碳封存网络的规划模型及求解算法研究

论文摘要

随着人类对化石燃料的消耗,相关的碳排放问题得到越来越多的重视,碳排放而导致的温室效应更是成为全球亟待解决的问题。为了减少温室气体的排放量,发展低碳经济,不仅要发展碳减排技术,还需要依靠碳捕获和碳封存技术。碳封存网络规模浩大,倘若进入全面实施阶段,耗资巨大,必将成为处于国家战略高度的重大建设课题。因此,对碳封存网络的优化涉及到巨大的经济效益,也关系到人类长远发展的大问题,值得研究和探讨。本文在前人成果和前期研究基础上,重点研究了碳封存网络的规划以及未来存在诸多不确定性的情形下碳封存网络整体及其各个环节的评估与优化问题,试图为一定地理区域建立碳封存网络的经济可行性提供思路和参考。根据碳封存网络的特点,本文以最小支撑树算法及模拟退火算法为理论基础,以碳封存网络总成本最低为目标,建立了规划模型。主要对潜在的二氧化碳汇点进行离散选址决策,以及确定最优网络布局。并将该套算法优化得到的计算结果与商业运筹学软件CPLEX比较,显示该算法在解决规模较小的碳封存网络优化问题时,能在较短的运算时间内获得较高的精确性。由于未来存在诸多不确定性,因此本文引入情景规划方法对碳封存网络进行全面分析,在假定关键影响因素,诸如原油价格、碳排放交易价格或者未来电力需求有可能发生巨大变化的基础上,构造出多重情景,提出多种未来的可能结果。情景分析法最大的优势就是能够向管理者展示未来发展的不同情景,严密地推理和描述来构想未来各种可能的方案,并随时监测影响因素的变化。在前文研究的基础上,提出了描述从封存设备的安装、管道建设、二氧化碳捕获、运输再到封存的全面数学规划模型,并运用AIMMS软件对其进行规划求解,并对运算结果进行了评价。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.3 碳封存网络系统概述
• 1.3.1 碳捕获与封存技术介绍
• 1.4 国内外研究现状综述
• 1.4.1 碳封存技术的概念及应用现状
• 1.4.2 有关碳封存供应链系统的研究
• 1.4.3 有关供应链建模优化的研究
• 1.5 论文研究内容
• 第二章 基本理论与方法
• 2.1 最小支撑树问题及主要算法
• 2.1.1 最小支撑树定义
• 2.1.2 Kruskal 算法
• 2.1.3 Dijkstra 算法
• 2.2 模拟退火算法及其基本原理
• 2.2.1 模拟退火算法基本概念
• 2.2.2 Metropolis 准则
• 2.2.3 冷却进度表
• 2.3 情景分析法理论概述
• 2.3.1 情景分析法的概念
• 2.3.2 情景分析法的特点
• 2.3.3 情景分析法的逻辑框架
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于MST 算法及模拟退火算法的碳封存网络规划
• 3.1 研究问题描述
• 3.2 管道网络规划建模
• 3.2.1 集合和变量定义
• 3.2.2 数学模型
• 3.3 模型分析及求解算法
• 3.3.1 改进的最小支撑树问题算法
• 3.3.2 基于上述基本算法和模拟退火算法的求解
• 3.3.3 算例分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于情景规划的碳封存网络规划分析
• 4.1 数学模型公式
• 4.1.1 集合及变量定义
• 4.1.2 目标函数
• 4.1.3 变量平衡关系
• 4.1.4 约束条件
• 4.1.5 决策变量
• 4.2 问题描述
• 4.2.1 二氧化碳的捕获
• 4.2.2 二氧化碳的运输
• 4.2.3 二氧化碳的封存
• 4.3 情景分析
• 4.3.1 原油价格
• 4.3.2 碳排放交易价格
• 4.3.3 电力需求
• 4.3.4 情景组合分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文