集中供气型沼气输配管网的图论优化_朱洪光

１３０２０１１国际沼气技术与环境工程学术研讨会暨产业化论坛论文集集中供气型沼气输配管网的图论优化朱洪光１，王卓１，石惠娴１，裴晓梅２（１．同济大学现代农业科学与工程研究院生物质能源研究中心，上海２０００９２；２．同济大学机械工程学院，上海２＿２）摘要：随着沼气集中供气工裎规模的迅速壮大，沼气输配管网布局的优化设计成为影响工程总投资的重要设计环节。为解决沼气输配管网的随意敷设、规划设计凭经验确定管道的布置形式的问题，本文以上海市崇明县某村沼气集中供气示范工程点现有输配管网为例，将工程点总用气户数简化为１５个，以与管道加权总长度有关的管道投资为目标函数建立数学模型，采用图论中求解最小生成树的Ｐｒｉｍ算法求解，并结合Ｍａｔｌａｂ语言编写算法程序，计算得到从气源点１到其余１４个用气点的管网敷设路径的拓扑优化。与现有管网总投资对比的结果：取标准敷设方式下管道造价为１５．５元／ｍ，现有管网其路径总长度为５０３．３ｉｎ，投资费用为７８０１．１５元，优化后的路径总长度为４０７．９ｍ，投资费用为６３２２．４５。总长度节省了９５．４０ｍ，工程总投资减少了１４７８．７０元。可见采用本文的优化算法优化后的路径更短，投资费用更少，推广到大型生物质燃气管网的布局优化中，其节省的经济效益是十分可观的。关键词：村镇沼气工程；管网布局；图论优化；最小生成树ＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＣｅｎｔｒａｌｉｚｅｄＢｉｏｇａｓＳｕｐｐｌｙＰｉｐｅｌｉｎｅＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎａｎｄＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎＮｅｔｗｏｒｋｂａｓｅｄｏｎＧｒａｐｈｉｃＴｈｅｏｒｙ／ＺＨＵＨｏｎｇ－ｇｕａｎｇ１，ＷＡＮＧＺｈｕｏ１，ＳＨＩＨｕｉ－ｘｉａｎ１＊，ＰＥＩＸｉａｏ－ｐｅｉ２／（１．Ｂｉｏ－ｅｎｅｒｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，ＭｏｄｅｒｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ；２，ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｉ＾，ＴｏｎｇｊｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００９２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｂｏｏｍｉｎｇｏｆｔｈｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｂｉｏｇａｓｓｕｐｐｌｙｐｒｏｊｅｃｔｓ，ｔｈｅｌａｙｏｕｔｄｅｓｉｇｎｏｆｂｉｏｇａｓｐｉｐｅｌｉｎｅｎｅｔｗｏｒｋｔｒａｎｓ－ｍｉｓｓｉｏｎｈａｓｂｅｃｏｍｅａｃｒｉｔｉｃａｌｐａｒｔｏｆｔｈｅｗｈｏｌｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎ．Ｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓａｐｐｅａｒｅｄｉｎｂｉｏｇａｓｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｓｕｃｈａｓａｒｂｉｔｒａｒｉｌｙｌａｙｉｎｇａｎｄｄｅｓｉｇｎａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｐｒｅｖｉｏｕｓｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ，ｗｅｔｏｏｋａｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄｇａｓｓｕｐｐｌｙｄｅｍｏｎｓｔｒａ？ｔｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔｌｏｃａｔｅｄｉｎＧａｎｇｙａｎＴｏｗｎｏｆＣｈｏｎｇｍｉｎｇＩｓｌａｎｄｉｎＳｈａｎｇｈａｉａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ａｎｄｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄｔｈｅｔｏｔａｌｎｕｍｂｅｒｏｆｈｏｕｓｅｈｏｌｄｓｔｏ１５．ＷｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｕｌｅｔａｋｉｎｇｔｈｅｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔｗｅｉｇｈｅｄｂｙｔｏｔａｌｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｐｉｐｅｌｉｎｅａｓａｎｏｂｊｅｃｔｉｖｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｕｓｉｎｇｔｈｅＰｒｉｍａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆｍｉｎｉｍｕｍｓｐａｎｎｉｎｇｔｒｅｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｂａｓｅｄｏｎｇｒａｐｈｉｃｔｈｅｏｒｙｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈＭａｔｌａｂｌａｎｇｕａｇｅｔｏｐｒｏｄｕｃｅｔｈｅｐｒｏｇｒａｍ．ＴＴｉｅｎｗｅｏｂｔａｉｎｅｄ：Ｈｉｅｓｔａｎｄａｒｄｃｏｓｔｏｆｌａｙｉｎｇｐｉｐｅｓｉｓ１５．５ｙｕａｎ／ｍ．Ｔｈｅｏｐｔｉ？ｍｉｚｅｄｌｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｐｉｐｅｌｉｎｅｉｓ４０７．９ｍｅｔｅｒｓａｎｄｔｈｅｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔｃｏｓｔｉｓ６３２２．４５ｙｕａｎ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｖｄｔｈｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｐｉｐｅｌｉｎｅ，ｗｈｉｃｈｈａｓａｔｏｔ