生物能源由于其环境和经济效益，正在全世界引起越来越多的关注。生物燃料作为未来交通运输业的重要减排源，更是得到了中国政府的大力支持。然而生物燃料产业的发展仍然举步维艰，原料产量，市场价格，生产成本和许多其他参数的高度不确定性使该产业发展面临巨大挑战。设计可行的生物燃料供应链网络，可以有效的提升生物燃料的生产和使用比率，从而进一步促进生物燃料产业发展。餐厨垃圾作为一种产量大易回收的生物质原材料，具有良好发展前景，且可以为我国解决公共卫生和安全问题。因此，本文以餐厨垃圾生产生物柴油为对象，从提高生物燃料供应链运作效率的角度，对生物燃料供应链进行设计优化。可持续生物燃料供应链网络优化问题的研究，对供应链网络规划理论的丰富具有重要的意义，对生物燃料供应链网络规划实践具有重要的指导意义和参考价值。
　　本文的研究思路从确定性模型到不确定模型，从单因素扰动到多因素扰动，从分阶段供应链网络到整体供应链网络。首先提出了一个确定条件下生物燃料供应链系统和建模框架，得出了多目标优化模型下的设施选址、运输和分配结构。系统不确定性通常发生在供应链环节的各个阶段，将不确定性纳入供应链建模过程使决策更加稳健。因此，在本文的三、四、五章节，分别对生物柴油供应链的收集阶段、销售阶段、生产与运输阶段的扰动因素进行了分析，构建了扰动下的随机规划模型和鲁棒优化模型，并对扰动下的模型与确定模型的结果进行了对比和相关的敏感性分析。外部宏观环境变化会引起的整个阶段生物燃料供应链发生显著变化，因此在本文最后部分还结合目前政府推进生物燃料的法规和政策，探讨其对生物燃料整个阶段供应链的影响。本文的主要内容主要包括：
　　（1）从生物柴油和餐厨垃圾可持续发展角度，分析供应链决策内容和供应链特性以设计确定条件下的可持续生物柴油供应链，同时在多规划周期内解决与位置，生产，库存和分配相关的战略和战术决策。为了有效地求解本节的模型，提出了一种基于帕累托最优的NSGAII的启发式算法，来解决供应链中大规模问题，并应用于江苏省餐馆的实际案例研究。通过案例分析，对该方法的计算效率和求得的最优解进行了验证。
　　（2）从契约的角度，提出单因素供给扰动下两阶段随机规划模型，优化餐厨垃圾收集阶段的供应链。分析目前餐厨垃圾的三种主要流向，确定生物燃料经营者收购的合理价格。通过餐馆与生物燃料经营者签订契约，保障和鼓励餐馆提供一定比例的餐厨垃圾满足生物柴油生产需求。通过两阶段随机规划模型的构建，分别得到第一阶段的供应链网络结构和第二阶段的运输决策问题。利用长三角地区实际案例验证，对扰动下随机规划模型和确定模型的绩效进行了对比。深入挖掘不同参数对收购价格，供应链网络设计和预期总系统成本的影响，对不同设置下的决策结果、可持续性、多方面开展分析。
　　（3）进一步结合契约策略，提出确定条件下生物柴油销售阶段供应链优化的混合整数规划模型。采用Ben-Tal的区间转化方法对生物柴油价格扰动下的供应链进行线性化处理，得到扰动下的鲁棒优化模型。应用长三角区域案例数据求解，确定扰动下的协议价格、供应链网络结构及战术决策。分析生物柴油价格波动对确定模型和鲁棒模型的影响，得出预期系统利润的变化和协议价格的变动情况，确定不同环境下生物燃料经营者的赢利点。
　　（4）考虑卡车，火车，驳船三种综合运输方式特性，从多方式运输的角度构建确定条件下生物柴油生产与运输阶段的供应链优化模型。通过的Mulvey情景转换方法，对上述确定性模型进行生物柴油需求水平、生物柴油仓储费用、生物柴油生产费用等多因素扰动下鲁棒线性转化。应用长三角地区实际案例数据求解，得到多方式运输系统下基础设施位置和运输模式情况。进一步，将单方式运输代入到鲁棒优化模型得到优化结果，对该结果与和多方式运输系统下的鲁棒模型优化结果进行了对比。对运输系统中卡车运输距离限制和碳排放价格两项重要参数敏感性分析，深入挖掘研究其对多方式运输系统的影响。该章节还通过对扰动下的鲁棒模型与确定模型结果的对比分析，确定鲁棒优化模型适用的市场环境。
　　（5）总结我国近20年来，支持和鼓励生物燃料生产和消费的政策，对这些政策进行提炼并构建到生物柴油供应链两阶段随机规划模型，研究多因素扰动下政策对生物柴油供应链整个阶段的影响情况。提出利润的条件风险价值，在优化经济指标的同时控制风险。以长三角地区生物柴油案例进行结果分析，确定对生物燃料供应链网络产生重大影响的政策和法规，以激励生物燃料经营者生产生物燃料同时管理系统风险。
　　总之，基于具体实例的数值结果揭示了可持续性目标之间的权衡关系、主要因素对供应链目标的影响以及对生物燃料物流网络结构变化的影响。不同模型间的比较，能更加清晰地表明各因素对生物燃料供应链网络优化结果的影响。通过生物燃料供应链的分阶段和整体优化，可以有效地提升生物燃料供应链效率，降低系统成本，提高生物燃料经营者的利润，促进生物燃料产业的可持续发展。