Otimização energética da operação de bombas em redes de distribuição de água usando um gêmeo digital no apoio à decisão [Digital]
Dissertação
Português
681.3.06:519.852
Fortaleza, 2023.
99f.
Este trabalho utiliza um modelo de Programação Linear Inteira e um gêmeo digital no apoio à decisão da otimização energética de um sistema de distribuição de água. Para isso, é apresentada uma metodologia de integração de um sistema de supervisão e aquisição de dados (SCADA, do inglês Supervisory...
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Este trabalho utiliza um modelo de Programação Linear Inteira e um gêmeo digital no apoio à decisão da otimização energética de um sistema de distribuição de água. Para isso, é apresentada uma metodologia de integração de um sistema de supervisão e aquisição de dados (SCADA, do inglês Supervisory Control and Data Acquisition), um sistema de apoio à decisão (formado por bibliotecas Python que realizam a simulação e análise da rede hidráulica (WNTR, Water Network Tool for Resilience), previsão da demanda de consumo (Prophet) e modelagem do problema de otimização (Pyomo)) e um gêmeo digital de uma rede hidráulica. Essa integração permite que o programa SCADA realize simulações para diversos cenários utilizando o planejamento fornecido pelo sistema de apoio à decisão. O sistema de apoio à decisão realiza a leitura da rede hidráulica modelada no programa EPANET (Environmental Protection Agency Network Evaluation Tool) e envia para o programa SCADA o planejamento de acionamento das bombas, a economia prevista e se as restrições de nível dos reservatórios são atendidas para a demanda de consumo estimada. O planejamento realizado com a demanda de consumo estimada, não garantiu que as restrições de nível dos reservatórios fossem atendidas em alguns períodos. Isso foi resolvido com a associação de regras de controle no planejamento, que possibilitou o atendimento às restrições de nível e uma economia média de 19,5%. Por fim, foi verificado que a economia obtida era reduzida com o aumento da demanda de consumo, devido a redução da capacidade dos reservatórios de armazenar água nos horários em que a energia elétrica tem menor custo.
Palavras-chaves: Otimização Energética. Redes de Distribuição de Água. Sistema de Apoio a Decisão. Programação Linear Inteira. Gêmeo Digital Ver menos
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This work uses an Integer Linear Programming model and a digital twin to support the energy optimization decision of a water distribution system. For this, a methodology for Integrating a Supervisory Control and Data Acquisition System (SCADA) is presented, a decision support system (formed by...
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This work uses an Integer Linear Programming model and a digital twin to support the energy optimization decision of a water distribution system. For this, a methodology for Integrating a Supervisory Control and Data Acquisition System (SCADA) is presented, a decision support system (formed by Python libraries that perform the simulation and analysis of the hydraulic network (WNTR, Water Network Tool for Resilience), demand forecasting (Prophet) and optimization problem modeling (Pyomo)) and a digital twin of a hydraulic network. This integration allows the SCADA program to perform simulations for different scenarios using the planning provided by the decision support system. The decision support system performs the reading of the hydraulic network modeled in the EPANET program (Environmental Protection Agency Network Evaluation Tool) and sends to the SCADA program the pump activation planning, the predicted economy and if the reservoir level restrictions are met for the estimated consumption demand. The planning carried out with the estimated consumption demand did not guarantee that the reservoir level restrictions were met in some periods. This was solved with the association of control rules in the planning, which made it possible to meet the level restrictions and an average saving of 19,5%. Finally, it was verified that the savings obtained were reduced with the increase in consumption demand, due to the reduction in the capacity of the reservoirs to store water at times when electricity has lower cost.
Key-words: Energetic Optimization. Water Distribution System. Integer Linear Programming. Decision Support System. Digital Twin Ver menos
Key-words: Energetic Optimization. Water Distribution System. Integer Linear Programming. Decision Support System. Digital Twin Ver menos
Nepomuceno, Napoleão Vieira
Orientador
Castro, Aurelio Holanda de
Banca examinadora
Pinheiro, Plácido Rogério
Banca examinadora
Universidade de Fortaleza. Programa de Pós-Graduação em Informática Aplicada
Dissertação (mestrado)