基于随机天然气价格与沼气预测的污水处理厂热电联产决策支持框架

《Sustainability》：Sustainable Biogas Utilization in Wastewater Treatment Plants: A Predictive-Optimization Decision-Making Framework for CHP Investments and Operations

　　

摘要

尽管沼气技术和热电联产（CHP）技术已经成熟，但能源回收的经济可行性取决于工厂运营情况、技术成本和能源价格。本研究开发了一个决策支持框架，整合了用于沼气预测的多线性回归、基于均值回归过程的天然气价格随机建模，以及混合整数线性规划（MILP），以在不确定市场条件下评估消化池运行和CHP技术选择。该框架被回顾性地应用于一个日处理量为55百万加仑（MGD）且已安装热解预处理并有大量沼气放空排放的污水处理厂。使用2022–2023年的记录对特定消化池的回归模型进行校准，并对照准备的2024年观测数据进行评估，R2值为0.68–0.78。通过每个情景100次随机运行，评估了四种天然气价格情景。在高和极端气价情景下，CHP技术选择更为一致；在低和参考情景下，CHP技术选择更为多样。报告的低、参考、高和极端情景下的未折现回收期分别为>20年、18.9年、16.4年和12.3年。较高的天然气价格增加了模型中的避免能源成本，缩短了投资回收期。研究结果支持在不同气价条件下对CHP途径进行初步筛选，但经济表现仍以模型中的运营和成本假设为前提条件。