برنامه‌ریزی بهینۀ زمان‌بندی پمپاژ به مخازن شبکه‌های توزیع آب با کنترل هزینۀ استهلاک پمپ‌ها

نویسندگان

1 دانشگاه کاشان

2 دانشگاه تحصیلات تکمیلی صنعتی و فناوری پیشرفته

چکیده

در شبکه‌های توزیع آب، مقدار قابل‌توجهی از انرژی الکتریسیته برای پمپاژ و انتقال آب به مخازن استفاده می‌شود. برنامه‌ریزی و زمان‌بندی پمپاژ می‌تواند نقش مهمی در مدیریت مصرف انرژی الکتریکی و کاهش هزینۀ آن داشته باشد. هدف از این مطالعه، تعیین برنامۀ زمان‌بندی بهینۀ پمپاژ برای یک افق زمانی 24ساعته است که در آن بتوان در عین تأمین نیاز آبی مصرف‌کنندگان، هزینۀ انرژی الکتریکی مصرفی ناشی از پمپاژ را با درنظرگرفتن محدودیت مربوط به استهلاک پمپ‌ها به حداقل رساند. برای این منظور، مسئلۀ بهینه‌سازی زمان‌بندی پمپاژ آب از چاه‌ها به مخزن در قالب یک مدل برنامه‌ریزی غیرخطی عدد صحیح فرموله شده و برای حل آن از روش شاخه و حد استفاده می‌شود. در این تحقیق، علاوه‌بر هدف کمینه‌کردن هزینۀ پمپاژ، کاهش استهلاک پمپ‌ها در اثر خاموش و روشن شدن‌های مکرر نیز مدنظر است. برای کنترل و کاهش استهلاک پمپ‌‌ها از یک قید در برنامه‌ریزی‌ زمانی پمپاژ استفاده می‌شود. به‌منظور نشان‌دادن کارایی مدل مذکور، شبکۀ آب شهر نوش‌آباد از توابع شهرستان کاشان، به‌عنوان مطالعۀ موردی استفاده می‌شود. نتایج نشان می‌دهد مدل فرموله‌شده در این مطالعه، به‌خوبی می‌تواند دو هدف مذکور را تأمین کند به‌نحوی‌که خروجی‌های مدل در مقایسه با بهره‌برداری موجود، هم از نقطه‌نظر هزینۀ انرژی و هم استهلاک پمپ‌ها وضعیت به‌مراتب بهتری دارد. به‌طور مشخص، هزینۀ انرژی حتی در حالتی که قید استهلاک پمپ‏ها در پراهمیت ترین حالت خود منظور شده است نیز، در مقایسه با بهره‌برداری تاریخی حدود 15درصد کمتر است.

کلیدواژه‌ها


[1] Kia, M., Sahebi, M., Abedini, E., Hosseini, S. H., "Simultaneous Implementation of Optimal Demand Response and Security Constrained Unit Commitment", 16th Electric Power Distribution Conference, Iran, 2011. [2] Pasha, MFK., Lansey, K. "Strategies to Develop Warm Solutions for Real-Time Pump Scheduling for Water Distribution Systems", Water Resources Management Vol. 28, No.12, pp. 3975–3987, 2014. [3] Savic, DA., Walters, GA., Schawb M "Multiobjective Genetic Algorithms for Pump Scheduling in Water Supply", In: AISB International Workshop on Evolutionary Computing, Berlin, pp.227–236, 1997. [4] Mays, LW., "Water Distribution Systems Handbook", New York: McGraw-Hill, 2000. [5] Boulos, PF., Moore, M., Hsiung, P., Thomas, D., "Optimal Pump Operation of Water Distribution Systems Using Genetic Algorithms", Proc., Distribution System Symp., AWWA, 2010, San Diego, pp. 23–25, 2001. [6] Ormsbee, LE., Lansey, KE., "Optimal Control of Water Supply Pumping Systems", Journal of Water Resources Planning and Management, Vol. 120, pp.237–252, 1994. [7] Mackle, G., Savic, DA., Walters, GA., "Application of Genetic Algorithms to Pump Scheduling for Water Supply", In: First International Conference on Genetic Algorithms in Engineering Systems: Innovations and Applications, IEE/IEEE, pp. 400–405, 1995. [8] López-Ibáñez, M., Prasad, TD., Paechter, B., "Ant Colony Optimization for Optimal Control of Pumps in Water Distribution Networks", Journal of Water Resources Planning and Management, Vol. 134, No. 4, pp.337-346, 2008. [9] Costa, LHM., de Athayde Prata, B., Ramos, HM., de Castro, M. "A Branch-and-Bound Algorithm for Optimal Pump Scheduling in Water Distribution Networks", Water Resources Management, Vol. 30, pp.1037-1052, 2016. [10] Menke, R., Abraham, E., Parpas, P., Stoianov, I., "Exploring Optimal Pump Scheduling in Water Distribution Networks with Branch and Bound Methods", Water Resources Management, Vol. 30, pp. 5333–5349, 2016. [11] Wang JY, Chang TP, Chen JS "An Enhanced Genetic Algorithm for Bi-Objective Pump Scheduling in Water Supply", Expert Systems with Applications, Vol. 36, pp. 10249–10258, 2009. [12] Bene, JG., Hos, CJ., "Finding Least-Cost Pump Schedules for Reservoir Filling with a Variable Speed Pump", Water Resources Planning and Management, Vol. 138, No. 6, pp.682-686, 2012. [13] Fang, H., Zhang, J., Gao, JL., "Optimal Operation of Multi-Storage Tank Multi-Source System Based on Storage Policy", Journal of Applied Physics and Engineering, Vol. 11, No. 8, pp.571-579, 2010. [14] Moradi-Jalal, M., Marino, M., Afshar, A., "Optimal Design and Operation of Irrigation Pumping Stations", Journal of Irrigation and Drainage Engineering, Vol. 129, No. 3, pp. 149-154, 2003. [15] Puleo, V., Morley, M., Freni, G., Savić, D., "Multi-Stage Linear Programming Optimization for Pump Scheduling", In: 12th International Conference on Computing and Control for the Water Industry, CCWI2013, Procedia Engineering, Vol. 70, pp.1378-1385, 2014. [16] Fatemi, S., Kuh, A., Gupta, V., "Energy Efficient Scheduling Algorithms for Pumping Water in Radial Networks", ITA Workshop, 2016. [17] شرکت آب و فاضلاب کاشان، گزارش میزان مصرف ساعات شبانه‌روز و اطلاعات شبکۀ آب شهر نوش‌آباد، 1394. [18] وزارت نیرو، تعرفه‌های برق و شرایط عمومی آن‌ها، مصوبۀ هیئت وزیران به شمارۀ ۱۴۵۶۹۰/ ت ۵۱۲۵۸ هـ مورخ ٢/١٢/۹3، http://tariff.moe.gov.ir.