一种基于企业枢纽的生态工业园区建模方法
【专利摘要】本发明属于工业生态系统分析【技术领域】，具体为一种生态工业园区建模方法。其中建模方法包括提出企业枢纽的基本概念，用企业枢纽分别描述组成生态工业园区的四种基本企业类型：能源生产者、物质生产者、消耗者、分解者，企业之间的共生关系用企业枢纽接口之间的能源与物质输入输出关系描述，以企业枢纽模型及基于平衡方程建立的企业之间的共生关系组成了生态工业园区模型。本发明方法能够清晰完备地描述生态工业园区的组织结构及其运行行为，通用性及可重用性强，计算效率高，可以为生态工业园区的设计与规划提供量化的分析方法。
【专利说明】一种基于企业枢纽的生态工业园区建模方法
【技术领域】
[0001]本发明属于工业生态系统分析【技术领域】，具体为一种基于企业枢纽的生态工业园区建模方法。
【背景技术】
[0002]在能源、经济、环境协同发展需求的推动下，生态工业园区作为生态工业学的典型代表，成为现代工业组织形态的主流发展模式。生态工业园区是工业企业遵循可持续发展理念的重要体现，它以循环经济所提倡的提高资源循环利用、降低污染物排放为核心思想，从本质上为能源、经济、环境之间的协同发展提供了有效解决方案。随着生态工业园区在各国工业企业中的逐步应用和推广，该组织形态已经成为工业企业改变组织结构与运行模式的重要指导依据。
[0003]生态工业园区是工业领域借鉴自然界生态系统的演化规律而发展起来的一种组织形态。这种组织形态在组织管理和运行行为上相比单个企业更加复杂。主要表现在:生态工业园区围绕产业链结构，将不同类型、不同规模的企业进行有机整合，企业之间的共生关系错综复杂，产业关联度高；生态工业园区的运行行为主要体现在企业之间的能源流与物质流的交互活动，如何从系统层面重构并优化能源流与物质流的协同运行，决定了生态工业园区的运行效率。因此，建立生态工业园区模型，全面、准确地描述生态工业园区的组织结构和运行行为，并以此为基础，分析园区能源流与物质流的交互行为，揭示园区企业成员之间共生关系的潜在价值，对生态工业园区的建设与运行具有重要的战略意义和应用价值。
[0004]针对生态工业园区建模问题，学术界展开了深入的研究。主要提出了生态工业园区的概念模型及其优化模型两种方法。针对概念模型，《Journal of Cleaner Production))发表的((The conceptual model of an eco-1ndustrial park based upon ecologicalrelationships))从生态学的角度，提出了生态工业园区的概念模型，分析了生态工业园区的生态结构、企业分类、能源流与物质流，以及企业之间的生态关系；《Journal ofCleaner Production〉〉发表的〈〈The application of industrial ecology principles andplanning guidelines for the development of eco—industrial parks: an Australiancase study》以澳大利亚的实际生态工业园区的建设案例为依据，阐述了工业生态学的基本概念及其准则，提出了包含微观、中观和宏观三个层面的生态工业发展的应用层次，分析了运用工业生态学从当前非生态工业集群向生态工业园区转变的指导原则和具体措施；((Journal of Cleaner Production))发表的((Critical success and limiting factorsfor eco-1ndustrial parks: global trends and Egyptian context〉〉分析了不同国家生态工业园区的典型案例，揭示出影响生态工业园区建设成功与否的关键因素包括:共生关系、信息共享、经济效益、组织结构和法律政策框架，为未来生态工业园区建设提供了指导依据。总结上述文献，可以看出，生态工业园区的概念模型主要运用工业生态学的基本原理，从工业可持续发展的角度定性地描述了生态工业园区的基本概念、组织模式、组建原则和应用成效，为生态工业园区的建设和规划提供了有指导意义的实施准则，但在生态工业园区的具体设计和运行决策方面缺乏量化的分析功能，只能在概念层面进行分析与指导。优化模型是近年来生态工业园区建模研究的重要研究内容，较多学者在该领域展开了比较深入的研究。发表的有代表性的文献包括:《Clean Techn Environ Policy))发表的《MILP model for energy optimization in EIP water networks》、《Computersand Chemical Engineering》发表的《Optimal reconfiguration of mult1-plant waternetworks into an eco-1ndustrial park〉〉、〈〈Clean Techn Environ Policy))发表的《Designing eco-1ndustrial water exchange networks using fuzzy mathematicalprogramming》、《Applied Energy》发表的《Optimization of a waste heat utilizationnetwork in an eco-1ndustrial park〉〉、〈〈Computers and Chemical Engineering〉〉发表的《A global optimal formulation for the water integration in eco-1ndustrial parksconsidering multiple pollutants》等。这些文献的主要特点是针对生态工业园区的废水及余热的再循环利用问题，提出了以混合整数线性规划、混合整数非线性规划、模糊数学规划等一批以数学规划为理论基础的生态工业园区优化模型，模型包括优化目标和约束条件两部分，该类模型主要解决生态工业园区的废弃物循环利用的优化问题，并且主要针对废水与余热的再利用，尚未涉及不同类型能源载体的综合转化与二次利用，以及物质与能源之间的耦合关系，无法对生态工业园区的共生关系给予全面的分析。此外，根据对现有专利的检索，尚未涉及对生态工业园区建模方法展开研究的相关专利。
[0005]综上所述，现有生态工业园区的建模方法分别从概念层面和系统优化的角度提出了一系列模型，这些模型虽然对生态工业园区的建设与规划具有一定的指导和优化作用，但从系统层面，缺乏对生态工业园区组织结构与运行行为的完备化描述和精确化的定量分析功能。本发明专利为弥补现有模型对生态工业园区组织结构及其运行行为的完备化描述的缺乏，提出企业枢纽的基本概念，分别建立能源生产者、物质生产者、消耗者、分解者的企业枢纽模型，以企业枢纽接口之间的能源与物质输入输出关系描述企业之间的共生关系。以该模型为基础，可以分析生态工业园区能源流与物质流的交互行为，揭示园区企业成员之间共生关系的潜在价值，模型的通用性及可重用性强，计算效率高，可以为生态工业园区的设计与规划提供量化的分析方法。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提出一种基于企业枢纽的生态工业园区建模方法。
本发明提出的一种基于企业枢纽的生态工业园区建模方法，具体步骤如下:
(I)建立企业枢纽及其基本模型；
企业枢纽是生态工业园区的基本建模单元，它描述了组成园区的企业成员，通常情况下表示独立的企业个体。企业枢纽之间的能源与物质的流转分别通过能源基础设施及物流系统的运输功能实现，即企业枢纽分别与能源基础设施及物流系统连接，实现枢纽内部与外部的能源及物质交换。根据组成生态工业园区的企业成员类型，企业枢纽分为能源生产者、物质生产者、消耗者和分解者四种基本结构。能源生产者实现能源的开采、转换、传输、调配等基本能源活动，在此过程中排放对环境产生安全隐患的各类废弃物，产生的一部分能源为能源活动提供动力，该企业类型一般包括:煤炭、石油天然气、电力等企业；物质生产者在能源消耗的辅助下将原材料转化为具有市场价值的增值产品，同时伴随废弃物(或副产品)的产生与排放，该企业类型包括各类产品制造企业；消耗者主要消耗能源或物质，同时伴随废弃物的排放，该类企业提供服务等非物质型产品，多指服务行业和信息产业中的各类企业；分解者负责废弃物的各类处置活动，包括:废气处理、废水处理、固废焚烧等环境治理技术以及废水回收、余热回收、生物质能利用等各类废弃物循环利用技术，在此过程中消耗一定的能源；
企业枢纽的基本模型反映了企业枢纽接口的输入与输出之间的关联:
L=C * R(1)
其中:A为输入向量，表述从外部输入给企业枢纽内部的能源及物质对象-力输出向量，表示经企业枢纽的基本活动，向外部输出的能源及物质对象；C为关联系数矩阵，表示与企业枢纽基本活动相关的产品生产、能源转换、废弃物处置、能源与物质消耗的技术效率；
(2)根据生态工业园区的组织结构，分别建立能源生产者、物质生产者、消耗者和分解者的企业枢纽模型，模型的可重用性强；
企业枢纽的四种模型分别如下:
定义企业枢纽类型集合:
【权利要求】
1.一种基于企业枢纽的生态工业园区建模方法，其特征在于具体步骤如下: (1)建立企业枢纽及其基本模型； 根据组成生态工业园区的企业成员类型，将企业枢纽分为能源生产者、物质生产者、消耗者和分解者四种基本结构；能源生产者实现能源的开采、转换、传输和调配，在此过程中排放对环境产生安全隐患的各类废弃物，产生的一部分能源为能源活动提供动力，该企业类型包括:煤炭、石油天然气和电力；物质生产者在能源消耗的辅助下将原材料转化为具有市场价值的增值产品，同时伴随废弃物或副产品的产生与排放，该企业类型包括各类产品制造企业；消耗者主要消耗能源或物质，同时伴随废弃物的排放，该类企业提供服务，多指服务行业和信息产业中的各类企业；分解者负责废弃物的各类处置活动，包括:废气处理、废水处理、固废焚烧等环境治理技术以及废水回收、余热回收、生物质能利用，在此过程中消耗一定的能源； 企业枢纽的基本模型如式(I)，它描述了企业枢纽接口的输入与输出之间的关联；
【文档编号】G06Q10/06GK103714428SQ201310724623
【公开日】2014年4月9日 申请日期:2013年12月25日 优先权日:2013年12月25日
【发明者】戴毅茹, 王坚 申请人:同济大学