برنامه‌ريزي بهينه زمان‌بندي پمپاژ به مخازن شبكه‌هاي توزيع آب با كنترل هزينۀ استهلاك پمپ‌ها

Optimal Pump Scheduling for Water Distribution Networks Regarding to the Pump Maintenance

در شبكه‌هاي توزيع آب، مقدار قابل‌توجهي از انرژي الكتريسيته براي پمپاژ و انتقال آب به مخازن استفاده مي‌شود. برنامه‌ريزي و زمان‌بندي پمپاژ مي‌تواند نقش مهمي در مديريت مصرف انرژي الكتريكي و كاهش هزينۀ آن داشته باشد. هدف از اين مطالعه، تعيين برنامۀ زمان‌بندي بهينۀ پمپاژ براي يك افق زماني 24ساعته است كه در آن بتوان در عين تأمين نياز آبي مصرف‌كنندگان، هزينۀ انرژي الكتريكي مصرفي ناشي از پمپاژ را با درنظرگرفتن محدوديت مربوط به استهلاك پمپ‌ها به حداقل رساند. براي اين منظور، مسئلۀ بهينه‌سازي زمان‌بندي پمپاژ آب از چاه‌ها به مخزن در قالب يك مدل برنامه‌ريزي غيرخطي عدد صحيح فرموله شده و براي حل آن از روش شاخه و حد استفاده مي‌شود. در اين تحقيق، علاوه‌بر هدف كمينه‌كردن هزينۀ پمپاژ، كاهش استهلاك پمپ‌ها در اثر خاموش و روشن شدن‌هاي مكرر نيز مدنظر است. براي كنترل و كاهش استهلاك پمپ‌‌ها از يك قيد در برنامه‌ريزي‌ زماني پمپاژ استفاده مي‌شود. به‌منظور نشان‌دادن كارايي مدل مذكور، شبكۀ آب شهر نوش‌آباد از توابع شهرستان كاشان، به‌عنوان مطالعۀ موردي استفاده مي‌شود. نتايج نشان مي‌دهد مدل فرموله‌شده در اين مطالعه، به‌خوبي مي‌تواند دو هدف مذكور را تأمين كند به‌نحوي‌كه خروجي‌هاي مدل در مقايسه با بهره‌برداري موجود، هم از نقطه‌نظر هزينۀ انرژي و هم استهلاك پمپ‌ها وضعيت به‌مراتب بهتري دارد. به‌طور مشخص، هزينۀ انرژي حتي در حالتي كه قيد استهلاك پمپها در پراهميت ترين حالت خود منظور شده است نيز، در مقايسه با بهره‌برداري تاريخي حدود 15درصد كمتر است.

In water distribution networks, a significant amount of electricity is used to pump the water into the tanks. Planning and pump schedule could have an important role in energy consumption management and reducing the related cost. The aim of this study is to determine the optimal pump schedule on a 24-hour basis in which aims to minimize the cost of electrical energy, whilst meeting the required time varying consumer with regard to restrictions relating to the minimization of maintenance pumps. For this purpose, the pump schedule optimization problem with pumping water from the wells to the tank is formulated in the form of an Integer Non-Linear Programming model (INLP) and solved by the branch and bound method. In addition to minimizing the energy consumption cost, the model includes a constraint to limit the number of pumps that are switched to reduce the pumps maintenance costs. To illustrate the effectiveness of the model, the water network of Noosh-Abad city in the outskirts of Kashan city is considered as a case study. The results show that the formulated model in this study can meet the both mentioned objectives, so that the outputs of the model compared to the historical operation, both in terms of energy costs and the depreciation of the pumps is in much better situation. In particular, in the case of strict maintenance control, the energy cost is about 15% lower than that of the historical operation.