沼气发电工程秸秆物流配送中心选址规划研究

张彩庆， 李丽萍， 臧鹏飞

(1.华北电力大学 经济管理系， 河北 保定 071003; 2.国家电网黄山供电公司， 安徽 黄山 242700)

沼气发电工程秸秆物流配送中心选址规划研究

张彩庆1， 李丽萍1， 臧鹏飞2

(1.华北电力大学 经济管理系， 河北 保定 071003; 2.国家电网黄山供电公司， 安徽 黄山 242700)

秸杆物流是沼气发电工程可持续运行的原料供应保障。秸秆的分散性、低密度特性决定了秸秆物流配送中心选址研究对于降低收集难度、扩大物流网络覆盖面积、降低物流成本具有重要意义。文章提出了在秸杆收储点和沼气发电工程之间建设配送中心的秸杆物流配送模式，在此基础上构建了以总物流成本最低为目标的配送中心选址混合整数规划模型。通过模拟应用验证了模型可以有效地确定配送中心数量、选址方案以及秸秆配送方案，可以为优化秸秆配送中心选址方案，降低沼气发电工程秸秆供应成本提供参考依据。

沼气发电； 秸秆物流配送中心； 选址规划； 物流成本

我国农作物秸秆产量丰富，每年近7亿吨[1]。沼气发电是秸秆资源综合利用的一种新趋势，能够高效地利用各种秸秆，并且产生的电能方便传输与利用[2-3]。在一些欧洲发达国家生物质发电并网占到国家能源量的大约百分之十，其中沼气发电技术已经成熟，并且前景广[4]。沼气发电工程的运行需要大量的秸秆作原料[5]。在中国，由于秸秆原料地域分布不均匀且供需失衡，再加上秸秆密度小、难运输等特性，使得秸秆配送成本居高不下，成为制约沼气发电工程健康可持续性发展的重要因素[6-10]。物流配送中心[11]作为物流配送活动的主要基础设施，连接上游的供货点和下游的需求点，在整个物流系统中起着承上启下的作用。因此，物流配送中心的合理选取对优化整个秸秆物流网络，合理控制物流成本具有重要意义。H W Yu等人将沼气发电技术作为研究重点，对生物质如何转化为沼气[12-16]以及如何实现沼气发电[17-19]等方面进行研究；刘华财[20]等人研究了秸秆原料总成本分析，而没有将秸秆物流成本从中剥离出来；Wen W[21-22]等人研究了基于供应链协调作用的秸秆采集模式，而缺乏对秸秆整个供应链的研究。

笔者研究一定区域内秸杆物流配送中心的选址问题，在沼气发电工程需求以及收储点、配送中心总容量等约束条件下，构建以总配送成本最低为目标的配送中心选址模型，并应用LINGO智能算法对模型求解，验证模型及算法的有效性。

1 沼气发电工程秸秆物流

秸秆量大，且产地分布不均，需要通过一定的物流过程来实现秸秆收集、存储、加工、运输;秸秆本身附加值低决定了必须达到一定的物流量后，才能在各仓储、配送、运输等物流环节体现出规模效应;秸秆密度小，松散决定了秸秆在进行运输前，尤其是长途运输前需要进行加工处理，借此增加秸秆密度，降低运输成本[23-25]。此外，秸秆作为清洁、可再生能源有着很好的社会及经济效益，农村的生活、生产中对其需求量越来越多，秸秆资源丰富却呈现出区域分布不均的状况，使得秸秆的收集与运输变得困难[26]。

沼气发电工程秸秆物流体系是指农作秸秆从田间收割后，经过一系列环节，比如(收集、干燥、粉碎、压缩、运输、储存、配送)等，最后配送至沼气发电工程的整个过程[27]。在秸秆收储点对秸秆进行燥、压缩、粉碎等预处理工作，既可以方便沼气发电工程直接使用，又可以大大提高了秸秆的密度、运输距离以及运输效率[28-29]。

笔者提出在秸杆的收储点和沼气发电工程之间建设秸秆配送中心，负责信息收集、传递以及秸秆存储配送，协调秸秆供需的平衡。基于此，建立秸杆物流配送模式，如图1所示。

2 秸秆供应物流配送中心选址模型构建

配送中心的选址影响到运输成本、仓储成本、秸秆损失成本等，进而影响秸秆物流总成本[30]。本文秸秆配送中心是提升整个物流网络运行效率，降低物流成本的重要节点。本节将建立一定区域内秸杆物流配送中心的选址模型，在沼气发电工程需求以及收储点、配送中心总容量等约束条件下，使总配送成本最低。

2.1 模型描述与假设

某区域内有m个秸杆收储点，供q个沼气发电工程使用。收储点和沼气发电工程的个数和位置是已知的。给出n个备选供应物流配送中心地址，从中最多选择S个，使以年为单位的秸秆物流总成本最小。假设：

(1)收储点到供应物流配送中心和供应物流配送中心到各个沼气发电工程的运输单价和运距都是已知的；

(2)供应物流配送中心固定成本、单位管理成本、容量和个数已经确定；

(3)各个收储点的供应量和各个沼气发电工程的需求量已知；

(4)各个供应物流配送中心可以由多个收储点供货，每个沼气发电工程的需求也可以由多个供应物流配送中心提供，供应物流配送中心之间不互相供货；

(5)供应物流活动包括从收储点到配送中心的运输和从配送中心到沼气发电工程的运输。

2.2 建立优化模型

2.2.1 模型变量和参数

表1给出了该模型中使用的变量和参数。

2.2.2 目标函数

2.2.3 约束条件

表1 模型相关变量、参数设置和定义

(1)从某收储点调出的秸秆总量不超过其仓储总量：

(2)从各供应物流配送中心向某沼气发电工程运送秸秆的总量不小于该沼气发电工程的需求量：

(3)规划期内，各个供应物流配送中心秸秆送出量不大于收集量：

(4)每次各个收储点供给任何-个供应物流配送中心的秸秆总量不超过其最大容量：

(5)每个沼气发电工程接收到接收到的秸秆量都满足自身需求：

(6)计划建立的供应物流配送中心的数量小于S：

(7)模型中涉及的变量为非负数：

xki≥0,yij≥0,k=1,2,...,m;

i=1,2,...,n;j=1,2,...,l

(8)整数约束：

2.3 模型应用

设在某配送区域内，共有7个秸秆收储点，6个秸秆配送中心备选地，20个沼气发电工程。要求在备选地中选择不超过3个建设配送中心，实现配送总成本最小。已知规模相关的经济效益指标θ为0.9，各个供应物流配送中心备选地到各沼气发电工程的单位运费统一为0.12元·t-1×km，各沼气发电工程的秸秆年耗量分别为6600 t，13300 t，14500 t，6200 t，5300 t，26000 t，14400 t，15600 t，7800 t，8900 t，17700 t，5800 t，9600 t，23000 t，2600 t，19800 t，6500t，2600 t，8800 t，34500 t，其余相关数据如表2，表3，表4所示。

表2 收储点到配送中心备选地的单位运费(元·t-1×km)与运距(km)

表3 供应物流配送中心备选地与沼气发电工程的距离 (km)

表4 供应物流配送中心备选地的固定成本、单位管理成本、仓库容量

应用lingo程序求解，结果为：Z1=Z2=Z5=1，即在备选配送中心地址S1，S2，S5处建秸秆配送中心。该地区秸秆物流总成本T为1103244元，其中秸秆从收储点到配送中心的总运输成本T1为3825254元；从配送中心到沼气发电工程总运输成本T2为7090932元；物流配送中心对秸秆的管理成本T3为 90451元；供应物流配送中心的总固定成本T4为 25800元。配送中心S1每年秸秆流量为93500 t，S2每年秸秆流量为 80000 t,S5每年秸秆流量为76000 t。具体的仓储点向配送中心以及配送中心向沼气发电工程供应秸秆的方案如图2所示。

图2 秸秆供应配送方案图

3 结论

笔者提出了在区域内建立秸杆配送中心的沼气发电工程秸秆物流配送模式。建立了考虑沼气发电工程秸杆需求以及收储点、配送中心总容量等约束条件，以总配送成本最低为目标的配送中心选址模型。该模型能够快速得到应建配送中心的数量以及具体选址策略，并且设计出秸秆收储点与配送中心以及配送中心与沼气发电工程之间对应的配送方案。通过模拟应用，验证了模型的可行性。

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Location Planning of Straw Logistics Distribution Center for the Biogas Power Generation Project /

ZHANG Cai-qing1, LI Li-ping1, ZANG Peng-fei2/

(1. North China Electric Power University, School of Economics and Management，Baoding 071003,china; 2. State Grid Mount Huangshan power supply company, Huangshan 242700,China)

Straw logistics is the guarantee of raw material supply for the sustainable management of the biogas power generation project. Straw has the characteristics of dispersion and low density. These characteristics make the research of straw logistics distribution center location is of great significance for reducing the difficulty of collecting, expanding the logistics network area, costing down the logistics cost. In this paper, a straw logistics distribution model, that build a distribution center between straw storage and biogas power generation project, was put forward. On this basis, a mixed integer programming model of distribution center location, aiming at the lowest total logistics cost, was constructed. By application simulation，it was validated that the model could effectively determine the number of distribution centers, site-selection scheme and straw distribution plan, and provide reference for optimizing the location and reducing the straw supply cost for biogas power generation project

biogas power generation; straw logistics distribution center; location planning; logistics cost

2016-11-27

2017-01-10

项目来源： 河北省软科学研究计划项目(16454317D)

张彩庆(1964-)，男，汉族，河北唐山人，教授，主要从事能源经济、战略管理的研究工作，E-mail:hdzhangcaiqing@126.com

S216.4

B

1000-1166(2017)03-0074-05