垃圾發(fā)電廠選址約束條件分析

羅敏 LUO Min

（四川蜀能電力有限公司，成都 610051）

（Sichuan Shuneng Electric Power Co.，Ltd.，Chengdu 610051，China）

1 垃圾發(fā)電廠選址概述

1.1 垃圾發(fā)電廠選址的總體目標(biāo) 對垃圾發(fā)電廠進(jìn)行選址，就必須兼顧技術(shù)安排的合理、經(jīng)濟(jì)成本的控制、環(huán)境污染的最小化和社會影響的最小化，即使無法使得這四個目標(biāo)同時達(dá)到最佳也要使得四個子目標(biāo)的安排盡可能的最優(yōu)。好的垃圾發(fā)電廠廠址，可以使得環(huán)境污染治理費用小，垃圾運的經(jīng)濟(jì)成本小，還可以削弱垃圾發(fā)電廠所帶來的負(fù)面社會影響。

1.2 垃圾發(fā)電廠選址的原則 垃圾發(fā)電廠的選址與待選區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況、地理地址條件、居民生活區(qū)域等多方面相關(guān)。選址工作十分復(fù)雜，并且是多學(xué)科的交錯應(yīng)用。包括了法律、社會學(xué)、數(shù)學(xué)、土木等多方面的學(xué)科。綜合這些學(xué)科和需要考慮的因素，本文認(rèn)為垃圾發(fā)電廠選址應(yīng)該有以下主要三點原則：

①技術(shù)安排合理原則。從技術(shù)上來說，要使得垃圾發(fā)電廠的選址使得電廠投入運行后并入電網(wǎng)沒有太大的技術(shù)難度。另外，從土建方面來說，當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)情況和水文情況要適合建設(shè)垃圾發(fā)電廠。與此同時還要考慮，周邊的地形情況，發(fā)電廠的建設(shè)會不會引起事故等這些都要考慮進(jìn)去。②環(huán)境保護(hù)原則。這是建設(shè)垃圾發(fā)電廠的一個關(guān)鍵原則，如果電廠在環(huán)保上行不通，很有可能面臨建設(shè)后期的中停情況，帶來的經(jīng)濟(jì)損失不可衡量。具體來說要控制電廠存儲垃圾的固體和液體污染物的量，還要使得電廠投入運行時對大氣的污染情況達(dá)到當(dāng)?shù)卦试S的范圍。③經(jīng)濟(jì)成本原則。垃圾發(fā)電廠是依靠焚燒垃圾來實現(xiàn)發(fā)電的，焚燒產(chǎn)生的熱能通過一定的方式轉(zhuǎn)化成動能，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為電能。那么垃圾的獲取就是垃圾發(fā)電的一個主要成本所在。其中垃圾的運輸占有一定比率的費用，因此選擇合適的地點作為垃圾發(fā)電廠的廠址將直接關(guān)系到垃圾的運輸費用。除此之外，垃圾發(fā)電廠的選址直接關(guān)系著工程造價、土地費用等。

2 垃圾發(fā)電廠選址模型建立

2.1 建模及選址約束條件分析 在收集到垃圾發(fā)電廠選址的相關(guān)資料后，在此基礎(chǔ)上，全面考慮選址的實際情況，盡可能建立涵蓋選址目標(biāo)地區(qū)的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境以及社會等實際因素的模型。然后，對模型進(jìn)行適當(dāng)合理的假設(shè)，充分考慮垃圾發(fā)電廠選址過程中的制約條件，這對于后文垃圾發(fā)電廠選址模型的分析和求解有著至關(guān)重要的意義。一般來說，垃圾發(fā)電廠選址所要考慮的約束因素有以下幾個方面：

①法律法規(guī)及相關(guān)政策的約束；②垃圾發(fā)電廠選址目標(biāo)地區(qū)對于建設(shè)垃圾發(fā)電廠的社會性約束；③垃圾發(fā)電廠選址目標(biāo)地區(qū)對于建設(shè)垃圾發(fā)電廠的技術(shù)性約束；④垃圾發(fā)電廠選址目標(biāo)地區(qū)對于垃圾發(fā)電廠污染物排放的相關(guān)約束；⑤垃圾堆垛場的垃圾量以及垃圾發(fā)電廠的垃圾需求量之間的約束性；⑥垃圾運輸條件的約束性。

2.2 基于多目標(biāo)優(yōu)化的垃圾發(fā)電廠選址模型的建立垃圾發(fā)電廠選址模型是以選址整體規(guī)劃成本最小、技術(shù)安排得當(dāng)、環(huán)境污染處理費用最小以及社會影響最小為目標(biāo)，綜合考慮垃圾發(fā)電廠選址所面臨的整體情況，結(jié)合選址過程中的多種約束條件而建立起來的數(shù)學(xué)模型。在垃圾發(fā)電廠建模的過程中，結(jié)合行業(yè)自身的特點和社會的整體評價情況，基于多目標(biāo)模型的垃圾發(fā)電廠選址具有以下幾個特點：

①選址的決策目標(biāo)多。垃圾發(fā)電廠選址涉及到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會等多方面的因素，選址模型要兼顧多方面的目標(biāo)，并且各個目標(biāo)函數(shù)建立時要考慮的指標(biāo)眾多，整個建模過程較為復(fù)雜。②選址的決策目標(biāo)相關(guān)性小。垃圾發(fā)電廠選址所涉及的幾個大方面中，技術(shù)、社會方面的因素與經(jīng)濟(jì)、環(huán)境方面的因素相關(guān)性較小。技術(shù)方面的決策目標(biāo)是基于垃圾發(fā)電廠選址在土木、水文、并網(wǎng)等多方面的可操作性上，社會方面的決策目標(biāo)在于社會負(fù)面影響最小化，本身就很難量化衡量，就更不用說去和其他目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行兼容了。經(jīng)濟(jì)和環(huán)境方面的目標(biāo)函數(shù)可以通過相應(yīng)處理的貨幣價值來衡量。四個方面的目標(biāo)函數(shù)度量不一致，也就是相關(guān)性小，直接導(dǎo)致了模型后期計算時的困難。③選址的約束條件多而雜。由于垃圾發(fā)電廠選址的決策目標(biāo)多，所以選址的約束條件也會相應(yīng)的增多，與此同時還要考慮約束條件如何建立才是合乎實際的，再加上各個目標(biāo)函數(shù)兼容性不強(qiáng)，度量種類也不一樣，所以約束條件整體處理起來將較為繁雜。

垃圾發(fā)電廠選址模型的這些特點決定著建模過程中可能要遇到的問題，在建模之前應(yīng)該結(jié)合這些特點對后期的建模做出指導(dǎo)。

2.3 模型建立的基本假設(shè) 從上面的分析可以看出來垃圾發(fā)電廠選址是一個多目標(biāo)、大規(guī)模、約束繁雜的規(guī)劃決策問題。影響垃圾發(fā)電廠選址的因素很多，在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會這四個大的維度下面還有很多子因素，在建立數(shù)學(xué)模型的時候不可能將各個方面的因素全都考慮進(jìn)去，針對實際情況，本文的建模要有所選擇和放棄。本文建立的垃圾發(fā)電廠選址模型的終極目標(biāo)是得出一個確切的地理坐標(biāo)，使得垃圾發(fā)電廠在這個位置上能夠使得電廠建設(shè)在技術(shù)上過關(guān)，建成后運營的整體規(guī)劃成本最小，社會影響盡可能的小。為了既能使得所建立的選址模型可解，也要使得模型與實際情況接近，本文做出以下的幾點假設(shè)：

①垃圾發(fā)電廠的選址和建設(shè)是在完全符合國家法律法規(guī)和相關(guān)政策下的前提下進(jìn)行的。②垃圾發(fā)電廠建成后入網(wǎng)沒有任何限制，且入網(wǎng)線路的建設(shè)完全由電網(wǎng)公司負(fù)責(zé)。③擬建垃圾發(fā)電廠的全部發(fā)電供應(yīng)給相應(yīng)的選址地區(qū)。④擬建垃圾發(fā)電廠與電網(wǎng)簽訂的是發(fā)電份額合同，且該份額所占該地區(qū)的總的發(fā)電需求量的比值是確定的。⑤垃圾發(fā)電廠所需的垃圾匯總堆垛地點在垃圾發(fā)電廠內(nèi)。⑥垃圾匯總堆垛地點的容量沒有限制，能夠接受任何規(guī)模的垃圾量。⑦不考慮城市垃圾的篩選處理，垃圾可以直接用來焚燒發(fā)電。⑧城市垃圾的處理方式是全部運往垃圾發(fā)電廠所在地點進(jìn)行焚燒發(fā)電。⑨城市各個垃圾堆垛場運往垃圾發(fā)電廠的費用只和直線路程以及貨運量有關(guān)，不考慮具體的道路情況。⑩選址地區(qū)由于地域的區(qū)別污染處理費率的高低也不盡相同，離市中心越近處理費用越高。?污染量的多少與垃圾存儲量和發(fā)電量直接掛鉤。?擬建垃圾發(fā)電廠周邊的居民能夠主動接受并理解與垃圾焚燒相關(guān)的環(huán)保知識。?人口密度的計算允許對區(qū)域進(jìn)行劃分，分別進(jìn)行計算。

3 垃圾發(fā)電廠選址多目標(biāo)優(yōu)化模型的建立及約束條件

3.1 技術(shù)層面的模型建立 土建調(diào)研：對調(diào)研地區(qū)是否具備建廠的技術(shù)條件做出判斷，包括周邊的房屋布局，交通情況等；地質(zhì)調(diào)研：對調(diào)研地區(qū)的在建廠后是否會對地質(zhì)造成大面積污染，包括土地成分、水文等做出判斷；氣候調(diào)研：對調(diào)研地區(qū)的長年降雨、風(fēng)向等情況做出判斷，選址合適的地區(qū)作為待選址區(qū)域。

技術(shù)安排模型如圖1所示。

圖1 技術(shù)安排

3.2 經(jīng)濟(jì)層面的模型建立

3.2.1 目標(biāo)函數(shù) 根據(jù)以上的假設(shè)條件，如果建廠面積、土地價格以及建設(shè)費用確定一致，那么建成垃圾發(fā)電廠后運輸焚燒垃圾的經(jīng)濟(jì)成本就可以表示成這樣一個式子。

設(shè)L(x,y)表示待選垃圾發(fā)電廠的具體地理坐標(biāo)，M1(x1,x1),M2(x2,y2),…,Mn(xn,yn)表示各個城市垃圾堆垛場的具體地理坐標(biāo)。

每個城市垃圾堆垛場的垃圾和年垃圾量有如下關(guān)系：

每年從各個城市垃圾堆垛場運送到垃圾發(fā)電廠的費用為

而從各個城市垃圾堆垛場運送到垃圾發(fā)電廠的直線距離為：

所以，最終的經(jīng)濟(jì)成本就可以表示為：

3.2.2 約束條件 由以上的分析，我們知道，坐標(biāo)(x,y)必須落在Dmax的范圍內(nèi)，并且要保證城市垃圾總產(chǎn)量要大于建成后垃圾發(fā)電廠年發(fā)電所需垃圾，因此約束條件為：

綜合上面的討論，所以經(jīng)濟(jì)層面的模型可以總結(jié)如下：

3.3 環(huán)境層面的模型建立

3.3.1 目標(biāo)函數(shù) 由于垃圾發(fā)電廠環(huán)境污染的治理涉及到固體污染物、液體污染物和氣體污染物，所以要分三個方面來分析，分別建立子目標(biāo)函數(shù)。

①固體污染物治理費用。

存放在垃圾發(fā)電廠內(nèi)的垃圾污染治理費用為：

垃圾發(fā)電廠發(fā)電所排出的固體污染物費用為：

所以總的固體污染物治理費用為：

②液體污染物治理費用。

存放在垃圾發(fā)電廠內(nèi)的垃圾污染治理費用為：

垃圾發(fā)電廠發(fā)電所排出的液體污染物費用為：

所以總的液體污染物治理費用為：

③氣體污染物治理費用。

氣體污染物治理的費率由于地域的區(qū)別而不同，所以氣體污染物治理費用為：

其中 cg(x,y)=h（ Dj），Dj?Dmax，Dj表示對于 Dmax的一個劃分，j=1，2，…m 且

3.3.2 約束條件 由于固體、液體污染物治理的費率是確定的變量，所以對于這兩個方面沒有太大的約束性。而氣體污染物治理費用與地區(qū)的不同掛鉤，越接近城區(qū)的費率越高，所以對于污染物處理費用的約束條件為：

綜上所述，環(huán)境層面的模型建立如下：

3.4 社會層面的模型建立

3.4.1 目標(biāo)函數(shù) 從社會影響上來說，我們假設(shè)擬建廠區(qū)域的居民是可以理性接受環(huán)保知識的教育的，那么用來衡量建設(shè)垃圾發(fā)電廠社會影響大小的指標(biāo)就可以是對建設(shè)垃圾發(fā)電廠的態(tài)度，而這個態(tài)度程度的大小就可以用反對建廠的人數(shù)比上總?cè)藬?shù)來衡量。

同樣的我們對既定區(qū)域進(jìn)行劃分，設(shè)：

對這k個區(qū)域進(jìn)行抽樣調(diào)查得到每個區(qū)域的抽樣態(tài)度，然后再進(jìn)行加權(quán)平均求出最終的態(tài)度程度的大小來表示社會影響的目標(biāo)函數(shù)。所以，社會層面的目標(biāo)函數(shù)為：

其中，atk表示對第k個區(qū)域居民對建垃圾發(fā)電廠的態(tài)度程度的大小，SDk表示第k個區(qū)域的面積的大小，ρk(x,y)表示第k個區(qū)域人口密度的大小。

3.4.2 約束條件 由于整個社會影響程度的大小是從整個待選定區(qū)域整體上來考慮的，所以沒有太大的約束性，所以它的約束條件為：(x,y)∈Dmax。

綜合考慮，社會層面的模型建立如下：

綜合上述的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會三方面的子目標(biāo)函數(shù)，最終的簡化垃圾發(fā)電廠多目標(biāo)選址模型為：

其中有些子函數(shù)會有自己的約束條件，例如人口密度函數(shù)和氣體污染物處理費率函數(shù)。

4 結(jié)論

本文主要研究了垃圾發(fā)電廠的選址方法，建立了適合垃圾發(fā)電廠選址的模型，分析了現(xiàn)今垃圾發(fā)電廠選址存在的問題。提出了垃圾發(fā)電廠選址統(tǒng)籌考慮了技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會多方面的影響因素。在本文所做工作的基礎(chǔ)上，依然可以對某些地方進(jìn)行改進(jìn)和提煉：影響垃圾發(fā)電廠影響因素的分類可以更加細(xì)化具體；一些假設(shè)條件和約束條件可以更加的寬泛；多目標(biāo)優(yōu)化問題的求解可以運用更加先進(jìn)的算法來實現(xiàn)。

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