عنوان پایان‌نامه
بهینه سازی عملکرد پمپ و کیفیت آب در شبکه های توزیع آب
- رشته تحصیلی
- مهندسی عمران - مهندسی آب
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس یک فنی شماره ثبت: 1794;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 58550
- تاریخ دفاع
- ۲۳ اردیبهشت ۱۳۹۲
- دانشجو
- نادیا بابائی
- استاد راهنما
- مسعود تابش, سارا نظیف
- چکیده
- امروزه بهره¬برداری بهینه از شبکه¬های توزیع آب در جهت بهبود عملکرد آنها، بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است. در این راستا، بررسی چالش¬هایی همچون هزینه¬های انرژی مصرفی و مواد ضدعفونی کننده جهت ارتقای کیفیت آب و همچنین لحاظ نمودن اطمینان‌پذیری سیستم‌های تامین و توزیع آب با در نظر گرفتن محدودیت¬های اقتصادی و نیز کارکرد حداقلی سیستم در وضعیت رخداد شرایط نامطلوب، ضرورت دارد. برای رسیدن به این مهم، بهینه¬سازی به عنوان ابزاری قدرتمند معرفی شده است. بدین منظور در این تحقیق، بهینه¬سازی چند¬هدفه عملکرد این شبکه¬ها در قالب شش سناریو با منظور نمودن حالات مختلف، با بحث بر روی تاثیر نحوه تزریق کلر، وضعیت دور پمپ و نوع روش تحلیل، برای تامین اهداف حداقل¬نمودن هزینه انرژی مصرفی، حداقل نمودن هزینه کلرزنی، حداکثر¬نمودن قابلیت ¬اطمینان هیدرولیکی و حداکثر نمودن قابلیت ¬اطمینان کیفی شبکه توزیع آب، بر روی شبکه Anytown (Murphy et al., 1994) مورد بررسی قرار می¬گیرد. به منظور بهینه¬سازی عملکرد شبکه توزیع آب، الگوریتم NA-ACO-CD از خانواده الگوریتم جامعه مورچگان به علت کارایی بالا، در محیط Visual C++ تدوین شده و مورد استفاده قرار گرفته است. نتایج حاصل از بهینه¬سازی چند¬هدفه در قالب منحنی پارتو، در مقایسه با بهینه¬سازی تک¬هدفه که تنها یک جواب بهینه را بدون توجه به ابعاد مختلف شبکه ارائه می¬کند، به تصمیم¬گیرنده این امکان را خواهد داد تا با توجه به شرایط موجود گزینه برتر را انتخاب نماید. در این تحقیق نشان داده شده که بهینه سازی تک هدفه حداقل نمودن هزینه های انرژی مصرفی، منجر به نوعی بهره برداری از شبکه می شود که در آن قابلیت اطمینان از حداقل ممکن، برخوردار خواهد بود. همچنین در این تحقیق، از نقطه نظر هیدرولیکی، جهت انطباق هر چه بیشتر حالت¬های عملکردی ایستگاه پمپاژ با تقاضای شبکه، استفاده از پمپ دور متغیر و از نقطه نظر کیفی، تزریق کلر با نرخ متغیر توصیه می¬شود. با توجه به بررسی تاثیرات دور پمپ و نحوه تزریق کلر و همچنین نوع روش تحلیل در تامین اهداف بهینه¬سازی چند¬هدفه در شبکه¬های توزیع آب در این تحقیق، بعنوان نتایج این مطالعه، می¬توان به مواردی همچون کاهش هزینه انرژی مصرفی و کلرزنی با استفاده از پمپ دور متغیر و نرخ متغیر تزریق کلر، تامین قابلیت اطمینان کیفی در حد قابل قبول، بدون نیاز به بوستر پمپ جهت تزریق کلر در گره های شبکه و همچنین کاهش هزینه های کیفی شبکه در صورت استفاده از روش تحلیلی مبتنی بر فشار اشاره نمود. از سوئی از آنجا که در روش تحلیل مبتنی بر فشار، کاهش قابلیت اطمینان کیفی در اثر عدم تامین دبی لازم، با تزریق کلر اضافی جبران می¬شود و این شاخص افزایش می¬یابد، باید در این روش تحلیل، شاخص نامبرده فارغ از دبی موردنیاز شبکه محاسبه و قبل از آن، شبکه به لحاظ هیدرولیکی قابل اطمینان شود. همچنین نیاز به بهبود رابطه قابلیت اطمینان هیدرولیکی ارائه شده با لحاظ نمودن اجزای دیگر شبکه علاوه بر پمپ، جهت ارتقای آن و در نتیجه ارتقای قابلیت اطمینان تلفیقی شبکه احساس می¬شود.
- Abstract
- In recent decades high attention is paid to optimal operation of water distribution networks (WDNs). In this regard, the system operation costs including energy and disinfection chemicals as well as system reliability should be considered in system performance optimization to provide the minimum level of performance in failure condition and manage economic limitations. Optimization as a powerful tool can be used to achieve these objectives simultaneously. For this purpose, in this study, multi objective optimization of the water distribution networks performance in six different scenarios is considered. In these scenarios the effects of time dependent chlorine injection and pump speed, system analysis method as well as different objective functions of minimizing energy costs, minimizing disinfection costs, maximizing hydraulic reliability and maximizing quality based reliability are incorporated. A hypothetical water distribution network named Anytown network proposed by Murphy et al. (1994) is used as the case study of this paper. As the optimization method, NA-ACO-CD algorithm from ACO family is used because of its high efficiency. The optimization code is developed in Visual C++ environment. Providing the multi objective optimization results in the form of pareto solutions curve rather than single optimization which just considers one aspect in system optimization, makes it easier for decision makers to consider different aspects simultaneously and select the best solution. In this study, it is shown that just considering the minimizing cost of energy leads to minimum reliability in system performance. To better manage hydraulic behavior and water quality in the WDN considering temporal variations of demand it is suggested to use variable speed pumps as well as injecting chlorine with variable rate. Regarding the effects of application of variable speed pumps and time dependent chlorine injection as well as the system analysis method, the improvements such as reduction in energy and disinfection costs using variable speed pumps and time dependent chlorine injection, increase in quality based reliability without buster pumps application for chlorine injection and decrease in disinfection costs in application of HDSM (head driven simulation method); are achieved. In HDSM simulation of WDN, the decrease in qualitative reliability because of shortages in water supply, can be mitigated through extra chlorine injection and qualitative reliability increases. To deal
