基于GAMS的港口节能减排建设方案多目标优化
顾建王伟+封学军吴晓婧+刘捷
DOI：10.13340/j.jsmu.2016.04.003
文章编号：1672-9498（2016）04001505
摘要：为促进港口向低碳、高效的目标迈进，并兼顾港口自身发展及其社会责任，从能源消耗、碳排放和成本控制等3个角度出发，建立港口节能减排建设方案多目标优化模型.将模型运用到连云港港口节能减排项目的优化与分析中，利用GAMS软件进行模型求解，得到综合效益最优时项目的建设时序和规模.结果表明：建设期结束后，该方法可使连云港港口每年节省标准煤6 526.64 t，减少CO2 排放39 390.22 t，获得4 922.38万元的节能减排综合效益；运营两年后即可收回建设成本.
关键词：
低碳港口； 节能减排； 多目标优化； GAMS
中图分类号： U651 文献标志码： A
0引言
交通运输业是能源消耗大户之一，我国政府十分重视交通运输业的节能减排工作.港口作为水路运输的基础设施，是低碳交通运输体系的重要组成部分.交通运输部印发《船舶与港口污染防治专项行动实施方案（2015—2020年）》，提出以减少污染物排放为核心，以完善法规、标准、规范为基础，以推进排放控制区试点示范为抓手，依法推进船舶与港口污染防治工作，努力实现我国水运绿色、循环、低碳、可持续发展.相关政策制度不够完善，节能减排技术推广困难以及节能减排评价体系行业标准缺失，导致我国港口的节能减排任务艰巨、形势严峻.对绿色低碳港口改造的合理规划有利于港口向低碳、高效的目标迈进，推动交通运输业可持续发展，其社会意义深远.
早期港口的粗放式发展靠的是能源资源的高投入、高消耗，对生态环境造成了极大的破坏.后来人们开始了对绿色低碳港口的研究，许多国家把低碳理念运用于港口发展中.GOULIELMOS[1]通过总结欧洲地区港口环境保护政策，提出港口环境保护要从运输和海洋环境两方面进行论证，研究港口环境问题及产生原因，并指出港口成本应纳入环境成本；TICHAVSKA等[2]从拉斯帕尔马斯港废气排放角度出发，分析港口的外部成本和生态效率指标，研究结果结合港区运行情况可用于评估港口城市的减排量；ODUM等[3]通过对港口生态工程的研究，把生态设计因素加入到港口的规划设计和建设运营中，使得港口环境与社会经济协同发展.目前国内港口节能减排相关研究主要集中在节能减排评价体系、主要技术、效率研究等方面.姜海洋[4]、莫琪琪[5]、刘捷等[6]、陈敏慧等[7]从管理体制、工艺技术、新技术开发和节能减排效果等角度构建了港口节能减排综合评价指标体系；李海波等[8]和刘洪波等[9]归纳总结了绿色低碳港口建设的主要技术，并分析了其应用效果、推广的制约因素和解决途径；邵超峰等[10]、刘砚津[11]和耿东耀[12]从优化装卸工艺流程、采用高精尖节能减排技术、降低设备能耗等层面开展节能减排效率研究；赵雅倩等[13]以经济效益和环境效益为目标建立01整数规划模型，并通过Excel软件求出最优解.综合来看，国内少有学者从港口节能减排建设方案规划的角度科学合理地安排港口节能减排项目建设规模和时序以兼顾环境与经济效益.
鉴于此，本文从能源消耗、碳排放和成本控制等3个角度出发，对港口节能减排项目建设与投资进行多目标规划，利用GAMS软件进行优化求解，提出港口节能减排建设优化方案.
3结论与展望
长期以来，港口节能减排建设缺乏科学合理的规划，往往仅从投资成本角度考虑项目建设规模和时序.本文重点从能源消耗和碳排放这两个影响环境的重要因素入手，同时兼顾投资成本因素，构建节能减排项目的建设规模与时序的优化模型，并将模型运用到连云港绿色低碳港口的优化与分析中.采用GAMS软件求解得到建设方案.根据该优化方案可以得到：建设期结束后，连云港港口每年能节约标准煤6 526.64 t，减少CO2排放39 390.22 t，获得节能减排综合效益4 922.38万元，运营两年后即可收回建设成本.
当然，本文构建的模型尚有不足之处，如不能体现建设项目的规模效应，项目建设时间以年为单位不够精细化等，与实际建设方案仍存在一定差距.这有待在后续的研究中进一步改进.
参考文献：
[1]
GOULIELMOS A M. European policy on port environmental protection[J]. Global NEST Journal， 2000， 2（2）： 189197.
[2]TICHAVSKA M， TOVAR B. Environmental cost and ecoefficiency from vessel emissions in Las Palmas Port[J]. Transportation Research Part E： Logistics and Transportation Review， 2015， 83： 126140.
[3]ODUM H T， ODUM B. Concepts and methods of ecological engineering[J]. Ecological Engineering， 2003， 20（5）： 339361.
[4]姜海洋. 大连港港口节能减排效率及综合评价研究[D]. 大连： 大连海事大学， 2012.
[5]莫琪琪. 上海港节能减排评价研究[D]. 大连： 大连海事大学， 2011.
[6]刘捷， 王甜. 南京港节能减排评价和提升策略分析[J]. 水运工程， 2014（6）： 7981.
[7]陈敏慧， 封学军， 李宇为， 等. 基于指标序优势权重法的灰色定权聚类在港口节能减排管理水平评价中的应用[J]. 上海海事大学学报， 2012， 33（4）： 3338.
[8]李海波， 贾志平， 姚立柱. 港口燃油动力设备节能减排技术[J]. 水运工程， 2010（12）： 7983.
[9]刘洪波， 汪锋， 张志平. 集装箱轮胎吊“油改电”技术在港口节能减排中的应用[J]. 水运工程， 2011（9）： 123125.
[10]邵超峰， 鞠美庭. 国内外生态港口建设现状分析及启示[J]. 中国港湾建设， 2012（1）： 6873.
[11]刘砚津. 天津港节能减排影响因素研究[D]. 大连： 大连海事大学， 2012.
[12]耿东耀. 集装箱绿色装卸工艺与设备优化配置的研究[D]. 太原： 太原科技大学， 2014.
[13]赵雅倩， 王伟. 港口节能减排多目标优化研究[J]. 华东交通大学学报， 2015， 35（3）： 7885.
[14]魏传江， 王浩. GAMS用户指南[M]. 北京： 中国水利水电出版社， 2009： 35.
（编辑贾裙平）
DOI：10.13340/j.jsmu.2016.04.003
文章编号：1672-9498（2016）04001505
摘要：为促进港口向低碳、高效的目标迈进，并兼顾港口自身发展及其社会责任，从能源消耗、碳排放和成本控制等3个角度出发，建立港口节能减排建设方案多目标优化模型.将模型运用到连云港港口节能减排项目的优化与分析中，利用GAMS软件进行模型求解，得到综合效益最优时项目的建设时序和规模.结果表明：建设期结束后，该方法可使连云港港口每年节省标准煤6 526.64 t，减少CO2 排放39 390.22 t，获得4 922.38万元的节能减排综合效益；运营两年后即可收回建设成本.
关键词：
低碳港口； 节能减排； 多目标优化； GAMS
中图分类号： U651 文献标志码： A
0引言
交通运输业是能源消耗大户之一，我国政府十分重视交通运输业的节能减排工作.港口作为水路运输的基础设施，是低碳交通运输体系的重要组成部分.交通运输部印发《船舶与港口污染防治专项行动实施方案（2015—2020年）》，提出以减少污染物排放为核心，以完善法规、标准、规范为基础，以推进排放控制区试点示范为抓手，依法推进船舶与港口污染防治工作，努力实现我国水运绿色、循环、低碳、可持续发展.相关政策制度不够完善，节能减排技术推广困难以及节能减排评价体系行业标准缺失，导致我国港口的节能减排任务艰巨、形势严峻.对绿色低碳港口改造的合理规划有利于港口向低碳、高效的目标迈进，推动交通运输业可持续发展，其社会意义深远.
早期港口的粗放式发展靠的是能源资源的高投入、高消耗，对生态环境造成了极大的破坏.后来人们开始了对绿色低碳港口的研究，许多国家把低碳理念运用于港口发展中.GOULIELMOS[1]通过总结欧洲地区港口环境保护政策，提出港口环境保护要从运输和海洋环境两方面进行论证，研究港口环境问题及产生原因，并指出港口成本应纳入环境成本；TICHAVSKA等[2]从拉斯帕尔马斯港废气排放角度出发，分析港口的外部成本和生态效率指标，研究结果结合港区运行情况可用于评估港口城市的减排量；ODUM等[3]通过对港口生态工程的研究，把生态设计因素加入到港口的规划设计和建设运营中，使得港口环境与社会经济协同发展.目前国内港口节能减排相关研究主要集中在节能减排评价体系、主要技术、效率研究等方面.姜海洋[4]、莫琪琪[5]、刘捷等[6]、陈敏慧等[7]从管理体制、工艺技术、新技术开发和节能减排效果等角度构建了港口节能减排综合评价指标体系；李海波等[8]和刘洪波等[9]归纳总结了绿色低碳港口建设的主要技术，并分析了其应用效果、推广的制约因素和解决途径；邵超峰等[10]、刘砚津[11]和耿东耀[12]从优化装卸工艺流程、采用高精尖节能减排技术、降低设备能耗等层面开展节能减排效率研究；赵雅倩等[13]以经济效益和环境效益为目标建立01整数规划模型，并通过Excel软件求出最优解.综合来看，国内少有学者从港口节能减排建设方案规划的角度科学合理地安排港口节能减排项目建设规模和时序以兼顾环境与经济效益.
鉴于此，本文从能源消耗、碳排放和成本控制等3个角度出发，对港口节能减排项目建设与投资进行多目标规划，利用GAMS软件进行优化求解，提出港口节能减排建设优化方案.
3结论与展望
长期以来，港口节能减排建设缺乏科学合理的规划，往往仅从投资成本角度考虑项目建设规模和时序.本文重点从能源消耗和碳排放这两个影响环境的重要因素入手，同时兼顾投资成本因素，构建节能减排项目的建设规模与时序的优化模型，并将模型运用到连云港绿色低碳港口的优化与分析中.采用GAMS软件求解得到建设方案.根据该优化方案可以得到：建设期结束后，连云港港口每年能节约标准煤6 526.64 t，减少CO2排放39 390.22 t，获得节能减排综合效益4 922.38万元，运营两年后即可收回建设成本.
当然，本文构建的模型尚有不足之处，如不能体现建设项目的规模效应，项目建设时间以年为单位不够精细化等，与实际建设方案仍存在一定差距.这有待在后续的研究中进一步改进.
参考文献：
[1]
GOULIELMOS A M. European policy on port environmental protection[J]. Global NEST Journal， 2000， 2（2）： 189197.
[2]TICHAVSKA M， TOVAR B. Environmental cost and ecoefficiency from vessel emissions in Las Palmas Port[J]. Transportation Research Part E： Logistics and Transportation Review， 2015， 83： 126140.
[3]ODUM H T， ODUM B. Concepts and methods of ecological engineering[J]. Ecological Engineering， 2003， 20（5）： 339361.
[4]姜海洋. 大连港港口节能减排效率及综合评价研究[D]. 大连： 大连海事大学， 2012.
[5]莫琪琪. 上海港节能减排评价研究[D]. 大连： 大连海事大学， 2011.
[6]刘捷， 王甜. 南京港节能减排评价和提升策略分析[J]. 水运工程， 2014（6）： 7981.
[7]陈敏慧， 封学军， 李宇为， 等. 基于指标序优势权重法的灰色定权聚类在港口节能减排管理水平评价中的应用[J]. 上海海事大学学报， 2012， 33（4）： 3338.
[8]李海波， 贾志平， 姚立柱. 港口燃油动力设备节能减排技术[J]. 水运工程， 2010（12）： 7983.
[9]刘洪波， 汪锋， 张志平. 集装箱轮胎吊“油改电”技术在港口节能减排中的应用[J]. 水运工程， 2011（9）： 123125.
[10]邵超峰， 鞠美庭. 国内外生态港口建设现状分析及启示[J]. 中国港湾建设， 2012（1）： 6873.
[11]刘砚津. 天津港节能减排影响因素研究[D]. 大连： 大连海事大学， 2012.
[12]耿东耀. 集装箱绿色装卸工艺与设备优化配置的研究[D]. 太原： 太原科技大学， 2014.
[13]赵雅倩， 王伟. 港口节能减排多目标优化研究[J]. 华东交通大学学报， 2015， 35（3）： 7885.
[14]魏传江， 王浩. GAMS用户指南[M]. 北京： 中国水利水电出版社， 2009： 35.
（编辑贾裙平）
