojů tzv. standardního potenciálu biomasy v krajině, který je v případě krizové situace možno zvýšit o tzv. dodatkový potenciál vyšším odběrem na úkor jiných hospodářských využití, ev. i environmentálních opatření zajišťujících půdní úrodnost. Hlavními zdroji takto mobilizovatelné biomasy pro krizové situace jsou lesní těžební zbytky a vybrané sortimenty lesních dřevin, sklizňové zbytky ze zemědělství (zejm. sláma obilná a řepková sklízené na nízké strniště) a biomasa plantáží energetických plodin (plánované a předčasné sklizně rychle rostoucích dřevin, ozdobnice, lesknice, schavnatu aj.). Metodika umožňuje stanovit potenciál biomasy pro krizové situace v libovolném území (např. obec, kraj, ČR) a to jak v současnosti nebo budoucnosti dle variant vývoje pěstebních ploch energetických plodin. Metodika dále umožňuje do výpočtu potenciálu konkrétního bodu zahrnout i ztráty při dopravě a skladování pro definované logistické řetězce. Výstupy a data z metodiky je možno použít pro vyhodnocení ekonomických aspektů zajištění různých zdrojů biomasy ovšem v nekrizových podmínkách.

Dedikace Metodika vznikla za finanční podpory grantového projektu VG20102013060 „Analýza potenciálu využití biomasy jako domácího strategického zdroje pro zabezpečení energetických potřeb v krizových situacích”, který byl řešen v letech 2010–2013 v rámci programu bezpečnostního výzkumu MV ČR.

Osvědčení o uznání certifikované metodiky vydalo Ministerstvo průmyslu a obchodu, Sekce energetiky (č. 1/2014, MPO22888/14/32010/32000) dne 7.5.2014. Oponenti: Ing. Ondřej Vojáček, Ph.D (VŠE Praha), Ing. Michaela Melicharová (T-Soft a.s.) © VÚKOZ, v. v. i., Průhonice, 2014; Certifikovaná metodika č. 3/2013-057

2

Obsah 1

ÚVOD .............................................................................................................................................. 5

2

CÍL METODIKY ........................................................................................................................... 6

3

SROVNÁNÍ NOVOSTI POSTUPŮ ............................................................................................. 6

4

UPLATNĚNÍ METODIKY A EKONOMICKÉ ASPEKTY ..................................................... 7

5 METODICKÝ POSTUP STANOVENÍ POTENCIÁLU BIOMASY PRO KRIZOVÉ SITUACE ............................................................................................................................................... 8

6

5.1

STANDARDNÍ POTENCIÁL BIOMASY ........................................................................................................... 8

5.2

DODATKOVÝ POTENCIÁL BIOMASY ........................................................................................................... 9

5.3

HLAVNÍ FAKTORY OVLIVŇUJÍCÍ POTENCIÁL BIOMASY ............................................................................... 9

POSTUP STANOVENÍ POTENCIÁLU BIOMASY NA ZEMĚDĚLSKÉ PŮDĚ ................ 10 6.1 PRINCIPY STANOVENÍ STANDARDNÍHO POTENCIÁLU BIOMASY NA ZEMĚDĚLSKÉ PŮDĚ ............................ 10 6.2 PRINCIPY STANOVENÍ DODATKOVÉHO POTENCIÁLU BIOMASY NA ZEMĚDĚLSKÉ PŮDĚ ............................. 11 6.3 PODKLADY PRO VÝPOČET STANDARDNÍHO A DODATKOVÉHO POTENCIÁLU BIOMASY ............................. 12 6.3.1 Základní zdroje primárních dat ..................................................................................................... 12 6.3.2 Typologie pozemků a výnosy plodin na zemědělské půdě ............................................................. 12 6.3.3 Agronomický princip alokace konvečních plodin na pozemky v zájmovém území ........................ 14 6.4 VLASTNÍ POSTUP STANOVENÍ POTENCIÁLU BIOMASY NA ZEMĚDĚLSKÉ PŮDĚ .......................................... 14 6.4.1 Algoritmus stanovení standardního potenciálu biomasy............................................................... 14 6.4.2 Algoritmus stanovení dodatkového potenciálu biomasy................................................................ 16 6.4.3 Stanovení potenciálu biomasy s ohledem na období roku ............................................................. 17 6.5 LOGISTICKÉ ŘETĚZCE BIOMASY A REDUKCE POTENCIÁLU ZTRÁTAMI PŘI DOPRAVĚ................................. 17

7

POSTUP PRO STANOVENÍ POTENCIÁLU LESNÍ BIOMASY ......................................... 20 7.1.1 Definice zdrojů lesní biomasy pro energetické využití .................................................................. 20 7.2 ZDROJE STANDARDNÍHO A DODATKOVÉHO POTENCIÁLU LESNÍ BIOMASY................................................ 21 7.2.1 Stanovení podmínek pro odběr LTZ z lesních ekosystémů ........................................................... 21 7.2.1.1 Hodnocení rizika nutriční degradace půd odběrem lesních těžebních zbytků ..................... 21 7.3 VLASTNÍ VÝPOČET STANOVENÍ STANDARDNÍHO POTENCIÁLU LESNÍCH TĚŽEBNÍCH ZBYTKŮ................... 28 7.3.1 Podmínky omezující odebírání lesních těžebních zbytků ............................................................... 29 7.4 VLASTNÍ VÝPOČET DODATKOVÉHO POTENCIÁLU LESNÍ BIOMASY (HROUBÍ) ............................................ 31 7.4.1 Krizový režim a narušení odběratelsko-dodavatelských vztahů lesní suroviny ............................. 31 7.5 LOGISTICKÉ ŘETĚZCE BIOMASY Z LESNÍCH POROSTŮ .............................................................................. 31 7.5.1.1 Místa zpracování těžebních zbytků ...................................................................................... 31 7.5.1.2 Optimální typy logistických řetězců lesní biomasy v krizových situacích .......................... 33

8

SHRNUTÍ A MOŽNÉ VÝSTUPY .............................................................................................. 34

9

LITERATURA ............................................................................................................................. 35

10 SCHÉMA METODICKÉHO POSTUPU STANOVENÍ POTENCIÁLU BIOMASY PRO ENERGETICKÉ VYUŽITÍ NA ZEMĚDĚLSKÉ PŮDĚ V KRIZOVÝCH SITUACÍCH .......... 36

3

Seznam zkratek APB

…

Akční plán pro biomasu (MZe, 2012)

BPEJ …

bonitační půdně ekologická jednotka (pro zemědělské hospodaření)

EP

…

energetické plodiny

CHS

…

cílové hospodářské soubory (pro lesní hospodaření)

GIS

…

geografické informační systémy

GJ

…

gigajoule (1 GJ = 109 J)

HPJ

…

hlavní půdní jednotka

HPKJ …

hlavní půdně klimatická jednotka

LHP/LHO

lesní hospodářský plán / lesní hospodářská osnova

LPIS …

Land Parcel Identification System (evidence obhospodařované půdy v EU)

LTZ

…

lesní těžební zbytky

NIL

…

Národní inventarizace lesů

OPRL …

Oblastní plány rozvoje lesů

OTE

…

Oblastní typologické elaboráty (lesů)

OZE

…

obnovitelné zdroje energie

PJ

…

petajoule (1 PJ = 1015 J)

RRD …

rychle rostoucí dřeviny

SLT

…

soubor lesních typů (pro lesní hospodaření)

TTP

…

trvalé travní porosty

ÚHÚL …

Ústav pro hospodářskou úpravy lesů o.s.s.

4

1

Úvod

Biomasa je nejvýznamnější obnovitelný zdroj v ČR i ve střední Evropě a její nevyužitý potenciál tvoří nejdůležitější část plánovaného rozvoje OZE. Podíl biomasy na zajištění primárních energetických zdrojích ČR se má v příštích dekádách zdvojnásobit (ze 100 PJ až na 240 PJ) rozvojem všech jejích forem včetně cíleně pěstované biomasy energetických plodin (APB 2012, aktualizovaná Státní energetická koncepce). Biomasu je možné snadno skladovat a je tak na rozdíl od větrné a solární energie poměrně spolehlivým a stálým zdrojem energie. Současně však představuje značně variabilní zdroj vzhledem k tomu, že je produkován v různých formách, které jsou vhodné pro výrobu různých biopaliv (a energií): od pevných biopaliv (elektřina a teplo), přes kapalná biopaliva (pohonné hmoty) až k bioplynu (elektřina a teplo). Pevná biomasa je také vhodným substitutem hnědého uhlí – nejčastějšího domácího paliva v teplárnách a výtopnách. Biomasa je domácím, regionálním energetickým zdrojem, který je teoreticky dostupný na jakémkoliv místě ČR a v kterémkoliv období roku a je proto dobře využitelný ve vybraných krizových situacích. Krizová situace je chápána jako stav způsobený přerušením kontinuity nezbytných dodávek energie a energetických služeb pro zajištění chráněných zájmů státu (životů a zdraví lidí, a majetku a životního prostředí). Vznik a časový rámec typického krizového období byl definován jako krátkodobá krize (1–12 měsíců)1 v důsledku výpadku dodávek nebo přerušení logistických řetězců fosilních paliv. Nelze ji omezovat pouze na problematiku zahraničních dodávek ropy a zemního plynu, ale i na celý řetěz od získávání prvotní energie až po její konečné užití včetně domácího uhlí. Zkušenosti ze světa ukazují, že pokud komunita ztratí služby uspokojující základní fyziologické potřeby (přiměřená teplota, voda, potraviny), pak se soudržnost (koheze) komunity brzo rozpadá. Připravené sídlo s odolnější kritickou infrastrukturou, schopnou zabezpečit za všech okolností alespoň základní potřeby svých obyvatel, může toto riziko výrazně snížit. Z toho důvodu jsou systémové elektrárny, ale i některé teplárny a průmyslové podniky, vybaveny zařízením pro přechod na ostrovní systém, který zajišťuje minimalizaci ztrát. Veřejné ostrovní systémy, které by zajistily při systémové poruše nouzové zásobování z místních energetických zdrojů, například lokální biomasy, však dosud neexistují. Zásobování města, obce nebo jeho části teplem a elektřinou v krizových situacích může být zajištěno využitím místních tepláren případně dalších decentralizovaných zdrojů, které jsou v současné době v každém větším městě v České republice. Jejich elektrický výkon se zpravidla pohybuje v řádech desítek až stovek MW, v některých oblastech jsou tak schopny pokrýt spotřebu města i s přilehlým okolím, buď bez nutnosti omezení na straně spotřeby, nebo se selektivním omezením méně důležitých odběrů podle priorit krizového plánu. Ostrovní provoz tak může fungovat nejen v rámci teplárny, kde pokryje vlastní spotřebu (a nevyřadí tak teplárnu z provozu), ale může při dostatečném výkonu pokrýt spotřebu krizového ostrova v rámci vyčleněné části distribuční soustavy. Podle analýz provedených v rámci tohoto projetu by v případě, že by pro zajištění provozu kritické infrastruktury byla vybírána bývalá okresní města, bylo možné uvažovat o využití biomasy pro zajištění dodávek tepla a elektřiny v cca

1

Potenciál biomasy je vhodné vyjadřovat vzhledem k limitu 12 měsíců, který vychází z logiky ročního vegetačního cyklu. 5

50 sídlech. Počet obyvatel těchto sídel se pohybuje na úrovni 2,5 mil, tzn. přibližně čtvrtiny občanů ČR. Předkládaná metodika je zaměřena na kvantifikaci potenciálu (pevné) biomasy ze zemědělské a lesní půdy, která může být využita v případě krizových situací jako palivo v teplárnách, výtopnách, ev. i v decentralizovaných zdrojích. Metodika neřeší potenciál biomasy pro výrobu kapalných biopaliv a ani se nezabývá potenciálem biomasy používané v bioplynových stanicích, u kterých se nepředpokládá významnější dodávka tepla pro zajištění vytápění budov. Limitujícím faktorem v případě bioplynových stanic je to, že tyto stanice jsou primárně určeny k výrobě elektřiny a využití vznikajícího (odpadního) tepla by bylo vzhledem k jejich typické lokalizaci mimo obce jen obtížně realizovatelná.

2

Cíl metodiky

Cílem metodiky je popsání metodického postupu stanovení potenciálu biomasy ze zemědělské a lesní půdy využitelné pro zajištění provozu tepláren a výtopen příp. dalších zdrojů v krátkodobých krizových situacích (o délce trvání 1–12 měsíců) v libovolném místě ČR (NUTS 1–5). Metodický postup je určen ke strategickému plánování regionů, přípravu energetických zdrojů a energetické infrastruktury s cílem vytvoření plánů a podmínek pro zajištění provozu kritické infrastruktury a koheze společnosti v krizových situacích v důsledku výpadku dodávek paliv do tepláren, výtopen a jiných stacionárních energetických zdrojů. Cílem metodiky je identifikace jak horního limitu potenciálu biomasy odnímatelného z porostů za krizové situace na daném území, tak i stanovení struktury tohoto potenciálu dle jednotlivých základních kategorií biomasy (zbytková biomasa – sláma, slamnaté a dřevnaté energetické plodiny, lesní těžební zbytky a část hroubí). To umožní jak posouzení míry pokrytí potřeb paliva biomasou vzhledem ke stávajícím technologickým omezením, tak i identifikaci případných potřebných změn v technologiích používaných pro výrobu tepla tak, aby bylo možné v daném místě (území) maximálně využít zde dostupné druhy biomasy v krizových situacích. Identifikace potenciálu biomasy vychází vždy z konkrétních podmínek daného území a umožňuje tak při jeho stanovení respektovat místní specifika (např. úrodnost půd, strukturu porostů, stáří lesa apod.).

3

Srovnání novosti postupů

Předkládaná metodika navazuje na metodiku stanovení potenciálu biomasy v zájmových územích při zajištění potravinové bezpečnosti2. Zaměřuje se však na vyčíslení standardního a dodatkového potenciálu lesní a zemědělské biomasy, který je možno získat v krizových situacích při akceptovatelném omezení environmentálních a tržních pravidel využívání biomasy. Nově je v metodice též řešena logistika biomasy včetně ztrát při dopravě a skladování, která je nutnou podmínkou pro zajištění dodávek biomasy do energetických zdrojů. Metodika pro stanovení dodatkového potenciálu biomasy pro využití v krizových situacích nebyla doposud v ČR certifikována.

2

Metodika předložena autory k certifikaci na MZe v roce 2013. 6

4

Uplatnění metodiky a ekonomické aspekty

Metodika je určena pro experty a proškolené specialisty (v oborech lesnictví, zemědělství, energetiky a GIS), kteří pro orgány státní správy, regionů, obce a energetické podniky zajišťují zpracování strategických plánů zajištění provozu kritické infrastruktury a koheze společnosti v krizových situacích v důsledku výpadku dodávek paliv do energetických zdrojů a to využitím dostupného domácího zdroje – biomasy. Metodiku je vhodné využívat pro detailní zhodnocení potenciálu biomasy zejména v těch územích, kde analýza využitím on-line SW KRIBIO3 ukazuje dobrý potenciál biomasy pro krizové situace4. Používání metodiky v praxi umožní racionální rozhodování o možnostech a využití regionálních zdrojů biomasy v případě výpadku dodávek stávajících paliv (fosilních i biomasy) do místních tepláren a výtopen. Podle analýzy zdrojů provedených v projektu je v ČR cca 50 sídel (s cca 2,5 mil. obyvatel), ve kterých je možné uvažovat o využití biomasy pro zajištění dodávek tepla a elektřiny.

3

SW KRIBIO je jeden z výstupů řešení projektu, v jehož rámci byla zpracována tato metodika. SW KRIBIO je volně dostupný nástroj (webová aplikace) umožňující základní posouzení potenciálu biomasy a jeho struktury v daném území. 4

Potenciál biomasy pro dané území (týká se to jak standardního, tak i dodatkového potenciálu biomasy) je zásadně ovlivněn konkrétními podmínkami analyzované lokality. Roli zde hrají faktory jako klimatické a půdní podmínky jednotlivých konkrétních pozemků, struktura pěstovaných zemědělských plodin, struktura a stáří lesních porostů atd. Potenciál biomasy, ale i jeho struktura, se tak pro obdobně velká území může několika násobně lišit. Při přípravě na případné krizové situace není možné vycházet z průměrných tabulkových hodnot, ale z konkrétních podmínek konkrétních lokalit a potřeby konkrétních energetických zdrojů. 7

5

Metodický postup stanovení potenciálu biomasy pro krizové situace

Metodika pro stanovení potenciálu biomasy – pro energetické využití v krizových situacích v teplárnách, výtopnách či decentralizovaných zdrojích – využívá jednak postupů stanovení „standardního“ potenciálu z lesní i zemědělské půdy při zachování principů dlouhodobé udržitelnosti a tržního využívání a dále postupů stanovení „dodatkového“ potenciálu biomasy, který počítá s možností omezení těchto principů na dobu krátkodobé krize (do 1 rok). Celkový krizový potenciál biomasy PBKt (v roce t) se skládá z: • standardního potenciálu biomasy dosažitelného ve standardních výrobních a obchodních podmínkách a při trvale udržitelném využívání zemědělské a lesní půdy – PBSt, • dodatkového potenciálu biomasy ze zemědělské a lesní půdy, který vzniká omezením některých z těchto podmínek – PBDt. PBKt = PBSt + PBDt

[1]

Pro stanovení standardního i dodatkového potenciálu biomasy na zemědělské půdě a lesní půdě se využívá tzv. bottom-up postup. Vychází primárně z produkčních podmínek jednotlivých stanovišť vyjádřených pro zemědělské půdy v bonitovaných půdně ekologických jednotkách (BPEJ) a pro lesní půdy v souborech lesních typů (SLT). K nim jsou přiřazovány očekávané výnosy a odpočítávány ztráty biomasy podle statistických nebo experimentálně získaných údajů s využitím modelu vytvořeného v prostředí GIS. Výsledný energetický potenciál biomasy pro zájmové území se vyjadřuje v energetických jednotkách (GJ, resp. jeho násobcích) za rok případně v hmotnostních jednotkách (tunách s definovanou vlhkostí). 5.1

Standardní potenciál biomasy

Standardní potenciál biomasy (s předpokladem použití v teplárnách, výtopnách či decentralizovaných zdrojích pro výrobu tepla a elektřiny) se skládá z: •

Potenciálu zbytkové biomasy z konvenčního zemědělství – především zbytková sláma při respektování potřeby slámy pro chov hospodářských zvířat a zachování půdní úrodnosti (zaorávání vysokého strniště řepky a příp. obilnin) – PSt (v roce t)

•

Potenciálu biomasy z energetických plodin pěstovaných na orné půdě v daném roce (PEPt) – jednoletých i víceletých energetických bylin/travin (PEB) a výmladkových plantáží rychle rostoucích dřevin (RRD) na orné půdě a trvalých travních porostech (TTP) (PRRD).

•

Potenciálu biomasy z lesní půdy, který je dán potenciálem lesních těžebních zbytků – PLTZt.

Celkový standardní potenciál biomasy PBSt je v daném roce dán součtem těchto zdrojů: PBSt = PSt + PEPt + PLTZt

[2]

Biomasa z trvalých travních porostů (seno) není do standardního potenciálu biomasy pro krizové situace zahrnována. Důvodem je technická obtížnost využití sena jako paliva v současných teplárnách a výtopnách. 8

5.2

Dodatkový potenciál biomasy

Zdroji pro navýšení potenciálu biomasy v krizových situacích jsou: •

Ze zemědělské půdy: o Část slámy konvenčních zemědělských plodin (pšenice, žito apod.) určená k zaorávání pro zachování půdní úrodnosti; sklízením na nízké strniště dojde ke zvýšení výnosu slámy (KSP). o Část sklizené slámy určené pro podestýlku ustájených hospodářských zvířat (SZ). o Štěpka z výmladkových plantáží RRD získaná zkrácením obmýtí a předčasnou sklizní mladších porostů (KRRD).

•

Z lesních porostů a půd: o Další dřevní sortimenty ze standardních nebo krizových těžeb (např. vláknina atd.) – zvýšení podílu dendromasy, která je použita pro energetické účely (PDS)

Celkový dodatkový potenciál biomasy PBDt je v daném roce dán součtem těchto zdrojů: PBDt = PSt*KSP + SZ + PEPt *KRRD + PLTZt + PDS 5.3

[3]

Hlavní faktory ovlivňující potenciál biomasy

Standardní i dodatkový potenciál biomasy pro energetické využití v daném území je funkcí více proměnných. Mezi ty základní patří: • rozloha půdy lesní a zemědělské a její rozdělení na ornou a trvalé travní porosty (TTP) • pěstební plocha jednotlivých konvenčních zemědělských plodin na orné půdě • pěstební plocha energetických plodin na orné půdě a na TTP (jen RRD) • druhové složení lesních porostů zejm. podíl jehličnatých a listnatých dřevin • produktivita pozemků a plodin (udávají je klimatické a půdní podmínky jednotlivých pozemků a výnosový potenciál plodin) • využití zdrojů biomasy pro neenergetické účely např. slámy pro živočišnou výrobu nebo na zaorávání do půdy; dendromasy pro průmysl (dřevozpracující, stavební atd.) • ekologické limity a agrotechnické zásady pro odnímání biomasy za účelem zachování půdní úrodnosti a příp. dalších mimo-produkčních funkcí zdrojů biomasy Standardní a doplňkový potenciál biomasy se mění v dlouhodobém horizontu dle toho, jak se mění uvedené parametry zejm. celková rozloha orné půdy a pěstebních ploch konvenčních a energetických plodin v daném území, stavy hospodářských zvířat příp. využití dřevní suroviny apod. Krizový potenciál biomasy resp. jeho dostupnost závisí významně na okamžiku vzniku krizové situace. V průběhu roku se dostupnost biomasy z jednotlivých zdrojů mění a to jak vzhledem k měnícím se parametrům biomasy (např. vlhkost), tak i vzhledem k tomu, zda je daná forma biomasy v daném okamžiku dostupná. V metodice je krizový potenciál biomasy v průběhu roku stanovován pro období jednoho příp. dvou měsíců (viz Tab. 4). 9

6

Postup stanovení potenciálu biomasy na zemědělské půdě

Pro stanovení standardního i dodatkového potenciálu biomasy na zemědělské půdě je využíván tzv. bottom-up postup, který vychází z produkčních charakteristik zemědělských pozemků definovaných v bonitovaných půdně ekologických jednotkách (BPEJ). K nim jsou přiřazovány očekávané výnosy biomasy a odpočítávány ztráty a omezení podle statistických nebo experimentálně získaných údajů. Kalkulace a zobrazení výsledků zejména na větších územích je vhodné provádět pomocí SW zpracovaného v prostředí GIS. 6.1

Principy stanovení standardního potenciálu biomasy na zemědělské půdě

Metodika výpočtu standardního potenciálu biomasy na zemědělské půdě vychází z následujících principů: Rozloha půd a pěstebních ploch a. Zemědělskou půdou se v kontextu této metodiky rozumí obhospodařovaná půda dle evidence obhospodařované půdy LPIS v základním členění na ornou půdu, trvalé travní porosty a ostatní půdu včetně výmladkových plantáží RRD. Rozloha zemědělské půdy dle evidence LPIS se významným způsobem odlišuje od rozlohy zemědělského půdního fondu (ZPF) dle evidence katastru nemovitostí a pozemků. Zde jsou pod kategorií zemědělská půda, orná půda apod. evidovány i pozemky u kterých ve velké míře reálně nepřichází do úvahy pěstování jak konvenčních, tak i energetických plodin (např. zahrady, půda v sídlech, pozemky menší než 1ha atd.). b. Základním zájmovým územím pro stanovení potenciálu biomasy na zemědělské půdě je okolí energetického zdroje resp. sídla. Podkladové databáze (výnosové mapy) pro jejich analýzu jsou vytvářeny pro úroveň celé ČR nebo kraje, pro něž jsou dostupné údaje o rozlohách jednotlivých plodin. V případě dostupnosti těchto dat může být zpracován podklad i pro jiný územní celek (např. okres nebo region). c. Pro stanovení potenciálu biomasy na zemědělské půdě se využívá tzv. bottom-up postup. Vychází se tak z podmínek jednotlivých pozemků evidovaných v příslušné datové evidenci obhospodařované půdy (LPIS) a přiřazování typického očekávaného výnosu biomasy pro danou konvenční či energetickou plodinu. d. Metodika předpokládá, že stanovením aktuálního potenciálu biomasy v zájmovém území, je zachována rozloha jednotlivých konvenčních zemědělských plodin podle posledních dostupných podkladů (statistické a komoditní zprávy, LPIS atd.). Podíl jednotlivých konvenčních plodin je vstupním parametrem metodiky. e. V případě potřeby zhodnocení budoucího potenciálu biomasy pro krizové situace se standardní potenciál biomasy modeluje pro předpokládané rozlohy energetických i konvenčních plodin. Tyto údaje jsou čerpány z prognóz a strategických dokumentů vlády a rezortů (např. APB, SEK). Produktivita pozemků a plodin f. Výnos biomasy konkrétních konvenčních i energetických plodin na daném pozemku determinují klimatické a půdní podmínky charakterizované dle české bonitace zemědělských půd tzv. bonitačními půdně ekologickými jednotkami (BPEJ).

10

g. Pro stanovení potenciálu reziduální biomasy se předpokládají následující „konvenční“ plodiny: jarní ječmen, ozimá pšenice, řepka olejná, tritikále, žito a oves, jejichž sláma je vhodná pro přímé spalování. h. Pro stanovení potenciálu cíleně pěstované biomasy pro přímé spalování se předpokládá využití v současnosti nejpoužívanějších lignocelulozních energetických plodin – tedy rychle rostoucích dřevin (topoly, vrby), ozdobnice obrovské (Miscanthus × giganteus), schavnatu (Rumex OK2), lesknice rákosovité (Phalaris arundinacea) a příp. dalších travin. i. Potenciál biomasy jednotlivých plodin je stanovován na základě tzv. očekávaného výnosu což je dlouhodobý průměr pro dané stanoviště (BPEJ) při předpokladu použití standardních agrotechnických postupů. Meziročně však může vlivem klimatu docházet k významným výkyvům výnosů. Omezení pro potenciál j. Od potenciálu zbytkové slámy je nutno odečíst spotřebu pro živočišnou výrobu (podestýlka a krmivo) a dále množství pro zaorání z důvodu zachování půdní úrodnosti (podílu humusu). k. Potenciál biomasy pro dané území je primárně stanovován na „pozemku“ bez odpočtu ztrát ze skladování a dopravy. Při řešení subúlohy, kdy je zadán požadavek dopravy na místo, dochází k zahrnutí ztrát při dopravě a skladování. l. Stanovení zbytkové biomasy u obilnin a řepky je odvozeno od výnosu zrna resp. semena a využívá se koeficientu vypočteného z poměrů zrno : sláma u současných druhů a odrůd. V případě nasazení nových odrůd s výrazně jiným poměrem zrno : sláma je třeba vstupy modelu aktualizovat. 6.2

Principy stanovení dodatkového potenciálu biomasy na zemědělské půdě

Metodika výpočtu dodatkového potenciálu biomasy na zemědělské půdě vychází z následujících principů: a. Využití zemědělské půdy je dané, podíl konvečních a energetických plodin, struktura pěstovaných konvenčních a energetických plodin se nemění a předpokládá se, že krize přichází bez předstihových signálů a není na ní možné reagovat změnou osevních plánů a způsobů využití zemědělské půdy. b. Při stanovení dodatkového potenciálu biomasy se vychází ze stejné prostorové alokace konvečních a energetických plodin na pozemky jako u standardního potenciálu. c. Pro dodatkový potenciál biomasy na zemědělské půdě tvoří zbytková sláma používaná pro podestýlku hospodářských zvířat, sláma pro zaorání získaná změnou sklizně (nízké strniště) a biomasa získaná předčasnou sklizní výmladkových plantáží RRD. d. Dodatkový potenciál biomasy ovlivňuje období roku, v kterém krizová situace nastává. Dostupnost zdrojů biomasy v roce metodika řeší v dvouměsíčních příp. měsíčních intervalech. e. Pokud dojde ke vzniku krizové situace bezprostředně po sklizni konvečních plodin, započítá se tento dodatkový potenciál plně. Pokud k ní dojde později, započítá se reciproční část dle uplynulé doby.

11

f. V případě potřeby zhodnocení dodatkového potenciálu biomasy pro budoucí krizové situace se vstupní parametry aktualizují podle aktuálních prognóz a strategií. Podkladem však musí být aktualizovaný standardní potenciál (viz předchozí kapitola).

6.3 Podklady pro výpočet standardního a dodatkového potenciálu biomasy Následující kapitoly uvádějí výčet a popis hlavních podkladů pro metodiku. Správné využití těchto podkladů je možné v zásadě pouze expertem nebo proškoleným specialistou v oborech lesnictví, zemědělství, energetiky a GIS. Vzhledem ke značnému množství dat je nezbytná SW podpora (GIS, tabulkový procesor) pro zpracování rozsáhlých mapových a dalších podkladů (včetně výkonné výpočetní techniky). 6.3.1

Základní zdroje primárních dat

Hlavními zdroji dat pro stanovení potenciálu biomasy touto metodikou jsou: • mapy SMO 5 (státní mapa odvozená) v měřítku 1: 5000, • databáze (mapy) LPIS, které obsahují druh skutečných kultur na zemědělské půdě • databáze (mapy) BPEJ resp. HPKJ (bonita zemědělských půd), • komoditní a statistické ročenky (údaje o rozloze konvenčních plodin v jednotlivých územích, údaje o hospodářských zvířatech v jednotlivých územích apod.), • výsledky polního testování energetických plodin (VÚKOZ, VÚRV, věd. literatura) • údaje o budoucí cílové rozloze energetických plodin (např. APB MZe, SEK MPO aj.) Pozn.: databáze LPIS a BPEJ jsou k dispozici jako komerční produkt (služba) u jejich zpracovatelů tzn. MZe/SZIF resp. VÚMOP, v.v.i. Ostatní vstupní data jsou buď obsažena ve veřejně dostupných zdrojích (např. statistické a komoditní ročenky) nebo v této metodice.

6.3.2

Typologie pozemků a výnosy plodin na zemědělské půdě

Klíčovým krokem metodiky je vytvoření typologie zemědělských pozemků resp. stanovišť (s definovanými půdními i klimatickými podmínkami) pro konvenční a energetické plodiny, které připadají v úvahu pro analýzu území. Typologie rozděluje zemědělské pozemky do (pěstebních) oblastí podle jejich vhodnosti pro pěstování jednotlivých plodin a současně udává jejich očekávaný výnos v těchto kategoriích. Pro vytváření typologie je využívána soustava bonitovaných půdně ekologických jednotek (tzv. BPEJ) bonitace zemědělských půd v ČR (Rejfek et. al 1990, Němec, 2001). Bonitovaná půdně ekologická jednotka zemědělských pozemků se vyjadřuje pětimístným číselným kódem (psáno např. 2.11.14 nebo 21114) hlavní půdní a klimatické podmínky, které mají vliv na produkční schopnost zemědělské půdy a její ekonomické ohodnocení. První číslice udává klimatický region, druhá a třetí číslice vymezují příslušnost k určité hlavní půdní jednotce (01–78), čtvrtá číslice stanoví kombinaci svažitosti a expozice pozemku ke světovým stranám a pátá číslice určuje kombinaci hloubky půdního profilu a jeho skeletovitosti.

12

Při stanovení standardního potenciálu biomasy na zemědělské půdě se vychází z faktu, že klimatické a půdní podmínky konkrétního pozemku (stanoviště) určují dlouhodobý průměr výnosu, který je možno očekávat u dané plodiny za předpokladu použití optimalizovaných agrotechnologií a obvyklého průběhu počasí. Konkrétnímu pozemku, popsanému hodnotou BPEJ, resp. HPKJ tak lze přiřadit očekávaný výnos dané plodiny – ať už konveční zemědělské plodiny, či energetické plodiny. Pro stanovení očekávaných výnosů konvenčních zemědělských plodin v rámci typologie jsou použity jejich výnosy biomasy nebo hlavního produktu na jednotlivých BPEJ, které jsou průměrem z celostátních hodnocení sklizní těchto plodin za více roků (Němec 2001, Rejfek et al. 1990). Pro menší územní celky lze použít, pokud jsou dostupná, i empirická data výnosů plodin ve vztahu k BPEJ v území. Pro vytvoření typologie půd a výpočet očekávaných výnosů nových energetických plodin, jsou používány výsledky dlouhodobého polního testování těchto plodin na několika lokalitách v rámci výzkumných projektů započatých roku 1994 (např. Weger, 2009, Havlíčková et al, 2010, Weger, Bubeník, 2011, 2012, Weger et al, 2013). Pro každou plodinu jsou vytvořeny 4 až 6 pěstebních oblastí v systému BPEJ resp. HPKJ. K nim jsou z polních výnosů vytvořeny výnosové křivky pro dobu předpokládané životnosti porostů a vypočteny očekávané průměrné výnosy (t (suš.)/ha/rok). Výnos použitý pro kalkulace je reprezentovaný střední hodnotou intervalu hodnot v Tab. 1. Pro stanovení výnosů RRD na trvalých travních porostech se použije stejný metodický postup jako na orné půdě, tj. vychází se z typologie stanovišť dle HPKJ. Kategorie výnosů RRD na TTP jsou stejné jako pro RRD na orné půdě. Tab. 1: Intervaly očekávaných výnosů energetických plodin dle kategorií typologie stanovišť Kategorie RRD Ozdobnice Schavnat typologie [t (suš).ha-1] [t (suš).ha-1] [t (suš).ha-1] K1 >13,00 >13,1 >10,00 K2 11,01–13,00 9,01–13,0 7,51–10,00 K3 9,01–11,00 5,01–9,00 5,01–7,50 K4 7,01–9,00 <5,01 2,51–5,00 K5 5,01–7,00 <2,51 K6 < 5,01 Zdroj: Havlíčková et al (2010) – aktualizováno 2013, VÚKOZ

Lesknice rákosovitá [t (suš).ha-1] >6,61 5,41–6,60 4,21–5,40 3,01–4,20 <3,00

13

6.3.3

Agronomický princip alokace konvečních plodin na pozemky v zájmovém území

Při stanovení potenciálu zbytkové biomasy z konvenčních plodin je třeba tyto alokovat k jednotlivým pozemkům, protože reálná umístění plodin na konkrétních pozemcích nejsou a nemohou být známé – z důvodů nutnosti střídání plodin dle osevních postupů. V metodice používáme postup, který vychází z agronomického principu, kdy je na pozemek nejprve alokována plodina s nejvyššími nároky na kvalitu stanoviště. Současně se „alokovaná“ plocha jednotlivých plodin musí rovnat jejich skutečným pěstebním plochám v zájmovém území dle zemědělské evidence. Při alokaci se pracuje s následujícím pořadím konvenčních plodin, které bylo provedeno dle jejich nároků na kvalitu zemědělských stanovišť v podmínkách ČR (Havlíčková et. al, 2010): 1. Cukrovka 2. Kukuřice na zrno 3. Jarní ječmen 4. Ozimá pšenice 5. Řepka 6. Kukuřice na siláž 7. Tritikále 8. Plodiny na krmivo 9. Žito 10. Oves 11. Ostatní plodiny Pořadí plodin pro alokaci je jedním ze vstupních parametrů algoritmu pro stanovení potenciálu zbytkové biomasy. Pořadí nároků na kvalitu stanoviště musí odrážet aktuální poznatky v pěstování konvenčních plodin v daném regionu. V případě změny agrotechnologií či změny sortimentu pěstovaných plodin v zájmovém území je třeba provést posouzení platnosti tohoto pořadí. Vlastní postup stanovení potenciálu biomasy na zemědělské půdě

6.4

Vzhledem k aplikaci „bottom-up“ přístupu, kdy se potenciál biomasy odvozuje od jednotlivých konkrétních pozemků je realizace výpočtu podmíněna SW podporou v prostředí GIS (geografické informační systémy). 6.4.1

Algoritmus stanovení standardního potenciálu biomasy

Základním metodickým principem při stanovení standardního potenciálu je preference konvečního zemědělství před pěstováním energetických plodin a jejich alokace podle agronomického postupu. Obecný algoritmus stanovení standardního potenciálu biomasy na zemědělské půdě pro energetické účely se skládá z následujících kroků: 1. Alokace konvenčních plodin na orné půdě a výpočet potenciálu slámy Prvním krokem algoritmu je alokace konvečních plodin na jednotlivé pozemky. Jednotlivé konveční zemědělské plodiny jsou k jednotlivým pozemkům přiřazovány v pořadí jejich nároků na kvalitu zemědělské půdy. Začíná se plodinou s nejvyššími nároky na kvalitu zemědělské půdy a pak se pokračuje dalšími plodinami dle sestupného pořadí dle nároků na kvalitu půdy. Daná plodina je postupně přiřazována k jednotlivým pozemkům tak, že nejdříve jsou obsazovány danou plodinou ty pozemky, které pro ni zajišťují maximální potenciální výnos. Poté se danou plodinou obsazují další pozemky, zajišťující druhý nejvyšší potenciální výnos atd. Postup obsazování pozemků pro danou plodinu končí, když je dosaženo rozlohy pěstební plochy dané plodiny v zájmovém území. Výnos slámy konkrétní konveční plodiny pro daný pozemek je spočítán jako součin očekávaného výnosu zrna a koeficientu slámy (Ks) udávající podíl hmotnosti slámy a zrna při

14

sklizni. Koeficient zahrnuje také podíl slámy zanechané ve formě vysokého strniště na poli pro zaorávání za účelem zachování půdní úrodnosti – viz Tab. 2. Tab. 2: Koeficienty pro stanovení množství slámy pro standardní potenciál a hodnoty výhřevnosti slámy

Pšenice Ječmen Oves Triticale Žito Řepka

Koeficient přepočtu slámy ze zrna (Ks) 0,8 0,7 1,05 1,3 1,2 0,8

výhřevnost slámy v GJ.t-1 při 12 % vlhkosti 15,7 15,7 15,7 15,7 15,7 17,5

Celkový potenciál zbytkové slámy je pak dán součtem hodnot za jednotlivé pozemky „obsazené“ konvečními plodinami po snížení o spotřebu slámy pro živočišnou výrobu (skot, ovce, berani a koně). Data o současném stavu chovu zvířat lze získat z Českého statistického úřadu. Ta jsou zpracována metodikou hodnocení zemědělských podniků, podle které má skot spotřebu 1,5 kg slámy na kus a den na podestýlku a 1 kg na krmení. Ovce má spotřebu 1 kg slámy na kus a den na podestýlku a 1 kg na krmení. U řepky se může energeticky využít veškerá reziduální sláma po zanechání tzv. vysokého strniště a pro hospodářská zvířata se využije pouze sláma obilovin. Uvažovat je také třeba technologické ztráty při sklizni a transportu (až 10 %). V posledním kroku je třeba zbytkovou slámu po odečtení spotřeby živočišné výroby vynásobit hodnotou výhřevnosti (při 12 % vlhkosti) pro jednotlivou plodinu viz tab. 2. V případě kalkulace s jinou vlhkostí je nutno použít odpovídající výhřevnost slámy. 2. Alokace energetických plodin na orné půdě a výpočet potenciálu biomasy Pro alokaci energetických plodin je použita orná půda (pozemky) s nejnižšími výnosy pro konveční plodiny. Celková rozloha orné půdy pro alokaci energetických plodin je dána koeficientem využití orné půdy pro energetické plodiny. Danému pozemku, který je určen pro alokaci energetické plodiny, se přiřadí energetická plodina s nejvyšším hektarovým výnosem pro půdní a klimatické podmínky tohoto pozemku (BPEJ/HPKJ). S alokací se pokračuje do okamžiku obsazení všech „volných“ pozemků pro energetické plodiny. Potenciál energetických plodin na orné půdě je pak určen součtem výnosů biomasy z pozemků obsazených jednotlivými energetickými plodinami. Pro každý obsazený pozemek je výnos biomasy určen jako násobek jeho rozlohy a příslušného očekávaného hektarového výnosu pro příslušnou pěstební oblast dle typologie pozemků (BPEJ/HPKJ). 3. Alokace rychle rostoucích dřevin na trvalých travních porostech a výpočet jejich potenciálu Celková rozloha výmladkových plantáží RRD na TTP je pro dané zájmové území určena jako násobek zadaného relativního podílu výmladkových plantáží a celkové rozlohy TTP v zájmovém území. Pozemky se specifickými podmínkami (např. pozemky v CHKO a NP, resp. v dalších územích environmentálními omezeními jsou vyjmuty z alokace). Přiřazování pozemků pro výmladkové plantáže začíná pozemky s nejvyššími výnosy biomasy z výmladkových plantáží a postupně se obsazují i pozemky s nižšími výnosy tak dlouho dokud není dosaženo celkové pěstební plochy výmladkových plantáží na TTP. Na TTP není možné pěstovat jiné nedřevnaté energetické plodiny z administrativních důvodů 15

(převod půdy na ornou). Potenciál výmladkových plantáží na TTP je pak vypočten stejným postupem jako na orné půdě. 4. Výpočet celkového standardního potenciálu zemědělské biomasy Celkový standardní potenciál biomasy je dán součtem potenciálu zbytkové biomasy z konvečních plodin na orné půdě, potenciálu biomasy energetických plodin pěstovaných na orné půdě a na trvalých travních porostech (jen RRD) – viz vzorec [2]. 6.4.2

Algoritmus stanovení dodatkového potenciálu biomasy

Při stanovení dodatkového potenciálu biomasy se vychází z alokace plodin a výnosů biomasy pro standardní potenciál biomasy, který je navýšen dále o zdroje a podíly: 1. Stanovení dodatkového potenciálu slámy Standardní výnos slámy obilnin pro energetické využití je navýšen o množství používané na podestýlku v chovech hospodářských zvířat. Sláma na krmné účely se zachová, protože pro ni není adekvátní substitut. Pokud dojde ke vzniku krizové situace bezprostředně po sklizni konvečních plodin, započítá se tento dodatkový potenciál plně. Pokud by došlo ke vzniku krize později, započítá se proporcionální část dodatkového potenciálu slámy podle uplynulé doby (např. dva měsíce po sklizni jen 10/12 celkového množství). Dále může být dodatkový potenciál v krizové situaci navýšen o podíl slámy řepkové i obilné, který je zaoráván z důvodu zachování půdní úrodnosti. Uvedený postup je proto možný uplatňovat výjimečně v době vážné krize. Koeficient Ks – přepočtu slámy z výnosu zrna – se zvýší o podíl slámy na půdní úrodnost. V praxi se tohoto navýšení dosáhne sklizní na „nízké strniště“ a vypočte se s využitím následující tabulky: Tab. 3: Koeficienty pro výpočet množství slámy z výnosu zrna při nízkém strništi

Pšenice Ječmen Oves Triticale Žito Řepka

Koeficient slámy (Ksp) při sklizni na nízké strniště 0,92 0,81 1,21 1,5 1,38 1,04

výhřevnost GJ.t-1 při 12 % vlhkosti 15,7 15,7 15,7 15,7 15,7 17,5

2. Stanovení dodatkového potenciálu rychle rostoucích dřevin Dodatkový potenciál může být v krizové situaci jednorázové navýšen také zvýšením rozlohy sklízených výmladkových plantáží RRD (tzn. předčasnou sklizní mladších porostů resp. zkrácením plánované doby obmýtí). V současné době se jedná o okrajový zdroj, který by však v případě plánovaného rozvoje plantáží mohl stát strategickým místním zdrojem. U dalších energetických plodin sklízených každoročně není dodatkové navýšení možné. V případě výmladkových plantáží RRD je dodatkový potenciál docílen využitím následujících předpokladů a postupů: - Respektuje optimální období sklizně (XII–III); mimo toto období je sklizeň možná, ale může významně snížit produkční schopnost dřevin. 16

-

-

6.4.3

Předpokládá se standardní 3-leté obmýtí plantáží RRD a rovnoměrné rozložení stáří plantáží na daném území (tj. jednoletých, dvouletých a tříletých porostů). Dodatkový potenciál RRD je docílen „předčasnou“ sklizní 2-letých porostů na orné půdě i TTP. Na třetině pěstební plochy RRD je standardní výnos biomasy násoben korekčním koeficientem 0,55 – který vyjadřuje průměrný výnos v důsledku zkrácení obmýtí na dva roky. U 1-letých RRD se sklizeň neuvažuje z důvodu nízkého výnosu. V případě využívání předčasných sklizní a opakování krizí v kratší než čtyřleté periodě je nutno počítat s nižším standardním potenciálem biomasy v důsledku nerovnoměrné věkové struktury plantáží (nedojde k vyrovnání věkové struktury plantáží prodloužením následujícího obmýtí na 4 roky). Stanovení potenciálu biomasy s ohledem na období roku

Potenciál biomasy je nutno stanovit též s ohledem na různá období roku. a. Pokud krizová situace začíná v období roku po skončení sklizně, příspěvek k dodatkovému potenciálu biomasy z titulu změny způsobu sklizně je nulový. b. Pokud krizová situace nastává v daném roce před započetím sklizně konvečních plodin, započítá se biomasa ze změny způsobu sklizně (nízké strniště) plně. Tab. 4: Předpokládaná distribuce biomasy v průběhu roku podle hlavních zdrojů Měsíce Zdroje biomasy Sláma obilnin Sláma řepková Rychle rostoucí dřeviny Ozdobnice Lesknice a jiné traviny Schavnat Lesní těžební zbytky

I

II

III

IV V VI VII VIII IX % ročního potenciálu biomasy 40% 60% 90% 10%

25% 25% 25% 33% 33% 33% 33% 33% 33% 8%

8%

8%

X XI

XII

25%

100% 8% 8% 8% 8%

8%

8% 8% 8% 8%

6.5 Logistické řetězce biomasy a redukce potenciálu ztrátami při dopravě V této kapitole je řešena logistika biomasy, která je podmínkou pro realizaci jejího potenciálu v krizových situacích. Zejména se jedná o technologie zajištění dodávek biomasy a výpočet ztrát (hmoty, energie) při dopravě a skladování z místa vzniku do energetických zdrojů. Pro kvantifikaci redukce potenciálu biomasy v důsledku ztrát při dopravě ze zemědělského pozemku ke zdroji byly nejprve definovány možné logistické řetězce a následně vybrány relevantní pro zásobování tepláren a výtopen v krizových situacích (viz Tab. 5). V zásadě se jedná o logistické řetězce slámy a dřevní štěpky, které se částečně liší potřebnými technologiemi. Nedostatek kapalných paliv nebyl uvažován - vycházelo se zde z povinnosti státu tvořit minimální zásoby ropy právě pro příklad takovýchto krizí (viz Směrnice 2009/119/ES). Tab. 5: Logistické řetězce zdrojů biomasy ze zemědělské půdy v krizových situacích. Zdroj biomasy Produkt Využití-energetický zdroj 1. Výmladkové plantáže RRD Dřevní štěpka Lokální teplárny a výtopny 2. Plantáže ozdobnice Sláma Lokální teplárny a výtopny 3. Porosty lesknice a travin Sláma Lokální teplárny a výtopny 4. Plantáže schavnatu Sláma Lokální teplárny a výtopny 5. Obilniny Reziduální sláma Lokální teplárny a výtopny 6. Řepka olejná Reziduální sláma Lokální teplárny a výtopny

17

Pro logistické řetězce výmladkových plantáží RRD (č.1) existují dva technologické postupy: Jednofázová sklizeň RRD (LR1) Tento způsob využívá většinou samojízdné řezačky RRD, případně tažené sklízecí stroje schopné okamžité výroby dřevní štěpky nebo jemnější řezanky přímo na poli (viz obrázek). Výkonnost se pohybuje v rozmezí 0,5–0,8 ha/hod (30–120 t/hod). Čerstvá štěpka má vlhkost (50–55%) a je snadno manipulovatelná a dopravovatelná do teplárny (do 10 km) nebo na odvozní místo traktorovými návěsy (9 až 16 t). Doprava z odvozního místa nákladními automobily se standardními nebo speciálním kontejnery (tzv. walking floor; 24 t). Ztráty štěpky při sklizni a dopravě se pohybují v rozsahu 3 až 7%. Ztráty energetického obsahu se při venkovním skladování na hromadách trojúhelníkového průřezu do 1 roku pohybují okolo 5%. Obr 2: Schéma logistických řetězců štěpky výmladkových plantáží RRD (orig. Bubeník, 2013)

Vícefázová sklizeň RRD (LR2) Jednoduché přídavné zařízení na traktor nebo specializovaný sklízecí stroj podřezává kmeny RRD ve zvolené výšce nad zemí. Na menších rozlohách je pro sklizeň možno použít křovinořez a motorovou pilu. Následně stroj nebo manuální pracovníci kmeny a větve snesou na hromady nebo do snopků, které se ponechají na plantáži. Po částečném vyschnutí na vzduchu (1–3 měsíce) jsou snopky štěpkovány mobilním štěpkovačem. Štěpka o vlhkosti 30–45%, je vhodná i pro spalování v topeništích s nižším až středním výkonem. Ztráty štěpky při sklizni a dopravě se pohybují v rozsahu 2–5%. Logistické řetězce (č.2-6) slamnatých plodin Pro sklizně slamnatých plodin existují v zemědělské praxi propracované technologické postupy a s nimi související logistické řetězce. Při sklizni konvenčních plodin kombajnem (obilniny a řepka) je zbytková sláma ponechána na poli pro snížení vlhkosti slámy. Sláma se pak lisuje nebo svinuje do balíků: • Válcové – průměr 1,8 m, obsah až 3 m3 (120 kg.m3), hmotnost 100–500 kg. • Hranaté – hustota balíku (150 kg.m3), hmotnost 100–800 kg. • Rotační – hustota balíku (350 kg.m3), hmotnost balíku 20–50 kg, Standardní střednědobé uskladnění pro výtopny a teplárny je ve stozích na poli. Celé stohy suché slámy (vlhkost 12 %, výhřevnost 15,7 GJ/t) mohou být baleny systémem POMI WRAP do strečové fólie, která zajistí trvanlivost materiálu až 16 měsíců, se ztrátami do 1 %. Ztráty slámy při sklizni a dopravě se pohybují v rozsahu 5 až 10 %. 18

Pro sklizeň slamnatých energetických plodin (ozdobnice, schavnat, lesknice aj.) jsou používány sekačky nebo řezačky. Následné kroky jsou shodné s reziduální slámou obilnin. Obr 3: Schéma logistických řetězců slámy a řezanky konvenčních a energetických plodin (orig. Bubeník, 2013)

19

7

Postup pro stanovení potenciálu lesní biomasy

Pro metodiku stanovení potenciálu lesní biomasy v krizových situacích je podobně jako u zemědělské biomasy využíván tzv. bottom-up postup. Vychází z produkčních podmínek lesních oblastí a porostů definovaných podrobně v souborech lesních typů (SLT). K nim jsou přiřazovány očekávané výnosy zdrojů dendromasy podle statistických nebo experimentálně získaných údajů a odpočítávány ztráty a omezení dané legislativou a dalšími předpisy. Standardním zdrojem biomasy k energetickému využití jsou lesní těžební zbytky (LTZ) z mýtních těžeb (stromové vršky, větve s asimilačním aparátem), které se označují jako nehroubí. Pro krizové scénáře je možné uvažovat o využití hmoty hroubí resp. některých „méně kvalitních“ sortimentů. 7.1.1

Definice zdrojů lesní biomasy pro energetické využití

Legislativa definuje biomasu pro energetické využití ve dvou vyhláškách: • vyhláška č. 482/2005 Sb., o stanovení druhů, způsobů využití a parametrů biomasy při podpoře výroby elektřiny z biomasy; • vyhláška č. 5/2007 Sb., kterou se mění vyhláška č. 482/2005 Sb., o stanovení druhů, způsobů využití a parametrů biomasy při podpoře výroby elektřiny z biomasy. Lesní dendromasu (dle vyhlášky č. 482/2005 Sb., o stanovení druhů, způsobů využití a parametrů biomasy při podpoře výroby elektřiny z biomasy, skupiny 3) tvoří: • palivové dřevo • zbytky z lesního hospodářství, např. zbytky z prořezávek a probírek, lesní těžební zbytky (LTZ), např. vršky, větve. Lesní těžební zbytky (LTZ, bez kořenů, pařezů a asimilačních orgánů) jsou zbytky nehroubí (kmenů a větví s maximálním čepovým průměrem do 7 cm) po mýtní příp. nahodilé těžbě. Hroubí je v ČR definováno jako nad zemí vzrostlé čerstvé dříví s minimální středovou tloušťkou ≥ 7 cm včetně kůry. Do hroubí se nepočítají pařezy po skácení. Zbývající nadzemní hmota (bez pařezů) je nehroubí. Jedná se zejména o vršky stromů a větve. Poměry jednotlivých částí hroubí a nehroubí jsou uvedeny v Tab. 6. Tab. 6.: Tabulky pro přepočet hmoty hroubí na hmotu stromovou poměr částí ve vztahu poměr částí ve vztahu k k hroubí s kůrou celkové dendromase Nadzemní 0,89 0,66 kmen (hroubí) b.k. dendromasa 0,11 0,08 kůru (na hroubí) 0,14 0,11 větve (nehroubí) s.k. 0,02 0,02 pařez 0,06 0,05 asimilační aparát 0,91 Celkem nadzemní b. 1,22 0,09 Podzemní dendromasa Kořeny 0,12 1,00 Celková dendromasa 1,34 Zdroj: Forest Resource Assessment, FAO 2005; pozn.: hroubí + kůra = 1,0 , pařez + kořeny = 0,14 Stromová dendromasa

rozdělení

Měření a sortimentace dříví v ČR se řídí dle ČSN 48 0051 – Sortimenty surového dříví, surové kmeny, a ČSN 48 0055 a 56 – Jehl. a List. sortimenty surového dříví. 20

7.2

Zdroje standardního a dodatkového potenciálu lesní biomasy

Lesní těžební zbytky (bez kořenů, pařezů a asimilačních orgánů) vznikající z mýtní úmyslné těžby a případně soustředěné těžby nahodilé tvoří standardní potenciál biomasy z lesních porostů dostupný za nekrizových podmínek a při dodržení pravidel pro jejich odběr z lesních ekosystémů. Intenzita sběru LTZ se primárně, bez zohlednění limitů diskutovaných v dalších částech metodiky, předpokládá max. do 80 % obnovované plochy (20 % LTZ je vždy ponecháno na pasece). Z praktických zkušeností v ČR maximální využitelnost LTZ při mechanizovaném sběru dosahuje hodnot 70 až 80 % z disponibilního objemu po mýtní těžbě. Využitelnost zohledňuje nepříznivé podmínky, ke kterým může při sběru LTZ dojít vzhledem k používaným technologiím, jejich výkonnosti, roztroušenosti biomasy, ekonomice a terénním podmínkám. V podmínkách energetické krize je možno využít zejména méně kvalitní sortimenty z vytěženého hroubí určené za normální situace k jinému hospodářskému využití. Jedná se o dendromasu zejména 6. sortimentní třídy (palivo), ale i 5. třídy (vláknina), 4. třídy (důlní dříví, dolovina), které tedy tvoří dodatkový potenciál. Využití lesní biomasy z prořezávek a probírek není uvažováno ani v krizových situacích z důvodu složitosti soustřeďování menších roztroušených objemů biomasy. Také v případě krizového odnímání hroubí je důležité si uvědomit, že nejde o nový zdroj, ale o změnu využití části standardní produkce z lesních porostů, kdy jsou stále platné základní principy trvalé udržitelnosti hospodaření v lesích včetně principů ochrany přírody. 7.2.1

Stanovení podmínek pro odběr LTZ z lesních ekosystémů

(dle Macků, J., 2009) Odběr biomasy pro energetické využití musí v krizové i nekrizové situaci probíhat tak a v takové míře, aby zachovával principy trvalé udržitelnosti hospodaření v lesích a ochrany přírody. V následujícím textu je provedena podrobná analýza, jejímž výsledkem je stanovení podmínek odběru lesní biomasy zohledňující rizika dopadu na půdu, koloběh živin a biologickou rozmanitost. 7.2.1.1

Hodnocení rizika nutriční degradace půd odběrem lesních těžebních zbytků

Hodnocení faktorů ovlivňujících riziko nutriční degradace lesních ekosystémů při odběru LTZ pro energetické využití vychází z exaktně podložených podkladů. Proto není vhodné uplatnit pojetí principu předběžné opatrnosti, jako vhodnější se jeví využití principu přijatelného rizika. Každá funkce půdy je reprezentována několika indikátory, přičemž tytéž indikátory můžeme použít pro hodnocení několika funkcí. Např. filtrační a pufrační funkce je ovlivňována následujícími indikátory – dýchání půdy, textura, sorpční komplex, obsah humusu, obsah mikrobiální biomasy, zatížení chemickými látkami, zbytky herbicidů. V následujících podkapitolách je uveden základní přehled faktorů, které definují podmínky pro dodržení principu přijatelného rizika při odebírání LTZ k energetickému využití. Podrobnější popis je uveden v analýze provedené ÚHÚL (2009).

21

7.2.1.1.1

Faktory ovlivňující nutriční bilanci lesních ekosystémů

Rozhodující a omezující činitelé ovlivňující nutriční režim lesního ekosystému se hodnotí komplexně na ekosystémové úrovni, prezentované soubory lesních typů (SLT), případně jejich agregacemi (strukturovanými cílovými hospodářskými soubory – SCHS). Na úrovni HS lze uplatnit omezující činitel – faktor biodiverzity, provozně-technologická omezení a limitující funkční zaměření. Rozhodující činitelé ovlivňující nutriční režim lesních ekosystémů: Faktor trofnost lesních půd dekompozice, humifikace a mineraliz. dendromasy vodní režim vs. teplota unikátnost půd

kritéria sorpční komplex (kapacita a nasycenost) forma a tloušťka nadložního humusu (C/N) typ vodního režimu a LVS specifické vlastnosti

Omezující činitelé ovlivňující nutriční režim lesních ekosystémů: kritéria Faktor chráněné biotopy, genové základny biodiverzita odlišný způsob hospodaření provozně-technologický f. kategorizace lesů funkční zaměření

7.2.1.1.2

Trofnost lesních půd

Z celého souboru půdních vlastností jsou daleko nejvýznamnější sorpční vlastnosti půd, a to zejména hodnoty výměnné sorpční kapacity (T) a nasycení sorpčního komplexu (V). Uvažovány jsou přitom průměrné hodnoty u povrchových půdních horizontů (topsoil). Lesní půdy mají zpravidla vysokou hodnotu (T) a naopak nízký stupeň (V). Srovnání potenciálu kapacitních možností, tj. vázat bazické kationy s nasyceností je relativním kritériem pro vymezení odolností vůči nutriční degradaci. Hodnotící půdní jednotku je nutné ošetřit vazbou na typ geobiocenózy, tj. na úroveň lesního typu, resp. souboru lesních typů (SLT) a vyšší nadstavbové jednotky agregovaných SLT na úroveň tzv. cílových hospodářských souborů (HS). Jde o využití tzv. systémového efektu umožňující dostatečnou a přehlednou precizaci přírodních podmínek pro rámec půdních klasifikačních jednotek. 7.2.1.1.3

Dekompozice, humifikace a mineralizace dendromasy LTZ

Druhým rozhodujícím činitelem podmiňujícím nutriční degradaci je rychlost rozkladu těžebních zbytků, pokračující tvorbou nadložního humusu, jeho forem a tloušťky a jeho následná mineralizace. Fenomén nadložního humusu lesních půd představuje zásobu živin a výrazně ovlivňuje kapacitu a sorpční nasycenost půdního sola (tělesa), koloběh dusíku a obsah uhlíku. Pro rozklad i růst dendromasy jsou z ekosystémového hlediska na úrovni 1. – 3. LVS rozhodující srážky, počínaje 4. LVS pak teploty. Zatímco v nižších polohách je význam dřeva pro genezi nadložního humusu relativně malý – většina dendromasy velmi rychle mineralizuje, s rostoucí nadmořskou výškou jeho význam stoupá (podmínka obnovy lesa). Vyšší lignifikace dřeva jehličnanů vede k podpoře procesů hnědého tlení, u dřeva listnáčů převažuje tlení bílé. Rychlost procesů dekompozice, humifikace a mineralizace, jejich formy a vazby na SLT můžeme dle současných poznatků klasifikovat víceméně nepřímo prostřednictvím nadložního humusu, jeho tloušťky a formy. Z exaktních podkladů vyhodnocených na úroveň SLT jsou k dispozici data z šetření NIL (ÚHÚL, 2001-2004) a OTE (ÚHÚL, 2003-2007).

22

7.2.1.1.4

Vliv vlhkostního režimu půd a tepelných poměrů na nutriční degradaci

Obecně platí, že limitujícím faktorem pro nutriční degradaci jsou srážky na úrovni světlých hájů, tj. 1-3 LVS. Od 4. LVS jsou to pak teploty. Přijatelné riziko vůči nutriční degradaci nesplňují především SLT habrových doubrav 1S, 2S. Stupeň vlhkostního režimu půd Hydrické řady SLT vystihují rozdíly ve vlhkostním režimu půd. Rozeznáváme šest hydrických řad, které lze přiřadit edafickým kategoriím. Zakrslé a omezené hydrické řady se vyznačují nedostatkem vody, který je způsoben ztrátami povrchovým odtokem nebo rychlým vsakem do hloubek mimo rhizosféru, případně extrémně silným výparem následkem silného oslunění. Přístupnost živin je značně limitována nedostatkem vody. Riziko nutriční degradace je u nich nepřijatelné. Specifikem jsou unikátní půdní substráty na ultrabazikách (např. hadcích), kde vysoký obsah hořčíku blokuje ostatní živiny. Tab. 9: Hydrické řady SLT (pro stanovení podmínek výběru stanovišť vhodných/nevhodných pro odběr biomasy )

Stupeň vlhkostního režimu

Edafické kategorie

1 - zakrslá (suchá) 2 – omezená 3 a) normální b)exponovaná(svahy, skelet) 4 – zamokřená 5 – mokrá a) s proudící vodou b) se stagnující vodou 6 – rašeliništní

ZYX C MKISFBHDJAW F J A N (svahové M,K,S,B,H) QPO LVU GT R

Stupeň rizika degradace + -

Zdroj: Typologický systém ÚHÚL, 1971 Popis:+ vodní režim vyrovnaný; ,- vodní režim nevyrovnaný

V normální hydrické řadě je vodní režim půd závislý výhradně na vodě, která se na danou lokalitu dostane atmosférickými srážkami, aniž by došlo k jejím extrémním ztrátám odtokem nebo vsakem. Problémy s vodním režimem jsou i v normální řadě. Např. u SLT 2S (charakter habrových doubrav). Tento SLT je řazen do HS 23 (kyselé nižší polohy) a nesplňuje kritéria přijatelného rizika. Podobně je to u exponované kategorie svahové a s vysokým obsahem skeletu, které jsou ohroženy půdní erozí. Zamokřené a mokré řady mají vodní režim ovlivňovaný též tzv. přídatnou vodou. Hydrický režim půd zde ovlivňuje i voda, která se dostává do půdy přelivem, průtokem, podmokem, kapilárním zdvihem nebo je v půdě zadržená pro její silně omezenou propustnost. Pro půdní profil jsou charakteristické oxidační a redukční procesy limitující přístupnost živin. Unikátní jsou lužní stanoviště s fluvisoly, půdami naplavenými s proměnlivou granulometrií a sorpčním komplexem. Hlavním zdrojem živin je volná hladina podzemní vody, která je závislá na momentálním stavu vody ve vodoteči. Riziko nutriční degradace je u nich nepřijatelné. Zcela specifický vodní režim mají geobiocenózy rašelinišť a slatinných mokřadů. Riziko degradace je nepřijatelné. Tepelné poměry Charakteristiku tepelných poměrů lesních půd velmi dobře vyjadřují lesní vegetační stupně (LVS). Zejména vyšší polohy horských lesů od 7. LVS výše. Podobně jako u hydrického režimu je zde přímá vazba na dekompozici, humifikaci a mineralizaci dendromasy. Podobně je 23

tomu u azonálních stanovišť ovlivněných vodou. V horských lesích je přirozená obnova lesa přímo závislá na dekompozici dendromasy. Riziko nutriční degradace u těchto LVS je nepřijatelné. V 6. LVS bohatých stanovišť (edafické kategorie S, B, H, D) lze proces humifikace a mineralizace považovat za příznivý a riziko nutriční degradace za přijatelné. Unikátnost půd Pojem unikátní odráží zvláštní postavení půdního typu, nejen procesy koloběhu živin, ale především svou zranitelností. Za unikátní mohou být považovány azonální typy půd, jejichž pedogeneze je dána výjimečností:
horniny jako půdotvorného faktoru, buď minerálním složením anebo fyzikálními vlastnostmi zvětraliny (např. serpentinit, vápenec, dolomit, vátý písek, některé jíly a bazalty a pod.),
reliéfu ve spojení s typem a stářím zvětrávání (např. kamenná moře periglaciální periody, skalní či staré lomové stěny s půdami skalních spár, krasový reliéf se závrty, škrapy apod. a depresní hydromorfní polohy s tvorbou histosolů) nebo recentní neoformace půd a půdních sedimentů v nivách – korespondující s ochranou významných krajinných prvků podle zák. o ochraně přírody a krajiny,
vegetace, kde zvláštnost fytocenózy je výsledkem působení hlavně mezoreliéfu a expozice, včetně minerální síly substrátu (např. xerofytní společenstva či sestupné – demontánní – formace chladných inverzních poloh nižších nadmořských výšek),
času, to znamená reliktní půdy v polohách uchráněných denudaci, polycyklické a polygenetické (hlavně na vápencích a bazaltech typu terra rossa, fusca a rubefikované, laterické či feralitické subtypy). 7.2.1.1.5

Zařazení stanovišť do kategorie přijatelného rizika dle rizika nutriční degradaci

Soubory lesních typů (SLT) byly zakotveny do cílových hospodářských souborů (CHS) dle přijatelného rizika na základě odolnosti vůči nutriční degradaci. Tab. 10: Zastoupení CHS s přijatelným rizikem ohrožení nutriční degradací CHS SLT označení 25a 1-2B 1-2H 1-2D Živná stanoviště nižších poloh 45 3-4S 3-4B 3-4H 3-4D Živná stanoviště středních poloh 55 5-6S 5-6B 5-6H 5-6D Živná stanoviště vyšších poloh Zdroj: ÚHÚL, 2009

7.2.1.1.6

Zařazení stanovišť do kategorie podmíněně přijatelného rizika pro nutriční degradaci

Skupina SLT zařazených do kategorie podmíněně přijatelné pro odběr LTZ je charakterizována následujícími omezujícími faktory: • podmíněné vlivem na biodiverzitu s vazbou na chráněné biotopy, Z podkladů (Kohutka, 2009) nevyplývají zásadní omezení pro odběr LTZ. Doporučení jsou spíše technologického rázu (např. mozaikový odběr, ponechání částí bez odběru). • nízkým trofickým potenciálem, tj. podmínkou ponechání těžebních zbytků na 40 % obnovované plochy. Limitovaný odběr se vztahuje na kyselé SLT s oligotrofickými půdami s nízkým nasycením bazických kationtů. Doporučením limitovaného odběru se vytváří podmínky pro eliminaci nutriční degradace. • provozně-technologické faktory dle způsobů hospodaření v normálních podmínkách SLT kyselé řady. 24

Lokality, kde bylo definováno riziko podmíněně přijatelné, zahrnují převážně hospodářství kyselých stanovišť nižších až vyšších poloh v 1. až 6. lesním vegetačním stupni. Do této kategorie bylo zařazeno i hospodářství lužních stanovišť v cílovém hospodářském souboru 19. Přijatelnost sběru je na těchto lokalitách podmíněna nutností ponechat na plochách po těžbě 40 % LTZ z celkového vytěženého objemu. Tab. 11: Charakteristiky CHS a SLT pro podmíněně přijatelné riziko pro odběr LTZ CHS SLT Edafická kategorie 19 23 43

Hospodářství lužních stanovišť Hospodářství kyselých stanovišť nižších poloh

Hospodářství kyselých stanovišť středních poloh 53 Hospodářství kyselých stanovišť vyšších poloh Zdroj: ÚHÚL, 2009

7.2.1.1.7

1L 1-2 SKI 3-4 KI 5-6-KI

L (obohacená lužní) S (živná svěží), K (kyselá), I (kyselá uléhavá) K (kyselá), I (kyselá uléhavá) K (kyselá), I (kyselá uléhavá)

Zařazení stanovišť do kategorie nepřijatelného rizika nutriční degradace a omezujících podmínek ochrany přírody

Lokality, kde bylo definováno riziko nepřijatelné, zahrnují ostatní cílové hospodářské soubory, které nesplnily kritéria odolnosti proti riziku nutriční degradace a acidifikace. Jedná se především o stanoviště exponovaná, nepříznivá, nepříznivě ovlivněná vodou nebo lokality v horských polohách. A zároveň jsou omezena legislativními požadavky podle Vyhl. 84/96 Sb. Riziko sběru LTZ je nepřijatelné a tudíž je nutné na plochách po těžbě ponechávat veškerou hmotu LTZ. Základními legislativními parametry omezující využívání LTZ jsou stávající systém kategorizace lesů dle zákona č. 289/1995 Sb., o lesích, a příslušná vyhláška č. 84/1996. Do kalkulace nepřijatelného rizika jsou zahrnuty lokality, v nichž nejsou realizovány mýtní těžby podle vyhl. 84/96, a to: • lesy ochranné, kde se jedná o subkategorie: o 21a – lesy na mimořádně nepříznivých stanovištích, o 21b – vysokohorské lesy pod hranicí stromové vegetace chránící níže položené lesy a lesy na exponovaných hřebenech a o 21c – lesy v klečovém lesním vegetačním stupni); • lesy zvláštního určení, kde se jedná o subkategorie: o 32a – lesy v 1.zónách CHKO, lesy v přírodních rezervacích a přírodních památkách, o 32e – lesy se zvýšenou funkcí půdoochrannou, vodoochrannou, klimatickou nebo krajinotvornou a o 32f – lesy pro zachování biologické různorodosti; • lesy se zvláštním statutem (1. zóna národních parků, 1. zóna CHKO, maloplošná ZCHÚ – NPR a PR). Nepřijatelné riziko nutriční degradace se vztahuje na extrémní stanoviště lesů ochranných a exponovaných CHS s odlišným způsobem hospodaření včetně CHS ovlivněných vodou. Jedná se o SLT vodou ovlivněné včetně vyšších LVS (omezená humifikace organické hmoty), exponované a extrémní SLT (ochrana půdy).

25

Definice potenciálu dle nepřijatelného rizika nutriční degradace a omezujících podmínek ochrany přírody: • exponované hospodářské soubory lesních typů • les ochranný • lesy v NP • lesy v maloplošných ZCHÚ • lesy v 1. zónách CHKO Tab. 12: Soubory lesních typů (SLT) s nepřijatelným rizikem pro odběr LTZ 0C 0G 0N 0O 0P 0Q 0R 0T 0X 0Y 0Z

1A 1C 1D 1G 1J 1L 1N 1O 1P 1Q 1T 1U 1V 1W 1X 1Z

2A 2C 2D 2G 2L 2N 2O 2P 2Q 2T 2V 2W 2X 2Y 2Z

3A 3C 3D 3F 3G 3J 3L 3N 3O 3P 3Q 3R 3T 3U 3V 3W 3X 3Y 3Z

4A 4C 4D 4F 4G 4N 4O 4P 4Q 4R 4V 4W 4X 4Y 4Z

5A 5C 5D 5F 5G 5J 5L 5N 5O 5P 5Q 5R 5T 5U 5V 5W 5Y 5Z

6A 6D 6F 6G 6L 6N 6O 6P 6Q 6R 6T 6V 6Y 6Z

7B 7F 7G 7K 7M 7N 7O 7P 7Q 7R 7S 7T 7V 7Y 7Z

8A 8F 8G 8K 8M 8N 8O 8P 8Q 8R 8S 8T 8V 8Y 8Z

9K 9R 9Z

Zdroj: ÚHÚL, 2009

Seznam SLT uvedených v tabulce je určen pro expertní posouzení lokalit nevhodných pro odběru LTZ pro energetické využití. SLT jsou základní jednotky popisující přírodní podmínky lesních stanovišť. Čísla označují lesní vegetační stupně a písmena označují edafické kategorie (viz např. Tab. 11).

26

Tab. 13: Kódy a názvy cílových hospodářských souborů (CHS) v kategorii nepřijatelné riziko pro odběr LTZ Kód

název CHS

Mimořádně nepříznivá stanoviště 01 Vysokohorské lesy pod hranicí stromové vegetace 02 Lesy v klečovém lesním vegetačním stupni 03 Hospodářství přirozených borových stanovišť 13 Hospodářství exponovaných stanovišť nižších poloh 21 Hospodářství oglejených chudých stanovišť nižších a středních poloh 27 Hospodářství olšových stanovišť na podmáčených půdách 29 Hospodářství vysychavých a sušších acerózních a bazických stanovišť středních poloh 31 Hospodářství živných bazických stanovišť středních poloh 35 Hospodářství chudých podmáčených stanovišť nižších až vyšších poloh 39 Hospodářství exponovaných stanovišť středních poloh 41 Hospodářství oglejených stanovišť středních poloh 47 Hospodářství exponovaných stanovišť vyšších poloh 51 Hospodářství oglejených stanovišť vyšších poloh 57 Hospodářství podmáčených stanovišť vyšších a středních poloh 59 Hospodářství exponovaných stanovišť horských poloh 71 Hospodářství kyselých stanovišť horských poloh 73 Hospodářství živných stanovišť horských poloh 75 Hospodářství oglejených stanovišť horských poloh 77 Hospodářství podmáčených stanovišť horských poloh 79 Zdroj: Vyhláška 83/1996 Sb.

Seznam CHS uvedených v tabulce je určen pro expertní výběr lokalit, kde by neměly být odebírány LTZ. CHS navrhují optimální formy obhospodařování lesních lokalit (viz vyhláška 83/1996 Sb).

27

7.3

Vlastní výpočet stanovení standardního potenciálu lesních těžebních zbytků (dle podmínek pro odběr biomasy lesní z lesních ekosystémů, ÚHÚL 2010)

Zdrojovými údaji pro zjištění množství lesních těžebních zbytků jsou údaje o porostních zásobách hroubí, které jsou podle jednotlivých lesních hospodářských plánů (LHP) a lesních hospodářských osnov (LHO) průběžně ukládány ve standardizované formě do IDC ÚHÚL. LHP a LHO jsou podle vyhlášky MZe č.84/1996 vypracovávány na desetiletá období (decenia) pro všechny lesní hospodářské celky (LHC) v České republice. Na údaje o zásobách hroubí s kůrou v aktuální databázi LHPO jsou poté použity modelace výhledů těžeb obnovních. Výpočet se řídí legislativním postupem ve vyhl. 84/1996 Sb., § 8, odst. 8 až 10. Předpokládá se rovnoměrné rozdělení těžeb během decenia, proto je množství LZT vhodné rozdělit pravidelně jako 1/10 každý rok. A obdobně se předpokládá rovnoměrné rozdělení těžeb během roku, tzn., že na každý měsíc připadá 1/12 roční těžby. Přepočet objemových jednotek (m3) na jednotky hmotnostní (t suš.) lze provést pomocí alometrických rovnic, použitých pro podmínky České republiky v projektu CzechCARBO (IFER 2006). V praxi lze použít méně přesného přepočtu na základě vlhkosti, z Tab. 7 a 8. Tab.7.: Přepočty hmotnosti a výhřevnosti dříví při různém obsahu vody dříví čerstvé skladované vyschlé Zdroj: ÚHÚL, 2009

Objemová hmotnost a výhřevnost dříví podle obsahu vody výhřevnost kWh/kg vlhkost (%) hmotnost (kg/m3) (MJ/kg) 60 1010 8 2,32 30 746 12 3,49 15 614 15 4,13

toe/t dřeva 0,192 0,288 0,36

Tab. 8.: Energetické převodní koeficienty MJ GJ kWh 1 0.001 0.278 MJ 1000 1 278 GJ 3.6 0.0036 1 kWh Zdroj: EFFECT, Evropská komise, 2005) Jednotky: MJ – megajoule; GJ – gigajoule; GWh – gigawatthodina; Z / Na

28

7.3.1

Podmínky omezující odebírání lesních těžebních zbytků

Do výpočtu standardního potenciálu pro energetické využití je možno započítat pouze LTZ z oblastí zařazených do kategorií – riziko přijatelné a podmíněně přijatelné riziko – dle výsledků analýzy pro odběr biomasy lesní z lesních ekosystémů (Macků, 2009, ÚHÚL, 2010). Na základě výše uvedené analýzy lze kategorie rizika pro odebírání LTZ z těžebních lokalit vymezit podle jednotlivých charakteristik SLT resp. CHS případně dalších podmínek a doporučení pro nakládání s LTZ. Jejich shrnutí je uvedeno v následujících přehledových tabulkách. Tab. 14: Přehled základních podmínek pro přijatelné riziko využití LTZ

Stanovištní podmínky

Okruh doporučení

Stanoviště s rizikem přijatelným pro využití LTZ: CHS (cílové hosp. soubory) SLT (lvs, edafická řada a kategorie) 25a (Hospodářství živných sta1-2 B (živná normální bohatá), H novišť nižších poloh) (živná hlinitá), D (obohacená hlinitá) 3-4 S (živná svěží), B (živná normál45 (Hospodářství živných stanoní bohatá), H (živná hlinitá), D (obovišť středních poloh) hacená hlinitá) 5-6 S (živná svěží), B (živná normál55 (Hospodářství živných stanoní bohatá), H (živná hlinitá), D (obovišť vyšších poloh) hacená hlinitá)

doporučuje se / vhodné podmínky

Lesní těžební zbytky z mýtních těžeb

-větve -stromové vršky (nehroubí)

Technická využitelnost (reálné možnosti sběru) Terénní dostupnost (terénní typy)

80 % LTZ na celé ploše mýtní těžby -stanoviště únosná bez větších terénních překážek a sklonem 040 %, tedy -terénní typy: 11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32, 33, 41 a 42 -maloplošně pasečný (holosečný) -násečný -podrostní -výběrný -kmenová -sortimentní

Hospodářský způsob

Těžební metoda

nedoporučuje se / nevhodné podmínky -asimilační aparát -pařezy -kořeny 20 % LTZ zůstává na ploše -stanoviště se sklonem nad 40 %, neúnosná, s překážkami a nerovnostmi, tedy: -terénní typy: 15, 16, 25, 26, 29, 35, 36, 39, 43, 45, 46, 49, 59, 69 -

stromová ( nevhodná z důvodu odběru asimilačního aparátu)

Zdroj: ÚHÚL, 2009

29

Tab. 15: Přehled základních principů pro podmíněné riziko využití LTZ

Stanovištní podmínky

Stanoviště s rizikem podmíněně přijatelným pro využití LTZ CHS (cílové hosp. soubory) SLT (lvs, edafická řada a kategorie) 19 (Hospodářství lužních stanovišť) 1 L (obohacená lužní) 23 (Hospodářství kyselých stanovišť nižších 1-2 S (živná svěží), K (kyselá), I (kyselá poloh) uléhavá) 43 (Hospodářství kyselých stanovišť střed3-4 K (kyselá), I (kyselá uléhavá) ních poloh) 53 (Hospodářství kyselých stanovišť vyšších 5-6- K (kyselá), I (kyselá uléhavá) poloh)

Okruh doporučení

doporučuje se / vhodné podmínky

LTZ z mýtních těžeb

větve stromové vršky (nehroubí)

Technická využitelnost (reálné možnosti sběru) Terénní dostupnost

60 % LTZ na celé ploše mýtní těžby

Hospodářský způsob Těžební metoda

únosné bez větších terénních překážek a sklonem 0-40 %, tedy terénní typy: 11, 12, 13, 21, 22, 23, 31, 32, 33, 41 a 42 maloplošně pasečný (holoseč) násečný podrostní výběrný kmenová sortimentní

nedoporučuje se / nevhodné podmínky asimilační aparát pařezy kořeny 40 % LTZ zůstává na ploše po mechanizovaném sběru (je nutné ponechat část objemu klestu na stanovišti) stanoviště se sklonem >40 %, neúnosná, s překážkami a nerovnostmi, tedy: terénní typy: 15, 16, 25, 26, 29, 35, 36, 39, 43, 45, 46, 49, 59, 69

stromová (odběr asimilačního aparátu)

Zdroj: ÚHÚL, 2009

Tab. Přehled základních principů pro nepřijatelné riziko využití LTZ

Stanovištní podmínky

Stanoviště s rizikem nepřijatelným pro využití LTZ: - exponované HS - les ochranný - lesy na území NP - lesy v maloplošných ZCHÚ - lesy v 1. zónách CHKO a na území NP(viz kap.5.2.6.) - lesy ve 2.zónách CHKO (mimo území lesů hospodářských, zde pouze v kategorii „území využitelné s omezením“) - lesy na území evropsky významných lokalit, ve kterých jsou předmětem ochrany lesní společenstva (mimo území lesů hospodářských – zde pouze v kategorii „území využitelné s omezením“) - lesní porosty v biocentrech ÚSES všech úrovní (mimo území lesů hospodářských – zde pouze v kategorii „území využitelné s omezením“)

Zdroj: ÚHÚL, 2009

Okruh doporučení

doporučuje se / vhodné podmínky

Lesní těžební zbytky z mýtních těžeb

sběr se neprovádí

Technická využitelnost (reálné možnosti sběru)

0% (z hlediska environmentálních rizik je sběr LTZ nepřijatelný)

nedoporučuje se / nevhodné podmínky větve stromové vršky (nehroubí) asimilační aparát pařezy kořeny 100 % LTZ zůstává na ploše

30

7.4

Vlastní výpočet dodatkového potenciálu lesní biomasy (hroubí)

Postup pro výpočet dodatkového potenciálu – množství hroubí dostupného v případě krizové situace – vychází ze zásob hroubí s kůrou v aktuální databázi LHP/LHO, na které lze použít modelace výhledů obnovních těžeb. Předpokládá se rovnoměrné rozdělení těžeb během decenia, tzn. 1/10 každý rok. Obdobně se předpokládá rovnoměrné rozdělení těžeb během roku, tzn. že na každý měsíc připadá 1/12 roční těžby. Výpočet se řídí legislativním postupem ve vyhl. 84/1996 Sb., § 8, odst. 8 až 10. Pro výpočet dodatkového potenciálu hroubí z mýtních těžeb během krizového situace se počítá se 6. sortimentní třídou (palivo), 5. třídou (vláknina) a 4. třídou (důlní dříví, dolovina). Nejkvalitnější sortimenty tzv. kulatina se pro energetiku nevyužívají. Takto formulovaný doplňkový potenciál se vypočte jako 43,78 % objemu hroubí dle LHP/LHO pro příslušný katastr. Do výpočtu dostupného množství jsou zahrnuty lokality s přijatelným a podmíněně přijatelným rizikem definované pro odběr LTZ (standardní potenciál) z hlediska zachování udržitelnosti lesních ekosystémů včetně principů ochrany přírody. 7.4.1 Krizový režim a narušení odběratelsko-dodavatelských vztahů lesní suroviny Jak bylo výše zmíněno, využití hroubí k energetickým účelům v případě krize může narušit nebo dočasně pozměnit běžnou praxi využívání sortimentů dříví a zároveň z pozice „vyšší moci“ narušit a dočasně destabilizovat existující odběratelsko-dodavatelské vztahy. Změna využití bude mít jednak dopady ekonomické, na konkrétní subjekty a firmy, a zároveň ovlivní dostupnost dřevní suroviny určitého druhu nebo v určité lokalitě. Podrobné dopady nedostatku dříví způsobeného energetickým využitím v období krize závisí na konkrétní situaci a délce krize. Pokud pomineme aspekty dovozu a vývozu dříví bude ovlivněn převážně vnitřní dřevozpracující průmysl, především zpracovatelé a výrobci papíru, dřevovláknitých desek a částečně i stavebnictví. Tyto sektory se již v současnosti potýkaly s vysokou konkurencí při využívání biomasy pro výrobu energie. Výstupy a data z kalkulace dodatkového potenciálu lesní biomasy je možno využít pro vyhodnocení ekonomických aspektů narušení odběratelsko-dodavatelských vztahů ovšem při cenách v nekrizových podmínkách. 7.5 Logistické řetězce biomasy z lesních porostů V této kapitole je řešena logistika lesní biomasy, která je podmínkou pro realizaci jejího potenciálu v krizových situacích. Zejména se jedná o standardní a ověřené technologie zajištění dodávek lesní biomasy při dopravě a skladování z místa vzniku do energetických zdrojů. Podobně jako u zemědělské logistiky se předpokládá dostupnost kapalných paliv z krizových zásob státu. Podrobnější popis logistických řetězců včetně ekonomických kalkulací je proveden ve publikaci ÚHÚL (2010). Technologii, logistiku a místo zpracování lesní biomasy je třeba – v krizových i nekrizových situacích – volit podle nejvhodnější nebo dostupné technologie, účelu zpracování a vzdálenosti cíle využití. Tyto požadavky se sdružují do optimálního technologického procesu, tedy optimálního z hlediska zajištění pro jednotlivé operace. 7.5.1.1

Místa zpracování těžebních zbytků

Důležitým předpokladem je, aby manipulační plocha byla v blízkosti zdroje těžebních zbytků, protože jakákoliv nadměrná manipulace a transport štěpky celý proces významně komplikuje příp. prodražuje.

31

Lokalita „Pařez“(P) Lokalitou „Pařez“ se míní těžební plocha, kde podle zvolené těžební technologie vznikají sortimenty. Těžební zbytky se v každém případě snáší do hromad nebo valů, je tedy otázkou, zda ho zpracovat přímo na těžební ploše nebo ho soustřeďovat na jiné lokalitě. Zpracování lesní biomasy na místě těžby je pro další technologické využití a odvoz nevýhodné, především z důvodu horší dostupnosti štěpkovače a roztroušenosti materiálu pro štěpkování a tedy zvýšené namáhavosti pro lesní personál, nízkého využití štěpkovače a vynaložení vyšších jednotkových nákladů. Zpracování lesní biomasy na místě těžby je možné využít při větší koncentraci mýtních těžeb v rámci jednoho území (LHC), kde by se klest snášel a štěpkovač by se přesunoval po zpracování na další mýcenou plochu. Nejméně vhodné jsou lokality, kde se používají jemnější způsoby hospodaření. Jako rizika se v tomto případě jeví složitější logistika, nízké využití technologie, vysoké náklady na přesun a obsluhu. Podle toho by se musela zvolit výkonnost štěpkovače. Při použití harvestoru se na neúnosném terénu ukládá klest pod kola a znečištěný klest se nepoužívá. Lokalita „Odvozní místo“(OM) Štěpkování na odvozním místě si vyžaduje logistické zajištění z pohledu dodávky těžebních zbytků, vlastního štěpkování a odvozu štěpky. Přesto se OM v našich podmínkách jeví jako nejvhodnější z hlediska kumulace materiálu, dostupnosti pro technologie a odvoz štěpek. Při provozu se bude přísun těžebních zbytků opět lišit podle použité těžební metody. Pro soustředění na odvozní místo se využívají vyvážecí soupravy nebo vyvážecí traktory. Využitelné technologie v případě stromové metody: • lesní kolový traktor, • protahovací odvětvovací stroj, • štěpkovač, • nakladač nebo fukar, • kontejnerová odvozní souprava. Stromová metoda je ovšem naprosto nevhodná, protože při ní dochází k odběru takřka veškeré stromové biomasy a ochuzování stanovišť o živiny v ní obsažené. Využitelné technologie v případě kmenové a sortimentní metody: • shrnovač těžebních zbytků, • vyvážecí souprava nebo traktor s valníkem, • štěpkovač, • nakladač nebo fukar, • kontejnerová odvozní souprava. Lokalita „Sklad“(S) Štěpkování na skladu je vhodné provádět asi pouze v případě, kdy lesní biomasu transportujeme ve formě komprimovaných (stlačených) balíků. Převozem volně ložené biomasy (klestu) na delší vzdálenosti by vznikaly zbytečně zvýšené náklady, protože takový objem je až 2,5 krát větší než je objem sypané štěpky. V zahraničí existuje vyvážecí souprava s upraveným svěrným „oplenem“ pro až dvojnásobné stlačení klestu. Tato technologie se v ČR nevyskytuje, nicméně její nasazení by bylo rentabilní při dovozu klestu ke skladu odběratele do maximální vzdálenosti 10 až 15 km.

32

7.5.1.2

Optimální typy logistických řetězců lesní biomasy v krizových situacích

a. Harvestor – balíkovač – odvozní souprava – drtič Energeticky nejvýhodnější se jeví nasazení řetězce „harvestor – balíkovač – doprava – drtič“, který díky své vysoké výkonnosti vykazuje nejvyšší koeficient čisté energie. Je třeba znovu připomenout, že v tomto případě je nutné práci harvestoru přizpůsobit následnému využití LTZ. Energetická náročnost této varianty vychází v rozmezí 1558 až 1941 MJ na 1 tunu sušiny štěpky.

b. Harvestor – forwarder – štěpkovač –odvozní souprava Řetězec, který rovněž využívá mechanizovanou přípravu LTZ při těžbě a vysoký výkon. Oproti balíkovači je možné fáze zpracování rozčlenit, nechat LTZ proschnout a štěpkovat a odvážet již částečně proschlý materiál. Energetická náročnost této varianty vychází v rozmezí 1714 až 2258 MJ na 1 tunu sušiny štěpky.

c. Motomanuální těžba (ŘMP) – shrnovač – forwarder/balíkovač – štěpkovač – odvozní souprava. Méně výhodnou variantou je řetězec „ŘMP – shrnovač – forwarder – štěpkovač - doprava“ z důvodu nižšího výkonu ŘMP a shrnovače oproti harvestoru ve druhé variantě. Energetická náročnost této varianty vychází v rozmezí 1968 až 2513 MJ na 1 tunu sušiny štěpky.

33

8

Shrnutí a možné výstupy

Metodika popisuje postup stanovení potenciálu biomasy ze zemědělské a lesní půdy vhodné k energetickému využití v teplárnách a výtopnách v krizových situacích charakteristických výpadkem dodávek paliv v rámci podmínek České republiky. Je určena pro experty a proškolené specialisty zpracovávající pro orgány státní správy, regionů, obcí a energetické podniky strategické plánování zajištění provozu kritické infrastruktury a koheze společnosti v krizových situacích v důsledku výpadku dodávek paliv do energetických zdrojů a to využitím dostupného domácího zdroje - biomasy. Hlavními zdroji biomasy jsou zbytková sláma zemědělských plodin, biomasa energetických plodin, lesní těžební zbytky a vybrané sortimenty lesních dřevin. Popsaný postup metodiky je založen na využití definovaných primárních dat a zpracovaných podkladů v prostředí geografických informačních systémů (GIS). Potenciál biomasy pro krizové situace je díky nim zpracováván od úrovně katastru po úroveň státu. Hlavními výstupy metodiky jsou: 1. Tabelární přehledy potenciálu zdrojů biomasy dostupných v krizových situacích v definovaném území (např. obec, kraj) 2. Mapy potenciálu zdrojů biomasy dostupných v krizových situacích pro definované území (např. kraj, okolí energetického zdroje). Výsledný energetický potenciál biomasy pro zájmové území je udáván v energetických jednotkách (GJ, resp. jeho násobcích) za rok případně v hmotnostních jednotkách (tunách za rok s definovanou vlhkostí).

34

9

Literatura

FRYDRYCH, J. A KOL. (2002): Energetické využití některých travních druhů. Praha: ÚZPI, 35s. HAVLÍČKOVÁ, K A KOL. (2008): Rostlinná biomasa jako zdroj energie. VÚKOZ Průhonice 2008. HAVLÍČKOVÁ, K A KOL. (2010): Analýza potenciálu biomasy v České republice. VÚKOZ Průhonice, p. 498, HRUŠKA J., OULEHLE F. (2009) “Diferenciace lesů ČR z pohledu možného dotčení půdního chemismu v závislosti na intenzitě odběru lesních těžebních zbytků pro energetické účely“ , čj. 30688/ENV/2009, 2006/610/2009, ČGS 2009 JONES, M.B., WALSH, M. (Eds) (2001): Miscanthus for Energy and Fibre. James and James, 192 pp. KOHUTKA A. (2009): Posouzení oblasti možného odběru zbytkové dendromasy v ČR z pohledu biodiverzity", ÚHÚL, 2009 KOLEKTIV (2006): Energetické plodiny. Ed.: Profi Press. 127 s. MACKŮ, J., (2009), Studie o potenciálu stanovištních podmínek a odběru ostatní zužitkovatelné dendromasy z lesního ekosystému, ÚHÚL Brandýs n.L. NĚMEC, J. (2001): Bonitace a oceňování zemědělské půdy České republiky. NĚMEČEK, J. A KOL. (2001): Taxonomický klasifikační systém půd ČR. ČZU Praha, 78str. REJFEK F. A KOL. (1990): Bonitace čs. Zemědělských půd a směry jejich využití 5. Díl, Praha, MZe ČR1990. STRAŠIL, Z. (2009): Základy pěstování a možnosti využití ozdobnice (Miscanthus). Uplatněná metodika pro zemědělskou praxi. Ed.: VÚZT Praha, 48 s. ÚHÚL (2001–2004): Výsledky Národní inventarizace lesů, supplement, p. 559–560. ÚHÚL (2009): Analýza a výsledná kvantifikace využitelné lesní biomasy s důrazem na těžební zbytky pro energetické účely při zohlednění rizik vyplývajících z dopadu na půdu, koloběh živin a biologickou rozmanitost. ÚHÚL Brandýs nad Labem, 50 str. http://www.uhul.cz/projekty/biomasa/analyza_ltz_mzp_uhul_2009.pdf ÚHÚL (2010): Analýza energetické bilance, efektivity a logistiky zpracování lesních těžebních zbytků pro energetické využití. ÚHÚL Brandýs nad Labem, 77str. http://www.uhul.cz/projekty/biomasa/projekt_energ_bilance_a_logistika_2010.pdf ÚHÚL, elaboráty Oblastních typologických elaborátů (OTE, 2007) USŤAK, S. (2012): Pěstování šťovíku krmného (Rumex OK2) pro výrobu bioplynu. Metodika pro praxi, VURV, v.v.i., 32s. VÁVROVÁ, K., KNÁPEK, J. (2012): Economic Assessment of Miscanthus Cultivation for Energy Purposes in the Czech Republic. Jour. of the Japan Institute of Energy, Vol. 91, 6. VÁVROVÁ, K., KNÁPEK, J. (2012): Metodika tvorby cenových map biomasy na zemědělské půdě s využitím GIS. Acta Průhoniciana, vol. 100, s. 41-49, VÁVROVÁ, K., WEGER, J. (2011): Metodika analýzy potenciálu biomasy na zemědělské půdě s využitím GIS – Acta Pruhoniciana 99: 85–90. VYHLÁŠKA Č.83 Mze 1996 o zpracování oblastních plánů rozvoje lesů a vymezení hospodářských souborů WEGER, J. (2008): Výnos vybraných klonů vrb a topolů po 9 letech výmladkového pěstování – Acta Pruhoniciana 89: 5–10. WEGER, J., BUBENÍK, J. (2012): Produkce biomasy nových klonů vrb a topolů po šesti letech pěstování na zemědělské půdě v tříletém obmýtí. Acta Průhoniciana, vol. 100, s. 5162, ISSN 0374-5651. ZÁKON Č. 289 / 1995 Sb. o lesích a o změně a doplnění některých zákonů (lesní zákon).

35

10 Schéma metodického postupu stanovení potenciálu biomasy pro energetické využití na zemědělské půdě v krizových situacích

36