【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及餐厨垃圾与秸秆共消化领域，更具体地说，它涉及确定餐厨垃圾和秸秆生产能源配比的方法、系统及设备。
技术介绍
1、在餐厨垃圾的发电量和能源需求增加的过程中，尽管许多研究都集中在餐厨垃圾的配置优化上，但能源转换效率不足的问题一直存在。与此同时，农业废弃物特别是秸秆的自由处置，造成了严重的环境和社会负面影响。因此，开发有效的秸秆和餐厨垃圾的处理方法以及提高餐厨垃圾处理过程的转换效率对于可持续的未来是必要的。
2、与单消化相比，共消化是一种高效的废物-能量策略，通过与其他有机基质(如牛粪、污泥和秸秆)混合，使消化反应器条件调整到最佳水平的水平。而餐厨垃圾和秸秆的靶向处理方法也较多，如技术组合、参数调整、管理策略制定等。对餐厨垃圾共消化的研究中，证明了以秸秆为底物生产是最优化的机制。餐厨垃圾与秸秆在单个消化器中的共消化可以达到调节c/n比，提高甲烷产量，提高利用效率的目的。与传统的好氧堆肥工艺相比，厌氧工艺需要的运行能量输入和初始投资成本都更低。餐厨垃圾的c/n比较低，导致氨释放，减少降解,甚至抑制甲烷生成。而秸秆具有较高的纤维素含量，在反应体系中可以保持良好的c/n平衡，以避免高氮含量导致单个餐厨垃圾发酵中气体产生受到抑制，因此厌氧共消化为餐厨垃圾和秸秆平衡的过程带来了新的机会。na+和其他阳离子对食物垃圾中的微生物具有抑制作用，而餐厨垃圾和秸秆的厌氧共消化可以降低这些元素的浓度，提升发酵速率。
3、目前，餐厨垃圾与秸秆共消化的配比处置优化问题涉及多个中间运营商和多层次的内在关系，是针对秸秆提供方群体
4、因此，如何平衡秸秆提供方群体、垃圾处理厂和中间运营商三方之间的利益冲突，来制定垃圾处理厂所需的餐厨垃圾和秸秆的最优配比，是目前亟需解决的问题
技术实现思路
1、本申请的目的是提供确定餐厨垃圾和秸秆生产能源配比的方法、系统及设备，本申请通过构建中间运营商的目标规划模型；并考虑了最小化中间运营商方的总成本、最小化餐厨垃圾及秸秆处理过程的碳排放量以及最大化秸秆提供方的满意度；以及构建了垃圾处理厂的目标规划模型，考虑了最大化垃圾处理厂方的总利润。通过求解中间运营商与垃圾处理厂形成的上下两层的目标规划模型，即可获得餐厨垃圾和秸秆进行能源生产的最优配比，基于此最优配比有利于中间运营商和垃圾处理厂制定采购计划、生产计划和仓储规模，同时也提高了垃圾转化率和各类由垃圾生产的能源产品的生产率。
2、本申请的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
3、本申请的第一方面，提供了一种确定餐厨垃圾和秸秆生产能源配比的方法，方法包括：
4、构建中间运营商与垃圾处理厂两方之间上下两层的目标规划模型；其中，中间运营商对应的上层目标规划模型的目标函数包括最小化中间运营商方的总成本、最小化餐厨垃圾及秸秆处理过程的碳排放量以及最大化秸秆提供方的满意度；垃圾处理厂对应的下层目标规划模型的目标函数为最大化垃圾处理厂方的总利润；
5、求解上下两层的目标规划模型，获得餐厨垃圾和秸秆进行能源生产的最优配比；
6、根据所述最优配比制定餐厨垃圾处理量和秸秆的购买量。
7、在一种实现方式中，所述中间运营商对应的上层目标规划模型的目标函数包括的最小化中间运营商方的总成本的表达式为：其中，表示中间运营商收购秸秆的总购买成本，表示秸秆预处理的总成本，表示秸秆的总运输成本，表示秸秆的总存储成本，表示中间运营商方卖出秸秆的总收入，表示从仓库j到工厂r的秸秆运输量，prsi表示秸秆提供方i秸秆的购买单价，表示秸秆提供方i到仓库j的秸秆运输量，uoci表示秸秆提供方i秸秆的单位预处理费用，dij表示秸秆提供方i到仓库j的运输距离，uvcj表示仓库j的单位rs库存成本，表示仓库j的秸秆转运量，pcrj表示储存在仓库j的秸秆的单位定价，tr表示单位运输成本，j表示第j个仓库，j表示j＝1,2,...j，r表示第r个垃圾处理厂，r表示r＝1,2,...r，i表示秸秆提供方i，i表示i＝1,2,...i。
8、在一种实现方式中，所述中间运营商对应的上层目标规划模型的目标函数包括的最小化餐厨垃圾及秸秆处理过程的碳排放量的数学表达式为：其中，表示剩余的秸秆燃烧产生的总碳排放量，表示秸秆预处理产生的总碳排放量，表示运输餐厨垃圾及秸秆过程中产生的总碳排放量，表示垃圾处理厂处理餐厨垃圾及秸秆过程中产生的总碳排放量，表示从仓库j到工厂r的秸秆运输量，prsi表示秸秆提供方i的秸秆采购单价，表示秸秆提供方i到仓库j的秸秆运输量，表示仓库j的秸秆转运量，表示由秸秆提供方i生产的秸秆总量，be表示单位秸秆燃烧所生成的碳排放量，oe表示单位秸秆预处理碳排放，te表示单位秸秆预处理碳排放，der表示垃圾处理厂r处理单位垃圾的碳排放，dij表示秸秆提供方i到仓库j的运输距离，j表示第j个仓库，j表示j＝1,2,...j，r表示第r个垃圾处理厂，r表示r＝1,2,...r，i表示秸秆提供方i，i表示i＝1,2,...i。
9、在一种实现方式中，所述中间运营商对应的上层目标规划模型的目标函数包括的最大化秸秆提供方的满意度的数学表达式为：maxs＝min{λ1,λ2,....,λi,...,λi}，其中，表示由秸秆提供方i生产的秸秆总量，表示秸秆提供方i所提供的秸秆总量，λi表示秸秆提供方的满意度，j表示第j个仓库，j表示j＝1,2,...j，i表示i＝1,2,...i。
10、在一种实现方式中，其特征在于，方法还包括：确定所述中间运营商对应的上层目标规划模型的约束条件，其中约束条件包括中间运营商方购买秸秆的数量不超过秸秆提供方供应的数量，流入中间运营商方仓库的秸秆量等于流向垃圾处理厂的秸秆量，以及秸秆量大于等于零。
11、在一种实现方式中，所述垃圾处理厂对应的下层目标规划模型的目标函数为最大化垃圾处理厂方的总利润的数学表达式为：其中，pe·pr表示电力能源产品的销售额，pd≈·or表示液体能源产品的销售额，表示处理厂i的采购成本，表示运输成本，表示处置成本，dcr表示单位处置成本，表示工作量，djr表示从仓库j到处理厂r的运输距离，tr≈表示单位运输成本，表示从仓库j到工厂r的秸秆运输量，or表示处理厂r生产的液体产品的数量，pd≈表示液体产品的单价，pe表示电力产品的单价，pr表示处理厂r生产的电力产品的数量，r表示处理厂r，j表示第j个仓库，j表示j＝1,2,...j。
12、在一种实现方式中，方法还包括：确定所述垃圾处理厂对应的下层目标规划模型的约束条件，其中约束条件包括：每个垃圾处理厂处理的餐厨垃圾具有相同的单位发电量；垃圾处理厂处理的餐厨垃圾量不超过自身的运行能力；餐厨的挥发本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种确定餐厨垃圾和秸秆生产能源配比的方法，其特征在于，方法包括：
2.根据权利要求1所述的确定餐厨垃圾和秸秆生产能源配比的方法，其特征在于，所述中间运营商对应的上层目标规划模型的目标函数包括的最小化中间运营商方的总成本的表达式为：其中，表示中间运营商收购秸秆的总购买成本，表示秸秆预处理的总成本，表示秸秆的总运输成本，表示秸秆的总存储成本，表示中间运营商方卖出秸秆的总收入，表示从仓库j到工厂r的秸秆运输量，PRSi表示秸秆提供方i秸秆的购买单价，表示秸秆提供方i到仓库j的秸秆运输量，UOCi表示秸秆提供方i秸秆的单位预处理费用，Dij表示秸秆提供方i到仓库j的运输距离，UVCj表示仓库j的单位RS库存成本，表示仓库j的秸秆转运量，PCRj表示储存在仓库j的秸秆的单位定价，TR表示单位运输成本，j表示第j个仓库，J表示j＝1,2,...J，r表示第r个垃圾处理厂，R表示r＝1,2,...R，i表示秸秆提供方i，I表示i＝1,2,...I。
3.根据权利要求1所述的确定餐厨垃圾和秸秆生产能源配比的方法，其特征在于，所述中间运营商对应的上层目标规划模型的目标函
4.根据权利要求1所述的确定餐厨垃圾和秸秆生产能源配比的方法，其特征在于，所述中间运营商对应的上层目标规划模型的目标函数包括的最大化秸秆提供方的满意度的数学表达式为：MaxS＝min{λ1,λ2,....,λi,...,λI}，其中，表示由秸秆提供方i生产的秸秆总量，表示秸秆提供方i所提供的秸秆总量，λi表示秸秆提供方的满意度，j表示第j个仓库，J表示j＝1,2,...J，I表示i＝1,2,...I。
5.根据权利要求1至4任一项所述的确定餐厨垃圾和秸秆生产能源配比的方法，其特征在于，方法还包括：确定所述中间运营商对应的上层目标规划模型的约束条件，其中约束条件包括中间运营商方购买秸秆的数量不超过秸秆提供方供应的数量，流入中间运营商方仓库的秸秆量等于流向垃圾处理厂的秸秆量，以及秸秆量大于等于零。
6.根据权利要求1所述的确定餐厨垃圾和秸秆生产能源配比的方法，其特征在于，所述垃圾处理厂对应的下层目标规划模型的目标函数为最大化垃圾处理厂方的总利润的数学表达式为：其中，PE·Pr表示电力能源产品的销售额，PD≈·Or表示液体能源产品的销售额，表示处理厂i的采购成本，表示运输成本，表示处置成本，DCr表示单位处置成本，表示工作量，Djr表示从仓库j到处理厂r的运输距离，TR≈表示单位运输成本，表示从仓库j到工厂r的秸秆运输量，Or表示处理厂r生产的液体产品的数量，PD≈表示液体产品的单价，PE表示电力产品的单价，Pr表示处理厂r生产的电力产品的数量，r表示处理厂r，j表示第j个仓库，J表示j＝1,2,...J。
7.根据权利要求6所述的确定餐厨垃圾和秸秆生产能源配比的方法，其特征在于，方法还包括：确定所述垃圾处理厂对应的下层目标规划模型的约束条件，其中约束条件包括：每个垃圾处理厂处理的餐厨垃圾具有相同的单位发电量；垃圾处理厂处理的餐厨垃圾量不超过自身的运行能力；餐厨的挥发性固体成分和秸秆的挥发性固体成分之比等于垃圾处理厂确定的共消化比值；流入中间运营商方仓库的秸秆量等于流向垃圾处理厂的秸秆量；餐厨垃圾全部转化为液体能源产品和电力能源产品；二进制变量其中确定垃圾处理厂r是否选择了比率计划m，若是，取1，否则取；非负约束其中，表示从仓库j到工厂r的秸秆运输量，表示垃圾处理厂的工作量。
8.根据权利要求1所述的确定餐厨垃圾和秸秆生产能源配比的方法，其特征在于，求解上下两层的目标规划模型，获得餐厨垃圾和秸秆进行能源生产的最优配比，具体为：利用约束方法和Karush-Kuhn-Tucker最优化条件，将上下两层的目标规划模型转化为单层单目标模型，再用matlab求解单层单目标模型，...
【技术特征摘要】
1.一种确定餐厨垃圾和秸秆生产能源配比的方法，其特征在于，方法包括：
2.根据权利要求1所述的确定餐厨垃圾和秸秆生产能源配比的方法，其特征在于，所述中间运营商对应的上层目标规划模型的目标函数包括的最小化中间运营商方的总成本的表达式为：其中，表示中间运营商收购秸秆的总购买成本，表示秸秆预处理的总成本，表示秸秆的总运输成本，表示秸秆的总存储成本，表示中间运营商方卖出秸秆的总收入，表示从仓库j到工厂r的秸秆运输量，prsi表示秸秆提供方i秸秆的购买单价，表示秸秆提供方i到仓库j的秸秆运输量，uoci表示秸秆提供方i秸秆的单位预处理费用，dij表示秸秆提供方i到仓库j的运输距离，uvcj表示仓库j的单位rs库存成本，表示仓库j的秸秆转运量，pcrj表示储存在仓库j的秸秆的单位定价，tr表示单位运输成本，j表示第j个仓库，j表示j＝1,2,...j，r表示第r个垃圾处理厂，r表示r＝1,2,...r，i表示秸秆提供方i，i表示i＝1,2,...i。
3.根据权利要求1所述的确定餐厨垃圾和秸秆生产能源配比的方法，其特征在于，所述中间运营商对应的上层目标规划模型的目标函数包括的最小化餐厨垃圾及秸秆处理过程的碳排放量的数学表达式为：其中，表示剩余的秸秆燃烧产生的总碳排放量，表示秸秆预处理产生的总碳排放量，表示运输餐厨垃圾及秸秆过程中产生的总碳排放量，表示垃圾处理厂处理餐厨垃圾及秸秆过程中产生的总碳排放量，表示从仓库j到工厂r的秸秆运输量，prsi表示秸秆提供方i的秸秆采购单价，表示秸秆提供方i到仓库j的秸秆运输量，表示仓库j的秸秆转运量，表示由秸秆提供方i生产的秸秆总量，be表示单位秸秆燃烧所生成的碳排放量，oe表示单位秸秆预处理碳排放，te表示单位秸秆预处理碳排放，der表示垃圾处理厂r处理单位垃圾的碳排放，dij表示秸秆提供方i到仓库j的运输距离，j表示第j个仓库，j表示j＝1,2,...j，r表示第r个垃圾处理厂，r表示r＝1,2,...r，i表示秸秆提供方i，i表示i＝1,2,...i。
4.根据权利要求1所述的确定餐厨垃圾和秸秆生产能源配比的方法，其特征在于，所述中间运营商对应的上层目标规划模型的目标函数包括的最大化秸秆提供方的满意度的数学表达式为：maxs＝min{λ1,λ2,....,λi,...,λi}，其中，表示由秸秆提供方i生产的秸秆总量，表示秸秆提供方i所提供的秸秆总量，λi表示秸秆提供方的满意度，j表示第j个仓库，j表示j＝1,2,...j，i表示i＝1,2,...i。
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