本發(fā)明屬于污染排放控制,更為具體地講,涉及一種計及環(huán)境承載的企業(yè)生產(chǎn)與污染排放的雙層優(yōu)化調(diào)度方法。
背景技術(shù):
1、隨著全球經(jīng)濟的快速發(fā)展,環(huán)境污染問題日益嚴峻。傳統(tǒng)的工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)行為和污染排放行為已無法滿足當(dāng)前社會對環(huán)境保護的需求。因此,計及環(huán)境承載容量的企業(yè)生產(chǎn)與污染排放協(xié)同管控顯得尤為重要。
2、環(huán)境承載容量是指特定區(qū)域內(nèi)環(huán)境所能承受的污染物排放量的極限,不超過此限度時,環(huán)境能夠自我凈化,保持生態(tài)平衡,一旦超過此限度,環(huán)境將失去自凈能力,生態(tài)系統(tǒng)受到破壞。在企業(yè)生產(chǎn)和污染排放過程中,考慮環(huán)境承載容量有助于制定更加科學(xué)、合理的調(diào)度方案,避免環(huán)境污染的惡化,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。傳統(tǒng)的企業(yè)生產(chǎn)調(diào)度方法主要關(guān)注經(jīng)濟效益最大化,往往忽視了環(huán)境因素的影響。這種方法可能導(dǎo)致某些地區(qū)污染物排放嚴重超標,超出環(huán)境承載容量,進而引發(fā)一系列環(huán)境問題。此外,傳統(tǒng)的污染排放過程中污染物處理也存在效率低、成本高等問題,難以在大規(guī)模應(yīng)用中取得理想效果。
3、在2024年06月07日授權(quán)公告的、公告號為cn117952402b的中國發(fā)明中,公開了《一種考慮虛擬儲能的建筑綜合能源系統(tǒng)雙層優(yōu)化調(diào)度方法》,將雙層優(yōu)化調(diào)度方法應(yīng)用于建筑綜合能源技術(shù)領(lǐng)域,其構(gòu)建基于能源集線器的含風(fēng)光儲及能源轉(zhuǎn)換裝置的低碳建筑綜合能源系統(tǒng),綜合分析系統(tǒng)重各負荷特性以提高其需求響應(yīng)能力,對所述雙層優(yōu)化模型求解,以優(yōu)化建筑綜合能源系統(tǒng)的設(shè)備出力、需求響應(yīng)與購售電計劃,獲得最優(yōu)調(diào)度策略。本發(fā)明能精細化調(diào)控建筑綜合能源系統(tǒng)各類負荷,提高能源利用效率,緩解系統(tǒng)的供電壓力,實現(xiàn)建筑節(jié)能減排目的。然而該方法是一種通過雙層優(yōu)化模型求解,提高能源利用效率,間接實現(xiàn)減排的方法,不能直接應(yīng)用到企業(yè)生產(chǎn)過程中的污染排放的控制。
4、如何實現(xiàn)計及環(huán)境承載容量的企業(yè)生產(chǎn)與污染排放協(xié)同管控,既能滿足生產(chǎn)成本最小,又能在環(huán)境承載容量內(nèi),解決當(dāng)前企業(yè)生產(chǎn)調(diào)控和環(huán)境污染問題,是目前需要繼續(xù)解決的。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種計及環(huán)境承載的企業(yè)生產(chǎn)與污染排放的雙層優(yōu)化調(diào)度方法,以實現(xiàn)滿足產(chǎn)品利潤最大化,又能使污染排放在環(huán)境承載容量內(nèi),維護生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。
2、為實現(xiàn)上述發(fā)明目的,本發(fā)明計及環(huán)境承載的企業(yè)生產(chǎn)與污染排放的雙層優(yōu)化調(diào)度方法,其特征在于,包括以下步驟:
3、(1)、構(gòu)建上層優(yōu)化模型
4、1.1)、確定目標函數(shù):最大化利潤:
5、maximizeσi((pi-ci)*xi)
6、其中,pi是第i種產(chǎn)品的銷售價格,ci是第i種產(chǎn)品的生產(chǎn)成本,生產(chǎn)成本包括原材料、能源、勞動力,xi是第i種產(chǎn)品的生產(chǎn)量,表示對所有產(chǎn)品進行累加;
7、1.2)、確定約束條件,包括市場需求約束、資源約束以及設(shè)備利用率約束,其中,市場需求約束為:
8、
9、di是第i種產(chǎn)品的最低市場需求;
10、ui是第i種產(chǎn)品的最大市場需求;
11、資源約束為:
12、
13、其中,aij是生產(chǎn)第i種產(chǎn)品所需的第j種資源的單位消耗量,rj是第j種資源的可用總量,表示對所有產(chǎn)品進行累加,表示任意;
14、設(shè)備利用率約束為:
15、
16、其中,bik是生產(chǎn)第i種產(chǎn)品所需的第k臺設(shè)備的單位使用時間,sk是第k臺設(shè)備的總可用時間;
17、(2)、構(gòu)建下層優(yōu)化模型
18、2.1)、確定目標函數(shù):最小化污染排放總量:
19、
20、其中,ei是第i種產(chǎn)品的單位生產(chǎn)排放量,xi是第i種產(chǎn)品的生產(chǎn)量,來自上層優(yōu)化的結(jié)果,fl是第l種生產(chǎn)設(shè)備或工藝的單位排放量,cil為生產(chǎn)第i種產(chǎn)品所需第l種生產(chǎn)設(shè)備或工藝的使用量,表示對所有設(shè)備或工藝的使用量的累計;
21、2.2)、確定約束條件,包括生產(chǎn)計劃約束、設(shè)備使用限制、總排放限制以及細分污染物排放限制,其中,生產(chǎn)計劃約束為:
22、
23、是上層優(yōu)化確定的第i種產(chǎn)品的生產(chǎn)量;
24、設(shè)備使用限制為:
25、
26、其中,yl是第l種設(shè)備或工藝的總使用量;
27、總排放限制為:
28、
29、其中,t是允許的總排放量上限;
30、細分污染物排放約束,包括氣態(tài)污染物約束、液態(tài)污染物約束以及固態(tài)污染物約束,其中,氣態(tài)污染物約束為:
31、
32、其中,ei,so2為生產(chǎn)第i種產(chǎn)品產(chǎn)生的so2排放量,fl,so2為第l種設(shè)備或工藝的so2排放量,qso2為so2排放總量;
33、
34、其中,ei,co2為生產(chǎn)第i種產(chǎn)品產(chǎn)生的co2排放量,fl,co2為第l種設(shè)備或工藝的co2排放量,qco2為co2排放總量;
35、
36、其中,ei,nox為生產(chǎn)第i種產(chǎn)品產(chǎn)生的nox排放量,fl,nox為第l種設(shè)備或工藝的nox排放量,qnox為nox排放總量;
37、液態(tài)污染物約束,包括化學(xué)需氧量(cod)約束、生化需氧量(bod)約束,液態(tài)汞約束以及液態(tài)鉛約束,其中,化學(xué)需氧量約束為:
38、
39、ei,co2為生產(chǎn)第i種產(chǎn)品產(chǎn)生的cod排放量,fl,cod為第l種設(shè)備或工藝的cod排放量,qcod為cod排放總量;
40、生化需氧量約束為:
41、
42、ei,bo2為生產(chǎn)第i種產(chǎn)品產(chǎn)生的bod排放量,fl,bod為第l種設(shè)備或工藝的bod排放量,qbod為bod排放總量;
43、液態(tài)汞約束為:
44、
45、ei,hg為生產(chǎn)第i種產(chǎn)品產(chǎn)生的液態(tài)汞排放量,fl,hg為第l種設(shè)備或工藝的液態(tài)汞排放量,qhg為液態(tài)汞排放總量;
46、液態(tài)鉛約束為:
47、
48、ei,pb為生產(chǎn)第i種產(chǎn)品產(chǎn)生的液態(tài)鉛排放量,fl,pb為第l種設(shè)備或工藝的液態(tài)鉛排放量,qpb為液態(tài)鉛排放總量;
49、固態(tài)污染物約束,包括粉塵約束、固態(tài)廢物約束、固態(tài)汞約束以及固態(tài)鉛約束,其中,
50、粉塵約束為:
51、
52、ei,dust為生產(chǎn)第i種產(chǎn)品產(chǎn)生的粉塵排放量,fl,dust為第l種設(shè)備或工藝的粉塵排放量,qdust為粉塵排放總量;
53、固態(tài)污染物約束為:
54、
55、ei,waste為生產(chǎn)第i種產(chǎn)品產(chǎn)生的粉塵排放量,fl,waste為第l種設(shè)備或工藝的粉塵排放量,qwaste為粉塵排放總量;
56、固態(tài)汞約束為:
57、
58、ei,hgsolid為生產(chǎn)第i種產(chǎn)品產(chǎn)生的固態(tài)汞排放量,fl,hgsolid為第l種設(shè)備或工藝的固態(tài)汞排放量,為固態(tài)汞排放總量;
59、固態(tài)鉛約束為:
60、
61、ei,pbsolid為生產(chǎn)第i種產(chǎn)品產(chǎn)生的固態(tài)鉛排放量,fl,pbsolid為第l種設(shè)備或工藝的固態(tài)鉛排放量,為固態(tài)鉛排放總量;
62、(3)、優(yōu)化模型
63、使用混合整數(shù)線性規(guī)劃或多目標優(yōu)化,以最小化污染排放總量為目標,設(shè)定滿足上層優(yōu)化生產(chǎn)計劃和資源分配的約束條件;
64、(4)、迭代與反饋機制
65、迭代優(yōu)化:在實施過程中,定期評估上層和下層優(yōu)化結(jié)果,根據(jù)實際情況進行調(diào)整,如果下層優(yōu)化結(jié)果顯示在當(dāng)前生產(chǎn)計劃下達到排放目標,則調(diào)整生產(chǎn)計劃和資源分配的約束條件;
66、反饋機制:使用紫外熒光分析儀對so2排放量進行監(jiān)測、使用非分散紅外吸收法(ndir)的co2分析儀對co2排放量進行監(jiān)測、使用化學(xué)發(fā)光法的nox分析儀對nox排放量進行監(jiān)測、使用分光光度計對cod進行監(jiān)測、使用bod分析儀對bod進行監(jiān)測、使用cv-aas分析儀對液態(tài)汞進行監(jiān)測、使用gfaas分析儀對液態(tài)pb進行監(jiān)測、使用光散射粉塵監(jiān)測儀對粉塵進行監(jiān)測使用分析天平對廢物質(zhì)量進行測量、使用td-aas分析儀對固態(tài)汞進行監(jiān)測、使用icp-ms分析儀對固態(tài)鉛進行監(jiān)測,得到下層排放控制結(jié)果并反饋給上層,以便上層進行經(jīng)濟性策略修正,通過多次迭代,逐步逼近全局最優(yōu)解,實現(xiàn)經(jīng)濟性和排放量的雙重優(yōu)化。
67、本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的。
68、本發(fā)明計及環(huán)境承載的企業(yè)生產(chǎn)與污染排放的雙層優(yōu)化調(diào)度方法,通過上層優(yōu)化模型的最大化利潤和下層優(yōu)化模型的最小化污染排放總量的目標函數(shù),實現(xiàn)利潤最大和污染排放最小。分層次處理復(fù)雜問題,通過上層關(guān)注經(jīng)濟性和下層關(guān)注排放量的獨立優(yōu)化,降低了問題復(fù)雜度并保證整體優(yōu)化效果。具有靈活適應(yīng)性,能夠根據(jù)市場需求、資源情況和環(huán)保要求動態(tài)調(diào)整生產(chǎn)計劃和排放控制措施,提高資源利用率和生產(chǎn)效率。下層優(yōu)化的實時監(jiān)控和調(diào)整能力確保在生產(chǎn)過程中持續(xù)滿足環(huán)保要求,同時利用科學(xué)的決策支持制定合理的生產(chǎn)計劃和環(huán)保措施,滿足環(huán)保法規(guī)要求,實現(xiàn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。