Αξιοποίηση των υπολειμμάτων καλλιεργειών για παραγωγή ενέργειας
Authors: Ντογκούλης Παναγιώτης 
Published: January 2022

Το αντικείμενο της παρούσας εργασίας ήταν να μελετηθεί η κίνηση των μηχανημάτων που συμμετέχουν στη συγκομιδή των υπολειμμάτων βαμβακιού. Τα υπολείμματα του βαμβακιού χρησιμοποιήθηκαν από μία εταιρία παραγωγής τσιμέντου ως πρώτη ύλη για την παραγωγή ενέργειας. Επίσης αντικείμενο ήταν να μελετηθεί η διαχείριση του στόλου των μηχανημάτων. Η διαδικασία της συλλογής βασίζεται κυρίως στην εμπειρία του εργολάβου, υπευθύνου για τη συλλογή. Η μελέτη είχε ως σκοπό να διαπιστωθεί αν η εμπειρία του εργολάβου είναι αρκετή για να εκτελεστεί αποτελεσματικά η εργασία ή πρέπει να χρησιμοποιηθούν υπολογιστικά εργαλεία προγραμματισμού εργασιών ώστε η εργασία να είναι πιο αποτελεσματική όσο αφορά στο κόστος συγκομιδής των στελεχών και το χρόνο εκτέλεσης της εργασίας.Αντικείμενο ήταν να δημιουργηθούν κατάλληλα εργαλεία πρόβλεψης για το χρόνο εκτέλεσης, την παραγωγικότητα των μηχανημάτων και το κόστος της όλης εργασίας ώστε η διαχείριση του στόλου των μηχανημάτων να είναι τέτοια ώστε είναι πιο αποτελεσματική.Για την εργασία επιλέχθηκε ένας εργολάβος συλλογής υπολειμμάτων στην περιοχή του Αλμυρού Μαγνησίας και συλλέχθηκαν στοιχεία που αφορούσαν την κίνηση των μηχανημάτων που συμμετέχουν στην διαδικασία της συλλογής υπολειμμάτων βαμβακιού. Πραγματοποιήθηκαν δύο πειράματα. Ένα προκαταρκτικό ώστε να διαπιστωθεί αν η διαδικασία συλλογής είναι η αποτελεσματικότερη και ένα κύριο πείραμα που συλλέχθηκαν επιχειρησιακά στοιχεία των μηχανημάτων. Συλλέχτηκαν στοιχεία από 41 αγροτεμάχια σε διάστημα 30 ημερών.Η διαδικασία συλλογής των υπολειμμάτων συνίσταται σε τέσσερις υπό-εργασίες: την κοπή των υπολειμμάτων, την χορτοσυλλογή των υπολειμμάτων, τη δεματοποίηση και τη φόρτωση. Οι συλλογή των στοιχείων για την κίνηση των μηχανημάτων εντός αγρού αλλά και συνολικά η εργασία της συλλογής των υπολειμμάτων βαμβακιού καταγράφηκε με δέκτες GPS χαμηλού κόστους. Οι δέκτες GPS εκτός των στοιχείων της κίνησης, είχαν τη δυνατότητα για καταγραφή και των επιχειρησιακών χρόνων των μηχανημάτων. Η ανάλυση των δεδομένων έγινε στα εξής στάδιαΔημιουργήθηκε αλγόριθμος και υπολογίστηκαν οι επιχειρησιακοί χρόνοι των μηχανημάτων (συνολικός χρόνος εργασίας, χρόνος προετοιμασίας , χρόνος εργασίας, χρόνος στροφών, χρόνος καθυστερήσεων και χρόνος δεματοποίησης) καθώς και η παραγωγικότητα των μηχανημάτων Δημιουργήθηκε αλγόριθμος βελτιστοποίησης του χρόνου συλλογής των υπολειμμάτων και εξετάστηκε η όλη διαδικασία ως πρόβλημα ροής (flow shop problem). Ο προγραμματισμός που εξετάστηκε για την ανάλυση των στοιχείων του πρώτου πειράματος αφορά τη δημιουργία ενός λογισμικού που δημιουργεί σενάρια αλληλουχίας για την διαδρομή των μηχανημάτων για ένα αριθμό αγροτεμάχιων γεωγραφικά διασκορπισμένων στα οποία οι εργασίες συγκομιδής της βιομάζας διεξάγονται διαδοχικά. Αντικειμενικός σκοπός είναι να βρεθεί το σενάριο ώστε η συλλογή των υπολειμμάτων να γίνεται στον ελάχιστο συνολικό χρόνο ολοκλήρωσης της όλης εργασίας (δηλαδή η εκτέλεση όλων των εργασιών σε όλα τα χωράφια). Δημιουργήθηκαν μαθηματικά μοντέλα πρόβλεψης του συνολικού χρόνου εργασίας για το κάθε μηχάνημα στα αγροτεμάχια. Η δημιουργία των μοντέλων έγινε με ανάλυση παλινδρόμησης κατά το γραμμικό υπόδειγμα που είναι μια τεχνική που χρησιμοποιείται για τη μοντελοποίηση και την ανάλυση αριθμητικών δεδομένων, μιας ποσοτικής εξαρτημένης μεταβλητής και κάποιων ανεξάρτητων μεταβλητών. Το μοντέλο είναι μια συνάρτηση συσχέτισης της εξαρτημένης μεταβλητής από τις ανεξάρτητες. Στα μοντέλα προσδιορισμού του συνολικού χρόνου εργασίας των μηχανημάτων, οι μεταβλητές που εισήχθησαν στο μοντέλο είναι δείκτες που αφορούν την επιφάνεια (μέγεθος) του αγροτεμαχίου, την περίμετρο, την πολυπλοκότητα του σχήματος, την παραγωγή και την παραγωγή του υπολείμματος (αριθμός δεμάτων).Από τα αποτελέσματα συγκρίθηκε η τακτική που ακολουθούσε ο εργολάβος κατά τη συγκομιδή με τα αποτελέσματα από τη εφαρμογή του αλγορίθμου και παρατηρήθηκε βελτίωση του χρόνου εκτέλεσης των εργασιών.Συγκρίθηκαν τα αποτελέσματα της παραγωγικότητας των μηχανημάτων με στοιχεία που είναι διαθέσιμα στις βάσεις δεδομένων της ASABE και του Kuratorium fu¨r Technik und Bauwesen inder Landwirtschaft(KTBL). Η μετρούμενη παραγωγικότητα της εργασίας της κοπής ήταν 20% υψηλότερη από τον μέσο όρο των αποτελεσμάτων του KTBL και 15% χαμηλότερη από τον μέσο όρο των αποτελεσμάτων ASABE. Η μετρούμενη παραγωγικότητα του χορτοσυλλέκτη στη διάρκεια της συγκομιδής των υπολειμμάτων βαμβακιού ήταν 16% υψηλότερη από τον μέσο όρο των αποτελεσμάτων όπως υπολογίστηκαν από το KTBL και 21% χαμηλότερα από το μέσο όρο των αποτελεσμάτων όπως υπολογίστηκαν από τα στοιχεία της ASABE. Η μετρούμενη παραγωγικότητα για δεματοποίηση ήταν 8% υψηλότερη από το KTBL και 2% από τα στοιχεία της ASABE.Τέλος, μελετήθηκαν σε τρία διαφορετικά σενάρια για τη διαδικασία της συλλογής των υπολειμμάτων αναλόγως με τη διαθεσιμότητα των ελκυστήρων που εκτελούν τις εργασίες που εμπλέκονται στη συλλογή των υπολειμμάτων. Στο πρώτο σενάριο η διαθεσιμότητα αφορούσε τέσσερις ελκυστήρες συνεπώς και οι τέσσερις εργασίες εκτελεστήκαν διαδοχικά. Στο δεύτερο διαθέσιμοι ήταν δύο ελκυστήρες οπότε εκτελεστήκαν πρώτα οι κοπή και η χορτοσυλλογή και στη συνέχεια η δεματοποίηση και η φόρτωση. Στο τρίτο η διαθεσιμότητα αφορούσε τρεις ελκυστήρες για αυτό το λόγο εκτελεστήκαν πρώτα οι εργασίας τις κοπής , της χορτοσυλλογής και της δεματοποίησης και μετά η εργασία της φόρτωσης. Επίσης εκτιμήθηκε το κόστος του κάθε σεναρίου με διαθέσιμες εξισώσεις και στοιχεία από την βιβλιογραφία.Η δομή της εργασίας που αποτελείται από εφτά κεφάλαια είναι η εξής:. Στο πρώτο κεφάλαιο, στην εισαγωγή, γίνεται αναφορά στη σημασία της βιομάζας ως πρώτης ύλης για την παραγωγή ενέργειας και στα περιβαλλοντικά προβλήματα που πηγάζουν από την χρήση των ορυκτών καυσίμων. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται ανάλυση της βιβλιογραφίας που αφορά τη βιομάζα που προέρχεται από την αγροτική παραγωγή σε μορφή υπολειμμάτων καλλιεργειών και τις ιδιότητες της. Αναλύεται η βιβλιογραφία για τα πρότυπα συγκομιδής βιομάζας.Στο τρίτο κεφάλαιο γίνεται ανάλυση της βιβλιογραφίας για της γενικές αρχές της εφοδιαστικής αλυσίδας στους παράγοντες που την επηρεάζουν. Ιδιαιτέρως γίνεται αναφορά στα στάδια της εφοδιαστικής αλυσίδας της βιομάζας από το χωράφι στο εργοστάσιο παράγωγής ενέργειας και στα μηχανήματα που χρησιμοποιούνται για την συλλογή. Στο τέταρτο κεφάλαιο περιγράφονται τα πειράματα και οι τρόποι που χρησιμοποιήθηκαν για την ανάλυση των δεδομένων. Στο πέμπτο κεφάλαιο περιγράφονται τα αποτελέσματα των πειραμάτων και η δημιουργία των μοντέλων πρόβλεψης. Στο έκτο κεφάλαιο (μελέτη περίπτωσης) παρουσιάζονται τρία διαφορετικά σενάρια που αφορούν τη συλλογή των υπολειμμάτων αναλόγως της διαθεσιμότητας των ελκυστήρων που εκτελούν τις εργασίες της κοπής , χορτοσυλλογής, δεματοποίησης και φόρτωσης. Τα σενάρια αναλύονται ως προς το κόστος και ως προς το χρόνο. Στο έβδομο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα συμπεράσματα και η προτάσεις για επέκταση της έρευνας.