Çok aşamalı su terfi istasyonlarının enerji maliyeti yönünden optimum işletimi için yeni bir yaklaşım
A new approach for optimum operation of multi-stage water pump stations
Yazar: Al-sanabani, Hussein; İskefiyeli, Murat; Yaralı, Kadir; Küçük, Hayri; Turan, Mustafa
Dergi: Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Vol. 39 No. 2, 2022
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Multistage pumping stations,optimum operation of pumping stations,load shifting,energy efficiency,dynamic programming,optimization algorithm ; Çok aşamalı pompalama istasyonları,terfi istasyonlarının optimum işletimi,yük öteleme,enerji verimliliği,dinamik programlama,optimizasyon algoritması

Su terfi istasyonlarının enerji maliyeti yönünden optimum işletimi için yapılacak iyileştirmelerin, enerji maliyetlerini düşürürken su talebinin de sürekli olarak karşılanabilmesi önemlidir. Bu makalede, daha önceden geliştirilmiş olan SDPA (sadeleştirilmiş dinamik programlama algoritması) yaklaşımı optimize edilerek, daha geniş bir kullanım alanı sağlayacak olan yeni bir algoritma (OSDPA-optimal sadeleştirilmiş dinamik programlama algoritması) geliştirilmiştir. SDPA yaklaşımı, tek pompa ve tek depoya sahip olan basit sistemler için en iyi sonucu elde edebilir. OSDPA yaklaşımı ise tek aşamalı pompalama sistemlerini optimize etmenin yanı sıra çok aşamalı (kaskad) pompalama sistemlerini alt sistemlere bölüp, ayrı ayrı optimize ederek, karmaşık bir pompalama sisteminin tümünü optimize etmek için de kullanılabilir bir yöntemdir. Türkiye'deki Sakarya Su ve Kanalizasyon İdaresi (SASKİ) bünyesindeki çok aşamalı yapıya sahip bir su temin sistemi vaka çalışması olarak incelenmiştir. Çalışma alanındaki su temin sistemi alt sistemlere bölünerek, su talepleri ve elektrik birim fiyatları göz önünde bulundurularak, bu çalışmada önerilen OSDPA yaklaşımıyla tüm sistemin optimize edilmesi sağlanmıştır. Elde edilen sonuçlar, OSDPA yaklaşımının birim fiyatın pahalı olduğu zaman dilimindeki (puant) yüklerin birim fiyatın daha ucuz olduğu zaman periyodlarına (gece ve gündüz) ötelenmesinde oldukça başarılı olabildiğini göstermiştir. Konvansiyonel su seviyesi kontrolü (CWLC-conventional water level control) yaklaşımı ile kıyaslandığında; SDPA, pompalama maliyetlerinde ikinci aşamadaki C pompası için yaklaşık %18, B pompası için yaklaşık %22, birinci aşamadaki A pompası için yaklaşık %19 oranında tasarruf sağlarken; OSDPA C pompası için %39, B pompası için %41, A pompası için %24 oranında tasarruf sağlamıştır.

It is important to make improvements for the optimum operation of water pumping stations in order to reduce energy costs while meeting water demand continuously. In this article, a new algorithm (OSDPA-optimal simplified dynamic programming algorithm) has been developed by optimizing the previously developed SDPA (simplified dynamic programming algorithm) approach. The SDPA approach works best for simple systems with one pump and one tank. The OSDPA approach, on the other hand, can be used to optimize single-stage pumping systems, as well as an entire complex pumping system by dividing (cascading) multi-stage pumping systems into subsystems and optimizing them separately. A water supply system with a multi-stage structure for Sakarya Water and Sewerage Administration (SASKİ) in Turkey has been used as a case study. By dividing the water supply system in the study area into subsystems, taking into account water demands and electricity unit prices, the entire system was optimized with the OSDPA approach proposed in this study. The results show that the OSDPA approach can be quite successful in shifting the loads in the time period (peak) where the unit price is expensive to the time periods (night and day) where the unit price is cheaper. When compared with the conventional water level control (CWLC) approach, while SDPA saves about 18% for pump C in the second stage, about 22% for pump B, and about 19% for pump A in the first stage; OSDPA saved 39% for C pump, 41% for B pump and 24% for A pump.