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。