垃圾发电厂选址约束条件分析

罗敏 LUO Min

（四川蜀能电力有限公司，成都 610051）

（Sichuan Shuneng Electric Power Co.，Ltd.，Chengdu 610051，China）

1 垃圾发电厂选址概述

1.1 垃圾发电厂选址的总体目标 对垃圾发电厂进行选址，就必须兼顾技术安排的合理、经济成本的控制、环境污染的最小化和社会影响的最小化，即使无法使得这四个目标同时达到最佳也要使得四个子目标的安排尽可能的最优。好的垃圾发电厂厂址，可以使得环境污染治理费用小，垃圾运的经济成本小，还可以削弱垃圾发电厂所带来的负面社会影响。

1.2 垃圾发电厂选址的原则 垃圾发电厂的选址与待选区域的经济发展情况、地理地址条件、居民生活区域等多方面相关。选址工作十分复杂，并且是多学科的交错应用。包括了法律、社会学、数学、土木等多方面的学科。综合这些学科和需要考虑的因素，本文认为垃圾发电厂选址应该有以下主要三点原则：

①技术安排合理原则。从技术上来说，要使得垃圾发电厂的选址使得电厂投入运行后并入电网没有太大的技术难度。另外，从土建方面来说，当地的地质情况和水文情况要适合建设垃圾发电厂。与此同时还要考虑，周边的地形情况，发电厂的建设会不会引起事故等这些都要考虑进去。②环境保护原则。这是建设垃圾发电厂的一个关键原则，如果电厂在环保上行不通，很有可能面临建设后期的中停情况，带来的经济损失不可衡量。具体来说要控制电厂存储垃圾的固体和液体污染物的量，还要使得电厂投入运行时对大气的污染情况达到当地允许的范围。③经济成本原则。垃圾发电厂是依靠焚烧垃圾来实现发电的，焚烧产生的热能通过一定的方式转化成动能，进而转换为电能。那么垃圾的获取就是垃圾发电的一个主要成本所在。其中垃圾的运输占有一定比率的费用，因此选择合适的地点作为垃圾发电厂的厂址将直接关系到垃圾的运输费用。除此之外，垃圾发电厂的选址直接关系着工程造价、土地费用等。

2 垃圾发电厂选址模型建立

2.1 建模及选址约束条件分析 在收集到垃圾发电厂选址的相关资料后，在此基础上，全面考虑选址的实际情况，尽可能建立涵盖选址目标地区的技术、经济、环境以及社会等实际因素的模型。然后，对模型进行适当合理的假设，充分考虑垃圾发电厂选址过程中的制约条件，这对于后文垃圾发电厂选址模型的分析和求解有着至关重要的意义。一般来说，垃圾发电厂选址所要考虑的约束因素有以下几个方面：

①法律法规及相关政策的约束；②垃圾发电厂选址目标地区对于建设垃圾发电厂的社会性约束；③垃圾发电厂选址目标地区对于建设垃圾发电厂的技术性约束；④垃圾发电厂选址目标地区对于垃圾发电厂污染物排放的相关约束；⑤垃圾堆垛场的垃圾量以及垃圾发电厂的垃圾需求量之间的约束性；⑥垃圾运输条件的约束性。

2.2 基于多目标优化的垃圾发电厂选址模型的建立垃圾发电厂选址模型是以选址整体规划成本最小、技术安排得当、环境污染处理费用最小以及社会影响最小为目标，综合考虑垃圾发电厂选址所面临的整体情况，结合选址过程中的多种约束条件而建立起来的数学模型。在垃圾发电厂建模的过程中，结合行业自身的特点和社会的整体评价情况，基于多目标模型的垃圾发电厂选址具有以下几个特点：

①选址的决策目标多。垃圾发电厂选址涉及到技术、经济、环境和社会等多方面的因素，选址模型要兼顾多方面的目标，并且各个目标函数建立时要考虑的指标众多，整个建模过程较为复杂。②选址的决策目标相关性小。垃圾发电厂选址所涉及的几个大方面中，技术、社会方面的因素与经济、环境方面的因素相关性较小。技术方面的决策目标是基于垃圾发电厂选址在土木、水文、并网等多方面的可操作性上，社会方面的决策目标在于社会负面影响最小化，本身就很难量化衡量，就更不用说去和其他目标函数进行兼容了。经济和环境方面的目标函数可以通过相应处理的货币价值来衡量。四个方面的目标函数度量不一致，也就是相关性小，直接导致了模型后期计算时的困难。③选址的约束条件多而杂。由于垃圾发电厂选址的决策目标多，所以选址的约束条件也会相应的增多，与此同时还要考虑约束条件如何建立才是合乎实际的，再加上各个目标函数兼容性不强，度量种类也不一样，所以约束条件整体处理起来将较为繁杂。

垃圾发电厂选址模型的这些特点决定着建模过程中可能要遇到的问题，在建模之前应该结合这些特点对后期的建模做出指导。

2.3 模型建立的基本假设 从上面的分析可以看出来垃圾发电厂选址是一个多目标、大规模、约束繁杂的规划决策问题。影响垃圾发电厂选址的因素很多，在技术、经济、环境和社会这四个大的维度下面还有很多子因素，在建立数学模型的时候不可能将各个方面的因素全都考虑进去，针对实际情况，本文的建模要有所选择和放弃。本文建立的垃圾发电厂选址模型的终极目标是得出一个确切的地理坐标，使得垃圾发电厂在这个位置上能够使得电厂建设在技术上过关，建成后运营的整体规划成本最小，社会影响尽可能的小。为了既能使得所建立的选址模型可解，也要使得模型与实际情况接近，本文做出以下的几点假设：

①垃圾发电厂的选址和建设是在完全符合国家法律法规和相关政策下的前提下进行的。②垃圾发电厂建成后入网没有任何限制，且入网线路的建设完全由电网公司负责。③拟建垃圾发电厂的全部发电供应给相应的选址地区。④拟建垃圾发电厂与电网签订的是发电份额合同，且该份额所占该地区的总的发电需求量的比值是确定的。⑤垃圾发电厂所需的垃圾汇总堆垛地点在垃圾发电厂内。⑥垃圾汇总堆垛地点的容量没有限制，能够接受任何规模的垃圾量。⑦不考虑城市垃圾的筛选处理，垃圾可以直接用来焚烧发电。⑧城市垃圾的处理方式是全部运往垃圾发电厂所在地点进行焚烧发电。⑨城市各个垃圾堆垛场运往垃圾发电厂的费用只和直线路程以及货运量有关，不考虑具体的道路情况。⑩选址地区由于地域的区别污染处理费率的高低也不尽相同，离市中心越近处理费用越高。⑪污染量的多少与垃圾存储量和发电量直接挂钩。⑫拟建垃圾发电厂周边的居民能够主动接受并理解与垃圾焚烧相关的环保知识。⑬人口密度的计算允许对区域进行划分，分别进行计算。

3 垃圾发电厂选址多目标优化模型的建立及约束条件

3.1 技术层面的模型建立 土建调研：对调研地区是否具备建厂的技术条件做出判断，包括周边的房屋布局，交通情况等；地质调研：对调研地区的在建厂后是否会对地质造成大面积污染，包括土地成分、水文等做出判断；气候调研：对调研地区的长年降雨、风向等情况做出判断，选址合适的地区作为待选址区域。

技术安排模型如图1所示。

图1 技术安排

3.2 经济层面的模型建立

3.2.1 目标函数 根据以上的假设条件，如果建厂面积、土地价格以及建设费用确定一致，那么建成垃圾发电厂后运输焚烧垃圾的经济成本就可以表示成这样一个式子。

设L(x,y)表示待选垃圾发电厂的具体地理坐标，M1(x1,x1),M2(x2,y2),…,Mn(xn,yn)表示各个城市垃圾堆垛场的具体地理坐标。

每个城市垃圾堆垛场的垃圾和年垃圾量有如下关系：

每年从各个城市垃圾堆垛场运送到垃圾发电厂的费用为

而从各个城市垃圾堆垛场运送到垃圾发电厂的直线距离为：

所以，最终的经济成本就可以表示为：

3.2.2 约束条件 由以上的分析，我们知道，坐标(x,y)必须落在Dmax的范围内，并且要保证城市垃圾总产量要大于建成后垃圾发电厂年发电所需垃圾，因此约束条件为：

综合上面的讨论，所以经济层面的模型可以总结如下：

3.3 环境层面的模型建立

3.3.1 目标函数 由于垃圾发电厂环境污染的治理涉及到固体污染物、液体污染物和气体污染物，所以要分三个方面来分析，分别建立子目标函数。

①固体污染物治理费用。

存放在垃圾发电厂内的垃圾污染治理费用为：

垃圾发电厂发电所排出的固体污染物费用为：

所以总的固体污染物治理费用为：

②液体污染物治理费用。

存放在垃圾发电厂内的垃圾污染治理费用为：

垃圾发电厂发电所排出的液体污染物费用为：

所以总的液体污染物治理费用为：

③气体污染物治理费用。

气体污染物治理的费率由于地域的区别而不同，所以气体污染物治理费用为：

其中 cg(x,y)=h（ Dj），Dj⊆Dmax，Dj表示对于 Dmax的一个划分，j=1，2，…m 且

3.3.2 约束条件 由于固体、液体污染物治理的费率是确定的变量，所以对于这两个方面没有太大的约束性。而气体污染物治理费用与地区的不同挂钩，越接近城区的费率越高，所以对于污染物处理费用的约束条件为：

综上所述，环境层面的模型建立如下：

3.4 社会层面的模型建立

3.4.1 目标函数 从社会影响上来说，我们假设拟建厂区域的居民是可以理性接受环保知识的教育的，那么用来衡量建设垃圾发电厂社会影响大小的指标就可以是对建设垃圾发电厂的态度，而这个态度程度的大小就可以用反对建厂的人数比上总人数来衡量。

同样的我们对既定区域进行划分，设：

对这k个区域进行抽样调查得到每个区域的抽样态度，然后再进行加权平均求出最终的态度程度的大小来表示社会影响的目标函数。所以，社会层面的目标函数为：

其中，atk表示对第k个区域居民对建垃圾发电厂的态度程度的大小，SDk表示第k个区域的面积的大小，ρk(x,y)表示第k个区域人口密度的大小。

3.4.2 约束条件 由于整个社会影响程度的大小是从整个待选定区域整体上来考虑的，所以没有太大的约束性，所以它的约束条件为：(x,y)∈Dmax。

综合考虑，社会层面的模型建立如下：

综合上述的经济、环境和社会三方面的子目标函数，最终的简化垃圾发电厂多目标选址模型为：

其中有些子函数会有自己的约束条件，例如人口密度函数和气体污染物处理费率函数。

4 结论

本文主要研究了垃圾发电厂的选址方法，建立了适合垃圾发电厂选址的模型，分析了现今垃圾发电厂选址存在的问题。提出了垃圾发电厂选址统筹考虑了技术、经济、环境和社会多方面的影响因素。在本文所做工作的基础上，依然可以对某些地方进行改进和提炼：影响垃圾发电厂影响因素的分类可以更加细化具体；一些假设条件和约束条件可以更加的宽泛；多目标优化问题的求解可以运用更加先进的算法来实现。

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