افزايش توان جريان در لوله هاي فشار قوي انتقال آب نيروگاه هاي برقآبي با استفاده از الگوريتم اجتماع ذرات

Increasing the Flow Power in High Pressure Transient Pipes of Hydroelectric Power Plants Using Particle Swarm Optimization Algorithm

به كارگيري نيروگاه هاي برقآبي، يكي از راهكارهاي مقابله با كمبود آب در جهان به شمار مي رود. از سويي ديگر افزايش نيروي الكتريسته توليدي با استفاده از انرژي آب بسيار حايز اهميت مي باشد. با توجه به هزينه بالاي احداث سد و تامين بار آبي مورد نياز نيروگاه هاي برقآبي، طراحي بهينه اين تاسيسات در سال هاي اخير مورد توجه قرار گرفته است. در ميان اجزاي تشكيل دهنده اين تاسيسات، پنستاك از جايگاه ويژه اي برخوردار است. اهميت پنستاك به دليل هزينه ي بالاي ساخت، نصب و نگهداري آن مي باشد طوري كه بالغ بر سي درصد هزينه هاي نيروگاه به ساخت اين سازه هيدروليكي اختصاص مي يابد. از اين رو طراحي بهينه آن نقش بسزايي در كاهش هزينه احداث نيروگاه هاي برقآبي ايفا خواهد نمود. استفاده از روش هاي بهينه يابي فرا كاوشي براي بهينه سازي سازه هاي مختلف، يكي از مهم ترين مباحث مطرح شده در طراحي اين سازه ها بوده است. در ميان الگوريتم هاي فرا كاوشي، روش بهينه يابي اجتماع ذرات به عنوان يك ابزار قوي و مناسب در بسياري از زمينه ها مورد توجه بوده است. موضوع اين پژوهش ارايه طرح بهينه براي بيشينه نمودن توان جريان برخوردي به توربين هاي نيروگاه و كاهش افت فشار با هدف كنترل جريان هاي ميرا در مسير پنستاك بوده كه در اين راستا الگوريتم اجتماع ذرات به عنوان مطالعه موردي انتخاب و به منظور اطمينان از صحت نتايج حاصله، جريان خروجي از پنستاك هاي سد شهريار به عنوان مطالعه موردي بررسي شده است. نتايج نشان مي‌دهد ميزان افت انرژي در مجموع از مقدار 11/29 متر به 92/11 متر كاهش يافته كه اين امر خود موجب افزايش راندمان و كارايي لوله هاي فشار قوي انتقال مي گردد. ميزان افت فشار ناشي از تغييرات ناگهاني جريان در سيستم انتقال، قبل از بهينه يابي 9/315 كيلوپاسكال است كه با تغيير در ابعاد پنستاك، مقدار آن به 7/116 كيلوپاسكال كاهش يافته است. اين امر نشان مي دهد با كاهش افت فشار، از آسيب هاي ناشي از ايجاد جريان هاي ميرا در سيستم انتقال به شدت كاسته مي شود. همچنين توان جريان نيز از 25 مگاوات به 28 مگاوات افزايش يافته است كه در مجموع معادل 11% درصد افزايش توان جريان خروجي است.

Employment of hydroelectric power plants is considered as one of the strategies to overcome the water shortages in the world. On the other hand, increasing the generated electricity by using of water energy is of importance. Regarding to the high cost of construction of dam and supplying the required hydraulic head of hydro power stations, the optimum design of these stations has been considered. Penstock, among the components of these stations, has a special place. The importance of penstock is due to its high manufacturing, installation and maintenance costs which assign nearly thirty percent of the plant’s expenditures to itself. Therefore, optimal design of this hydraulic structure will play a significant role in lowering the construction costs of hydro power stations. The use of meta-heuristic optimization algorithms for optimization of different structures has been one of the most important issues in designing of these structures. Among the meta-heuristic algorithms Particle Swarm Optimization has been considered as a powerful method in many fields. The purpose of this research is to present an optima sketch to maximize the power of jet streams reaching the turbines and also reduction the pressure losses through penstocks for controlling the transient flows. The results show that the energy losses have totally been decreased from 29.11meters to 11.92meters. This reduction lead to increasing the efficiency and performance of high pressure pipes. The pressure losses due to sudden changes in flow condition (before optimization) are 315.9kpa which by optimization of the penstocks decreased to 116.7kpa. This reveals that by reduction in pressure losses, the damages caused by transient flows are greatly decreased. Also, the power of flow increased from 25MW to 28MW, which equals 11%.