Otimização energética em sistemas de abastecimento de água utilizando o EPANET

Abstract

A água é um recurso indispensável para a vida: precisamos dela tanto para o consumo quanto para a realização de tarefas das mais variadas. Para que tenhamos a nosso dispor toda a água necessária, é fundamental que os sistemas de abastecimento de água funcionem corretamente, levando água em qualidade e quantidades adequadas à população. Para isso, os sistemas de abastecimento utilizam bombas hidráulicas para elevar a água de modo a atender a demanda. Porém, isso envolve um alto custo elétrico, sendo do interesse das empresas de abastecimento diminuírem os mesmos. Além disso, a infraestrutura e os aspectos hidráulicos desses sistemas afetam diretamente o abastecimento da população e os custos com energia elétrica. Deste modo, este trabalho utiliza um modelo de programação linear inteira mista para otimização energética que considera condições estruturais do sistema e zonas de pressão, a fim de testar as soluções obtidas em um simulador hidráulico e avaliar o desempenho da rede e das soluções obtidas para cada uma das condições estruturais analisadas. Testes numéricos com duas redes hipotéticas propostas na literatura foram realizados, e as soluções obtidas juntamente com as redes consideradas foram implementadas no simulador hidráulico EPANET, testando e avaliando o funcionamento da rede em todos os períodos, para todos os dados originais, condições estruturais e soluções obtidas pelo modelo matemático. As simulações realizadas no EPANET comprovam a qualidade das soluções obtidas pelo modelo e sua viabilidade de aplicação.

Water is an indispensable resource for life: we need it both for consumption and for carrying out the most varied tasks. In order to have all the necessary water at our disposal, it is essential that the water supply systems work correctly, bringing water of adequate quality and quantities to the population. For this, the supply systems use hydraulic pumps to raise the water in order to meet the demand. However, this involves a high electrical cost, and it is in the interest of the supply companies to reduce them. In addition, the infrastructure and hydraulic aspects of these systems directly affect the population's supply and electricity costs. Thus, this work uses a mixed integer linear programming model for energy optimization that considers structural conditions of the system and pressure zones, in order to test the solutions obtained in a hydraulic simulator and evaluate the performance of the network and the solutions obtained for each one of the structural conditions analyzed. Numerical tests with two hypothetical networks proposed in the literature were carried out, and the solutions obtained along with the considered networks were implemented in the EPANET hydraulic simulator, testing and evaluating the operation of the network in all periods, for all original data, structural conditions and solutions obtained by the mathematical model. The simulations carried out in EPANET prove the quality of the solutions obtained by the model and its application feasibility.