本發明屬于污染排放控制,更為具體地講,涉及一種計及環境承載的企業生產與污染排放的雙層優化調度方法。
背景技術:
1、隨著全球經濟的快速發展,環境污染問題日益嚴峻。傳統的工業企業生產行為和污染排放行為已無法滿足當前社會對環境保護的需求。因此,計及環境承載容量的企業生產與污染排放協同管控顯得尤為重要。
2、環境承載容量是指特定區域內環境所能承受的污染物排放量的極限,不超過此限度時,環境能夠自我凈化,保持生態平衡,一旦超過此限度,環境將失去自凈能力,生態系統受到破壞。在企業生產和污染排放過程中,考慮環境承載容量有助于制定更加科學、合理的調度方案,避免環境污染的惡化,實現可持續發展。傳統的企業生產調度方法主要關注經濟效益最大化,往往忽視了環境因素的影響。這種方法可能導致某些地區污染物排放嚴重超標,超出環境承載容量,進而引發一系列環境問題。此外,傳統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,難以在大規模應用中取得理想效果。
3、在2024年06月07日授權公告的、公告號為cn117952402b的中國發明中,公開了《一種考慮虛擬儲能的建筑綜合能源系統雙層優化調度方法》,將雙層優化調度方法應用于建筑綜合能源技術領域,其構建基于能源集線器的含風光儲及能源轉換裝置的低碳建筑綜合能源系統,綜合分析系統重各負荷特性以提高其需求響應能力,對所述雙層優化模型求解,以優化建筑綜合能源系統的設備出力、需求響應與購售電計劃,獲得最優調度策略。本發明能精細化調控建筑綜合能源系統各類負荷,提高能源利用效率,緩解系統的供電壓力,實現建筑節能減排目的。然而該方法是一種通過雙層優化模型求解,提高能源利用效率,間接實現減排的方法,不能直接應用到企業生產過程中的污染排放的控制。
4、如何實現計及環境承載容量的企業生產與污染排放協同管控,既能滿足生產成本最小,又能在環境承載容量內,解決當前企業生產調控和環境污染問題,是目前需要繼續解決的。
技術實現思路
1、本發明的目的在于克服現有技術的不足,提供一種計及環境承載的企業生產與污染排放的雙層優化調度方法,以實現滿足產品利潤最大化,又能使污染排放在環境承載容量內,維護生態環境的可持續發展。
2、為實現上述發明目的,本發明計及環境承載的企業生產與污染排放的雙層優化調度方法,其特征在于,包括以下步驟:
3、(1)、構建上層優化模型
4、1.1)、確定目標函數:最大化利潤:
5、maximizeσi((pi-ci)*xi)
6、其中,pi是第i種產品的銷售價格,ci是第i種產品的生產成本,生產成本包括原材料、能源、勞動力,xi是第i種產品的生產量,表示對所有產品進行累加;
7、1.2)、確定約束條件,包括市場需求約束、資源約束以及設備利用率約束,其中,市場需求約束為:
8、
9、di是第i種產品的最低市場需求;
10、ui是第i種產品的最大市場需求;
11、資源約束為:
12、
13、其中,aij是生產第i種產品所需的第j種資源的單位消耗量,rj是第j種資源的可用總量,表示對所有產品進行累加,表示任意;
14、設備利用率約束為:
15、
16、其中,bik是生產第i種產品所需的第k臺設備的單位使用時間,sk是第k臺設備的總可用時間;
17、(2)、構建下層優化模型
18、2.1)、確定目標函數:最小化污染排放總量:
19、
20、其中,ei是第i種產品的單位生產排放量,xi是第i種產品的生產量,來自上層優化的結果,fl是第l種生產設備或工藝的單位排放量,cil為生產第i種產品所需第l種生產設備或工藝的使用量,表示對所有設備或工藝的使用量的累計;
21、2.2)、確定約束條件,包括生產計劃約束、設備使用限制、總排放限制以及細分污染物排放限制,其中,生產計劃約束為:
22、
23、是上層優化確定的第i種產品的生產量;
24、設備使用限制為:
25、
26、其中,yl是第l種設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,包括氣態污染物約束、液態污染物約束以及固態污染物約束,其中,氣態污染物約束為:
31、
32、其中,ei,so2為生產第i種產品產生的so2排放量,fl,so2為第l種設備或工藝的so2排放量,qso2為so2排放總量;
33、
34、其中,ei,co2為生產第i種產品產生的co2排放量,fl,co2為第l種設備或工藝的co2排放量,qco2為co2排放總量;
35、
36、其中,ei,nox為生產第i種產品產生的nox排放量,fl,nox為第l種設備或工藝的nox排放量,qnox為nox排放總量;
37、液態污染物約束,包括化學需氧量(cod)約束、生化需氧量(bod)約束,液態汞約束以及液態鉛約束,其中,化學需氧量約束為:
38、
39、ei,co2為生產第i種產品產生的cod排放量,fl,cod為第l種設備或工藝的cod排放量,qcod為cod排放總量;
40、生化需氧量約束為:
41、
42、ei,bo2為生產第i種產品產生的bod排放量,fl,bod為第l種設備或工藝的bod排放量,qbod為bod排放總量;
43、液態汞約束為:
44、
45、ei,hg為生產第i種產品產生的液態汞排放量,fl,hg為第l種設備或工藝的液態汞排放量,qhg為液態汞排放總量;
46、液態鉛約束為:
47、
48、ei,pb為生產第i種產品產生的液態鉛排放量,fl,pb為第l種設備或工藝的液態鉛排放量,qpb為液態鉛排放總量;
49、固態污染物約束,包括粉塵約束、固態廢物約束、固態汞約束以及固態鉛約束,其中,
50、粉塵約束為:
51、
52、ei,dust為生產第i種產品產生的粉塵排放量,fl,dust為第l種設備或工藝的粉塵排放量,qdust為粉塵排放總量;
53、固態污染物約束為:
54、
55、ei,waste為生產第i種產品產生的粉塵排放量,fl,waste為第l種設備或工藝的粉塵排放量,qwaste為粉塵排放總量;
56、固態汞約束為:
57、
58、ei,hgsolid為生產第i種產品產生的固態汞排放量,fl,hgsolid為第l種設備或工藝的固態汞排放量,為固態汞排放總量;
59、固態鉛約束為:
60、
61、ei,pbsolid為生產第i種產品產生的固態鉛排放量,fl,pbsolid為第l種設備或工藝的固態鉛排放量,為固態鉛排放總量;
62、(3)、優化模型
63、使用混合整數線性規劃或多目標優化,以最小化污染排放總量為目標,設定滿足上層優化生產計劃和資源分配的約束條件;
64、(4)、迭代與反饋機制
65、迭代優化:在實施過程中,定期評估上層和下層優化結果,根據實際情況進行調整,如果下層優化結果顯示在當前生產計劃下達到排放目標,則調整生產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排放量進行監測、使用化學發光法的nox分析儀對nox排放量進行監測、使用分光光度計對cod進行監測、使用bod分析儀對bod進行監測、使用cv-aas分析儀對液態汞進行監測、使用gfaas分析儀對液態pb進行監測、使用光散射粉塵監測儀對粉塵進行監測使用分析天平對廢物質量進行測量、使用td-aas分析儀對固態汞進行監測、使用icp-ms分析儀對固態鉛進行監測,得到下層排放控制結果并反饋給上層,以便上層進行經濟性策略修正,通過多次迭代,逐步逼近全局最優解,實現經濟性和排放量的雙重優化。
67、本發明的目的是這樣實現的。
68、本發明計及環境承載的企業生產與污染排放的雙層優化調度方法,通過上層優化模型的最大化利潤和下層優化模型的最小化污染排放總量的目標函數,實現利潤最大和污染排放最小。分層次處理復雜問題,通過上層關注經濟性和下層關注排放量的獨立優化,降低了問題復雜度并保證整體優化效果。具有靈活適應性,能夠根據市場需求、資源情況和環保要求動態調整生產計劃和排放控制措施,提高資源利用率和生產效率。下層優化的實時監控和調整能力確保在生產過程中持續滿足環保要求,同時利用科學的決策支持制定合理的生產計劃和環保措施,滿足環保法規要求,實現企業可持續發展。