基于GAMS的港口節(jié)能減排建設方案多目標優(yōu)化

顧建王偉+封學軍吳曉婧+劉捷

DOI：10.13340/j.jsmu.2016.04.003

文章編號：1672-9498（2016）04001505

摘要：為促進港口向低碳、高效的目標邁進，并兼顧港口自身發(fā)展及其社會責任，從能源消耗、碳排放和成本控制等3個角度出發(fā)，建立港口節(jié)能減排建設方案多目標優(yōu)化模型.將模型運用到連云港港口節(jié)能減排項目的優(yōu)化與分析中，利用GAMS軟件進行模型求解，得到綜合效益最優(yōu)時項目的建設時序和規(guī)模.結果表明：建設期結束后，該方法可使連云港港口每年節(jié)省標準煤6 526.64 t，減少CO2 排放39 390.22 t，獲得4 922.38萬元的節(jié)能減排綜合效益；運營兩年后即可收回建設成本.

關鍵詞：

低碳港口； 節(jié)能減排； 多目標優(yōu)化； GAMS

中圖分類號： U651 文獻標志碼： A

0引言

交通運輸業(yè)是能源消耗大戶之一，我國政府十分重視交通運輸業(yè)的節(jié)能減排工作.港口作為水路運輸?shù)幕A設施，是低碳交通運輸體系的重要組成部分.交通運輸部印發(fā)《船舶與港口污染防治專項行動實施方案（2015—2020年）》，提出以減少污染物排放為核心，以完善法規(guī)、標準、規(guī)范為基礎，以推進排放控制區(qū)試點示范為抓手，依法推進船舶與港口污染防治工作，努力實現(xiàn)我國水運綠色、循環(huán)、低碳、可持續(xù)發(fā)展.相關政策制度不夠完善，節(jié)能減排技術推廣困難以及節(jié)能減排評價體系行業(yè)標準缺失，導致我國港口的節(jié)能減排任務艱巨、形勢嚴峻.對綠色低碳港口改造的合理規(guī)劃有利于港口向低碳、高效的目標邁進，推動交通運輸業(yè)可持續(xù)發(fā)展，其社會意義深遠.

早期港口的粗放式發(fā)展靠的是能源資源的高投入、高消耗，對生態(tài)環(huán)境造成了極大的破壞.后來人們開始了對綠色低碳港口的研究，許多國家把低碳理念運用于港口發(fā)展中.GOULIELMOS[1]通過總結歐洲地區(qū)港口環(huán)境保護政策，提出港口環(huán)境保護要從運輸和海洋環(huán)境兩方面進行論證，研究港口環(huán)境問題及產(chǎn)生原因，并指出港口成本應納入環(huán)境成本；TICHAVSKA等[2]從拉斯帕爾馬斯港廢氣排放角度出發(fā)，分析港口的外部成本和生態(tài)效率指標，研究結果結合港區(qū)運行情況可用于評估港口城市的減排量；ODUM等[3]通過對港口生態(tài)工程的研究，把生態(tài)設計因素加入到港口的規(guī)劃設計和建設運營中，使得港口環(huán)境與社會經(jīng)濟協(xié)同發(fā)展.目前國內(nèi)港口節(jié)能減排相關研究主要集中在節(jié)能減排評價體系、主要技術、效率研究等方面.姜海洋[4]、莫琪琪[5]、劉捷等[6]、陳敏慧等[7]從管理體制、工藝技術、新技術開發(fā)和節(jié)能減排效果等角度構建了港口節(jié)能減排綜合評價指標體系；李海波等[8]和劉洪波等[9]歸納總結了綠色低碳港口建設的主要技術，并分析了其應用效果、推廣的制約因素和解決途徑；邵超峰等[10]、劉硯津[11]和耿東耀[12]從優(yōu)化裝卸工藝流程、采用高精尖節(jié)能減排技術、降低設備能耗等層面開展節(jié)能減排效率研究；趙雅倩等[13]以經(jīng)濟效益和環(huán)境效益為目標建立01整數(shù)規(guī)劃模型，并通過Excel軟件求出最優(yōu)解.綜合來看，國內(nèi)少有學者從港口節(jié)能減排建設方案規(guī)劃的角度科學合理地安排港口節(jié)能減排項目建設規(guī)模和時序以兼顧環(huán)境與經(jīng)濟效益.

鑒于此，本文從能源消耗、碳排放和成本控制等3個角度出發(fā)，對港口節(jié)能減排項目建設與投資進行多目標規(guī)劃，利用GAMS軟件進行優(yōu)化求解，提出港口節(jié)能減排建設優(yōu)化方案.

3結論與展望

長期以來，港口節(jié)能減排建設缺乏科學合理的規(guī)劃，往往僅從投資成本角度考慮項目建設規(guī)模和時序.本文重點從能源消耗和碳排放這兩個影響環(huán)境的重要因素入手，同時兼顧投資成本因素，構建節(jié)能減排項目的建設規(guī)模與時序的優(yōu)化模型，并將模型運用到連云港綠色低碳港口的優(yōu)化與分析中.采用GAMS軟件求解得到建設方案.根據(jù)該優(yōu)化方案可以得到：建設期結束后，連云港港口每年能節(jié)約標準煤6 526.64 t，減少CO2排放39 390.22 t，獲得節(jié)能減排綜合效益4 922.38萬元，運營兩年后即可收回建設成本.

當然，本文構建的模型尚有不足之處，如不能體現(xiàn)建設項目的規(guī)模效應，項目建設時間以年為單位不夠精細化等，與實際建設方案仍存在一定差距.這有待在后續(xù)的研究中進一步改進.

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（編輯賈裙平）