垃圾發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 垃圾發電廠選址概述

1.1 垃圾發電廠選址的總體目標 對垃圾發電廠進行選址，就必須兼顧技術安排的合理、經濟成本的控制、環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同時達到最佳也要使得四個子目標的安排盡可能的最優。好的垃圾發電廠廠址，可以使得環境污染治理費用小，垃圾運的經濟成本小，還可以削弱垃圾發電廠所帶來的負面社會影響。

1.2 垃圾發電廠選址的原則 垃圾發電廠的選址與待選區域的經濟發展情況、地理地址條件、居民生活區域等多方面相關。選址工作十分復雜，并且是多學科的交錯應用。包括了法律、社會學、數學、土木等多方面的學科。綜合這些學科和需要考慮的因素，本文認為垃圾發電廠選址應該有以下主要三點原則：

①技術安排合理原則。從技術上來說，要使得垃圾發電廠的選址使得電廠投入運行后并入電網沒有太大的技術難度。另外，從土建方面來說，當地的地質情況和水文情況要適合建設垃圾發電廠。與此同時還要考慮，周邊的地形情況，發電廠的建設會不會引起事故等這些都要考慮進去。②環境保護原則。這是建設垃圾發電廠的一個關鍵原則，如果電廠在環保上行不通，很有可能面臨建設后期的中停情況，帶來的經濟損失不可衡量。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到當地允許的范圍。③經濟成本原則。垃圾發電廠是依靠焚燒垃圾來實現發電的，焚燒產生的熱能通過一定的方式轉化成動能，進而轉換為電能。那么垃圾的獲取就是垃圾發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電廠的廠址將直接關系到垃圾的運輸費用。除此之外，垃圾發電廠的選址直接關系著工程造價、土地費用等。

2 垃圾發電廠選址模型建立

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

①法律法規及相關政策的約束；②垃圾發電廠選址目標地區對于建設垃圾發電廠的社會性約束；③垃圾發電廠選址目標地區對于建設垃圾發電廠的技術性約束；④垃圾發電廠選址目標地區對于垃圾發電廠污染物排放的相關約束；⑤垃圾堆垛場的垃圾量以及垃圾發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 基于多目標優化的垃圾發電廠選址模型的建立垃圾發電廠選址模型是以選址整體規劃成本最小、技術安排得當、環境污染處理費用最小以及社會影響最小為目標，綜合考慮垃圾發電廠選址所面臨的整體情況，結合選址過程中的多種約束條件而建立起來的數學模型。在垃圾發電廠建模的過程中，結合行業自身的特點和社會的整體評價情況，基于多目標模型的垃圾發電廠選址具有以下幾個特點：

①選址的決策目標多。垃圾發電廠選址涉及到技術、經濟、環境和社會等多方面的因素，選址模型要兼顧多方面的目標，并且各個目標函數建立時要考慮的指標眾多，整個建模過程較為復雜。②選址的決策目標相關性小。垃圾發電廠選址所涉及的幾個大方面中，技術、社會方面的因素與經濟、環境方面的因素相關性較小。技術方面的決策目標是基于垃圾發電廠選址在土木、水文、并網等多方面的可操作性上，社會方面的決策目標在于社會負面影響最小化，本身就很難量化衡量，就更不用說去和其他目標函數進行兼容了。經濟和環境方面的目標函數可以通過相應處理的貨幣價值來衡量。四個方面的目標函數度量不一致，也就是相關性小，直接導致了模型后期計算時的困難。③選址的約束條件多而雜。由于垃圾發電廠選址的決策目標多，所以選址的約束條件也會相應的增多，與此同時還要考慮約束條件如何建立才是合乎實際的，再加上各個目標函數兼容性不強，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，在建模之前應該結合這些特點對后期的建模做出指導。

2.3 模型建立的基本假設 從上面的分析可以看出來垃圾發電廠選址是一個多目標、大規模、約束繁雜的規劃決策問題。影響垃圾發電廠選址的因素很多，在技術、經濟、環境和社會這四個大的維度下面還有很多子因素，在建立數學模型的時候不可能將各個方面的因素全都考慮進去，針對實際情況，本文的建模要有所選擇和放棄。本文建立的垃圾發電廠選址模型的終極目標是得出一個確切的地理坐標，使得垃圾發電廠在這個位置上能夠使得電廠建設在技術上過關，建成后運營的整體規劃成本最小，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：

①垃圾發電廠的選址和建設是在完全符合國家法律法規和相關政策下的前提下進行的。②垃圾發電廠建成后入網沒有任何限制，且入網線路的建設完全由電網公司負責。③擬建垃圾發電廠的全部發電供應給相應的選址地區。④擬建垃圾發電廠與電網簽訂的是發電份額合同，且該份額所占該地區的總的發電需求量的比值是確定的。⑤垃圾發電廠所需的垃圾匯總堆垛地點在垃圾發電廠內。⑥垃圾匯總堆垛地點的容量沒有限制，能夠接受任何規模的垃圾量。⑦不考慮城市垃圾的篩選處理，垃圾可以直接用來焚燒發電。⑧城市垃圾的處理方式是全部運往垃圾發電廠所在地點進行焚燒發電。⑨城市各個垃圾堆垛場運往垃圾發電廠的費用只和直線路程以及貨運量有關，不考慮具體的道路情況。⑩選址地區由于地域的區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電量直接掛鉤。?擬建垃圾發電廠周邊的居民能夠主動接受并理解與垃圾焚燒相關的環保知識。?人口密度的計算允許對區域進行劃分，分別進行計算。

3 垃圾發電廠選址多目標優化模型的建立及約束條件

3.1 技術層面的模型建立 土建調研：對調研地區是否具備建廠的技術條件做出判斷，包括周邊的房屋布局，交通情況等；地質調研：對調研地區的在建廠后是否會對地質造成大面積污染，包括土地成分、水文等做出判斷；氣候調研：對調研地區的長年降雨、風向等情況做出判斷，選址合適的地區作為待選址區域。

技術安排模型如圖1所示。

圖1 技術安排

3.2 經濟層面的模型建立

3.2.1 目標函數 根據以上的假設條件，如果建廠面積、土地價格以及建設費用確定一致，那么建成垃圾發電廠后運輸焚燒垃圾的經濟成本就可以表示成這樣一個式子。

設L(x,y)表示待選垃圾發電廠的具體地理坐標，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。

每個城市垃圾堆垛場的垃圾和年垃圾量有如下關系：

每年從各個城市垃圾堆垛場運送到垃圾發電廠的費用為

而從各個城市垃圾堆垛場運送到垃圾發電廠的直線距離為：

所以，最終的經濟成本就可以表示為：

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

綜合上面的討論，所以經濟層面的模型可以總結如下：

3.3 環境層面的模型建立

3.3.1 目標函數 由于垃圾發電廠環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，分別建立子目標函數。

①固體污染物治理費用。

存放在垃圾發電廠內的垃圾污染治理費用為：

垃圾發電廠發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。

存放在垃圾發電廠內的垃圾污染治理費用為：

垃圾發電廠發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的不同掛鉤，越接近城區的費率越高，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 目標函數 從社會影響上來說，我們假設擬建廠區域的居民是可以理性接受環保知識的教育的，那么用來衡量建設垃圾發電廠社會影響大小的指標就可以是對建設垃圾發電廠的態度，而這個態度程度的大小就可以用反對建廠的人數比上總人數來衡量。

同樣的我們對既定區域進行劃分，設：

對這k個區域進行抽樣調查得到每個區域的抽樣態度，然后再進行加權平均求出最終的態度程度的大小來表示社會影響的目標函數。所以，社會層面的目標函數為：

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

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：

綜合上述的經濟、環境和社會三方面的子目標函數，最終的簡化垃圾發電廠多目標選址模型為：

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

4 結論

本文主要研究了垃圾發電廠的選址方法，建立了適合垃圾發電廠選址的模型，分析了現今垃圾發電廠選址存在的問題。提出了垃圾發電廠選址統籌考慮了技術、經濟、環境和社會多方面的影響因素。在本文所做工作的基礎上，依然可以對某些地方進行改進和提煉：影響垃圾發電廠影響因素的分類可以更加細化具體；一些假設條件和約束條件可以更加的寬泛；多目標優化問題的求解可以運用更加先進的算法來實現。

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