Trä och kvalitet /

In this article, we will extend the method of balanced truncation using normalised right coprime factors of the system transfer matrix by Meyer (1990) [3] to balanced truncation with preservation of half line dissipativity. Special cases are preservation of positive realness and bounded realness. We consider a half line dissipative input-output system, with quadratic supply rate given by a nonsingular symmetric matrix Sigma with the property that its positive signature is equal to the number of input components of the system. The transfer matrix of such system allows a Sigma-normalised right coprime factorisation. We associate with such factorisation two Lyapunov equations, one of which is nonstandard, involving the indefinite matrix Sigma. Balancing will be based on making the unique solutions of these two Lyapunov equations equal and diagonal. The diagonal elements will be called the Hankel Sigma-singular values, because their squares are the nonzero eigenvalues of the composition of the 'graph' Hankel operator, multiplication by Sigma, and the adjoint graph Hankel operator. This method of balanced truncation will be shown to preserve stability, minimality, and half line dissipativeness. We will characterize the 'classical' positive real and bounded real characteristic values in terms of the new Hankel Sigma-singular values. Finally, we will derive one-step error bounds for the special case of balanced truncation of bounded real systems. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved

Regionala tillgångar av skogsbränsle i Sverige

Föreliggande rapport är ett delprojekt i Work Package 5 i CHRISGAS (Clean Hydrogen-RIch Synthesis GAS). CHRISGAS är finansierat av Europeiska Unionen och SvenskaEnergimyndigheten. Projektet syftar till att demonstrera framställning av väterik syntetiskgas för tillverkning av fordonsbränsle. Framställningen skall ske genom förgasning avbiomassa i en pilotanläggning, VVBGC (Växjö Värnamo Biomass Gasification Centre) i Värnamo. Syftet med denna studien är att visa hur mycket biomassa lämpat förenergiomvandling det svenska skogsbruket kan bidra med på regional nivå i form avhyggesrester, stubbar och biprodukter från sågverken. Den regionala indelningen är delsgjord på länsnivå i Sverige, samt en fördjupning beträffande upptagningsområdet förförgasningsanläggningen VVBGC (100 km radie från Värnamo). Enligt Energimyndigheten (2007) var Sveriges totala energitillförsel 640 TWh under2005, av detta utgjorde biobränslen, inklusive torv och avfall 109 TWh. Kommissionenmot oljeberoende (2006) har även sammanställt olika aktörers bedömningar om hur storökningspotentialen är för produktion av råvara för bioenergi. De har sedan gjort enbedömning att till år 2020 skall Sverige använda 154 TWh bioenergi och år 2050 skallanvändningen av bioenergi uppgå till 228 TWh, varav skogsbränsle utgör en betydande del. Behovet av förnyelsebar energi ökar i hela världen då utsläppen av växthusgaser skaminska och de fossila energikällorna inte räcker för all framtid. Sveriges skogar får i och med det ökande gröna energibehovet en allt mer betydande roll i framtidensenergiförsörjning. Effektiviteten i uttaget måste bli bättre för att på bästa sätt förvalta denråvara som finns och på det sättet få ut mer energi till en låg kostnad. Enligt Skogsstatiskårsbok (2007) utgör ägoslaget skogsmark ca 23 miljoner hektar, eller 55 % av Sverigestotala landareal. I skogsvårdslagens §1 fastslås: ”Skogen är en nationell tillgång som skallskötas så att den uthålligt ger en god avkastning samtidigt som den biologiskamångfalden behålls. Vid skötseln skall hänsyn tas även till andra allmänna intressen”.Denna lag lägger grunden för hur den svenska skogen får utnyttjas och hur det svenskaskogsbruket skall skötas. Det som blir allra mest påtagligt för skogsbränsleuttag är delensom säger att skogen skall skötas så att den uthålligt ger en god avkastning. Ett uttag avskogsbränsle får därför inte äventyra uthålligheten i skogsbruket i form avnäringsförluster. För att beräkna potentialen av hur mycket grot respektive stubbved som finns per hektaranvänds de biomassafunktioner som Marklund (1988) har utvecklat för trädslagen tall,gran och björk. Den potential som beräknas är den biomassa som finns i det växandeträdet, därefter tillkommer hantering och lagringsförluster av biomassan. Hur mycketgrot som kan levereras till den energiomvandlande industrin påverkas av hur effektiva deolika hanteringsmetoderna är vid hopsamlandet och hanteringen av skogsbränslet iskogen till industrin. Beroende på vilken hanteringsmetod som används försvinnermellan 30-50 % torrmassa av den potentiella mängd som finns på hygget vidavverkningen (Nilsson 2007). Förutom avverkningsresterna finns det även mycket skogsbränsle att hämta från sågverkens biprodukter. Enligt Sågverksinventeringen (2002)producerar sågverken årligen drygt 16 miljoner m3 sågad vara, den sågade varan utgörknappt hälften den totala volym virke som tillförs produktionen. Sågverket säljer dock enstor del av detta till andra industrier, främst till massaindustrin. Den biomassa som blirtillgänglig för övriga aktörer på energimarknaden är därmed endast ca 12 % av den ingående biomassan. När biomassan som kan bli tillgängligt för energiomvandling från grot, stubbar samtsågverkens biprodukter summeras blir den totala biomassan ca 6,7 miljoner tontorrmassa per år i hela Sverige. Detta motsvarar ca 32 TWh per år, fördelat på 18,3 TWhgrot, 6,5 TWh stubbar samt 7,6 TWh biprodukter från industrin. För att bedömaökningspotentialen av tillgängligt skogsbränsle måste den totala potentialen sättas irelation till hur mycket skogsbränsle av olika sortiment som används redan idag. EnligtBioenergiutredning (2004) förbrukas årligen 8,4 TWh avverkningsrester (grot) i Sverige.Det betyder att ökningspotentialen är ca 10 TWh från grot, om barren tillåts ingå iuttaget. Om man istället vill ha ett avbarrat grot minskar den tillgängliga biomassan ochökningspotentialen från grot halveras och blir endast ca 5 TWh. En sådan minskning avdet totala utbudet är inte att förringa, men det är inte heller troligt att alla grotuttag alltidkommer att innefatta barren. Ett rimligt antagande torde vara att hälften av allt grotuttagkommer att kunna innehålla barr vilket totalt skulle ge ca 16 TWh grot. Den verkligaökningspotentialen för grot skulle därför vara drygt 7 TWh. Vad gäller stubbar ärbrytningen idag marginell. Det gör att all framtida stubbrytning i princip utgör enökningspotential motsvarande drygt 6 TWh sett till hela Sverige. Den störstabegränsande faktorn i ökningspotential från stubbrytning utgörs av hur stora arealer somverkligen kan bli aktuella. Beträffande sågverkens biprodukter används i princip allt redanidag. Det som inte blir cellulosaflis eller går till skivtillverkning, eldas upp för internt brukeller säljs vidare till värmeverk eller pelletstillverkare. Det betyder att om nya aktörer påmarknaden vill använda sågverkens biprodukter måste man konkurrera med redan befintliga aktörer. Den regionala indelningen i föreliggande rapport visar tydligt vilka delar av Sverige somhar mest tillgång på skogsbränsle, vilket torde vara intressant om man vill anlägga nyaförgasningsanläggningar. De områden med mest tillgängligt skogsbränsle utgörs avJönköpings, Kalmar och Kronobergs län. Ett annat område som skulle kunna varaintressant är Svealand där det finns ett tydligt område med mycket skogsbränsle iförhållande till totalarealen (se figur 10). De allra flesta värmeverk vill ofta ha ett avbarrat skogsbränsle, vilket begränsar det totalautbudet samtidigt som det uppstår dyra ”förädlingskostnader” då barren skall lämnas iskogen. CHRISGAS borde som pionjär inom förgasningstekniken se över möjlighetenatt även förgasa grot med barr. Inte bara för att tillgången på skogsbränsle skulle öka,utan även för att hålla kostnaderna nere. Genom någon form av buntning skullekostnaden kunna sänkas med 25–30 % (Nilsson 2007).The present report is a subproject in Work Package 5 in CHRISGAS (Clean Hydrogen-RIchSynthesis GAS). CHRISGAS is financed by the European Union and The Swedish EnergyAgency. The aim of the project is to demonstrate the production of hydrogen rich syntheticgas in the manufacturing of vehicle fuel. The production takes place through gasification ofbiomass in a pilot plant, VVBGC (Växjö Värnamo Biomass Gasification Centre) inVärnamo. The aim of this study is to illustrate how much biomass, suitable for energyutilization, Swedish forestry can contribute with at the regional level in the form of loggingresiduals, stumps and by-products from sawmills. The regional distribution is partly done atthe county level in Sweden, and a deepening regarding reception area for the gasification centre VVBGC (100 km radius from Värnamo). According to the Swedish Energy Agency (2007), Sweden’s total energy supply during 2005was 640 TWh, of which 109 TWh was comprised of biofuel, including peat and waste. TheCommission on oil independence (2006) has even compiled the assessments of variousactors on how large the potential increase is for the production of bioenergy raw material. They then estimated that Sweden will use 154 TWh of bioenergy up to the year 2020, and upto 228 TWh of bioenergy up to the year 2050, of which forest fuel will comprise asubstantial portion. The need for renewable energy is increasing throughout the world, as the release of greenhouse gases will reduce and energy sources of fossil fuel will not be sufficient all the time. With the increased need for green energy, Sweden’s forests get an ever more significantrole in the future’s energy supply. Efficiency in the withdrawal must be better to manage inthe best way what raw materials there are and thus get out more energy at a low cost.According to the Swedish Statistical Yearbook of Forestry (2007), the actual land use offorest land is ca. 23 million hectares, 55% of Sweden’s total land mass. The Swedish ForestryAct §1 establishes that: “The forest is a National resource. It shall be managed in such a wayas to provide a valuable yield and at the same time preserve biodiversity. Forest managementshall also take into account other public interests.” This law lays the foundation for how theSwedish forest shall be used and how Swedish forest fuel should be handled. What is mostevident for forest fuel withdrawal is the part stating that the forest will be managed so that itcontinually provides a good yield. A withdrawal of forest fuel should therefore not risk theforest’s resistance in the form of nutritional losses. To estimate the potential quantity of logging residuals and stumps per hectare, the biomassfunctions developed by Marklund (1988) for the tree types pine, spruce and birch are used.The estimated potential is the biomass in a growing tree, followed by any handling andstorage losses of biomass. How much logging residuals can be delivered to the energyconverting industry is affected by how efficient the various handling methods are during thegathering and handling of forest fuel in the forest to industry. Depending on which handlingmethod is used, 30 – 50% dry mass of the potential amount in a final felling during logging disappears (Nilsson 2007). Besides logging residuals, there is also much forest fuel to becollected from the sawmill’s by-products. According to the Sawmill inventory (2002), thesawmills produce slightly more than 16 million m3 of sawed products annually, with thesawed products comprising almost half of the total volume timber supplied to production.However, the sawmills sell a large part of this to other industries, foremost to the pulpindustry. The biomass that will be accessible to other actors on the energy market is thusonly about 12% of the incoming biomass. When totalling the biomass that can be accessible for energy utilization from loggingresiduals, stumps and sawmill by-products, the total biomass is ca. 6.7 million tonnes drymass per year in all of Sweden. This is equivalent ca. 32 TWh per year, distributed as 18.3TWh logging residuals, 6.5 TWh stumps and 7.6 TWh by-products from industry. Toestimate the potential increase of accessible forest fuel, the total potential must be placed inrelation to how much forest fuel of different types is already used today. According to theBioenergy investigation (2004), 8.4 TWh logging residuals are used annually in Sweden. Themeans that the potential increase is ca. 10 TWh from logging residuals, if the needles areallowed to be included in the withdrawal. If a needle-free logging residuals is preferred, theaccessible biomass and potential increase from logging residuals is halved and becomes onlyca. 5 TWh. Such a reduction of the total supply is not to be lessened, but it is also unlikelythat all logging residuals withdrawal will always include the needles. A reasonable assumptionis probably that half of all logging residuals withdrawal would be able to include the needles,and that the total would give ca. 16 TWh logging residuals. The actual potential increase forlogging residuals would therefore be slightly more than 7 TWh. Regarding stumps clearingtoday is marginal. This makes it so that all future stump clearing in principle constitutes apotential increase equal to a little more than 6 TWh, for all of Sweden. The greatest limitingfactor in potential increase from stump clearing is composed of how large areas that canactually be current. Regarding the sawmills, all by-products are in principle used today. Whatis not turned into chips or used for board production is burned for internal usage or soldfurther to heating plants or pellet manufacturers. This means that if new actors on themarket want to use the sawmills’ by-products, they have to compete with already existing actors. The regional distribution in the present report shows clearly which part of Sweden have themost access to forest fuel, which should probably be interesting if building new gasificationcentres is wished for. The areas with most accessible forest fuel are comprised ofJönköpings, Kalmar and Kronoberg counties. Another area that could be interesting isSvealand, where there is a distinct area with much forest fuel in relation to the total area (see Figure 10). Most heating plants often want a needle-free forest fuel, limiting the total supply and leadingto expensive ‘processing costs’ as the needles are left in the forest. CHRISGAS should, as apioneer within gasification technology, examine the possibilities to even gasify loggingresiduals with needles, not only because the accessibility to forest fuel would increase, butalso to keep costs down. Through some form of bundling, the costs would be reduced by 25– 30% (Nilsson 2007).Chrisga

Lagring av flisad grot vid värmeverk : en jämförande studie mellan vinter och sommar förhållanden

Företrädare för den energiomvandlande industrin upplever i vissa fall attdet är skillnader i den inmätta energimängden och den energimängd somlevereras ut till kund. Detta gäller även vid beaktande av verkningsgrad iförbränningsanläggningen.Syftet med studien har varit att identifiera och storleksbestämma deskillnader i energiinnehåll hos två stackar om vardera 1000 m3s flisad grotsom mättes in vid leverans, samt efter tre månaders lagring strax innanförbränning. Studien är genomförd under två tidsperioder den enarepresenterande vinter- och den andra sommarförhållande, dålagringsegenskaperna skiljer sig åt beroende på årstid.Medelfukthalten för groten som flisades under den frusna delen av åretbestämdes vid leverans till 41,5 % och var efter tre månaders lagring 42,8%. Substansförlusten noterades till 5,6 % och energiförlusten till 6,1 %.För den grot som flisades under sommarförhållanden bestämdesmedelfukthalten vid leverans till 32,2 % och efter tre månaders lagringhade medelfukthalten i stacken ökat till 44,6 %. Substansförlusternanoterades till 10,1 % och energiförlusten till 14,1 % under de tresommarmånaderna.Den grot som flisades under vinterförhållanden visade vid leverans på ettfuktigare material jämfört med den grot som flisades och levereades undersommarförhållanden. Däremot ökade fukthalten endast marginellt hosbränslet som flisades under vinterförhållandena medan fukthalten ökadeavsevärt under lagringen för bränslet som flisades undersommarförhållandena.Substansförlusterna i stacken med vinterflisad grot såväl som i stackenmed sommarflisad grot visade sig ligga väl i paritet med vad tidigare  studier visat med substansförluster på i storleksordningen 2 – 3 % permånad under de tre månader som studien pågick. Energiförlusterna vardäremot betydligt högre för den stack med sommarflisad grot vilket varväntat då både substansförlusterna och fukthaltsökningen var större