När VELOX-projektet är klart i slutet av år 2021 är målet att det ska finnas prototyper för radiovågsbaserad fukthaltsmätning i/på:

• Skopa till hjullastare med syfte att öka möjligheten till sortering och rätt matning till värmekraftverket
• Provlåda för kartläggning och provtagning på bränsleplan för uppföljning och lagersaldo
• Transportband, precis innan inmatning till värmepannan, för kontroll av att matning till dygnssilon varit korrekt
• Flisbilsmätning på ankommande lastbilar för rätt debitering och ge möjlighet till sortering på bränsleplan. 

Prototypen för skopan är nu nära en skarp version, och dess egenskaper har sammanfattats i denna produktbroschyr. Testerna har visat att skopan mäter fukthalt med en noggrannhet 2–3 procentenheter på tempererat (ofruset) sönderdelat virke. Själva mätningen tar någon sekund. Högskolan i Gävle forskar på en förbättrad fysikalisk modell som ska användas använda vid mätning av fruset material, och skopan innehåller en temperatursensor som kan indikera materialets temperatur.

Mätningsutrustningen kommer att kopplas till en molntjänst där data lagras för sammanställning i rapporter, dataanalys och styrning. Tanken med molntjänsten är att så kallade modeller för omräkning av mätsignalen till fukthalt ligger centralt. Det gör att modeller anpassade för nya bränslesortiment enkelt ska kunna läggas till, och att nya kunder ska snabbt och enkelt kunna ansluta sig. Molntjänsten håller på att utvecklas för tillfället.

Utvecklingen av provlådan har inte kommit lika långt som för skopan men utvecklingsarbetet är i en intensiv fas. En stor utmaning är att åstadkomma hög noggrannhet i fukthaltsmätningen. I dagsläget ger den fysikaliska modell som används för provlådan en mätnoggrannhet för fukthalten på 1 procentenhet eller bättre på tempererat virke. Även här tar mätningen max någon sekund. Nyligen genomfördes mätningar av fraktionerat (sållat) flis, för att undersöka om den anisotropi som flisen har för radiosignalen på verkas av dess storleksfördelning.

Nästa steg i projektet är att utveckla en skarp prototyp för provlådan. Därefter ska prototyperna för provlåda och skopa testas i skarp drift. Skopan har testats initialt på Gävle Energi och ska snart testas på Stora Enso i Skutskär. Efter det ska den testas på Gävle Energi för provtagning på bränsleplan och kartläggning av fukthalten i befintliga flishögar.

Parallellt med detta arbete utvecklas nya prototyper för lastbilsmätning och transportband. En vetenskapligt granskad artikel om principen för mätning på transportband har publicerats av Högskolan i Gävle och Radarbolaget: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7309069/

De flesta massabruk vill ha färsk massaved. Men hur vet de om virket är färskt? En traditionell metod är att med en yxa testa hur lätt det är att avbarka stockarna – ju färskare stocken är desto lättare lossnar barken. Men i takt med att allt fler massavedstravar mäts genom fjärrmätning blir det svårare att bedöma färskheten, eftersom den inte går att utläsa från fjärrmätningsbilderna.

Fukthalt kan användas som ett mått på färskhet . Att mäta fukthalt på rundved är idag omständligt. Metoderna handlar antingen om att såga av en trissa som vägs, torkas och sedan vägs igen. En annan metod är att använda en motorsåg med spånsamlare för att på spånprovet göra en liknande analys. Mätningen tar minst 24 timmar. Det manuella arbetet ger en mycket hög kostnad för att mäta det antalet stockar som krävs för att få ett representativt värde på travens fukthalt.

I VELOX-projektet utvecklas radiovågsbaserade metoder för att mäta fukthalt bland annat genom flisskäppor och i flislastskopor. I tidigare delprojekt konstaterades att metoden också borde ha potential för att mäta på rundved och ett försök gjordes. Tre travar med färsk massaved mättes med hjälp av en sändare på ena sidan traven och en mottagare på andra sidan. Jämfört med flis så har en skäppa rundved mindre andel luft, vilket gör att mer av radiosignalen absorberas av materialet. Signalen kunde då mätas genom en av de tre travarna, medan signalen för de andra travarna blev för svag.

Sedan dess har Radarbolaget utvecklat tekniken för radiolänkmottagaren och ett nytt försök genomfördes nyligen hos BillerudKorsnäs i Gävle. Målet var att se hur långt igenom en färsk massavedstrave som signalen nu kunde mätas. Om signalen går igenom färsk massaved kommer den utan problem också att gå igenom torr massaved, eftersom signalen absorberas mindre ju torrare materialet är. Mätutrustningen bestod av två bredbandiga radiolänksystem. Av praktiska skäl lastades stockarna på höjden istället för på bredden.

Massaveden lastades i fem omgångar där målet var att öka varje lager med ungefär 50 cm per försök. Eftersom en normal massavedstrave är cirka 2,5 meter bred och metoden måste kunna mäta igenom det, var det viktigt att det sista lagret skulle vara väsentligt högre än så.

Figur 1. Färsk massaved lastad i lager med ökande höjd. Den vänstra vedtraven är ungefär 50 cm medan den högra är ungefär 2,8 meter. Foto: Kari Hyll

I det här försöket kunde radiosignalen glädjande nog mätas genom alla lager, även det sista som var 2,82 m tjockt. En tidigare modell som hade använts för beräkning av fukthalt i flis gav medelfukthalten 50 %, vilket sannolikt låg ganska nära den verkliga fukthalten.

I nästa steg av metodutvecklingen väntar flera viktiga steg.

• Radiosignalens styrka och utformning behöver optimeras för den här tillämpningen.
• Försök behöver göras där fukthalten hos stockarna också mäts samtidigt men på manuellt vis.
• Många olika sorters travar behöver mätas för att visa att metoden klarar av olika förhållanden.
• Försök på fruset virke behöver göras.

Det är sedan tidigare känt att radiomätningen blir svårare när virket är fruset, eftersom den mätta signalen påminner om den för torrt virke. I det här försöket skedde mätningarna med bredbandiga radiovågor som är reglerade av ETSI-standarder. Signalerna är ofarliga men utrustningen måste designas så att den inte stör andra radiosändningar. Givetvis behöver även det praktiska uppförandet beaktas från starten, så att mätningen kan ske på ett logistiskt smidigt sätt.

Radarutrustningen testas på Gävle Värmeverk

I anslutning till mätstationen och invägningen har radarutrustning, temperaturmätare och kamera installerats.

Radarutrustningen hos Gävle Värmekraft är sedan hösten 2016 i drift. I anslutning till mätstationen och invägningen har radarutrustning, temperaturmätare och kamera installerats.

Mätningarna med radar och med övriga sensorer fungerar bra och fortgår löpande dygnet runt. Projektet går nu in i ett delmoment med målet att automatiskt samla in radardata om varje lastbilslass och att kalibrera mätutrustningen för fukthaltsmätning. Som referensmetod används den ordinarie mätningen av fukthalt.

Provtagning sker då efter lossning med sex delprover som blandas till ett generalprov ur vilket ett prov tas för torkning i ugn. Kalibreringen syftar framför allt till att anpassa mätutrustning efter processen, exempelvis hur trädbränslet är lastat, och att vänja lastbilschaufförerna vid den nya mättekniken. Det beräknas ta några veckor.

Uppe på mätbryggan har temperaturmätare och kamera installerats. Bilderna på lasset är en hjälp i analyserna för att kunna avgöra vilket material det handlar om och hur lasten är fördelad i containern.

Radarmätningar och referensmätningar kan jämföras redan nu genom manuell beräkning. De första preliminära resultaten på kalibrering förväntas bli klara i början av 2017. När automatisering och kalibrering har genomförts ska systemet kunna samla in mätdata för alla flisbilar som har väggarna i skåpet av glasfiber. För bilar med containrar av stål går inte radarteknologin att använda.  

De data som insamlas kommer fortlöpande att analyseras och användas för att förfina metoden för att uppnå bästa möjliga precision och noggrannhet i att bestämma fukthalten på ett helt lastbilslass med trädbränsle.

Radarutrustningens ena del sitter på fundamentet till mätbryggan och mäter under tiden som bilen rullar sakta förbi.

Delprojekt "Mäta med radar" igång

Under sommaren 2016 har inledande testmätningar med radar på lastbilar gjorts. Resultaten hittills är överraskande positiva.

I ett projekt, genomfört under 2015 av Radarbolaget, genomfördes en förstudie om att använda radar för mätning av fukthalt, med målet är att kunna mäta hela lasten på en flisbil på några minuter. Tekniken såg mycket lovande ut, bra mätnoggrannhet (± 3 %-enheter), robust och kompakt teknik, kan göras mobil och med många tillämpningsområden för produktions- och vederlagsmätning. Styrkan är att tekniken mäter på hela lasset och därmed undviker man samplingsproblematiken dvs. felkällan vid uttaget av representativa prover.

Nu fortsätter utvecklingen av radartekniken i detta delprojekt. De första testerna med att anpassa tekniken gjordes i september. Eftersom förstudien gjorde mätning i labb som statisk mätning av en container, skalar vi nu upp mätningarna till att mäta på hela lastbilar i rörelse. En av utmaningarna är antennernas placering, vilket avstånd från bilen de kan mäta på. En annan utmaning var att få klarhet i hur signalen ser ut när fordonet just passerar och när man ska sluta mäta. De inledande testerna gav överraskande positiva resultat och projektet går nu vidare till nästa steg som är mätningar vid Gävle Energis värmeverk.

En utmaning var att få klarhet i hur signalen ser ut när fordonet just passerar och när man ska sluta mäta. Här passerar lastbilen antennen och resultatet blev överraskande positivt.

Under tre år ska vi utveckla och förbättra fukthaltsmätningsteknik för flisbil och rundvirkestransport. Två prototyper av mätutrustningen för lastbil har utvecklats i tidigare projekt: generation 1 (Gen1) och generation 2 (Gen2). Bland annat har utvecklingen handlat om att hitta rätt frekvens och att förbättra känsligheten. Inom projektet ska tredje generationens mätare (Gen3) utvecklas, där mätsystemet kommer att ha två mätare så att fler travar kan mätas simultant. Gemensamt för alla är att de är baserade på ultra-bredbandiga mikrovågsantenner.

Mätningarna vid industri

Strax innan sommaren gjordes ett försök med fukthaltsmätning på rundvirkestransport, med Gen2-mätaren. Tre lastbilar med tre travar vardera mättes, alltså totalt nio travar. Den första lastbilen var barrmassaved från slutavverkning, den andra lastbilen bränsleved (en blandning av torra barkborregranar och stora rötgranar), och den tredje lastbilen barrmassaved från gallring. Först mättes varje trave med mikrovågsmätaren då lastbilen stod vid vågplattan. Som referensvärde på fukthalt kapades sedan trissor med motorsåg från stockar som stack ut lämplig längd från traven. Från varje stockände kapades två trissor, ca 20 cm in i stocken om det gick, men ibland 10 cm in. Dessa vägdes, torkades och vägdes igen för att bestämma torrhalten.

Referensfukthalten på barrmassaveden från slutavverkning var 49–60 % (medel 54,9 %), för bränsleveden 19–48 % (medel 24,0 %) och barrmassaveden från gallring 42–61 % (medel 53,9 %). Referensproverna från bränsleveden hade högst spridning i fukthalt, vilket inte är förvånande eftersom traven bestod av en blandning av torrt barkborrevirke och fuktig rötgran. Sannolikt är värdet som ges av mätaren mer representativt för traven än medelvärdet av referensprovstockarna.

Med hjälp av mätningarna anpassades en modell som sedan gav fukthalten, vilket visas i figuren nedan. Standardavvikelsen i överenstämmelsen mellan modell och referensmätningar var 5,3 procentenheter.

Figur 1. Referensmätt (röd) vs. mikrovågsmätt (blå) fukthalt. Provnummer 1–3=barrmassaved från slutavverkning, 4–6=bränsleved och 7–9=barrmassaved från gallring.

Ett litet försök gjorde också för att se hur långt in på stockändarna som trissor behöver kapas för att inte den uppmätta fukthalten ska påverkas av att stocken torkar mer i ändarna än i mitten. Slutsatsen var att det är bra att kapa trissor minst 25 cm in i stocken. Det gör referensprovtagningen lite mer utmanande, då det kan kräva att stockarna lastas av, kapas och sedan lastas på igen.

Labbmätningarna

För både mätningarna vid labb och industri gäller att det är bra att mäta vid så många olika fukthalter som möjligt, från mycket fuktigt virke till snustorrt. Det är lättast att åstadkomma genom kontrollerad torkning av virket. Radarbolaget har tagit fram en labb-uppställning i form av en torkningslåda, som består av en stor våg med en låda med öppningar för fläktar på kortsidorna och mätarna (mikrovågsantennerna) på långsidorna. Stockarna staplas inuti lådan. Medan stockarna torkas av fläktarna så vägs de, vilket gör att fukthalten kan bestämmas kontinuerligt. De första labbmätningarna av massaved tyder på att torkningsprincipen fungerar men att värmen från fläktarna påverkar mätningen mer än väntat, samt att det kan vara en fördel att stapla stockarna så att luftfickorna mellan dem minimeras. Med andra ord kommer metodutvecklingen att fortsätta, bland annat genom att stapla stockarna asymmetriskt och genom att växelvis stänga av värmefläktarna.

Nästa steg

Nästa steg är att installera Gen3-mätaren, vilket kommer ske i slutet av 2022. Torkningslådan kommer också att förbättra, och en modell för att räkna om mätresultaten från lådans 60 cm breda trave till travar med vilken bredd som helst kommer att tas fram. När det gäller flis kommer bland annat mätningar på blandningar av ofrusen och frusen flis att göras.

Vi tackar Energimyndigheten och projektkonsortiet (Gävle Energi, StoraEnso, Sveaskog, Högskolan i Gävle) för finansieringen och engagemanget i projektet.

Förlängning till juni

Vi är förhoppningsvis på andra sidan pandemin och mycket spännande har hänt i projektet under tiden. Samtidigt har det inneburit utmaningar, dels genom lång leveranstid av komponenter, dels genom att många industrier stängts ner för besökare. Till följd av det har projektet förlängts ett halvår och kommer nu att löpa fram till slutet av juni 2022.

Första steg i processen för typgodkännande tagna

I projektet utvecklas fukthaltsmätning för fyra tillämpningar: hjullastarskopa, mätlåda (referensprovtagning), lastbil och transportband. Utvecklingsprocessen har kommit längst för de två första tillämpningarna och de ska vara närmast en kommersialisering. Samtal har också förts med VMK (VirkesMätningsKontroll) gällande processen för typgodkännande. Typgodkännande krävs för att en mätutrustning ska få användas för ersättningsgrundande mätning. Även för mätningar för planering och processtyrning ses typgodkännande som en kvalitetsstämpel.

Ny prototyp för lastbilsmätning tillverkas

I tidigare delprojekt utvecklades en enkel prototyp för att mäta fukthalt genom ett flislass/skäppa när denna ankommer till industrin. Prototypen var stationär och mätte en bit ifrån lastbilen. En ny och förbättrad variant av lastbilsmätare håller nu på att tillverkas i samarbete med Högskolan i Gävle. Den är rörlig och kan föras dikt an lastbilen eller timmerlasset. På sikt kommer den även bli motorstyrd och visionen är att lastbilsföraren styr mätningen via en app i sin smarta telefon.

Ny prototyp för provtagning tillverkas

Under projektet har en metod och utrustning för provtagning i mätlåda utvecklats och utvärderats. Efter olika överväganden har konstruktionen bestämts. De två första prototyperna är under montering vid denna texts skrivande. Parallellt med detta arbete har modellerna för olika sortiment börjat ta form. De har den eftersträvande noggrannheten på 1–2 procentenheter. Mätlådan, men även övriga konstruktioner, kommer att ha en molnlösning baserad på Google Cloud och en BI-lösning för rapportgenerering baserad på Salesforce verktyg Tableau. Genom det erhålls data och rapporter direkt i molnet, vilka enkelt kan analyseras av bränslestrategen.

Delar till prototyp för transportband beställd

Den första prototypen för mätning på transportband har designats och delarna har beställts. Den förväntas att monteras i slutet av november 2021 och ska testas under våren.

Stort intresse för hjullastarskopan

Flera kraftvärmeverk har visat intresse för den fukthaltsmätande hjullastarskopan. Den ska testas under en längre period hos ett par aktörer, till en början på Gävle Energi. Hjullastaren utrustas nu med display och en enhet för datakommunikation till molnlagring av resultatet.

System- och litteraturstudie på gång

Skogforsk har gjort två delstudier i projektet. Den ena är en systemstudie över vilken påverkan fukthaltsmätning med de fyra tillämpningarna (hjullastarskopa, referensmätning, lastbil och transportband) kan ge på tillförselkedjan och processen. Den andra delstudien är en litteratursammanställning över vilka egenskaper förutom fukthalt som skulle kunna mätas med mikro- eller radiovågor, samt vilka för- och nackdelar tekniken har jämfört med andra alternativ. Dessa båda studier kommer att släppas som en arbetsrapport på Skogforsk.

Fortsättningsprojekt

I en tidigare uppdatering berättades det om mätningar som gjorts på travad rundved. Som följd av de lovande resultaten skickade Skogforsk i samarbete med Radarbolaget, Högskolan i Gävle, Gävle Energi, StoraEnso och Sveaskog in en ansökan till Energimyndigheten om ett fortsättningsprojekt fokuserat på mätning av fukthalt på lastbil; och då både för flis och energi- och massaved. Energimyndigheten anslog 3,6 MSEK till projektet som kommer att börja i januari 2022 och löpa i tre år. Projektet kommer dels att se om fukthaltsmätningen av flis går att anpassa till travad rundved, dels utvärdera fukthaltsmätningen av flis i produktionsmiljö under lång tid, dels arbeta vidare på att förbättra mätningen på fruset virke.

Den frågeställningen kommer Skogforsk tillsammans med Radarbolaget, Gävle Energi, StoraEnso, Sveaskog och Högskolan i Gävle att utforska i ett treårigt projekt som finansieras av Energimyndigheten. Total budget är cirka 7 MSEK och Skogforsk projektleder.

Grunden är en mikrovågsbaserad prototyputrustning som utvecklats för att mäta fukthalt på flisbilar. Den utrustningen kommer att utvecklas vidare inom projektet och användas för mätning både på flisbilar och rundvedstransporter. Mätningen görs medan transporterna ändå vägs på vågplattan vid ankomst till industrin.

Figur 1. Illustration av mätutrustningen för lastbilar.

Tidigare projekt har visat att mätutrustningen är bra på att mäta ofrusen flis av flera olika sortiment, så länge skäppans väggar är av kolfibertypen, då mätsignalen inte går igenom metall. En lång valideringsserie kommer att tas fram genom att flisbilar som kommer in till Gävle Energi mäter sin fukthalt både med den nya utrustningen och med den klassiska ugnstorkningsmetoden. Projektet kommer också fortsätta arbetet med modeller för frusen flis, som är betydligt mer utmanande än ofrusen flis.

Den kanske största frågeställningen är om samma mätprincip kan tillämpas på rundvedstransporter. Förförsök tyder på det, men hur repeterbart är det och vilken noggrannhet kan mätningen uppnå? Det kommer projektet att ta reda på. Testmätningar på frusen rundved kommer också att utföras.

Nästa steg blir att börja provmäta med den nya lastbilsmätare som installerats hos Gävle Energi, på både flisbilar och rundvedstransporter, och att öva på att göra referensfukthaltsmätningar av rundved genom att ta trissor, väga och torka dem.