Βελτιστοποίηση αξιοποίησης γεωθερμικού πεδίου χαμηλής ενθαλπίας με βάση το συνολικό κόστος άντλησης και το κόστος δικτύου
Creators: name: Σπανοπούλου, Νίκη Ειρήνη Σπυρίδωνος
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2019
Subjects: Γεωθερμική ενέργεια
Γενετικός αλγόριθμος
Κόστος άντλησης
Geothermal energy
Genetic algorithm
Pumping cost

description: Σκοπός της παρούσας διπλωµατικής εργασίας είναι η βελτιστοποίηση της διαχείρισης ενός γεωθερµικού πεδίου χαµηλής ενθαλπίας με δύο ζώνες διαφορετικής μεταφορικότητας, µε στόχο την ελαχιστοποίηση του κόστους άντλησης, λαμβάνοντας υπ’ όψιν: α) την πτώση στάθμης στις παρειές των πηγαδιών, β) το κόστος απόσβεσης του δικτύου μεταφοράς του νερού από τις γεωτρήσεις σε μια κεντρική δεξαμενή και γ) το πρόσθετο κόστος άντλησης, το οποίο εξαρτάται από το απαιτούμενο υδραυλικό φορτίο σε κάθε πηγάδι. Συγκεκριµένα, ζητείται η βέλτιστη χωροθέτηση των γεωτρήσεων σε έναν τετραγωνικό γεωθερμικό υδροφορέα και η βέλτιστη κατανομή των παροχών σ’ αυτές, καθώς και η σχεδίαση του δικτύου μεταφοράς του νερού από τα πηγάδια προς την κεντρική δεξαμενή. Ιδιαίτερο ενδιαφέρον δόθηκε στον υπολογισμό των ταχυτήτων σε κάθε αγωγό μεταφοράς του νερού, δίνοντας τη δυνατότητα επιλογής μεταξύ δύο διαφορετικών διαμέτρων, ώστε η ταχύτητα να βρίσκεται μέσα σε συγκεκριμένα όρια. Στη συνέχεια υπολογίστηκαν οι απώλειες λόγω τριβής στους σωλήνες. Κατόπιν, έχοντας ως δεδομένο το υδραυλικό φορτίο στη δεξαμενή και τις διαδρομές του νερού από κάθε πηγάδι προς αυτήν, υπολογίστηκαν τα απαιτούμενα υδραυλικά φορτία σε όλα τα πηγάδια, καθώς και το πρόσθετο κόστος άντλησης. Η βελτιστοποίηση πραγματοποιήθηκε με τη μέθοδο των γενετικών αλγορίθμων, που έχει χρησιμοποιηθεί με επιτυχία σε παρόμοια προβλήματα, με τη βοήθεια κατάλληλου υπολογιστικού κώδικα σε γλώσσα προγραμματισμού Qbasic. Για τον έλεγχο του υπολογιστικού κώδικα αρχικά εξετάσθηκαν ορισμένες απλούστερες περιπτώσεις με γνωστές βέλτιστες λύσεις, ώστε να είμαστε σίγουροι ότι δουλεύει σωστά. Στη συνέχεια ακολούθησε η επίλυση του κύριου προβλήματος, καθώς και κάποιων παραλλαγών του, που αφορούσαν τις τιμές της μεταφορικότητας στις 2 ζώνες του υδροφορέα. Τα αποτελέσματα των διάφορων παραλλαγών συγκρίθηκαν μεταξύ τους, ερμηνεύθηκαν οι διαφορές και επιβεβαιώθηκε η αξιοπιστία τους
description: The aim of this Diploma Thesis is to optimize the exploitation system of a low enthalpy geothermal field with two zones of different transmissivities. Three major cost components have been taken into account: a) pumping cost, b) amortization of the construction cost of the network that connects the wells with a central tank and c) an additional pumping cost, depending on the required hydraulic head at each well. In particular, the optimal location of the wells in a square geothermal area is sought, together with the optimal distribution of the total required flow rate to them. Moreover, the design of the pipe network that connects the wells to the central tank is part of the optimization problem. Particular attention was paid to the calculation of the water velocity in each pipe, allowing choice between two different pipe diameters, so that the velocity was kept within specific limits. Then frictional losses in the pipes were calculated. Given the required hydraulic head at the tank and the water route from each well to the tank, the hydraulic head at each well was calculated, as well as the additional pumping cost. The method of genetic algorithms has been chosen as the optimization tool, since it has been used successfully in similar problems. The respective computer code has been written in Quick Basic. The code has been tested using certain simpler cases, with known optimal solutions. Then the main problem has been addressed, and a set of almost equivalent suboptimal solutions has been derived. Moreover, certain variations regarding the transmissivity values of the aquifer zones have been studied. The respective results have been analyzed and compared, verifying implicitly the validity of the derived solutions