Härjeåns Energi AB är ett företag beläget i Sveg, som består av ett helt nytt kraftvärmeverk samt en biobränslefabrik där företaget producerar bland annat pellets av träspån. Innan pelletering lagras spånet i en stor stack. Företaget hade dock noterat att mängden inlevererat spån till spånstacken minus spånet som tas från stacken till pelleteringen inte stämde överens med hur mycket spån som fanns kvar i stacken. Någon gång under lagringen och hanteringen av spånet har stora mängder spån försvunnit. Syftet med detta arbete är att undersöka hur och när torrsubstansförlusterna uppstår samt storleksordningen på dessa förluster, i två olika avseenden: torrsubstansförlusten kopplade till lagringen samt hanteringen av träspånet. Det för företaget viktigaste målet var att skapa en ekvation som beskriver hur mycket torrsubstans som rimligtvis borde försvinna från stacken beroende på hur länge spånet lagrats. Syftet och målen besvarades genom att utföra en litteraturstudie över ämnet, studera företagets spånbokföring och deras sätt att hantera spånet samt bygga två simuleringsmodeller över torrsubstansförlusterna i företagets spånstack. Torrsubstansförluster vid lagring uppstår till följd av nedbrytningsmekanismerna; cellandning, biologisk nedbrytning samt termisk och kemisk nedbrytning. Det kan även uppstå via hantering av materialet. Men lagringens effekt på bränslekvaliteten är komplex. Lagringstid, klimatförhållanden, artssammansättning och biomassans form, allt från stockar till spån, samt lagringshögens geometri och struktur är några faktorer som påverkar förändringen hos biomassans egenskaper. Denna nedbrytning bidrar, tillsammans med hur företaget hanterar spånet, till torrsubstansförluster. Den största faktorn bidrar dock lagringen med. Några orsaker till torrsubstansförlusterna är stackens storlek, att den blivit kompakterad samt att spånet lagras helt utan täckning. När modelleringen gjordes över dessa torrsubstansförluster visade det sig att resultatet stämde väl överens med det som faktiskt försvunnit enligt spånbokföringen, under de undersökta åren 2013–2017. Att i framtiden till exempel minska maximala höjden på spånstacken till max 5–7 meter samt använda sig av sist-in-först-ut-metoden gällande granspånet, medan furuspånet kan lagras längre, skulle det garanterat bidra till minskade torrsubstansförluster och därmed även minskade ekonomiska förluster. I framtiden bör det satsas på forskning inom lagring av trä i fraktionsstorleken spån, samt lagring av trä i stackar som är större än att de har en maxhöjd på 5–7 meter. Idag finns ingen forskning alls inom dessa två kategorier, men om det fanns skulle det kunna underlätta för många energiproducerande företag. / Härjeåns Energi AB in Sveg is a company consisting a brand-new cogeneration plant and a biofuel plant where the company produces pellets out of wooden sawdust. Before pelleting, the sawdust is stored in a large stack. However, the company had noted that the amount of sawdust delivered to the stack minus the sawdust taken from the stack for pelleting did not add up to the sawdust left in the stack. At some point during storage and handling of the sawdust large quantities has disappeared. The purpose of this study was to investigate how and when the dry matter losses occur and the magnitude of the losses regarding two things: the dry matter losses associated with storing of the sawdust and the dry matter losses related to the handling of the sawdust. The most important goal of this study, for the company, was to create an equation that describes the amount of dry matter losses that reasonably should have disappeared from the stack depending on for how long the sawdust has been stored. Simply to be able to make a write-off of the sawdust inventory balances on a regular basis. The purpose and goals were answered by conducting a literature study on the subject, studying the company’s sawdust accounts and their way of handling the sawdust, and also by constructing two simulation models of the dry matter losses in the stack of sawdust. Dry matter losses resulting from the storage of biomass may occur through the decomposition mechanisms; respiration, biodegradation and thermal and chemical degradation. But the storage effect on fuel quality is complex. Time of storage, climatic conditions and the geometry and structure of the stacks are some factors that affect the change in biomass properties. This degradation, along with how the company manages the sawdust, contributes to dry matter losses. However, the largest contributing factor to the dry matter losses is the storage part. Some contributing factors are the size of the stack, if it’s been compacted and if the sawdust is stored open without coverage. When the models were built it turned out that the result was well in line with what actually had disappeared in the stack, according to the sawdust inventory, during the investigated years 2013-2017. For example, by reducing the maximum height of the stack to a maximum of 5-7 meters and apply the last-in-first-out-method on the spruce, while the pine can be stored for a longer time, would certainly contribute to reduced dry matter losses and, consequently, economic losses. In the future, however, more resources should be invested in research about storing the fraction of sawdust, as well as storing wood in stacks larger than a maximum height of 5-7 meters. Today there are no research at all within these two categories, but if there were, it could facilitate many energy-producing companies.

Vårt ständigt ökande energibehov tillsammans med att de fossila bränslelagren sannolikt inte räcker länge till gör att nya och koldioxidneutrala energikällor är viktigare än någonsin. Kraftvärme producerad med biomassa är ett utmärkt alternativ för produktion av grön el och fjärrvärme för att värma våra hem. Idbäckens kraftvärmeverk i centrala Nyköping förser ca 95% av Nyköping med fjärrvärme via kraftvärmepannan panna 3 och de fastbränsleeldade hetvattenpannorna panna 1 och 2. Panna 3 eldas primärt med returträflis och panna 1 och 2 med skogsbränslen. Under en längre tid har panna 3 visat ett lägre utbyte från inköpt bränsle till producerad energi. Förväntat utbyte eller totalverkningsgrad ligger kring 85% exklusive. rökgaskondensering för denna typ av anläggning, det verkliga utbytet ligger kring 76-81% de senaste åren. Detta projekt utfördes på uppdrag av Vattenfall BU Heat Sweden i ett försök att kartlägga vart förlusterna uppstår och bestämma det teoretiska energiutbytet mellan inköptbränsle och producerad energi. Därför har verkningsgrad för panna 3 och tillhörande ångsystem utvärderats för att säkerställa att förlusterna inte uppstår på anläggningen. Efter detta har förluster som inte kan förklaras med pannans och ångsystemets verkningsgrad försökt kartläggas. Dessa förluster utanför anläggningen har misstänkts bero på nedbrytning av bränslet under lagring vilket orsakar förluster av torrsubstans och därav brännbart material.  Pannans verkningsgrad har studerats under perioden Januari 2020 till och med Mars 2020 för att få en uppfattning om pannans prestanda den senaste tiden. Pannans verkningsgrad bestämdes till 88,2% under perioden, ångsystemets verkniningsgrad bestämdes till 95,3% under samma period. Kombinerat ger det en totalverkningsgrad på 84,0% vilket ligger i linje med det förväntade. Det teoretiska energiutbytet, vad kvoten mellan producerad energi och tillfört bränsle borde vara utifrån bestämda förluster ligger ca 2%-enheter högre på 86,1% under motsvarande period. Det saknas alltså flera %-enheter ner till det verkliga utbytet på 76-81%. Tre specifika driftfall har också studerats under låg, medel och hög last för att se när anläggningen är som mest effektiv. Utredningen visar att pannan och ångsystem är som mest effektiv vid hög last då trenden är att totalverkninggraden ökar med ökad last. De kvarstående förlusterna har inte kunnat kartläggas till fullo. En massbalans avseende aska in till, och ut från anläggningen har gjorts. En stor skillnad har noterats där aska ut från anläggningen är ca dubbelt så stor som den förväntade, vilket kan bero på att askhalten i inkommande bränsle är högre än vad bränsleanalyserna indikerar. Ett försök att kartlägga lagringsförluster har gjorts genom att jämföra inköpt bränsle med vad som faktiskt vägts in vid anläggningen där en viss skillnad har identifierats. Stora skillnader i enstaka bränsleleveranser gör det svårt att dra någon slutsats av detta men visar på osäkerheterna som finns kring bestämning av inköpt energi. En känslighetsanalys gjordes där det konstaterades att en felaktig bestämning av bränslets vikt utgör den känsligaste variabeln vid bestämning av det faktiska energiutbytet. En utökad provtagning har gjorts på ett bränsle som lagrats ca 7 veckor innan förbränning. Proverna visar på viss nedbrytning och försämring av bränslekvaliteten genom en ökad fukt- och askhalt samt att värmevärdet minskat under lagringen, vilket kan vara en del av orsaken till det låga utbytet de senaste åren. Fler provtagningar bör göras före och efter lagring av bränslet för att få ett större underlag till vad som händer med bränslet under lagring då detta inte är helt klarlagt för returträ. Detta tillsammans med att följa upp skillnaderna mellan köpt bränsle och invägt på Idbäcken så kan kanske det låga energiutbytet förklaras.

Materialförluster och självuppvärmning är ett vanligt problem vid lagring av biomassa i stor skala. Biomassan som lagras bryts med tiden ned av mikroorganismer och kemiska processer vilket resulterar i en förlust av torrsubstans, ofta kring 1-4% per månad. Självuppvärmningen kan leda till mycket höga temperaturer i högarna av biomassa och kan i vissa fall leda till självantändning av biomassan. I detta examensarbete utvecklas en matematisk modell bestående av 21 kopplade partiella differentialekvationer som beskriver värme- och massflöden med målet att beskriva självuppvärmning och massförlust i systemet. Med syftet att undersöka hur värme- och massflöden påverkas av högarnas geometri, storlek, kompaktering och eventuella temperaturgradienter, skapades först en modell ii COMSOL. Resultatet från dessa simuleringar används sedan för att bygga en modell i MATLAB där flödena kan undersökas tillsammans med den komplexa reaktionskinetiken. Resultatet från denna två-dimensionella modell jämförs sedan med data från pågående forskning av SLU. Resultaten visar att de simulerade värdena liknar de experimentella data från SLU men modellen har svårt att beskriva hur materialet torkar, vilket är en vanlig observation vid lagring av biomassa. Modellen visar att fukthalten i det lagrade materialet, tillsammans med andelen lättnedbrytbart material är de två viktigaste parametrar som avgör magnituden av substansförlusten och dessutom potentialen för självuppvärmning. / Loss of material and self-heating is a common problem during large-scale storage of biomass. The material is degraded by microorganisms and chemical processes which commonly result in dry matter losses of 1-4% per month. The self-heating often leads to high temperatures in the piles, which in some cases can lead to fires. In this thesis, a mathematical model consisting of 21 coupled partial differential equations describing heat and mass transfer is presented with the aim to describe the variations in heat and dry matter loss within the pile. For describing mass and heat transfer inside the biomass pile, a COMSOL model is setup, where effects of compaction, temperature gradients, shape and size of the pile are studied. Results from the COMSOL simulations are then transferred to MATLAB to simulate the complex kinetics coupled with the heat and mass transfer. The simulated results are then compared to experimental values obtained from an ongoing research project conducted by SLU. Results show that simulations do resemble experimental data but is limited in terms of describing drying process observed during storage.  Important factors highlighted are the effect of moisture content in the starting material, as well as the amount of easily degradable content in the biomass as these factors greatly determine the magnitude of both dry matter loss and heat development.