sử dụng công cụ hỗ trợ ra quyết đinh trong giải quyết bài toán

sử dụng công cụ AHP, công cụ Solver và Data table trong giải quyết bài toán môi trường thực tế. Giải quyết nhanh các quyết định, lựa chọn ràng buộc và giải quyết. Lý thuyết sử dụng AHP, solver và data table. Giải bài toán AHP bằng chương trình ODM 1.0.1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN



HỆ THỐNG HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH TRONG QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

DANH MỤC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ 4

DANH MỤC BẢNG BIỂU 4

MỞ ĐẦU 5

1 Đặt vấn đề: 5

2 Mục tiêu của đề tài: 5

3 Nội dung của đề tài: 5

4 Đối tượng nghiên cứu: 6

5 Phương pháp nghiên cứu: 6

6 Ý nghĩa thực tiễn: 6

CHƯƠNG 1: 7

TỔNG QUAN VỀ AHP VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐIỆN SINH KHỐI TỪ TRẤU .7

1.1 Phương pháp AHP: 7

1.1.1 Tổng quan AHP: 7

1.1.2 Mục tiêu của AHP: 7

1.1.3 Nguyên tắc của AHP: 7

1.1.4 AHP sử dụng gì? 8

1.2 Công cụ Solver: 8

1.2.1 Công cụ Solver trong MS Excel giải bài toán tối ưu: 8

1.2.2 Quy trình để giải các bài toán tối ưu sử dụng Solver thực hiện theo các bước sau: 8

1.3 Công nghệ thông dụng đối với sản xuất điện sinh khối: 9

1.3.1 Lò đốt tầng sôi: 9

1.3.2 Công nghệ khí hóa: 9

CHƯƠNG 2: 11

TỔNG QUAN VỀ QUY HOẠCH ĐIỆN TRẤU TẠI TỈNH AN GIANG 11

2.1 Tiềm năng sinh khối ở An Giang: 11

2.2 Quy hoạch và phát triển điện trấu tại An Giang: 11

2.3 Tầm nhìn, mục tiêu của tỉnh An Giang về chiến lược tăng trưởng xanh thích ứng ứng biến đổi khí hậu và kịch bản giảm phát thải khí nhà kính do sử dụng điện trấu: 12

2.3.1 Tầm nhìn của An Giang năm 2030: 12

2.3.2 Mục tiêu của tỉnh An Giang: 12

CHƯƠNG 3: 14

LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐIỆN SINH KHỐI CHO NHÀ MÁY ĐIỆN TRẤU TẠI TỈNH AN GIANG 14

3.1 Bối cảnh: 14

3.2 Sử dụng phương pháp AHP cho việc lựa chọn loại công nghệ sản xuất điện sinh khối cho nhà máy điện 3MW điển hình: 15

3.2.1 Ma trận tiêu chuẩn và độ ưu tiên cho các phương án trong tiêu chuẩn 17

3.2.2 Sắp xếp các tiêu chuẩn theo thứ tự quan trọng, sử dụng cùng một phương pháp sắp hạn mỗi mục tiêu 18

3.2.3 Áp dụng AHP trong tính toán kết quả: 18

CHƯƠNG 4: 21

SỬ DỤNG CÔNG CỤ SOLVER VÀ DATA TABLE TRONG EXCEL ĐỂ LỰA CHỌN QUY MÔ CÔNG SUẤT TỐI THIỂU HÓA CHI PHÍ & TỐI ĐA HÓA LỢI NHUẬN21 4.1 Bài toán về xác định quy mô công suất nhằm tối thiểu hóa chi phí:21 4.2 Thực hiện tính toán thông qua hàm Solver trong Excel: 22

CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 25

5.1 Kết luận: 25

5.2 Kiến nghị: 25

DANH MỤC HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ

Hình 1 Sơ đồ cấu trúc thứ bậc 8

Hình 2 Phân tích độ nhạy của 02 công nghệ sản xuất điện sinh khối 20

Hình 3 Kết quả lựa chọn công nghệ sản xuất điện sinh khối 21

Hình 4 Các thông số và hàm ràng buộc của bài toán 23

Hình 5 Nhập dữ liệu vào hàm Solver 24

Hình 6 Kết quả chạy mô hình Solver 24

DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1 Nhu cầu điện trên địa bàn tỉnh An Giang đến năm 2020 11

Bảng 2 Mục tiêu thực hiện kế hoạch chiến lược quản lý sử dụng năng lượng sinh khối từ chất thải cây lúa 13

Bảng 3 Sản lượng trấu tại An Giang ở các huyện trên địa bàn tỉnh An Giang năm 2010 14

Bảng 4 Các yếu tố tác động đến việc lựa chọn công nghệ phù hợp 15

Bảng 5 Các hàm ràng buộc cho lựa chọn quy mô công suất 21

Bảng 6 Bảng số liệu tính toán 22

Bảng 7 Kết quả tính toán từ hàm Data table 24

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề:

Là một trong những quốc gia đang phát triển, Việt Nam đang phải đối phó với nhiềuthách thức về khả năng đáp ứng nhu cầu năng lượng Tuy vậy, với lợi thế là một quốc gia nôngnghiệp và đứng thứ hai trên thế giới trong lĩnh vực xuất khẩu gạo với trữ lượng lớn tập trung tạiđồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long Và An Giang là tỉnh có sản lượng lúa lớnnhất vùng Đồng bằng sông Cửu Long, với sản lượng khoảng 4.009.800 tấn lúa/năm và cũng làđịa phương đi đầu trong ứng dụng kỹ thuật mới vào canh tác lúa, xây dựng vùng lúa chất lượngcao cũng như các hoạt động xay xát lúa gạo Tuy nhiên, thực tế cho thấy số lượng lớn chất thải

từ cây lúa chưa được quy hoạch và sử dụng hợp lý: một lượng lớn rơm rạ bị đốt bỏ trên đồngruộng; vỏ trấu được bán làm nhiên liệu cho lò gạch hoặc chế biến thành nguyên liệu nănglượng như củi trấu, trấu việc nhưng vẫn chưa đạt hiệu quả cao; hoặc một phần lớn trấu trướcđây thải bỏ ra các kênh rạch

Với tiềm năng lớn kết hợp với nhu cầu năng lượng của tỉnh An Giang, cũng như mụctiêu quản lý và sử dụng năng lượng từ chất thải từ cây lúa trong điều kiện biến đổi khí hậu hiệnnay Để giải quyết hết lượng trấu phát sinh, tỉnh An Giang đã lên kế hoạch xây dựng các nhàmáy điên trấu với công suất 0.5MW, 1MW, 3MW, 5MW để giảm thiểu việc xả thải trấu, đápứng nhu cầu năng lượng địa phương và gia tăng giá trị kinh tế địa phương Nhưng tỉnh cần giảiquyết bài toán lựa chọn công nghệ sản xuất và lợi ích chi phí để đạt lợi nhuận tối da Do đó các

công cụ hỗ trợ ra quyết định đã được xem xét sử dụng Và đề tài “Áp dụng công cụ ra quyết

định trong giải quyết bài toán xây dựng nhà máy điện trấu tại An Giang” được ra đời.

2 Mục tiêu của đề tài:

Sử dụng các công cụ tính toán để giải quyết bài toán tối ưu lợi nhuận trong việc xâydựng nhà máy điện trấu ở tỉnh An Giang

3 Nội dung của đề tài:

- Tổng quan về các phương pháp AHP, Solver, Data Table

- Tổng quan về công nghệ sử dụng trong việc sản xuất điện trấu

- Tổng quan về tỉnh An Giang và tiềm năng sinh khối sản xuất điện trấu tại địa phương

- Sử dụng cá công cụ AHP, Solver và Data Table để giải quyết bài toán tối ưu lợi nhuậntrong việc sản xuất điện trấu ở An Giang.

- Đánh giá kết quả phân tích

4 Đối tượng nghiên cứu:

- Phương pháp AHP

- Công cụ Solver

- Công cụ Data table

5 Phương pháp nghiên cứu:

- Phương pháp phân tích

- Phương pháp tổng quan tài liệu về tỉnh An Giang, điện sinh khối, công nghệ sản xuất vàcác công cụ hỗ trợ ra quyết định

- Phương pháp AHP để lựa chọn công nghệ sản xuất

- Phương pháp Solver để lựa chọn công suất cho mỗi nhà máy.

- Phương pháp Data Table để xác định cặp chí phí sản xuất 1KW và lượng điện sản xuất đạt lợi nhuận tối đa.

- Phương pháp đánh giá nhanh

6 Ý nghĩa thực tiễn:

Góp phần hỗ trợ tỉnh An Giang trong việc ra quyết định lựa chọn công nghệ sản xuấtđiện phù hợp nhất, mang lại hiệu quả kinh tế, chi phí thấp nhằm giải quyết bài toán thiếu hụtnăng lượng, góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường, giải quyết các vấn đề tồn đọng trong quản

lý và sử dụng chất thải từ cây lúa…

CHƯƠNG 1:

TỔNG QUAN VỀ AHP VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐIỆN

SINH KHỐI TỪ TRẤU1.1 Phương pháp AHP:

1.1.2 Mục tiêu của AHP:

- AHP trả lời các câu hỏi như: Chúng ta nên chọn phương án nào? Hay Phương án nào tốtnhất? bằng cách chọn một phương án tốt nhất thỏa mãn các tiêu chuẩn của nhà ra quyếtđịnh

1.1.3 Nguyên tắc của AHP:

- AHP là một phương pháp ra quyết định đa mục tiêu được đề xuất bởi Saaty (1980) Dựatrên so sánh cặp, AHP có thể được mô tả với 3 nguyên tắc chính: phân tích, đánh giá vàtổng hợp Trước tiên, AHP phân tích một vấn đề phức tạp, đa tiêu chí theo cấu trúc thứbậc như hình 1

Hình 1 Sơ đồ cấu trúc thứ bậc

- Sơ đồ cấu trúc thứ bậc bắt đầu với mục tiêu, được phân tích qua các tiêu chí lớn và cáctiêu chí thành phần, cấp bậc cuối cùng thường bao gồm các phương án có thể lựa chọn.Quá trình đánh giá sử dụng ma trận so sánh cặp với thang điểm cho trước, xác định

trọng số dựa trên vector riêng ứng với giá trị riêng lớn nhất, sau đó kiểm tra hệ số nhấtquán Cuối cùng, tất cả các trọng số được tổng hợp lại để đưa ra quyết định tốt nhất.Quá trình phân tích, xác định các trọng số theo AHP được mô tả chi tiết trong các tàiliệu tham khảo.

1.1.4 AHP sử dụng gì?

- Các phép toán đơn giản

- Các tiêu chuẩn (do nhà ra quyết định thiết lập)

- Độ ưu tiên cho các tiêu chuẩn (do nhà ra quyết định thiết lập)

- Bảng độ ưu tiên chuẩn

Mức độ ưu tiên Giá trị số

Ưu tiên bằng nhau cho đến vừa phải (Equally to moderately preferred) 2

Ưu tiên vừa phải cho đến hơi ưu tiên (Moderately to strongly preferred) 4

Hơi ưu tiên cho đến rất ưu tiên (Strongly to very strongly preferred) 6

Rất ưu tiên cho đến vô cùng ưu tiên (Very strongly to extremely preferred) 8

1.2 Công cụ Solver:

1.2.1 Công cụ Solver trong MS Excel giải bài toán tối ưu:

Đối với việc tìm lời giải cho bài toán tối ưu (optimal problem) khó khăn lớn nhất khi đãbiết được thuật toán là chi phí tính toán rất lớn do dữ liệu cần xử lý (tính toán) và số phương ánứng viên (candidate solution) quá nhiều Vì vậy, việc tính toán thủ công để tìm phương án tối

ưu trong thực tế là không khả thi Để giải quyết khó khăn này, MS Excel đã xây dựng công cụSolver giúp giải các bài toán tối ưu Bài viết này giới thiệu cách sử dụng công cụ Solver để tìmphương án tối ưu thông qua một số bài toán tối ưu quen thuộc như bài toán vận tải, bài toánnguyên vật liệu sản xuất Do bài viết chỉ tập trung vào việc minh họa cách sử dụng Solver đểtìm phương án tối ưu nên không trình bày lại chi tiết cách giải các bài toán này Các bài toánnày thường được trình bày rất chi tiết trong môn học Qui hoạch tuyến tính

1.2.2 Quy trình để giải các bài toán tối ưu sử dụng Solver thực hiện theo các bước sau:

Xây dựng hàm mục tiêu (Objective Function)

Xây dựng các ràng buộc (Constraints)

Tổ chức dữ liệu trên bảng tính Excel

Sử dụng Solver để tìm phương án tối ưu

1.3 Công nghệ thông dụng đối với sản xuất điện sinh khối:

Cho đến ngày nay, có khá nhiều kỹ thuật chuyển sinh khối thành điện năng Các côngnghệ phổ biến nhất bao gồm: đốt trực tiếp hoặc tạo hơi nước thông thường (direct-fired orconventional steam approach), nhiệt phân (pyrolysis), đốt kết hợp co-firing, khí hóa biomassgasification), tiêu yếm khí (anearobic digestion), sản xuất điện từ khí thải bãi chôn lấp rác Đềtài tập trung giới thiệu 02 loại hình công nghệ đó là: lò đốt trực tiếp và khí hóa sinh khối, cụ thểnhư sau:

1.3.1 Lò đốt tầng sôi:

Trong xu hướng phát triển hiện nay, công nghệ đốt tầng sôi tuần hoàn (CFB) được sửdụng rộng rãi cho đốt nhiên liệu rắn như than, biomass và đặc biệt là nhiên liệu trấu Công nghệtầng sôi trong các thiết bị năng lượng (công suất nhiệt từ 50 MW trở lên) bắt đầu được áp dụngrộng rãi từ giữa những năm 1970 dưới sức ép của các tiêu chuẩn khắt khe về phát thải độc hại.Hiện nay trên thế giới đang vận hành trên 1.000 lò hơi tầng sôi [11]

Buồng đốt tầng sôi cũng tương tự như các buồng đốt truyền thống khác nhưng ở đâyquá trình cháy nhiên liệu luôn được duy trì ở trạng thái lơ lửng hoặc tầng sôi bằng các dòng khíthổi từ dưới lên Nhiệt độ cháy trong buồng lửa tầng sôi thấp hơn buồng lửa ghi, nên cấu trúctro xỉ sinh ra chiếm tỷ lệ nhỏ là tro xỉ có cấu trúc tinh thẻ định hình Việc đốt nhiên liệu trấutrong vòi đốt tầng sôi đã được kiểm soát nhiệt độ cháy trong buồng đốt thông qua lưu lượngnhiên liệu cấp vào, lưu lượng không khí cung cấp vào buồng lửa tầng sôi tối ưu khoảng 7500C,qua đó hiệu suất lò hơi và chất lượng tro xỉ đạt tốt nhất

Ưu điểm chính của công nghệ này là cho hiệu suất buồng lửa cao hơn và chất lượng tro

xỉ tốt hơn

1.3.2 Công nghệ khí hóa:

 Lý thuyết của khí hóa:

Sản phẩm của quá trình tạo ra khí (sản xuất khí) được gọi là sự khí hóa, là quá trình đốtnhiên liệu rắn (sinh khối) và diễn ra ở nhiệt độ khoảng 10000C Phản ứng đó gọi là khí hóa

Quá trình đốt hoàn toàn sinh khối sinh ra khí bao gồm nitơ, hơi nước, CO2 và O2 Tuynhiên trong quá trình khí hóa có bổ sung thêm nhiên liệu rắn (đốt không hoàn toàn), sản phẩmcủa quá trình đốt là những khí đốt như CO, H2, hắc ín và bụi [11]

Về nguyên tắc, khí hóa trấu là quá trình chuyển đổi nhiên liệu trấu thành khí carbon monoxide(CO), do nhiệt phản ứng hóa học của oxy trong không khí với carbon hiện có trong vật liệutrấu, qua quá trình xảy ra sự cháy Nói đơn giản, từ nhiên liệu trấu ban đầu, trải qua một số

phản ứng hóa học sẽ sinh ra các loại khí có thành phần tương tự khí gas (tức là đốt bằng trấunhưng lửa cháy bằng gas).

Công nghệ hóa khí sinh khối nói chung và hóa khí trấu nói riêng được thực hiện theonhiều phương pháp và công nghệ khác nhau Với công nghệ hóa khí ngày càng phát triển vàhoàn thiện cho chất lượng sản phẩm khí cao hơn

CHƯƠNG 2:

TỔNG QUAN VỀ QUY HOẠCH ĐIỆN TRẤU TẠI TỈNH AN

GIANG2.1 Tiềm năng sinh khối ở An Giang:

An Giang là một trong những địa phương có sản lượng lúa cao nhất vùng đồng bằngsông Cửu Long và của cả nước Năm 1995, tỉnh An Giang sản xuất gần 2 triệu tấn , đến năm

2000 sản lượng lúa thu hoạch tăng lên gần 2,2 triệu tấn (chiếm hơn 14% tổng sản lượng lúa củavùng ĐBSCL) Năm 2013, sản lượng lúa tỉnh An Giang ước đạt khoảng 4 triệu tấn đứng thứhai sau Kiên Giang (chiếm 16,04% tổng sản lượng lúa ĐBSCL và chiếm hơn 9% sản lượng lúa

cả nước) Diện tích đất lúa cả năm của An Giang cũng hiện đứng thứ hai của cả nước sau KiênGiang, vào khoảng 641,3 nghìn ha, chiếm khoảng 14,8% diện tích lúa toàn vùng ĐBSCL và8,1% diện tích lúa cả nước

2.2 Quy hoạch và phát triển điện trấu tại An Giang:

Theo quy hoạch phát triển công nghiệp tỉnh An Giang, Công ty Cổ phần tư vấn xâydựng điện 3 (EVNPECC3) dự báo nhu cầu sử dụng điện cho các mục đích sản xuất công nôngnghiệp, thương mại, dịch vụ và sinh hoạt trên địa bàn tỉnh như sau:

Những khu công nghiệp tập trung dựa vào loại hình công nghiệp thường lấy trung bình

từ 0,1 - 0,4 MW/ha Chỉ tiêu điện cho nông nghiệp để bơm tưới lấy 0,1 - 0,25 KW/ha, còn bơmtiêu lấy 0,45 KW/ha Chỉ tiêu chiếu sáng công cộng lấ bằng từ 20 - 40% điện cho sinh hoạt dân

cư Tiêu chuẩn cấp điện cho dân cư thị xã, thành phố năm 2010 là 1800 - 2500 KW/hộ năm(800 - 1100 W/hộ), tương ứng cho dân nông thôn, hải đảo từ 800 - 1500 KWh/hộ/năm (420 -

700 W/hộ) Năm 2015, chỉ tiêu này tăng gấp 1,5 đến 2 lần Điện năng phục vụ công cộng đạt từ

20 - 40% điện năng sinh hoạt

Từ các cơ sở trên, dự kiến nhu cầu điện trên địa bàn tỉnh An Giang đến năm 2020 nhưsau (có phần cấp sang Campuchia và Đồng Tháp):

Bảng 1 Nhu cầu điện trên địa bàn tỉnh An Giang đến năm 2020 Năm Chỉ tiêu PA cao PA cơ sở

Năm 2010 Công suất, MWĐiện thương phẩm, triệu KWh 1.300217

Năm 2015 Công suất, MWĐiện thương phẩm, triệu KWh 2.874479 2.644436

Theo định hướng quy hoạch phát triển năng lượng tái tạo tại An Giang, đến năm 2020,

An Giang sẽ phát triển năng lượng điện trấu với công suất 30 MW trong đó có 02 dự án điệntrấu công suất 10 MW tại huyện Chợ Mới và Thoại Sơn Với giả thiết 100% lượng trấu tại AnGiang được thu gom và làm nguyên liệu để sản xuất điện trấu Theo quy hoạch của tỉnh AnGiang, từ năm 2012 đến năm 2020 sẽ đầu tư xây dựng 03 nhà máy điện trấu công suất 10 MW/nhà máy Nếu 03 dự án điện trấu đi vào hoạt động sẽ tiêu thụ khoảng 397.240 tấn trấu/năm, chỉgiải quyết 81,6% lượng trấu tại An Giang, và vẫn còn khoảng 28,4% lượng trấu tại An Giang

dư thừa [5] Để giải quyết hết lượng trấu phát sinh, việc phát triển các dự án điện trấu quy môvừa và nhỏ cần được thực hiện phù hợp với quy hoạch hiện tại của tỉnh An Giang

2.3 Tầm nhìn, mục tiêu của tỉnh An Giang về chiến lược tăng trưởng xanh thích ứng ứng biến đổi khí hậu và kịch bản giảm phát thải khí nhà kính do sử dụng điện trấu:

2.3.1 Tầm nhìn của An Giang năm 2030:

Về tổng thể thực hiện theo tầm nhìn chung của Việt Nam về các mục tiêu để giảm phátthải khí nhà kính như xanh hóa tiêu dùng, thay thế dần nhiên liệu sinh học, giảm sử dụng nănglượng lãng phí trong gia đình, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp

- Trước mắt trong giai đoạn 2011-2020 giảm phát thải khí nhà kính từ 4-8% so với năm

2013 và định hướng đến năm 2030 giảm mức phát thải nhà kính mỗi năm ít nhất 1% -2%

- Đối với cây lúa sẽ giảm phát thải nhà kính từ 5% vào năm 2020 so với năm 2013 vàđịnh hướng đến năm 2030 giảm mức phát thải nhà kính mỗi năm ít nhất 1%

Từ việc thu gom rơm, hạn chế sử dụng phân bón thuốc bảo vệ thực vật (phòng ngừa và tiêudiệt sâu bệnh bằng các biện pháp thay thế khác) , tái sử dụng rơm, trấu hiệu quả (phát điện nhiệt,pellets, các sản phẩm khác từ rơm trấu ), tiết kiệm năng lượng trong sản xuất chế biến lúa gạo

2.3.2 Mục tiêu của tỉnh An Giang:

Tăng trưởng xanh, giảm phát thải khí nhà kính, gia tăng sản xuất năng lượng tái tạo, tiếtkiệm năng lượng trong tất cả các hoạt động sản xuất nông nghiệp, công nghiệp, tiểu thủ côngnghiệp và giao thông, đưa cộng đồng đến kinh tế ít carbon và phát triển bền vững

Trong báo cáo “Chiến lược quản lý và sử dụng năng lượng sinh khối từ chất thải cây lúatrong điều kiện biến đổi khí hậu tỉnh An Giang” (2014) đã nhấn mạnh tỉnh An Giang đã vàđang rất quan tâm đến vấn đề quản lý và sử dụng năng lượng từ chất thải cây lúa trong điềukiện biến đổi khí hậu hiện nay Mục tiêu thực hiện kế hoạch chiến lược của Tỉnh gồm 2 giaiđoạn:

Giai đoạn 1 từ năm 2015 - năm 2020 và giai đoạn 2 từ năm 2020 - 2030

Bảng 2 Mục tiêu thực hiện kế hoạch chiến lược quản lý sử dụng năng lượng sinh khối từ

chất thải cây lúa Mục tiêu 2015 - 2020 2020 - 2030

Diện tích trồng lúa giảm hóa chất BVTV sử dụng 25%

Lượng CO2 cắt giảm tương ứng (tấn/năm) 133.932 339.366