بخشی از مقاله
چکیده
انرژی زیستی به عنوان منبع مهم انرژیهای تجدیدپذیر شناخته شده است که تأثیرات مثبتی در اقتصاد، محیط زیست و جامعه دارد. با توجه به بحران جهانی انرژی و افزایش روزافزون انتشار گازهای گلخانهای انتظار میرود، استفاده از محصولات زیستی روز به روز افزایش یابد که سبب می شود وابستگی به سوختهای فسیلی کاهش یابد. در این تحقیق زنجیره تأمین سوخت زیستی برای تولید بیواتانول بررسی شده است. مدل ریاضی ارائه شده در این مقاله به صورت دو سطحی بوده که در سطح پایین هدف کمینه کردن هزینههای مکانیابی و تأسیس پالایشگاه زیستی مورد نظر بوده و در سطح بالای این مدل هزینههای تولید و حملونقل و میزان انتقال مواد بین گرهها کمینه میشود.
از عوامل توسعه اقتصادی جوامع صنعتی انرژی میباشد. تاکنون سوختهای فسیلی نظیر نفت، گاز و زغالسنگ تأمینکننده اصلی انرژی مورد نیاز بشر بودهاند، اما با کاهش منابع انرژی و ازدیاد جمعیت و پیشرفت تکنولوژی تردیدی نیست که در آیندهای نزدیک باید از منابع جدیدتر استفاده گردد. بالا رفتن دائمی قیمت منابع انرژی فسیلی از دلایلی است که لزوم تجدیدنظر در استفاده آنها را توجیه میکند.
انرژیهای تجدیدپذیر درعینحال که کمترین آلودگی زیستمحیطی را ایجاد میکنند، نگرانیهایی که در مورد امکان اتمام سوختهای فسیلی در آیندهای نزدیک وجود دارد، ندارند. امروزه با افزایش قیمت حاملهای انرژی در ایران پیشبینی میشود انرژیهای نو در آینده، سهم بیشتری در سبد انرژی مصرفی داشته باشند. مهمترین انواع انرژیهای تجدیدپذیر عبارتاند از: انرژی خورشیدی، انرژی باد، انرژی زیست توده1، انرژی زمین گرمایی و فن آوری هیدروژن.[1] زیست توده یکی از منابع مهم انرژیهای تجدید شونده است و شامل جنگلها، اجزا گیاهان؛ برگها موجودات زنده اقیانوسها؛ زائدات حیوانی پسماندهای شهری و غذایی... میشوند.
زیست توده بر پایه کربن است و از مخلوط مولکولهای آلی، شامل هیدروژن، معموﻻً اکسیژن و اغلب نیتروژن و مقدار کمی از دیگر اتمها مانند، فلزات قلیایی، فلزات قلیایی خاکی و فلزات سنگین است.[2] معمولا زیستتوده را در سه نسل تقسیمبندی میکنند: مواد اولیه مانند کلزا، سویا، روغن پالم و آفتابگردان به عنوان نسل اول زیستتوده میباشند. چرا که اولین محصولات مورد استفاده برای تولید بیودیزل هستند.
نسل دوم زیست توده به منظورکاهش وابستگی به روغن خوراکی، از منابع سوختهای زیستی جایگزین مانند مواد اولیه غیرغذایی، میباشد. این محصولات مانند بذر توتون، تنباکو، روغن ماهی سالمون، روغن های پختوپز زائد و چربی های حیوانی هستند. نسل سوم بیودیزل به دلیل هزینه تولید بالا، ناکارآمدی و غیرپایداری نسل اول و دوم مورد توجه قرار گرفت. نسل سوم مواد اولیه زیست توده شامل جلبکها و مشتقات آنها است.
بحثهای زیادی در رابطه با زنجیره تأمین سوختهای زیستی وجود دارد که از جمله آن میتوان به هزینههای مربوط به حملونقل زیست توده، مکانیابی هر کدام از تسهیلات، تبدیل زیست توده، و ... اشاره کرد.[6] تحقیق کاندیف2 و همکاران [7] در سال 1997 از اولین مطالعاتی است که بحث تأثیر عدم قطعیت عرضه در زنجیره تأمین سوختهای زیستی، مانند تأثیر شرایط آب و هوایی بر عملکرد زیست توده انجام داده است.
اکسیاغلو3 و همکاران [5]، در مقالهای چالشهای لجستیکی با تأمین زیست توده به پالایشگاه زیستی مورد تجزیه و تحلیل قرار دادند. همچنین یک مدل ریاضی برای طراحی زنجیره تأمین و مدیریت تدارکات از پالایشگاه زیستی و تعیین مقدار حمل و پردازش زیست توده و موجودی در طول یک دوره زمانی را ارائه کرده است. و مطالعه موردی در زمینه استقرار پالایشگاه زیستی در ایالت میسیسیپی را بررسی نمودهاند. معروف الزمان و همکاران[8] مدل برنامهریزی دو مرحلهای برای طراحی و مدیریت زنجیره تأمین بیودیزل استفاده کردند مطالعه ایشان فقط هزینهها را بهینه نمیکند، بلکه میزان انتشار را هم در نظر میگیرد.
تابع هدف و محدودیتهای مدل اثر سیاستهای تنظیمکننده مختلف، مانند کلاهک کربن1، مالیات کربن2، تجارت-و-کلاهک کربن3، و افست کربن4 مکانیزم-هایی برای تصمیم گیری زنجیره تأمین هستند. ایشان نیز مطالعه موردی با استفاده از دادههای ایالت میسیسیپی انجام دادهاند. کیلی5 و همکاران[10]، یک زنجیره تأمین سوختهای زیستی پیشرفته برای کاهش هزینههای حملونقل زیست توده و استفاده در مقیاس اقتصادی برای یک تسهیل تبدیل به گاز ارائه دادند.
تصمیمگیری دو مرحلهای انجام شده که در مرحله اول تصمیمات سرمایهگذاری کلان از جمله مکان و ظرفیتهای مکان تجزیه در اثر حرارت سریع غیرمتمرکز و همچنین پالایشگاه زیستی متمرکز، درحالیکه مرحله دوم تعیین جریان زیست توده و سوختهای زیستی تعیین میشود. این مدل به صورت یکپارچه و هم زمان تصمیمات مرحله اول و دوم را نمیگیرد. در بخش بعد، تعریف مساله و مدلسازی مساله بصورت دوسطحی انجام می پذیرد. مطالعه موردی طراحی زنجیره تأمین سوخت زیستی در ایالت میسیسیپی برای بررسی کارایی مدل ارزیابی شده و نتایج پیشنهادی تحلیل شده است.
.2 توصیف مسئله
در این تحقیق یک زنجیره تأمین برای تولید سوختهای زیستی ارائه شده است. این طراحی تعداد، ظرفیت و مکان پالایشگاهها ، مکان سایتهای جمعآوری، میزان زیست توده حمل شده بین گرهها، میزان سوخت زیستی تولید شده در هر دوره و میزان موجودی زیست توده در هر تسهیل را مشخص میکند. هدف این مقاله کمینه کردن هزینههای مکانیابی تسهیلات وتولید زیست توده است.
مدل به صورت چند دورهای ست. به دلیل وجود مقداری موجودی در هر دوره انتظار میرود درصدی خرابی داشته باشد. کمانهایی که مکان برداشت را به تسهیل جمعآوری و پالایشگاه زیستی وصل میکنند کمان حمل زیست توده ؛ کمانهایی که پالایشگاه زیستی را به مشتری وصل میکند کمان حمل سوخت زیستی ؛ و کمانهایی که مکانهای مشابه را در دو دوره متوالی به هم وصل میکنند کمانهای موجودی هستند.
.3 مدل مساله
مدل ارائه شده با هدف کمینه سازی هزینهها است. این مدل به صورت دو سطحی6 است که دارای دو بخش تأسیس وتوزیع است. در سطح پایین مسأله هزینه مکانیابی برای پالایشگاه زیستی و تسهیل جمعآوری را بررسی میکند. در سطح بالا هزینههای مربوط به توزیع و نگهداری را تخمین زده میشود. در ادامه بخشهای مختلف مساله تشریح میشود.
هزینه سالانه استهلاک ساخت و راه اندازی پالایشگاه زیستی با اندازه l در مکان i واحد هزینه های کاشت، رشد و برداشت مواد اولیه زیست توده نوع b
هزینه نگهداری موجودی واحد برای مواد اولیه زیست توده نوع b هزینه نگهداری واحد موجودی برای سوخت های زیستی
هزینه حمل و نقل واحد از سایت برداشت kبه تسهیلات j
هزینه حمل و نقل واحد از سایت برداشت kبه پالایشگاه زیستی i
هزینه حمل و نقل واحد از تسهیلات j به پالایشگاه زیستی i
هزینه حمل و نقل واحد سوخت زیستی از پالایشگاه زیستی i به مکان مشتری هزینه واحد پردازش مواد اولیه زیست توده از نوع b
