最優(yōu)化秸稈收集成本模型的選擇及成本計算

李訓領++尹平++鄧麗麗

摘 要

本文建立了生物質發(fā)電廠秸稈收集成本模型，給出了模型的數(shù)學描述，并依據(jù)國內某電廠的數(shù)據(jù)，對模型進行了應用，得出了秸稈收集的最小成本。結果表明：電廠最佳的收集模式是集中收集和分散收集相結合的模式。本文對指導秸稈發(fā)電廠科學的建立收集模式，降低燃料成本具有積極的指導意義。

【關鍵詞】生物質 收集成本模型 數(shù)學描述

在我國的中長期發(fā)展規(guī)劃中對可再生能源發(fā)展目標進行了明確，提出了可再生能源新裝機容量在2020年時必須要達到1億千瓦，其中生物質發(fā)電裝機必須要達到2000萬千瓦。生物質發(fā)電受到政策的支持，但是在發(fā)展過程中也遇到一些難以解決的問題。因此，對秸秸稈收集、加工等各個環(huán)節(jié)進行科學合理的安排，降低秸稈的成本是相當重要的。

1 模型建立

秸稈的收集按照收購方式和運輸方式主要有三種模式：

模式一、在電廠設置一個大型中心收購站，散戶直接將秸稈送至中心收購站，在中心收購站進行壓縮加工。這一模式稱為集中收集模式，如圖1，收集成本用C1表示；

模式二、在電廠周圍均勻設置n個收購站，散戶先將秸稈送至中心收購站，在收購站對秸稈進行壓縮加工后，再由收購站將加工后的秸稈送至電廠。這一模式稱為分散收集模式，如圖2，收集成本用C2表示；

模式三、在電廠設置一個收購站，同時在周圍均勻設置n個收購站，散戶自行將秸稈送至任意收購站，在收購站對秸稈進行壓縮加工后送至電廠。這一模式稱為集中-分散收集模式，如圖3，收集成本用C3表示。

那么，秸稈收集成本模型：C=min（C1、C2、C3）；（1）

為了對以上三種模式建立秸稈收集成本的數(shù)學描述，我們對秸稈收集過程做如下假設：

（1）秸稈資源在同一區(qū)域內均勻分布，忽略同種作物由于種植條件不同造成的產(chǎn)量差異，農作物在該區(qū)域內分布均勻，疏密程度相同，同時保持總產(chǎn)量不變；

（2）忽略不同種類秸稈的收集運輸及加工差異，多種作物秸稈產(chǎn)量可以加和；

（3）收集秸稈量相同時，忽略因收購點設置不同而產(chǎn)生的壓縮成本差異；

（4）忽略道路的彎曲對運費的影響，所有的運輸均按照直線距離；

（5）秸稈收集范圍是以電廠為中心的圓形區(qū)域。

基于以上假設，可以得到收集成本的數(shù)學描述如下：

收集成本過程是散戶把秸稈送到收購站，收購站進行壓縮加工后再把秸稈送到電廠；主要收集成本包括秸稈的收購成本Csg、運輸成本Cys、壓縮成本Cjg、其他成本Cqt（裝卸、儲存、耗損、倒運等）。

秸稈的收集量用Q來表示：

秸稈收集的運輸成本Cys包括兩種：一是散戶將秸稈運輸?shù)礁魇召徴镜馁M用Cys1，二是收購站將壓縮加工后的秸稈運輸?shù)诫姀S的費用Cys2，所以對于不同的收集運輸模式，運輸成本不同。

秸稈的壓縮成本主要有壓縮操作的固定投資Cg和壓縮操作的運行成本Cy組成：秸稈壓縮操作的固定投資主要包括建筑投資、設備投資、土地費用、其他投資等；秸稈壓縮操作的運行成本主要包括人力成本、維護成本、電力費、其他運行成本等，電力費用、其他運行成本等與生產(chǎn)規(guī)模成正比關系。

2 秸稈收集模式實例應用

某生物質發(fā)電廠電廠周圍燃料的基本資料如表1所示。

根據(jù)式（3）可以得到R=44.39km，取R=50km。收購站初步設置情況如下：

模式一：僅在以電廠為中心，R=35km的半徑上均勻設置8個收購站；

模式二：僅在電廠內設中心收購站；

模式三：在電廠設中心收購站，在電廠為中心R=35km的半徑上均勻設置8個收購站。

把數(shù)據(jù)帶入式（1）、（10）、（11）、（12）即可得出最小的收集成本。從式（10）、（11）、（12）可以看出，在假定的條件下，他們只有運輸費用不同。首先比較模式二和模式三，模式二是所有的秸稈都要送到電廠周圍的收購站，模式三可以把秸稈送到電廠收購站和電廠附近收購站，顯然，模式二的收集費用要大于模式三。

式（1）等價于：

對于模式三，如圖4所示，A1B1為Oa的平分線，對于散戶來說，OA1B1區(qū)域的用戶把秸稈送到電廠中心收購站要比送到a收購站費用要低，我們就認定這一區(qū)域的散戶會把秸稈送到電廠收購站。那么模式三秸稈收集就是OA1B1區(qū)域的用戶把秸稈送到電廠中心收購站，ABA1B1區(qū)域的用戶把秸稈送到a收購站。為了簡化計算，把模式三中OA1B1區(qū)域簡化為一個半徑為r1=17.5km的圓，把ABA1B1區(qū)域簡化為一個半徑為r2的圓，此圓的面積和ABA1B1面積相等，如圖4。

從實例可以看出，單純只在電廠周圍設收購站（模式一）和只在電廠中心設置收購站（模式二）都不是最佳的燃料收集模式，二者結合才是科學合理的收集模式。

3 結論

（1）電廠收集秸稈，應通過比較分析，選擇合理的收購模式。生物質電廠的燃料收集，應該在距電廠幾十公里范圍內設置若干收購站，同時，電廠內的料場也應該設置收購站，此模式可以有效降低燃料的成本；

（2）降低秸稈收集成本，要從收購成本Csg、運輸成本Cys、壓縮成本Cjg、其他成本Cqt（裝卸、儲存、耗損、倒運等）等幾方面入手，科學合理的組織秸稈收集，使生物質發(fā)電廠效益最大化；

（3）確定秸稈收集半徑時，要充分考慮秸稈的產(chǎn)生量和秸稈的可收集系數(shù)，保證燃料來源，滿足電廠燃料需求。

參考文獻

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作者單位

1.國核電力規(guī)劃設計研究院 北京市 100095

2.北京國環(huán)清華環(huán)境工程設計研究院有限公司 北京市 100084