扩展的?（exergy）会计方法在废物转化能源设施选址问题中的应用

《Waste Management》：Extended exergy accounting applied to waste-to-energy facilities location-allocation problem

市政固废激增导致焚烧厂超负荷，威胁城市环境安全。本研究提出融合扩展熵会计（EEA）的混合整数线性规划（MILP）模型，综合评估热力学效率、经济成本、社会及环境影响，优化焚烧厂选址。以深圳市为例，模型使外部环境与社会熵增减少，创造额外价值产品31.06%和24.12%，有效降低运输能耗及填埋依赖，为可持续固废管理提供扩展解决方案。

　　

刘勇|黄子红|张远芳|郑琼杰

江南大学商学院，中国江苏省无锡市，邮编214122

摘要

随着城市固体废物（MSW）量的意外增加，现有的废物转化为能源（WTE）设施已经超负荷运行，这对城市环境安全构成了严重威胁。WTE设施的位置直接决定了其经济成本，对可持续的城市发展至关重要。然而，目前大多数WTE设施选址模型都是基于优化框架构建的。这些框架主要考虑经济成本、运输距离、排放量和容量限制，往往忽略了热力学效率与社会环境因素的全面整合。在此，我们提出了一种新的混合整数线性规划（MILP）模型，该模型结合了扩展熵会计（EEA）方法，通过评估热力学、经济、社会和环境影响来优化WTE设施的选址。以深圳市固体废物焚烧厂的选址为例，与现状及政府提出的选址方案相比，本文提出的模型在处理相同数量的家庭废物时，产生的外部环境和社会成本熵更少，并能回收更多有价值的产品，分别多回收了31.06%和24.12%的附加价值产品。我们的研究结果表明，战略性设施布局可以减少运输能耗和对填埋场的依赖，为可持续的城市固体废物管理提供了一套可扩展的解决方案。

引言

快速的城市化进程导致了固体废物产量的增加，带来了重大的环境和经济挑战。作为全球最大的固体废物产生国，中国2019年产生了2.1147亿吨固体废物。有效的固体废物管理需要先进的处理技术，如厌氧消化、气化、焚烧和堆肥。WTE设施将废物转化为能源，减少了填埋场的使用和温室气体排放。然而，优化设施选址对于降低成本和提高效率至关重要。传统的选址模型主要关注经济和环境因素，但常常忽略热力学和社会维度。本研究将EEA整合到MILP模型中，以解决这一缺陷，为WTE设施的选址提供了全面的方法。

本文的结构如下：第1节介绍了WTE设施选址的研究背景和意义；第2节回顾了城市代谢方法、固体废物设施选址模型以及EEA的应用和优势；第3节利用EEA框架开发了WTE选址的混合整数规划模型；第4节通过深圳市废物焚烧厂的选址案例验证了该模型；第5节提出了结论，并提供了管理建议。

文献综述

文献综述

为了全面了解国内外该领域的研究现状和发展趋势，明确本研究的理论基础和创新点，本文系统地梳理和回顾了现有文献，涵盖了三个方面：城市代谢方法、扩展熵会计的应用和优势，以及固体废物设施选址模型。

用于废物转化为能源设施选址的扩展熵会计模型

本节提出了一种基于EEA理论的优化设计方法，该方法采用确定性系统优化技术，适用于多种候选废物处理技术（如焚烧、填埋、厌氧消化、气化等），并在不同规模（大、中、小）和多种处理设施候选情况下，提供全市范围的设施部署计划和最优废物分配方案。

案例研究

为了验证第3节提出的WTE设施选址模型的科学合理性和合理性，本文对深圳市废物焚烧厂的选址进行了案例研究。

结论与政策建议

本研究应用EEA方法解决WTE设施的选址问题，从资源、劳动力、资本和环境的综合角度支持政府在设施选址方面的决策。为了验证模型，对深圳市废物焚烧厂的选址进行了案例研究。预计到2023年底，该市的废物处理能力将出现6000吨/天的缺口，因此需要建设2-3座新的焚烧厂。

作者贡献声明

刘勇：撰写初稿、监督、资源协调、项目管理、方法论制定、资金筹集、数据分析。黄子红：撰写初稿、软件开发、方法论制定、资金筹集、数据分析。张远芳：撰写初稿、方法论制定、数据分析。郑琼杰：撰写初稿、数据分析。

利益冲突声明

我们声明，在过去三年内，我们与任何可能不当影响我们工作的个人或组织没有财务或个人关系，也与本研究主题无关的经济利益或关系。同时，我们在任何产品、服务和/或公司中没有任何形式的专业或其他个人利益。

致谢

本研究部分由以下机构资助：国家自然科学基金（编号：71503103）；国家社会科学基金（编号：25FGLB111）；国家统计科学研究计划（编号：2024LZ015）；教育部数字学习技术集成与应用工程研究中心（编号：1321005）；江苏省科技智库青年项目（编号：JSKX0125058）；江苏省教育规划项目（编号：ZYJN/2024/01）