31122

ارائه مدل چند دوره اي بهينه سازي پايدار طراحي شبكه زنجيره تامين سوخت هيدروژن در شرايط عدم قطعيت: مطالعه موردي كشور ايران

كارشناسي ارشد

مهندسي صنايع- مهندسي سيستم‌هاي اقتصادي و اجتماعي

1399

1402/9/11

هادي صاحبي

/

مهندسي صنايع

كشور ايران داراي منابع فسيلي بسيار زيادي است كه به عنوان سوخت مورد استفاده قرار مي¬گيرند؛ با اين حال اين منابع رو به اتمام هستند. از سوي ديگر مصرف اين سوخت ها حجم بزرگي از آلاينده ها را منتشر مي كند و حمل و نقل در جايگاه دوم توليد گازهاي گلخانه اي قرار دارد. همچنين از آنجا كه منابع اشتغال و سطح رفاه به خوبي در به خوبي در كشور توزيع نشده و در شهر هاي بزرگ تجمع يافته است، سيل عظيمي از اين جمعيت به شهر هاي بزرگ مهاجرت نموده و مسئله آلودگي هوا در كلان شهر هاي ايران در كنار مهاجرت گسترده مشكلات روز افزوني را پديد آورده است. بنابراين حركت به سمت انرژي هاي تجديد پذير و پاك مانند هيدروژن كه هيچگونه گاز گلخانه اي منتشر نمي كند، قطعا در كاهش آلودگي هوا در شهرهاي بزرگ، كمك به توسعه پايدار در از طريق ايجاد شغل و توسعه بازار هاي جديد داخلي و خارجي موثر خواهد بود. اگرچه فناوري ها و محصولات هيدروژن طي سالها پيشرفت قابل توجهي داشته اند، اما همچنان كمبود زيرساخت هاي هيدروژني و سرمايه گذاري كم در اين زمينه مانع از شكل گيري اقتصادي مبتني بر هيدروژن هستند. چگونگي استقرار زيرساخت هاي لازم براي توليد، ذخيره، توزيع و مصرف هيدروژن است، به گونه اي كه بيشترين منافع اقتصادي، اجتماعي و زيست محيطي را به همراه داشته باشد، يكي از مهمترين مسائل در دستيابي به اين مهم است. پژوهش حاضر با هدف طراحي يك شبكه زنجيره تامين سوخت هيدروژن چند دوره‌اي پايدار صورت گرفت. مسئله به صورت يك برنامه ريزي خطي عدد صحيح مختلط فرمول بندي شد تا به تقاضاي سوخت هيدروژن در شرايط قطعي و نيز تحت عدم قطعيت پاسخ دهد. در اين مدل لايه تامين مواد اوليه شامل محل قرارگيري منابع و دسترسي و روش‌هاي حمل و نقل براي نخستين بار به طور مبسوط مورد بررسي قرار گرفت. همچنين در جهت پايداري مدل شبكه زنجيره تامين علاوه بر در نظرگيري تمهيدات كاهش گازهاي گلخانه‌اي، از يك تابع هدف اشتغال زايي در مناطق با نرخ بيكاري بيشتر به منظور افزايش رضايت اجتماعي و بهبود كيفيت زندگي استفاده شد. اين امر سبب مي‌شود تا جلوي رشد فزاينده مهاجرت از مناطق كم برخوردار به شهرهاي بزرگ و مشكلات ناشي از آن كه متعاقباً پديدار مي آيد جلوگيري شود. مدل زنجير تامين ارائه شده دو هدفه بوده و براي حل آن از روش اپسيلون محدوديت تصحيح شده استفاده شده است. همچنين به منظور مقابله با عدم قطعيت در تقاضاي هيدروژن از يك رويكرد برنامه‌ريزي تصادفي دو مرحله اي سناريو محور بهره جسته‌ايم. با پياده سازي مدل ارائه شده بر روي كشور ايران در افق زماني 1405 تا 1420 تحت چهار سناريو مختلف، نتايج نشان مي دهد كه در نظر گرفتن محل مواد اوليه نقش به سزايي در تصميم گيري براي احداث محل كارخانه‌هاي توليدي و ساختار كلي شبكه زنجيره تامين هيدروژن دارد. هزينه فناوري هاي توليد، نرخ بيكاري استان ها و تراكم تقاضا از عوامل مهم تاثيرگذار در تصميم گيري پيكربندي توليد هستند. كارخانه‌هاي اصلاح بخار متان با توجه به رايج و ارزان‌تر بودن تكنولوژي آنها و بهره‌مندي ايران از منابع عظيم گازي براي توليد، و تانكرهاي حمل و نقل هيدروژن مايع براي مسافت‌هاي طولاني و هيدروژن گاز فشرده براي انتقال در پيوندهاي كوتاه‌تر مورد استفاده قرار مي‌گيرند. از سوي ديگر مدل براي مقابله با بيكاري استان‌هايي كه نرخ بيكاري بالايي دارند، به تمركز گرايي در ساخت تسهيلات توليد هيدروژن در اين استان‌ها روي مي‌آورد. با اين حال شبكه جامع و گسترده در سراسر كشور در افق‌هاي زماني مد نظر ايجاد شده و تقاضا به شكل مناسبي پاسخ داده مي‌شود.

1403/06/07

Design and optimization of a sustainable multi-period model of hydrogen supply chain network under uncertainty: A case study of Iran

12/1/2024 12:00:00 AM

Iran has many fossil resources that are used as fuel; However, these resources are running out. On the other hand, the consumption of these fuels emits a large amount of pollutants, and transportation ranks second in the production of greenhouse gases. Also, since employment resources and welfare levels are not well distributed in the country and are concentrated in big cities, a huge flood of this population has migrated to big cities and the problem of air pollution in Iran's megacities along with migration Wide spread has created more and more problems. Therefore, moving towards renewable and clean energy such as hydrogen, which does not emit any greenhouse gas, will definitely be effective in reducing air pollution in big cities, contributing to sustainable development by creating employment and developing new domestic and foreign markets. . Although hydrogen technologies and products have made significant progress over the years, the lack of hydrogen infrastructure and little investment in this field still hinders the formation of a hydrogen-based economy. How to create the necessary infrastructure for the production, storage, distribution and consumption of hydrogen, in a way that brings the most economic, social and environmental benefits, is one of the most important issues in achieving this goal. The present research was carried out with the aim of designing a sustainable multi-period supply chain network to meet the demand of hydrogen fuel under uncertainty. The hydrogen fuel supply network problem is formulated as a mixed integer linear programming to meet the demand under deterministic conditions as well as under uncertainty in the period of 2025 to 2040. In this model, the supply layer of raw materials, including the location of sources and methods of access and transportation, was comprehensively investigated for the first time. Also, for the sustainability of the supply chain network model, in addition to considering measures to reduce greenhouse gases, the objective function of job creation in areas with higher unemployment rates was used in order to increase social satisfaction and improve the quality of life. This prevents the increasing growth of migration from low-income areas to big cities and the resulting problems. The presented supply chain model has two objectives and the Augmented epsilon constraint method has been used to solve it. Also, to deal with the uncertainty in hydrogen demand, a Scenario-based two-stage stochastic programming approach has been used. By implementing the presented model on the country of Iran as a case study in the time horizon of 1405 to 1420 under four different scenarios, the results show that considering the location of raw materials plays a significant role in deciding the location of production factories and the overall structure of the hydrogen supply chain network. The cost of production technologies, the unemployment rate of the provinces and the demand of each grid are important factors influencing the decision of the production configuration. Steam methane reforming plants are used due to their common and cheaper technology, also Iran's benefit from huge gas resources for production. Liquid hydrogen tanker trucks for long distances and compressed hydrogen gas for transportation in shorter links are used.

هيدروژن , طراحي شبكه زنجيره تامين پايدار , برنامه ريزي خطي عدد صحيح مختلط , برنامه ريزي تصادفي دو مرحله اي , بهينه سازي

hydrogen , sustainable supply chain network design , Mixed Integer Linear Programming , Two-stage stochastic programming , Optimization

Alireza Fazelikia

Dr. Hadi Sahebi