Production
https://prod.org.br/article/doi/10.1590/0103-6513.146113
Production
Article

Otimização dos custos de energia elétrica na programação da captação, armazenamento e distribuição de água

Optimization of electrical energy costs in the scheduling of catchment, storage, and distribution of water

Soler, Edilaine Martins; Toledo, Franklina Maria Bragion de; Santos, Maristela Oliveira dos; Arenales, Marcos Nereu

Downloads: 0
Views: 783

Resumo

O problema abordado neste trabalho consiste na redução dos custos de energia elétrica necessária para o funcionamento de bombas hidráulicas, que são utilizadas para captar água de poços artesianos ou estações de tratamento de água para abastecer reservatórios distribuídos por bairros de uma cidade. A população é então atendida por força gravitacional. Como o custo da energia elétrica varia ao longo do dia, é necessário um planejamento do funcionamento das bombas. O problema consiste em decidir quando as bombas devem permanecer ligadas e quando deve haver transferência de água entre os reservatórios para que a demanda de cada reservatório seja atendida, minimizando os custos com energia elétrica. Este problema é modelado como um problema de programação linear inteira, e uma solução heurística é proposta. Experimentos computacionais mostram a eficiência da heurística e como a abordagem pode ser utilizada para analisar o impacto de alterações na infraestrutura do sistema de abastecimento.

Palavras-chave

Abastecimento de água. Planejamento. Energia elétrica. Programação inteira mista. Heurística.

Abstract

The problem considered in this paper consists of the reduction of electrical energy costs necessary for the operation of hydraulic pumps, which are used to collect water from artesian wells or from a Water Treatment Station to fill water tanks located in many districts of a city. The water is then supplied by gravitational force. Because the cost of electrical energy varies throughout the day, a pump running schedule is necessary. The problem consists of determining when the pumps must be on and when there must be water transfer among tanks to ensure that the demand of each water tank be supplied, thereby minimizing the costs of electrical energy. This problem was modeled as an integer linear optimization problem, and a heuristic solution to the problem is proposed. Computational experiments show the efficiency of the heuristic and highlight how the approach can be used to analyze the impact of changes in the infrastructure of the water supply system.

Keywords

Water supply. Scheduling. Electric energy. Mixed integer linear programming. Heuristic methods.

References

Bagirov, A. M., Barton, A. F., Mala-Jetmarova, H., Al Nuaimat, A., Ahmed, S. T., Sultanova, N., & Yearwood, J. (2013). An algorithm for minimization of pumping costs in water distribution systems using a novel approach to pump scheduling. Mathematical and Computer Modelling, 57(3-4), 873-886. http://dx.doi.org/10.1016/j.mcm.2012.09.015.

Bøaszczyk, J., Karbowski, A., Krawczyk, K., Malinowski, K., & Allidina, A. (2012). Optimal pump scheduling for large scale water transmission system by linear programming. Journal of Telecommunications and Information Technology, 3, 91-96.

Cordeau, J.-F., Gendreau, M., Laporte, G., Potvin, J.-Y., & Semet, F. (2002). A guide to vehicle routing heuristics. The Journal of the Operational Research Society, 53(5), 512-522. http://dx.doi.org/10.1057/palgrave.jors.2601319.

Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística. (2011). Atlas de Saneamento. Recuperado em 18 de Abril de 2013, de http://www.ibge.gov.br/home/estatistica/populacao/atlas_saneamento/default_zip.shtm.

Jowitt, P. W., & Germanopoulos, G. (1992). Optimal pump scheduling in water-supply networks. Journal of water Resources Planning and Manegement, 118, 416-422.

Little, K. W., & McCrodden, B. J. (1989). Minimization of raw water pumping cost using MILP. Journal of Water Resources Planning and Management, 115(4), 511-522. http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9496(1989)115:4(511).

López-Ibáñez, M., Prasad, T. D., & Peachter, B. (2008). Ant colony optimization for optimal control of pumps in water distribution networks. Journal of Water Resources Planning and Management, 134(4), 337-346. http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9496(2008)134:4(337).

McCormick, G., & Powell, R. S. (2004). Derivation of near-optimal pump schedules for water distribution by simulated annealing. The Journal of the Operational Research Society, 55(7), 728-736. http://dx.doi.org/10.1057/palgrave.jors.2601718.

Ormsbee, L., & Lansey, K. (1994). Optimal control of water supply pumping systems. Journal of Water Resources Planning and Management, 120(2), 237-252. http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9496(1994)120:2(237).

Puleo, V., Morley, M., Freni, G., & Savić, D. (2014). Multi-stage linear programming optimization for pump scheduling. Procedia Engineering, 70, 1378-1385. http://dx.doi.org/10.1016/j.proeng.2014.02.152.

Toledo, F. M. B., Santos, M. O., Arenales, M. N., & Seleghim Junior, P. S. (2008). Logística de distribuição de água em redes urbanas: racionalização energética. Pesquisa Operacional, 28(1), 75-91. http://dx.doi.org/10.1590/S0101-74382008000100005.

Tsutiya, M. T. (2006). Redução do custo de energia elétrica em sistemas de abastecimento de água. Rio de Janeiro: Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental.

Ulanicki, B., Kahler, J., & See, H. (2007). Dynamic optimization approach for solving an optimal scheduling problem in water distribution systems. Journal of Water Resources Planning and Management, 133(1), 23-32. http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9496(2007)133:1(23).
5883a4667f8c9da00c8b48eb production Articles
Links & Downloads

Production

Share this page
Page Sections