Többcélú jövőtervezés: A profit és a fenntarthatóság 1 B. Bertók, 1 I. Heckl, 2 Leisha Vance, 2 H. Cabezas, és 1 F. Friedler 1 Rendszer- és Számítástudományi Tanszék, Pannon Egyetem, Műszaki Informatikai Kar 2 Kutatási és Fejlesztési Intézet, Egyesült Államok Környezetvédelmi Hivatala Tudomány Napja november 6., Pannon Egyetem, Konferenciaközpont

Energia ellátó és hasznosító rendszerek korszerűsítésének és hatékonyabb üzemeltetésének tervezése és optimalizálása megújuló energiaforrások és infokommunikációs technológiák felhasználásával TÁMOP A-11/1/KONV Kedvezményezett: Pannon Egyetem 8200 Veszprém, Egyetem u. 10. Az Európai Unió és a Magyar Állam támogatásával nyújtott összeg: Ft Többcélú jövőtervezés: A profit és a fenntarthatóság Bertók Botond, egyetemi docens Pannon Egyetem Konferenciaközpont, november 6.

Együttműködés 3 Kutatási és Fejlesztési Intézet Egyesült Államok Környezetvédelmi Hivatala Rendszer- és Számítástudományi Tanszék, Pannon Egyetem P-graph módszertan Fenntarthatósági mértékek

Tartalom Bevezetés  Folyamatszintézis  Fenntarthatóság Módszertan  Folyamatszintézis P-gráffal Fenntarthatósági célok leírása P-gráffal  Lábnyom  Emergia Szemléltetés  Pareto optimális struktúrák 4

Folyamatszintézis 5Bevezetés Építőelemek Ipari gyártórendszerek Logisztikai Hálózatok Megújuló nyersanyagokra épülő ellátási láncok

Ellátási lánc (egyszerűsített) Beszállítók Gyártók Terjesztők Vásárlók

Szatmári szilvatorta, Ország tortája (2008) A tortalaphoz: (23 cm átmérőjű, 16 szeletes tortához) 34 dkg aszalt szilva 6 cl rum 7 dkg őrölt dió 12 dkg vaj 12 dkg porcukor 3 tojás 14 dkg liszt 1/2 csomag sütőpor 1/2 csomag fahéj 1/2 citrom reszelt héja 1 csipetnyi só 1 vaníliás rúd Marcipánkrémhez : 1,3 dl tej 4 tojás sárgája 12 dkg marcipán (1x-es) 2 dkg cukor 13 dkg tejszínhab 3 dkg főzött zselatin A csokoládékrémhez: 1 dl tej 2 tojás sárgája 3 dkg keserű csoki 6 dkg cukor 10 dkg tejszínhab 2 dkg főzött zselatin Főzött zselatinhoz : 2.5 dl víz, 4 dkg zselatin Töltéshez házi szilvalekvár, pörkölt dió A szilvapálinkás sziruphoz : 3 cl eredeti szilvapálinka 3 cl 50%-os cukorszirup Díszítéshez: tejszínhab, aszalt szilva, pörkölt mandula

Szatmári szilvatorta, Ország tortája (2008) 4 kontinens 11 ország

Fenntarthatóság

Fenntarthatóság: Helyzetkép 10 Forrás: Global Footprint Network

Fenntarthatósági térkép 11 jobb fenntarthatóság nagyobb profit Max Min Max Min profit fenntarthatóság 0 Hol van az optimum?

Fenntarthatósági térkép profit 0 Max Min Max Min Pareto görbe fenntarthatóság

Folyamat-hálózat szintézis 13 Feladat Matematikai modell generálása Megoldó Matematikai modell Megoldás

P-graph Framework (F. Friedler & L. T. Fan, 1990) 14

P-graph Framework: Könyv fejezet Flowsheet Synthesis and Development of Plant Design and Economics for Chemical Engineers, Fifth Edition by Peters, Timmerhaus, and West Published by McGraw-Hill 15

16 Folyamat szimuláció kontra Folyamatszintézis Folyamat szimuláció Folyamatszintézis Ötlet Értékelés Alternatíva Generálás és optimalizálás Értékelés

P-gráf leírás (Friedler and Fan, 1992-) Építőelemek:  anyagok: nyersanyagok termékek köztes anyagok és melléktermékek  operating units: 17 Módszertan Folyamathálózat: Folyamatszintézis nyersanyagok termékek

P-gráf logikai értelmezése 18Módszertan

A műveleti egységek kapacitása, mint döntési változó Folyamatszintézis: 19 O 1 Költség::4x 1 +20=24$/h 3x 1 t/h x 1 :relatív mérek (dimenziómentes változó) M 1 M 2 x 1 =2 x 1 =10 2x 1 t/h Leírása az O műveleti egységnek 1 Két lehetséges megvalósítása O -nek 1 1x 1 t/h M 3 O 1 :4*2+20 =28$/h 3*2t/h M 1 M 2 2*2t/h1*2t/h M 3 O 1 :4*10+20 =60$/h 3*10t/h M 1 M 2 2*10t/h1* t/h M 3 Költség:

MINLP kontra P-graph framework 20 Módszertan MINLPP-graph framework Feladat megfogalmazás Változók, korlátozási feltételek Nyersanyagok, termékek, műveleti egységek Matematikai modell felírása KéziAutomatikus Folyamathálózatok strukturális tulajdonságai Rejtve a matematikai modellben Kihasználva Megoldások számaEgyTöbb Speciális feltételek kezelése Beírható a matematikai modellbe A modellgeneráló és megoldó módosítását igényelheti

Minden célt nyersanyagként kezelünk 21 Fenntarthatóság kezelése P-gráffal

PNS-Draw 22 P-gráf szoftver

PNS-Studio 23 P-gráf szoftver AnyagokMűveleti egységek Anyag tulajdonságok Műveleti egység tulajdonságok

Regionális energiaellátó rendszer a fenntarthatóságért St. Margarethen, Burgenland, Austria  Nyersanyagok: nedves kukorica, kukorica csutka, áram, gyorsan növő fa, erdei fa, földgáz  Igény: áram, fűtés  Műveleti egységek: biogáz üzem, meglevő és új kukorica és fa szárító, aprító, kazán, organikus Rankine ciklusú üzem, biogáz termelés 24

Szuperstruktúra 25 Regionális energiaellátó rendszer

Regionális energiaellátó rendszer: Célok Időszakos költség Környezeti lábnyom Emergia 26

Regionális energiaellátó rendszer: Feltevések Az ellátó rendszer környezeti lábnyomát elsősorban a nyersanyag igény okozza Az ellátó rendszer emergia felhasználását elsősorban a nyersanyag igény okozza Az ellátó lánc célja, hogy 7,2 TJ/év áramot és 18 TJ/év hőt biztosítson 27

28 Számítási eredmények: Alternatív ellátó láncok 28

Optimális megoldás 29

Pareto optimális folyamatok 30 Számítási eredmények

31 Pareto optimális folyamatok Számítási eredmények

Összefoglalás 32

Köszönöm a figyelmet! További információ: