Su terfi istasyonlarının yük kaydırmalı işletimi için yeni bir algoritma
A new algorithm for load shifting operation of water pumping stations
Yazar: Küçük, Hayri; Turan, Mustafa; Yaralı, Kadir; Al-sanabani, Hussein; İskefiyeli, Murat
Dergi: Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, Vol. 36 No. 4, 2020
Anahtar kelimeler: Engineering ; Mühendislik ; Energy Efficiency,Load Shifting,Optimal Pumping Scheduling,Optimization Algorithm,Water Distribution System ; Enerji Verimliliği,Yük kaydırma,Optimal Pompalama Çizelgesi,Optimizasyon Algoritması,Su Dağıtım Sistemleri

Su dağıtım sistemlerinin işletilmesindeki en yüksek gider kalemini, pompalama için kullanılan enerji maliyeti oluşturmaktadır. Çok zamanlı elektrik tarifesi ve kentsel su talebi ile bağlantılı olarak, su dağıtım sistemlerindeki istasyonlara ait pompalama çizelgesinin optimizasyonu problemi matematiksel olarak modellenebilir. Bu çalışmada, pompalama enerji maliyetini düşürmeye yönelik olarak, pompalama çizelgesinin optimizasyonu problemini çözmek için yeni bir algoritma (SDPA-sadeleştirilmiş dinamik programlama algoritması) elde edilmiştir. Yapılan simülasyonlarda SDPA’nın, konvansiyonel su seviyesi kontrolü (CWCL-conventional water level control) yaklaşımının kullanılmasıyla oluşan enerji maliyetinde, geliştirilmiş dinamik programlama algoritması (IDPA-improved dynamic programming algorithm) yaklaşımına kıyasla daha fazla tasarruf elde edebileceği sonucuna ulaşılmıştır. Ayrıca SDPA, IDPA yaklaşımında karşılaşılan karar periyodu küçülürken pompa çalışma frekansının artması probleminin de önüne geçerek, pompa açma-kapama karar sayısını oldukça düşük tutmayı başarmıştır. SDPA, Sakarya ilindeki bir su dağıtım sistemine ait bir pompalama istasyonuna uygulanmış ve puant periyodundaki enerji talebini önemli ölçüde gece periyoduna kaydırarak, CWLC yaklaşımına kıyasla enerji maliyetinde yaklaşık %12’lik bir tasarruf sağlamıştır. Su dağıtım sistemlerine ait pompalama istasyonlarında ilave yatırım yapmaksızın, sadece pompalama çizelgesinin yapılandırıldığı bu algoritmanın kullanılmasıyla, önemli ölçüde enerji tasarrufu sağlanabileceği görülmüştür.

The highest cost item in the operation of water distribution systems is the energy cost used for pumping. With regard to Time-of-Use (TOU) electricity tariffs and urban water demand, the optimization of the pumping schedule of the stations in the water distribution systems can be modeled mathematically. In this study, a new algorithm (SDPA- simplified dynamic programming algorithm) was used to solve the pumping schedule optimization problem in order to reduce the pumping energy cost. By shifting the energy demand during the on-peak period to the off-peak period, SDPA was applied to a pumping station belonging to a water distribution system in Sakarya province, a 12% saving on the cost of energy was realized.  In comparison to the IDPA (Improved dynamic programming algorithm), and CWLC (conventional water level control) approach, the simulation results showed that SDPA can achieve more savings in energy cost generated. In addition, SDPA managed to keep the count of pump on-off decisions quite small by preventing the problem of increasing pump operating frequency while the decision period getting very smaller than the decision period in IDPA approach. Therefore, we can conclude that using SDPA to reconfigure the pumping schedule without any additional investment in the pumping stations of water distribution systems, can achieve significant energy savings.