عنوان پایان‌نامه
طراحی شبکه زنجیره تامین سوخت زیستی مایع از گیاه جاتروفا در ایران در شرایط عدم قطعیت
- رشته تحصیلی
- مهندسی صنایع
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3166;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72680;کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 3166;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 72680
- تاریخ دفاع
- ۱۴ دی ۱۳۹۴
- دانشجو
- رضا بابازاده
- استاد راهنما
- جعفر رزمی, عباس کرامتی
- چکیده
- بر اساس برآوردهای موجود، کره زمین 1000 تا 1500 میلیارد بشکه نفت خام را در خود ذخیره دارد و با توجه به شرایط زیست اقلیمی موجود در کره زمین هیچ سوخت فسیلی درحال شکل گیری نیست. بر اساس پیش بینی های انجام شده استفاده از منابع نفت خام تا سال 2080 میسر خواهد بود. این زمان برای گاز طبیعی تا سال 2047 و برای ذغال سنگ تا سال 2180 برآورد شده است. از اینرو استفاده از سوختهای زیستی تجدیدپذیر که سازگار با محیط زیست نیز هستند یک ضرورت محسوب می شود. امروزه توسعه که قبلا فقط در جنبه اقتصادی معنا پیدا می کرد جای خود را به توسعه پایدار داده است. در توسعه پایدار علاوه بر جنبه های اقتصادی، جنبه های محیط زیستی و اثرات اجتماعی توسعه نیز در نظر گرفته می شود و تصمیم گیران به دنبال رسیدن به توسعه ای هستند که هر سه بعد را در حد مطلوبی ارضا کند. یکی از زمینه های توسعه پایدار در بخش انرژی استفاده از سوختهای زیستی است. این حقیقت ثابت شده است که سوختهای زیستی هر سه بعد توسعه پایدار را در صورت بهره برداری در مقیاس تجاری برآورده می کنند. این رساله به دنبال شناسایی پتانسیل های لازم و تعیین زیرساختارهای مورد نیاز برای بهره برداری تجاری از سوختهای زیستی است. طراحی بهینه و پایدار شبکه زنجیره تامین سوخت های زیستی نقش اساسی در کاهش هزینه ها و تجاری سازی آنها دارد. از اینرو، در این رساله یک الگوریتم جامع دو مرحله ای برای طراحی شبکه زنجیره تامین سوختهای زیستی از منابع تجدیدپذیر غیر غذایی نظیر گیاه جاتروفا و روغنهای پسماند خوراکی ارائه می شود. گیاه جاتروفا به عنوان یکی از منابع غنی برای تولید بیودیزل در جهان شناخته شده است که در زمینهای نامناسب برای کشاورزی و بیابان ها رشد می کند. در مرحله اول، ابتدا مکانهای بالقوه برای کاشت گیاه جاتروفا با توجه به معیارهای شرایط آب و هوایی و اجتماعی با روش تحلیل پوششی داده ها تعیین می شود. سپس در مرحله دوم، مکانهای تعیین شده برای کاشت گیاه جاتروفا به عنوان مکانهای کاندید در کنار سایر تسهیلات نظیر مراکز استخراج روغن و مراکز پالایشگاه های تولید بیودیزل در نظر گرفته می شوند تا مکان دقیق آنها و ظرفیت های مربوطه با استفاده از مدل برنامه ریزی ریاضی تعیین شوند. مدل پیشنهادی برنامه ریزی ریاضی یک مدل برنامه ریزی عدد صحیح مختلط است که تمامی لایه های مربوط به زنجیره تامین بیودیزل از مراکز تهیه فیداستاک تا مراکز مصرف بیودیزل را تحت شرایط عدم قطعیت در نظر می گیرد. برای مقابله با عدم قطعیت شناختی پارامترها، از رویکرد برنامه ریزی امکانی مبتنی بر اندازه اعتبار بهره گرفته می شود. در ادامه پس از تبدیل مدل فازی به مدل قطعی معادل آن، الگوریتم تجزیه بندرز تسریع شده برای حل مدل پیشنهادی که یک مساله با سایز بزرگ و واقعی است توسعه داده می شود. در این الگوریتم، از برش نامساوی های معتبر و شاخه زدن محلی برای تسریع اجرا و حل الگوریتم استفاده می شود. رویکرد پیشنهادی جامع برای طراحی شبکه زنجیره تامین بیودیزل در یک مطالعه موردی در ایران پیاده سازی می شود. نتایج حاصله قابلیت رویکرد پیشنهادی برای طراحی شبکه زنجیره تامین بیودیزل در ایران به منظور تامین 20 درصد سوخت جایگزین گازوئیل با بیویزل بعد از افق برنامه ریزی را تائید می-کنند. همچنین الگوریتم بندرز تسریع شده در مقایسه با الگوریتم بندرز به جواب بهینه در مدت زمان بسیار کمتر و با تعداد تکرار کمتر همگرا می شود. در پایان، مدل برنامه ریزی امکانی استوار جدید بر مبنای میانگین و انحراف معیار فازی اعداد توسعه داده می شود که علاوه بر بهینه سازی بر اساس شرایط متوسط قادر به کنترل و کاهش ریسک بر اساس ترجیحات تصمیم-گیرندگان در محیط های فازی است. واژه‌های کلیدی: توسعه پایدار، شبکه زنجیره تامین سوخت های زیستی ، بیودیزل، عدم قطعیت، برنامه ریزی امکانی استوار.
- Abstract
- According to available estimates, the Earth contains 1000 to 1500 million barrels and according to environmental conditions no fossil fuels are not currently making in the Earth. Based on forecasting, using fossil crude oil is possible up to 2080. This estimated time for natural gas and coal are 2047 and 2180, respectively. To deal with these challenges, utilization of renewable biofuels which does not compromise with environment is essential. Nowadays, development which previously was meant by only economic development, has been replaced by sustainable development. In sustainable development, economic development, environmental impact improvement, and social welfare are considered simultaneously and DMs prefer to make decisions which improve triple lines of sustainable development. One of the important part of sustainable development in energy sector goes back to utilizing biofuels. It is proved that biofuels guarantee to improve triple lines of sustainable development when are produced in commercial scale. This research evaluates the potentials and infrastructures required for biofuels utilization in large and commercial scales. Optimal and sustainable designing of biofuel supply chains plays an incredible role in total costs reduction and prospering their commerciality. Thus, in this thesis a comprehensive two-phased algorithm is proposed to design biofuel supply chain network under uncertainty. Non-edible feedstocks such as Jatropha and waste cooking oils are considered as feedstocks in biodiesel production. Jatropah has been recognized as one of the most promising feedstock for biodiesel production at worldwide. Jatropha can grow in non-fertile and semi-arid areas whit low amount of water which are not suitable for agriculture activities. In the first phase, potential locations for Jatropha cultivation according to ecological and social criteria are determined by a Data Envelopment Analysis (DEA) method. In the second phase, the determined potential locations for Jatropha cultivation are considered besides other potential locations such as oil extraction centers and bio-refineries within a mathematical programming model to determine their exact locations and corresponding capacities in an optimum way. The proposed model is a mixed-integer linear programming model and involves all tires of biofuel supply chains from feedstock supply centers to biofuel consumption centers. The model is developed under uncertainty of parameters and a possibilistic programming approach based on credibility measure is used to confront its uncertainty. Then, after converting the proposed fuzzy model to its deterministic equivalent model, an accelerated Benders decomposition is presented to solve the model which is a large-scale supply chain network design problem. In this algorithm, valid inequalities and local branching cuts are utilized for accelerating the conventional Benders algorithm. The proposed two-phased approach for biofuel supply chain network design is implemented in a real case in Iran. The acquired results justify the capability of the proposed approach in efficient design of biodiesel supply chain network in Iran to substitute 20% diesel consumption by biodiesel after planning horizon. Also, comparison of the proposed accelerated Benders algorithm with the conventional Benders algorithm shows that the accelerated one converges to optimal solution in less iterations and computational time. Finally, a robust possibilistic programming approach based on possibilistic mean and absolute deviation of fuzzy numbers is presented. This approach is able to control the risk levels resulted from uncertain nature of parameters besides optimizing under average condition according to DMs’ preferences. Key words: Sustainable Development, Biofuel Supply Chains, Biodiesel, Uncertainty, Robust Possibilistic Programming.
