چکیده

شبکه های آبرسانی بعنوان یک سیستم هیدرولیکی انتقال و توزیع آب، همواره در کانون توجه محققین قرار دارد. عامل انتقلال آب در شبکه ها اختلاف انرژی (هد فشاری) است.در سراسر دنیا هزینه انرژی الکتریسیته مصرفی جهت پمپاژ آب در تأسیسات آبرسانی بعد از نیروی انسانی پرهزینه ترین بخش را به خود اختصاص می دهد و گاها بالغ بر %۶۵ هزینه های بهره برداری از سیستم آبرسانی را به خود اختصاص می دهد.مهم ترین عاملی که در به حداقل رساندن هزینه انرژی مصرفی موثر می باشد ، برنامه ی زمانبندی بهینه ی پمپاژ است.در این مقاله مدل Water Gemsبرای کنترل بهینه عملکرد پمپ ها جهت بهره برداری بهینه از ایستگاه پمپاژ بکار گرفته میگردد.مدل پیشنهادی با استفاده از الگوریتم ژنتیک بصورت اتوماتیک برنامه زمانبندی بهینه پمپاژ را برای هر پمپ در هر ایستگاه پمپاژ جهت به حداقل رساندن بهای انرژی الکتریکی مصرفی را تعیین می نماید.برنامه ی زمانبندی بهینه ی پمپاژ ، زمان روشن و یا خاموش بودن هر پمپ را در دوره های زمانی روزانه با توجه به تأمین نیاز های هیدرولیکی سیستم از قبیل حداقل و حداکثر فشار،سرعت،تراز آب و تعداد دفعات خاموش روشن شدن پمپ ها مشخص می نمایدکه در این تحقیق بالغ بر%۲۸صرفه جویی در میزان هزینه ی انرژی الکتریکی با توجه به تعرفه ی زمانی را به همراه داشت.

کلمات کلیدی: بهینه سازی،برنامه ی زمانبندی،الگوریتم ژنتیک،شبکه های آبرسانی ،ایستگاه های پمپاژ،نرم افزار water gems

۱

.۱مقدمه

با افزایش پیوسته شهر نشینی تقاضای آب و توسعه شبکه آب در حال افزایش می باشد . با این حال تعیین برنامه زمانبندی بهینه پمپاژ جهت به حداقل رساندن مصرف انرژی دشوار می باشد .هزینه جهت پمپاژ اب ، بخش مهمی از صرف هزینه های بهره برداری شبکه های توزیع آب را به خود اختصاص میدهد. هدف از این مطالعه بدست آوردن برنامه زمانبندی پمپاژ جهت به حداقل رساندن هزینه انرژی در شرایط تعرفه ثابت و متغیر انرژی الکتریکی تحت شرایط سیستم ایزوله و غیر ایزوله می باشد . مطالعه موردی در منطقه ای که شامل دو زون فشاری که بخشی از شبکه آب توزیع آب شهر کرمانشاه می باشد انجام شد .هر دو زون فشاری متشکل از سه پمپ (ایستگاه اول دو پمپ ان هم نوع وپمپ سوم باظرفیتی بیش از دو پمپ اول،سه پمپ ایستگاه پمپاژدوم هم نوع ) می باشد و در هر یک از زون های فشاری یک مخزن ذخیره به حجم ۱۰۰۰۰ متر مکعب می باشد.با استفاده از الگوریتم ژنتیک که اساس آن نرم افزار WATER GEMS(DARWIN SCHEDULAR) می باشد بهینه یابی برنامه زمانبندی پمپاژ به توجه به براورده نمودن قیود ضمنی سیستم از قبیل حداقل و حداکثر فشار،سرعت،تراز آب در مخازن ذخیره و دفعات خاموش روشن شدن پمپ ها محاسبه گردید.۳۲سناریوی مختلف ایجاد شد که تفاوت آنها میان تعرفه انرژی ( ثابت یا متغیر )،شرایط سیستم ایزوله و غیر ایزوله و ترکیب متفاوتی از نوع و تعداد پمپ ها است . اساس کار سناریوی پایه است و آلترناتیو های سناریو های دیگر تغییر یافت و نتایج برنامه بهینه یابی شده پمپاژ آن که توسط DARWIN SCHEDULAR محاسبه شده است مورد مقایسه قرار گرفت.در پایان مطالعه نتایج مطلوبی با استفاده از مقایسه نتایج سناریو ها بدست امد و حداقل %۱۴٫۹۴تا%۲۸ صرفه جویی در مصرف انرژی مشاهده شد.

.۲مبانی نظری پژوهش

.تحقیقات متعددی در بحث به حداقل رساندن مصرف انرژی الکتریسیته انجام گرفته که نتایجی را به دنبال داشته است.بهینه یابی برنامه زمانبندی پمپاژ یکی از راه های به حداقل رساندن هزینه انرژی الکتریکی می باشد باتوجه به اینکه اوج بار مصرف انرژی الکتریکی در شب ها می باشد هزینه آن نیز در ساعات اوج بار افزایش می یابد. انرژی نقش بسیار مهمی در زندگی امروزی بشر دارد در همین راستا استفاده از انرژی الکتریکی برای پمپاژ آب ، پیشرفت روز افزونی داشته است.پمپ از جمله اولین وسایلی است که بشر برای بهره گیری هر چه بهتر از منابع آبی آن را اختراع کرده است و به تدریج انواع و اقسام آنرا به منظور استفاده در شرایط مختلف ابداع نموده است.عوامل مختلف زیادی بر عملکرد و راندمان یک ایستگاه پمپاژ تأثیر دارد که عدم توجه به آنها باعث می شود که هزینه های زائدی بر سیستم تحمیل شود ، لذا در یک طراحی بهینه باید تمامی عوامل موثر بر سیستم در راستای کاهش هزینه های سیستم مد نظر قرار گرفته شود . در سیستم پمپاژ مهمترین عامل ، نحوه عملکرد پمپ ها و برنامه ی زمانبندی بهینه ی آن می باشد . از آنجا که راندمان پمپ با دبی آن تغییر می کند ، بنابراین میزان انرژی مصرفی در واحد آب پمپاژ شده در هر پمپ به ازای دبی های مختلف پمپاژ متفاوت است و حتی الامکان باید پمپ ها در راندمان حداکثر خود کار کنند.مسئله عملکرد بهینه پمپ ها در یک سیسستم پمپاژ از لحاظ ریاضی یک مسئله برنامه ریزی غیر خطی در حالت بزرگ مقیاس است.زیرا در این مسئله تابع هدف و قیود مسئله غیر خطی هستند و تعداد متغیر های تصمیم نیز زیاد است.تابع هدف چنین مسئله ای به حداقل رساندن هزینه پمپاژ در طول یک افق بهره برداری است که سیستم در طی آن مدت به پمپاژ آب مشغول است.در این تحقیق دو زون فشاری ،دو ایستگاه پمپاژ مجموعا ۶ پمپ،دو مخزن ذخیره هرکدام به حجم ۱۰۰۰۰مدلسازی،کالیبراسیون گردید و سپس بهینه یابی برنامه زمانبندی پمپاژ با توجه به تأمین قیود سیستم(فشار،سرعت،تراز آب در مخازن وحداکثر دفعات روشن خاموش شدن پمپ ها) برای هر پمپ در دوره ی روزانه ۲۴ساعته محاسبه گردید.