“雙碳”政策背景下垃圾收運(yùn)系統(tǒng)的路徑優(yōu)化與碳核算模型體系

雙碳”政策背景下垃圾收運(yùn)系統(tǒng)的路徑優(yōu)化與碳核算模型體系摘要：當(dāng)前我國(guó)正在加快實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)生活方式綠色變革，加快“碳達(dá)峰、碳中和”政策的落地實(shí)施，力爭(zhēng)在2030年前達(dá)到碳達(dá)峰，2060年前達(dá)到碳中和，在此背景下進(jìn)行的經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式轉(zhuǎn)型升級(jí)方興未艾；同時(shí)為實(shí)現(xiàn)人口資源環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的“無(wú)廢城市”政策在全國(guó)的廣泛推廣，“垃圾分類、循環(huán)經(jīng)濟(jì)”等綠色發(fā)展概念已深入人心。生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)包含收集和轉(zhuǎn)運(yùn)車輛、轉(zhuǎn)運(yùn)站設(shè)施等，運(yùn)行過(guò)程消耗汽柴油、電等能源，是城市溫室氣體排放源之一，之前對(duì)于傳統(tǒng)收運(yùn)模式成本、時(shí)間等要素的路徑優(yōu)化數(shù)學(xué)模型研究已十分深入。本文將探討新形勢(shì)下，建立與分類收運(yùn)、新能源車輛、碳排量等新要素耦合的全生命周期碳核算模型新體系，以期為未來(lái)環(huán)衛(wèi)收運(yùn)體系規(guī)劃提供參考。關(guān)鍵詞：無(wú)廢城市、垃圾分類、路徑優(yōu)化、碳核算模型、全生命周期分析（LCA）引言我國(guó)提出了“碳達(dá)峰、碳中和”的重大戰(zhàn)略決策，以期實(shí)現(xiàn)資源高效利用和綠色低碳發(fā)展基礎(chǔ)上的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級(jí)，這將是一次覆蓋各領(lǐng)域、各地區(qū)、各行業(yè)的深刻的“綠色變革”，在今年10月24日國(guó)務(wù)院印發(fā)的《2030年前碳達(dá)峰行動(dòng)方案》中，明確提出了“碳達(dá)峰十大行動(dòng)”，其中“城鄉(xiāng)建設(shè)碳達(dá)峰行動(dòng)、交通運(yùn)輸綠色低碳行動(dòng)、循環(huán)經(jīng)濟(jì)助力降碳行動(dòng)”赫然在列。近年來(lái)，隨著我國(guó)城市化的快速發(fā)展與市民物質(zhì)消費(fèi)能力的日漸提高，城市垃圾量增長(zhǎng)迅速，因此產(chǎn)生的城市固體廢棄物治污防污挑戰(zhàn)十分嚴(yán)峻，加之相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)資金、技術(shù)研發(fā)等投入不足，導(dǎo)致了十分嚴(yán)峻的“垃圾圍城”問(wèn)題。垃圾總量的快速增加、城市居民對(duì)生活環(huán)境的高標(biāo)準(zhǔn)要求、愈發(fā)擁堵的城市交通現(xiàn)狀等均使得現(xiàn)有城市垃圾收運(yùn)體系運(yùn)行的時(shí)間窗口愈發(fā)緊張；全國(guó)各大試點(diǎn)城市垃圾分類體系的逐步建立要求“不同種類垃圾分開收運(yùn)”、全國(guó)各地方財(cái)政預(yù)算的壓力、國(guó)家對(duì)碳排放總量的控制要求均導(dǎo)致單純?cè)黾邮者\(yùn)車輛的模式必然不現(xiàn)實(shí)。因此迫切需要一套綜合了垃圾分類、時(shí)間窗口、碳排放總量、路徑優(yōu)化、運(yùn)行成本等多要素的模型體系，為環(huán)衛(wèi)、固廢等專項(xiàng)規(guī)劃編制提供數(shù)據(jù)庫(kù)和輔助決策工具。國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展國(guó)內(nèi)外關(guān)于收運(yùn)車輛路徑優(yōu)化的研究進(jìn)展對(duì)垃圾收運(yùn)車輛路徑優(yōu)化的研究始于求得載重量有限條件下的能覆蓋所有垃圾點(diǎn)位的最佳收運(yùn)路徑［2］；S.Kim等人針對(duì)收運(yùn)時(shí)間對(duì)生活垃圾處理的影響，研究了帶有時(shí)間窗口的垃圾收運(yùn)路徑問(wèn)題，以時(shí)間懲罰成本、等待時(shí)間最短為目標(biāo)建模［3］；Masoud等人提出了一個(gè)多車型、帶隔倉(cāng)、隔間大小不同、混合開閉的車輛路徑模型［4］；針對(duì)新興的電動(dòng)汽車路徑優(yōu)化問(wèn)題的研究早在2011年就已經(jīng)開始［5］；為適應(yīng)電動(dòng)車輛載重量、時(shí)間窗、行駛里程、充電需求、行駛速度等特性的新變化，建立了以總成本最小為目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，并提出了滿足動(dòng)態(tài)需求的電動(dòng)車配送方案實(shí)施更新策略［6］。國(guó)內(nèi)外關(guān)于車輛全生命周期碳排放的研究進(jìn)展當(dāng)前對(duì)于EV（電動(dòng)汽車）、HEV（混合動(dòng)力汽車）、FCV（燃料電池汽車）及化石能源基燃料驅(qū)動(dòng)的傳統(tǒng)ICE（內(nèi)燃機(jī)）汽車等的碳排放量研究已十分深入，目前國(guó)際成熟的車用能源技術(shù)路線評(píng)估方法為“車用燃料/車輛制造的GHG（溫室氣體）的LCA（全生命周期分析）”，國(guó)內(nèi)外學(xué)者較早就開始了研究，并建立起了專門的模型，如GREET和LEM模型，清華大學(xué)在此基礎(chǔ)上，開發(fā)建立了清華大學(xué)中國(guó)車用能源全生命分析模型-TLCAM:該模型采用中國(guó)實(shí)際參數(shù)數(shù)據(jù)，建立起包含燃料周期WTW（從礦井到車輪）和車輛周期，囊括資源開采、運(yùn)輸、車輛全產(chǎn)業(yè)鏈生產(chǎn)及報(bào)廢全周期的模型分析方法［7］。關(guān)于現(xiàn)有收運(yùn)模型研究的不足當(dāng)前，針對(duì)城市垃圾碳排放量的研究主要集中在末端處置環(huán)節(jié)，關(guān)于生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)碳排放的定量研究還較為欠缺，尤其是隨著新能源車輛在市政環(huán)衛(wèi)領(lǐng)域的大規(guī)模運(yùn)用導(dǎo)致的新時(shí)代本土化收運(yùn)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的欠缺和定量監(jiān)測(cè)的匱乏使得生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程中缺乏相應(yīng)科學(xué)依據(jù)和決策支撐，并未建立全生命周期下的結(jié)合路徑優(yōu)化、車輛碳排量的收運(yùn)系統(tǒng)碳排放核算方法。其次，當(dāng)前生活垃圾收運(yùn)系統(tǒng)的規(guī)劃和建設(shè)普遍欠缺碳排放等環(huán)境影響的考量，也少有從碳排放的角度衡量垃圾分類環(huán)境效益的研究。垃圾收運(yùn)系統(tǒng)模型體系發(fā)展的新趨勢(shì)3.1針對(duì)新能源垃圾收運(yùn)車輛的路徑模型愈發(fā)受關(guān)注正如當(dāng)前EV（電動(dòng)汽車）、HEV（混合動(dòng)力汽車）、FCV（燃料電池汽車）在家用車領(lǐng)域的普及一樣，在環(huán)衛(wèi)領(lǐng)域也出現(xiàn)了諸如電動(dòng)清掃車、電動(dòng)收運(yùn)車大行其道的趨勢(shì)；再如前文所述，垃圾分類收運(yùn)模式的新要求不能依靠單純?cè)黾迎h(huán)衛(wèi)營(yíng)運(yùn)車輛解決的結(jié)論，未來(lái)在越來(lái)越嚴(yán)苛的碳排放標(biāo)準(zhǔn)和運(yùn)營(yíng)成本考量下，采用新能源的具有分隔艙室的垃圾收運(yùn)車必將迎來(lái)廣闊的市場(chǎng)前景，在此預(yù)測(cè)下，現(xiàn)有的結(jié)合“時(shí)間窗口、運(yùn)行總成本、行駛里程、總載重量、交通擁堵程度等”要素的路徑優(yōu)化模型亟需進(jìn)行升級(jí)，在此我提出以下幾點(diǎn)趨勢(shì)：首先，在近期環(huán)衛(wèi)車輛必將是傳統(tǒng)燃油車與新能源車型混用的狀態(tài)，兩類車輛特性完全不同，因此需要模擬兩類車輛在不同條件制約下同時(shí)運(yùn)行的路徑優(yōu)化；其次，針對(duì)帶隔間的收運(yùn)車輛，要對(duì)隔間大小、收運(yùn)種類進(jìn)行不同場(chǎng)景下的分析考量；最后一定要根據(jù)城市現(xiàn)狀給出適應(yīng)性強(qiáng)的，能充分體現(xiàn)各要素影響權(quán)重的模型，以期為環(huán)衛(wèi)收運(yùn)體系優(yōu)化提供有借鑒意義的決策工具。針對(duì)新能源垃圾收運(yùn)車輛的碳排放模型愈發(fā)受關(guān)注前文所述，當(dāng)前“車用燃料/車輛制造的GHG（溫室氣體）的LCA（全生命周期分析）”已經(jīng)十分成熟，因此在當(dāng)前控制碳排放總量的大背景下，對(duì)于產(chǎn)生大量溫室氣體的垃圾收運(yùn)體系進(jìn)行“碳減排”勢(shì)在必行，對(duì)此需要結(jié)合新能源車輛的相關(guān)特性，建立新的新能源車輛的數(shù)據(jù)庫(kù)，以期更加精準(zhǔn)地對(duì)體系的碳排量進(jìn)行估算，目前亟需的是針對(duì)兩個(gè)成熟體系：即路徑優(yōu)化模型、車輛全生命周期分析的精準(zhǔn)耦合，以建立新的數(shù)據(jù)庫(kù)和模型，更加準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)在不同角度考量下的最優(yōu)解。結(jié)語(yǔ)未來(lái)垃圾收運(yùn)系統(tǒng)的模型一定是針對(duì)帶時(shí)間窗的多車型、多路徑的分類收運(yùn)優(yōu)化問(wèn)題，考慮了車型、載重量、時(shí)間成本等各項(xiàng)成本支出等情況，考慮了LCA的碳排放總量，從而確立以總運(yùn)行成本最小或環(huán)境效益(GHG排放)最佳為目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，并能從多個(gè)角度進(jìn)行方案比選的決策模型。對(duì)于政府而言，建立這樣一個(gè)模型作為輔助決策工具，既能提高垃圾分類收運(yùn)比例，促進(jìn)資源循環(huán)發(fā)展又能降低碳排放總量，提升環(huán)境質(zhì)量。因此未來(lái)在此思路上建立的模型必將會(huì)發(fā)揮重大作用。LEHMANNS.Urbanmetabolismandthezero-wastecity:transformingcitiesthroughsustainabledesignandbehaviorchange[M]//LINDFIELDM,STEINBERGF,eds.GreenCities.MandaluyongCity,Philippines:AsianDevelopmentBank,2012:108-135.E.J.Beltrami,L.D.Bodin.Networksandvehicleroutingformunicipalwastecollection[J].Networks,1974,4(1):65-94.KimBI,KimS,SahooS.Wastecollectionvehicleroutingproble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