ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Σχολή Πολιτικών Μηχανικών Τομέας Υδατικών Πόρων & Περιβάλλοντος Επιχειρησιακός Προγραμματισμός Συστημάτων Διαχείρισης ΑΣΑ Ανάπτυξη & ΕφαρμογήστηΝήσοΚέρκυρα Παρουσίαση: Αλέξανδρος Θ. Γκιόκας e-mail: al.gkiokas@gmail.com Επιβλέπων: καθ.μάρκος Μποναζούντας e-mail: bonazoun@central.ntua.gr
Διάρθρωση παρουσίασης Εισαγωγή (Βασικές έννοιες διαχείρισης αποβλήτων, υφιστάμενη κατάσταση) Διαχείριση ΑΣΑ (Συστήματα λήψης απόφασης, χωροθέτηση εγκαταστάσεων) Ανάπτυξη μαθηματικού μοντέλου (Περιγραφή, παραδοχές, μαθηματικές συσχετίσεις) Ανάλυση δεδομένων (Παραγωγή ΑΣΑ, υποψήφιες θέσεις, οικονομικά στοιχεία) Επίλυση μαθηματικού μοντέλου (Διαμόρφωση πλαισίου επίλυσης, αποτελέσματα επίλυσης, αξιολόγηση & ευαισθησία) Συμπεράσματα (Αποτίμηση εργασίας, μετεξέλιξη)
Κατηγορίες Αποβλήτων Εισαγωγή Βασικές Έννοιες Απόβλητα Στερεά Υγρά Αέρια Αστικά (Οικιακά, βιοτεχνικά) Ειδικά (Χημικά, βιομηχανικά, ιατρικά)
Τεχνολογικό Πλαίσιο Διαχείρισης Εισαγωγή Βασικές Έννοιες Εφαρμογή σε ποσοστό μόλις 8% στην Ελλάδα Επικρατούσα επιλογή διαχείρισης στην Ελλάδα σε ποσοστό 92%
Διαχείριση ΑΣΑ στην Κέρκυρα Εναπόθεση απορριμμάτων στους πράσινους-μπλε κάδους από τους καταναλωτές Εισαγωγή Υφιστάμενη Κατάσταση Αποκομιδή και μεταφορά απορριμμάτων στον ΧΥΤΑ με τα απορριμματοφόρα Αποκομιδή και μεταφορά ανακυκλώσιμων στο ΚΔΑΥ με τα οχήματα ανακύκλωσης Λειτουργία ΧΥΤΑ Λειτουργία ΚΔΑΥ Μεταπώληση ανακυκλώσιμων υλικών Μεταφορά μη ανακυκλώσιμων υλικών στον ΧΥΤΑ
Λειτουργία ΧΥΤΑ Κέρκυρας Εισαγωγή Υφιστάμενη Κατάσταση Υπερκορεσμός ΧΥΤΑ 250 200 187,64 201,32 Τόνοι/ημερα 150 100 Εισερχόμενη Ποσότητα Επιτρεπόμενη ποσότητα 50 0 42 42 2005 2006 Χρονος αναφοράς Ποσότητα εισερχόμενου υλικού/ημέρα περίπου ΠΕΝΤΑΠΛΑΣΙΑ από αυτή που είχε αρχικά προβλεφθεί!
Λειτουργία ΚΔΑΥ Κέρκυρας Εισαγωγή Υφιστάμενη Κατάσταση Συνολικά Εισερχόμενα στο ΚΔΑΥ Τόνοι 300,000 250,000 200,000 150,000 100,000 50,000 Σύνολο εισερχομένων: 1.700 τόνοι Δυνατότητα επεξεργασίας 49.000 τόνων στο εν λόγω διάστημα 0,000 Ιουλιος Αυγουστος Σεπτέμβριος Οκτώβριος Νοέμβριος Δεκέμβριος Ιανουάριος Φεβρουάριος Μάρτιος Μήνας Στατιστικά στοιχεία για την περίοδο Ιούλιος 2006-Μάρτιος 2007
Παράμετροι Σχεδιασμού Διαχείριση ΑΣΑ Συστήματα Λήψης Απόφασης Geography Social: Οι ανθρώπινη δραστηριότητα καταλήγει σε παραγωγή αποβλήτων Social Geography: Η διαχείριση ΑΣΑ γίνεται μέσα σε συγκεκριμένα γεωγραφικά όρια, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά των εξυπηρετούμενων πληθυσμών Ecology Politics Economics Ecology: Περιβαλλοντικές επιπτώσεις από κατασκευή οχληρών εγκαταστάσεων επεξεργασίας και διάθεσης ΑΣΑ. Politics: Η δημόσια διοίκηση λαμβάνει τις αποφάσεις Economics: Μείωση συνολικού διαχειριστικού κόστους στο ελάχιστο δυνατό
Χαρακτηρισμός Εγκαταστάσεων Διαχείριση ΑΣΑ Χωροθέτηση Εγκαταστάσεων Επιθυμητές Εγκαταστάσεις Ανεπιθύμητες Εγκαταστάσεις (πχ Εγκαταστάσεις ΧΥΤΑ) Μερικώς Επιθυμητές/ Ανεπιθύμητες Εγκαταστάσεις Οι πολίτες ασκούν πιέσεις για απομάκρυνση από την περιοχή τους. Σύνδρομο NIMBY (Not in my back yard)
Μέθοδοι Προσέγγισης Διαχείριση ΑΣΑ Χωροθέτηση Εγκαταστάσεων Μοντέλα ανάλυσης κόστους οφέλους (cost benefit analysis) Μοντέλα ανάλυσης κύκλου ζωής (life - cycle analysis) Μοντέλα πολυκριτηριακής ανάλυσης (multicriteria analysis) Μοντέλα πολυκριτηριακής βελτιστοποίησης (multicriteria optimization)
Πρόβλημα Χωροθέτησης - Κατανομής Ανάπτυξη Περιγραφή
Μεταβλητές Απόφασης Ανάπτυξη Περιγραφή Δυαδικές μεταβλητές χωροθέτησης 0-1 Συνεχείς μεταβλητές ροής ΑΣΑ στου κόμβους
Αντικειμενικοί Στόχοι ΣΤΟΧΟΣ 1 - Ελαχιστοποίηση συνολικού κόστους συστήματος ΤC Ανάπτυξη Μαθηματικές Συσχετίσεις mintc = IC + TransC + TreatC Κόστος επεξεργασίας ΑΣΑ στην εκάστοτε μονάδα επεξεργασίας Κόστος μεταφοράς απορριμμάτων Σταθερό Κόστος Εγκατάστασης μονάδας
Αντικειμενικοί Στόχοι ΣΤΟΧΟΣ 1 - Ελαχιστοποίηση συνολικού κόστους συστήματος ΤC Ανάπτυξη Μαθηματικές Συσχετίσεις Σταθερό κόστος εγκατάστασης (Installation cost IC) Σταθερό (πάγιο) κόστος κάθε εγκατάστασης ( ) Δυαδική μεταβλητή χωροθέτησης 0-1 για κάθε μονάδα
Αντικειμενικοί Στόχοι ΣΤΟΧΟΣ 1 - Ελαχιστοποίηση συνολικού κόστους συστήματος ΤC Ανάπτυξη Μαθηματικές Συσχετίσεις Κόστος επεξεργασίας ΑΣΑ στις μονάδες (TreatC) Κόστος λειτουργίας εκάστοτε μονάδας ( /τόνο) Εισερχόμενη ποσότητα υλικού σε κάθε μονάδα το έτος y (τόνοι) Δυαδική μεταβλητή χωροθέτησης 0-1 για κάθε μονάδα
Αντικειμενικοί Στόχοι ΣΤΟΧΟΣ 1 - Ελαχιστοποίηση συνολικού κόστους συστήματος ΤC Ανάπτυξη Μαθηματικές Συσχετίσεις Κόστος μεταφοράς απορριμμάτων στις εγκαταστάσεις (TransC) Κόστος μεταφοράς απορριμμάτων αναλόγως οχήματος ( /τόνο) Ποσότητα απορριμμάτων που οδηγείται από τον κόμβο αφετηρίας στον κόμβο προορισμού Η διαχωριστική γραμμή καθορίζει τους συνδυασμούς μετακινήσεων που πραγματοποιούνται με απορριμματοφόρα οχήματα από αυτούς που εκτελούνται με φορτηγά οχήματα
Αντικειμενικοί Στόχοι ΣΤΟΧΟΣ 2 - Ελαχιστοποίηση ποσότητας ΑΣΑ που καταλήγει σε ΧΥΤΑ χωρίς επεξεργασία Q x Ανάπτυξη Μαθηματικές Συσχετίσεις Ποσότητα που καταλήγει σε ΧΥΤΑ κατ ευθείαν από ΣΜΑ θέσης t, κατά το έτος y Ποσότητα που καταλήγει σε ΧΥΤΑ κατ ευθείαν από αστικό κέντρο θέσης j, κατά το έτος y
Περιορισμοί προβλήματος ΟΜΑΔΑ 1 Περιορισμοί διατήρησης μάζας Ανάπτυξη Μαθηματικές Συσχετίσεις Ποσότητα ΑΣΑ, που μεταφέρεται από πράσινους δημοτικούς κάδους σε ΣΜΑ, ΧΥΤΑ και ΕΜΔΚ Ποσότητα ΑΣΑ, που αποτίθεται στους πράσινους κάδους των αστικών κέντρων
Περιορισμοί προβλήματος ΟΜΑΔΑ 1 Περιορισμοί διατήρησης μάζας Ανάπτυξη Μαθηματικές Συσχετίσεις Ποσότητα ΑΣΑ, που μεταφέρεται από μπλε δημοτικούς κάδους σε ΣΜΑ και ΚΔΑΥ Ποσότητα ΑΣΑ, που αποτίθεται στους μπλε κάδους των αστικών κέντρων
Περιορισμοί προβλήματος ΟΜΑΔΑ 1 Περιορισμοί διατήρησης μάζας Ανάπτυξη Μαθηματικές Συσχετίσεις Ποσότητα ΑΣΑ, που μεταφέρεται από τους ΣΜΑ στις λοιπές μονάδες επεξεργασίας και διάθεσης του συστήματος Ποσότητα ΑΣΑ, που αποτίθεται σε πράσινους και μπλε δημοτικούς κάδους
Περιορισμοί προβλήματος ΟΜΑΔΑ 1 Περιορισμοί διατήρησης μάζας Ανάπτυξη Μαθηματικές Συσχετίσεις Εισερχόμενη ποσότητα υλικού σε ΚΔΑΥ κατά το έτος y Συντελεστής μείωσης 15% Υπόλειμμα υλικού από ΚΔΑΥ που καταλήγει σε ΧΥΤΑ ή ΧΥΤΥ
Περιορισμοί προβλήματος ΟΜΑΔΑ 1 Περιορισμοί διατήρησης μάζας Ανάπτυξη Μαθηματικές Συσχετίσεις Εισερχόμενη ποσότητα υλικού σε ΕΜΔΚ κατά το έτος y Συντελεστής μείωσης 35% Υπόλειμμα υλικού από ΕΜΔΚ που καταλήγει σε ΧΥΤΑ ή ΧΥΤΥ
Περιορισμοί προβλήματος ΟΜΑΔΑ 2 Περιορισμοί χωρητικότητας εγκαταστάσεων Ανάπτυξη Μαθηματικές Συσχετίσεις Εισερχόμενη ποσότητα υλικού σε κάθε μονάδα στην περίοδο λειτουργίας (τόνοι) Μέγιστη χωρητικότητα κάθε μονάδας Ελάχιστη χωρητικότητα κάθε μονάδας Δυαδική μεταβλητή χωροθέτησης 0-1 για κάθε μονάδα
Περιορισμοί προβλήματος ΟΜΑΔΑ 3 Περιορισμοί ανοικτών εγκαταστάσεων Ανάπτυξη Μαθηματικές Συσχετίσεις Μέγιστος αριθμός ανοικτών ΧΥΤΑ ή/και ΧΥΤΥ = 4 Ελάχιστος αριθμός ανοικτών ΧΥΤΑ ή/και ΧΥΤΥ = 2 Ελάχιστος αριθμός ανοικτών ΕΜΔΚ = 1
Περιορισμοί προβλήματος ΟΜΑΔΑ 4 Λογικοί περιορισμοί Ανάπτυξη Μαθηματικές Συσχετίσεις Δυαδικές ακέραιες μεταβλητές χωροθέτησης Μη αρνητικές συνεχείς μεταβλητές ροής ΑΣΑ
Πληθυσμιακή εξέλιξη Ανάλυση Δεδομένων 99 πληθυσμιακά κέντρα με πληθυσμό άνω των 300 κατοίκων Με βάση τα πληθυσμιακά δεδομένα από απογραφές 1971-2001 εκτιμάται η πληθυσμιακή εξέλιξη στην 20-ετία για κάθε αστικό κέντρο Η εκτίμηση για τον εποχικό πληθυσμό είναι χονδροειδής και βασίζεται στην εκτίμηση των διανυκτερεύσεων. Η μέσηετήσιααύξησηθεωρήθηκε0,6% Παραγωγή αποβλήτων Παραγωγή Αποβλήτων Πληθυσμός περιοχής (Αριθμός κατοίκων) <2.000 2.000-5.000 5.000-10.000 10.000-20.000 20.000-50.000 >50.000 Ημερήσια παραγωγή αποβλήτων (Kg/άτομο) 0,8 0,9 0,9 1,0 1,0 1,1
Ανάλυση Δεδομένων Υποψήφιες θέσεις μονάδων 3 Υποψήφιες θέσεις για ΧΥΤΑ και 1 για ΧΥΤΥ 1 δεδομένη θέση ΧΥΤΑ (υπό κατασκευή) 1 δεδομένο ΚΔΑΥ 2 υποψήφιες θέσεις ΕΜΔΚ 12 υποψήφιες θέσεις ΣΜΑ (1 για κάθε δήμο) Όλες οι χιλιομετρικές αποστάσεις υπολογίστηκαν σε ψηφιακό οδικό χάρτη της Κέρκυρας, μέσω λογισμικού Arcview GIS
Κόστη Εγκατάστασης Ανάλυση Δεδομένων Εκτιμήθηκαν για κάθε εγκατάσταση με βάση αναφορές από μελέτες χωροθέτησης και ανάλογα με τον τύπο και τη χωρητικότητα κάθε εγκατάστασης Κόστη Λειτουργίας Οικονομικά στοιχεία Τύπος Εγκατάστασης ΧΥΤΑ Λειτουργικό Κόστος ( /τόνο) 15,00 ΧΥΤΥ ΕΜΔΚ ΚΔΑΥ ΣΜΑ 17,00 45,00 25,00 3,00 Στόχοςτηςεργασίαςδενείναιτόσοη ακριβής αριθμητική αποτίμηση του κόστους, αλλά μια καλή εκτίμηση της αναλογίας στα κόστη μεταξύ των τεχνολογιών
Μεταφορικό κόστος Μεταφορικό κόστος = [κόστος / km x απόσταση (km) + κόστος απασχόλησης προσωπικού ( /h) x διάρκεια διαδρομής (hrs)] x (αριθμός διαδρομών) Ανάλυση Δεδομένων Οικονομικά στοιχεία 2 τύποι οχημάτων: Απορριμματοφόρα οχήματα με σημείο εκκίνησης αστικό κέντρο και προορισμό κάποια μονάδα επεξεργασίας ή διάθεσης Φορτηγά με κιβωτάμαξα με αφετηρία και προορισμό εγκαταστάσεις επεξεργασίας και διάθεσης Τύπος Οχήματος Χωρητικότητα (700kg/ m 3 ) Είδος Καυσίμου Κατανάλωση Καυσίμου Απασχόληση Προσωπικού Λειτουργικό κόστος Απορριμματοφόρο όχημα με μύλο 15 (m 3 ) Πετρέλαιο (1 / lt) 85,1 lt / 100 km 3 άτομα (7 / ώρα) 0,3 / km Φορτηγό με κιβωτάμαξα 60 (m 3 ) Πετρέλαιο (1 / lt) 99,17 lt / 100 km 1 άτομο (7 / ώρα) 0,3 / km
Διαστάσεις προβλήματος Επίλυση Διαμόρφωση πλαισίου επίλυσης 99 πληθυσμιακά κέντρα: j J j = [1, 2...,99] 12 υποψήφιες θέσεις ΣΜΑ: 5 θέσεις ΧΥΤΑ 1 XYTY: x L x = [1,2...,4,5] με Χ 4 =1 και Χ 5 ΧΥΤΥ 2 υποψήφιες θέσεις ΕΜΔΚ: 1 δεδομένο ΚΔΑΥ: r R r = 1 t T t = [1, 2...,12] k K k = [1, 2] ΣΥΝΟΛΟ: 3297 μεταβλητές απόφασης εκ των οποίων 18 δυαδικές ακέραιες μεταβλητές χωροθέτησης
Λογική επίλυσης Μήτρες δεδομένων a a am1 a 11 1n mn Τροφοδότηση με δεδομένα Κωδικοποίηση προβλήματος Επίλυση Διαμόρφωση πλαισίου επίλυσης Επιστροφή βέλτιστης λύσης σε διαμορφωμένα μητρώα Excel
Λογική επίλυσης Ενσωμάτωση 2 αντικειμενικών συναρτήσεων Επίλυση Διαμόρφωση πλαισίου επίλυσης α τρόπος: Min[f(X 1 )] + Min [f(x 2 )] = Min[ (a*f(x 1 ) + b*f(x 2 )] Εύρεση μιας βέλτιστης λύσης Βάρος συνάρτησης ελαχιστοποίησης ποσότητας σε ΧΥΤΑ Βάρος συνάρτησης ελαχιστοποίησης κόστους β τρόπος: Περιορισμοί e Min[f(X 1 )] [f(x 2 )] e Εύρεση ομάδας βέλτιστων λύσεων (pareto) και επιλογή με συμβιβασμό (compromise solution)
Χωροθέτηση εγκαταστάσεων Τύπος εγκατάστασης Θέση Εγκατάστασης Μεταβλητή ΧΥΤΑ Μεσσαριά Β.Κέρκυρας L1 ΧΥΤΑ Βασιλικά Β.Κέρκυρας L2 Τιμή μεταβλητής 1 0 Επίλυση Αποτελέσματα Επίλυσης ΧΥΤΑ Εσταυρωμένος Κ.Κέρκυρας L3 1 ΧΥΤΑ Λευκίμμη Ν.Κέρκυρας L4 1(δεδομένη θέση) ΧΥΤΥ Τεμπλόνι Κ.Κέρκυρας L5 1 ΕΜΔΚ Τεμπλόνι Κ.Κέρκυρας K1 1 ΕΜΔΚ Εσταυρωμένος Κ.Κέρκυρας K2 0 ΚΔΑΥ Τεμπλόνι Κ.Κέρκυρας R1 1(δεδομένη θέση) ΣΜΑ Δ.Κερκυραίων T1 0 ΣΜΑ ΣΜΑ ΣΜΑ Δ.Παρελλίων Δ.Αχιλλείων Δ. Παλαιοκαστριτών T2 T3 T4 0 0 0 Επίλυση για ισότιμα βάρη μεταξύ των 2 αντικειμενικών συναρτήσεων ΣΜΑ Δ. Αγιου Γεωργίου T5 0 ΣΜΑ Δ.Θιναλίων T6 0 ΣΜΑ Δ.Κασσωπαίων T7 1 ΣΜΑ Δ. Εσπερίων T8 0 ΣΜΑ Δ. Φαιάκων T9 0 ΣΜΑ Δ. Κορισσίων T10 1 ΣΜΑ Δ. Λευκιμμαίων T11 1 ΣΜΑ Δ. Μελιτειέων T12 1
Επίλυση Αποτελέσματα Επίλυσης Μέγιστος δυνατός αριθμός ΧΥΤΑ (2 ΧΥΤΑ, 1 δεδομένος, 1 ΧΥΤΥ) 4 ΣΜΑ για περιοχές σε μεγάλη απόσταση από θέσεις διάθεσης ή επεξεργασίας ΑΣΑ. 1 δεδομένο ΚΔΑΥ 1 ΕΜΔΚ το ελάχιστο δυνατό
Θέση 1. Δ.Κερκυραίων 2. Δ.Παρελλίων ΧΥΤΑ 56,3% 27,8% ΕΜΔΚ 13,7% 42,2% ΚΔΑΥ 30,0% 30,0% ΣΜΑ 0,0% 0,0% Επίλυση 3. Δ.Αχιλλείων 4. Δ. Παλαιοκαστριτών 70,0% 9,1% 0,0% 60,9% 30,0% 30,0% 0,0% 0,0% Αποτελέσματα Επίλυσης 5. Δ. Αγιου Γεωργίου 65,8% 4,2% 30,0% 0,0% 6. Δ.Θιναλίων 42,1% 27,9% 30% 0,0% 7. Δ.Κασσωπαίων 0,0% 8,1% 3,5% 88,4% 8. Δ. Εσπερίων 70,0% 0,0% 30,0% 0,0% 9. Δ. Φαιάκων 3,2% 66,8% 30,0% 0,0% 10.Δ. Κορισσίων 11.Δ. Λευκιμμαίων 12.Δ. Μελιτειέων 70,0% 70,0% 21,6% 0,0% 0,0% 10,1% 0,0% 0,0% 16,7% 30,0% 30,0% 51,6% ΣΜΑ σε 4 δήμους, που απέχουν μεγάλες αποστάσεις από διαχειριστικές μονάδες Συνηθέστερο ποσοστό ανακύκλωσης 30% Αποκλίσεις από τις μέσες τιμές που οφείλονται στους περιορισμούς χωρητικότητας, αλλά και στη δεύτερη αντικειμενική συνάρτηση
Επίλυση με περιορισμούς e Γραμμή Pareto μεταξύ κόστους και ποσοστού μη επεξεργασθείσας ποσότητας που καταλήγει σε ΧΥΤΑ Επίλυση Αποτελέσματα Επίλυσης 9500000000 Περιορισμός e Συνολικό κόστος ( ) Κόστος ( ) 8000000000 6500000000 Q x 100% Lcap Q x 90% Lcap Q x 80% Lcap Q x 70% Lcap 6.155.804.000 6.183.606.000 6.496.814.000 6.794.006.000 5000000000 20,0% 30,0% 40,0% 50,0% 60,0% 70,0% 80,0% 90,0% Ποσοστό μη επεξεργασθείσας ποσότητας Q x 60% Lcap Q x 50% Lcap Q x 40% Lcap Q x 30% Lcap 7.138.409.000 7.483.802.000 7.839.071.000 8.199.605.000
Γενικά Συμπεράσματα 1) Μέγιστος δυνατός αριθμός ΧΥΤΑ με βάση τους περιορισμούς. Επίλυση Αξιολόγηση Αποτελεσμάτων 2) Χωροθέτηση ΕΜΔΚ κοντά σε μεγάλα αστικά κέντρα. 3) Κατασκευή ΣΜΑ για εξυπηρέτηση περιοχών που ευρίσκονται σε μεγάλες αποστάσεις από τον πλησιέστερο ΧΥΤΑ ή μονάδα επεξεργασίας. 4) Το βάρος της α αντικειμενικής συνάρτησης πρέπει να υποτιμηθεί σημαντικά σε σχέση με το β βάρος για να έχουμε σημαντικές μεταβολές Το χαμηλό κόστος υγειονομικής ταφής σε σχέση με εναλλακτικές μεθόδους αποβαίνει καθοριστικό στο σχεδιασμό συστημάτων διαχείρισης ΑΣΑ 5) Άμεση συνάρτηση αποτελεσμάτων με τις διαθέσιμες χωρητικότητες των εγκαταστάσεων. 6) Μεταβολές στα μεταφορικά κόστη επηρεάζουν κατά βάση αποφάσεις για κατασκευή ΣΜΑ
Οι 4 βασικοί άξονες Πολυκριτηριακή θεώρηση σε πολυεπίπεδο σύστημα διαχείρισης Υποβάθμιση μεθόδου υγειονομικής ταφής αναβάθμιση εναλλακτικών τεχνολογιών ΠροσαρμογήσταπραγματικάδεδομένατηςνήσουΚέρκυρας Ευέλικτο πλαίσιο επίλυσης Συμπεράσματα Αποτίμηση Εργασίας Μετεξέλιξη Δυναμική θεώρηση ως προς την έναρξη και παύση λειτουργίας των εγκαταστάσεων Ακριβέστερη θεώρηση για τα οχήματα αποκομιδής, μεταφοράς και απόθεσης ΑΣΑ Εύρεση βέλτιστων δρομολογίων για τα οχήματα
Ευχαριστώ για την προσοχή σας