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