عنوان پایان‌نامه
بهینه سازی چند هدفه بهره برداری از شبکه توزیع آب با درنظر گرفتن تاثیرات پمپ و مخزن
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - مهندسی آب
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1642;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 53233
- تاریخ دفاع
- ۱۲ بهمن ۱۳۹۰
- دانشجو
- نازلی مهزاد
- استاد راهنما
- مسعود تابش
- چکیده
- هزینه¬های انرژی، درصد قابل توجهی از هزینه¬های بهره¬برداری از شبکه¬های آبرسانی را تشکیل می¬دهد. مدیریت بهینه تلفات آب و انرژی در تأسیسات آب شهری برای تأمین آب مورد نیاز متقاضیان، تضمین توجیه فنی و اقتصادی زیر ساخت ها، صیانت از محیط زیست و نیز توسعه پایدار نهایت اهمیت را دارد. برای رسیدن به این مهم، بهینه¬سازی به عنوان ابزاری قدرتمند معرفی شده است. بهینه¬سازی در سامانه¬های شهری هم در فاز طراحی و هم در فاز بهره¬برداری، مورد نیاز می¬باشد. اگر چه طراحی بهینه با در نظر گرفتن قیود هر چه بیشتر باعث می¬شود تا در دوران بهره برداری، بهره¬برداران از منابع آب با مشکلات کمتری مواجه شوند، اما بهینه-سازی طراحی قطعاً کافی نبوده و عملکرد بهینه شبکه آبرسانی مستلزم بررسی بیشتر اجزای فعال شبکه مانند پمپ¬ها، تانک¬ها و شیرآلات می¬باشد. در این رساله با معطوف شدن به فاز بهره برداری، سعی می¬شود، بهینه سازی چند هدفه عملکرد شبکه¬های آبرسانی با حداقل ساختن انرژی مصرفی برای عمل پمپاژ و حداکثر نمودن قابلیت اطمینان بهره¬برداری از اجزای شبکه شامل ایستگاه پمپاژ و تانک با استفاده از برنامه¬ریزی پمپاژ صورت گیرد. یعنی در عمل لازم است تا برنامه کاری پمپ¬ها در طول یک دوره زمانی بررسی عملکرد، مثلا یک روز، به گونه¬ای تنظیم شود تا عمل پمپاژ یا به عبارتی وضعیت عملکردی ایستگاه پمپاژ، با تغییرات تقاضا در طول روز، تغییر نموده و تا حد ممکن، با این تغییرات منطبق گردد. در کنار این امر لازم است تا قابلیت اطمینان ایستگاه پمپاژ و تانک نیز در شبکه حداکثر گردد. در این پایان نامه، جهت انطباق هر چه بیشتر حالت-های عملکردی ایستگاه پمپاژ از پمپ دور متغیر استفاده می¬شود. به منظور بهینه¬سازی عملکردی شبکه توزیع آب به علت کارایی بالا و سادگی پیاده سازی الگوریتم جامعه مورچگان، الگوریتم NA-ACO-CD در محیط Visual C++ تدوین شده و با استفاده از آن، بهینه¬سازی چند هدفه حداقل نمودن هزینه¬های انرژی پمپاژ در کنار حداکثر نمودن قابلیت اطمینان اجزای فعال شبکه شامل پمپ و تانک در کنار تأمین نمودن نیازهای گرهی شبکه انجام گرفته است. کارایی الگوریتم تدوین شده با بهینه¬سازی توابع ریاضی آزمایش، اثبات شده و قابل اجرا بر شبکه¬های توزیع آب می¬باشد. منحنی پارتو حاصل از بهینه¬سازی چند هدفه به تصمیم گیرنده این امکان را خواهد داد تا با توجه به شرایط موجود گزینه برتر را انتخاب نماید. در این پایان¬نامه نشان داده شده که بهینه-سازی تک هدفه حداقل کردن هزینه¬های انرژی مصرفی منجر به نوعی بهره¬برداری از شبکه خواهد شد که در آن قابلیت اطمینان، کمترین مقدار ممکن را خواهد داشت.
- Abstract
- A high percentage of running costs of water distribution networks is energy costs. Therefore, energy and water losses play critical roles in managing a water distribution network. In general terms, asset management is essential in order to efficiently supply the demanded water to the consumers, ensure the technical and economic feasibility of the infrastructures, preserve the environment and also it is important for sustainable developments. Accordingly, optimization methods have received great attention. Optimization of urban systems is a dynamic process which is important not only in the design phase, but also in the operational phases. A careful consideration of available constraints, requirements, and expectations of a system is a major task during the design phase. Verification and validation of the designed system is also important. Although strict and well design of a water distribution network based on the requirements and expectations of the system is essential and causes fewer problems in operational phases, it is not sufficient of a well-thought-out water distribution network. Therefore, further evaluation of active components of the system such as tanks, pumps, valves during the operation phases is also crucial. In this research, the operational phase is a major concern. A multi-objective optimization of water distribution network is conducted. Minimizing the energy costs and maximizing the reliability of different components of the system, namely, pumping stations and tanks are the two main objectives of this study which may be accomplished by means of an appropriate pumping scheduling. An appropriate pumping scheduling means that the operation of pumping stations and their pumps should be in line with the daily variation of the demanded water. In this master’s thesis, in order to ensure high compliance with the aforementioned scheduling, variable speed pumps are used in pumping stations. Because of the simplicity of the Ant Colony Algorithm which is well-developed for the optimization of water distribution networks, the NA-ACO-CD algorithm is defined in Visual C++ and used in the multi-objective optimization of WDNs with the objectives of minimizing the energy costs of pumping stations, maximizing the reliability of the active components of the system, including pumps and tanks, and also satisfying the nodal demand of the system. High performance of the developed algorithm is proven by test functions. This algorithm is efficient for optimization of WDNs. Pareto front of multi-objective optimization allows decision makers to choose a better solution according to their expectations. By comparing the obtained single solution of the single objective optimization of energy cost and the solution range obtained from the multi-objective optimization used in this research, it is concluded that considering the single objective of cost leads to the lowest reliability.
