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Title in Portuguese: Utilização de um algoritmo genético híbrido na operação de sistemas de abastecimento de água com ênfase na eficiência energética
Title: Using a hybrid genetic algorithm in the operation of water supply systems with emphasis on energy efficiency
Author: Costa, Luis Henrique Magalhães
Advisor(s): Castro, Marco Aurélio Holanda de
Keywords: Recursos hídricos
Algoritmos genéticos
Abastecimento de água
Issue Date: 2010
Citation: COSTA, L H. M. Utilização de um algoritmo genético híbrido na operação de sistemas de abastecimento de água com ênfase na eficiência energética. 2010. 146 f. Tese (Doutorado em Engenharia Civil: Recursos Hídricos)-Centro de Tecnologia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2010.
Abstract in Portuguese: Utilização de um algoritmo genético híbrido na operação de sistemas de abastecimento de água com ênfase na eficiência energética. Fortaleza, 2010. 146 p. Tese (Doutorado) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2010. Em geral, as regras operacionais dos Sistemas de Abastecimento de Água (SAAs) visam à garantia da continuidade do abastecimento público, sem a consideração da variação da tarifa energética ao longo do dia. Este fato ocasiona o aumento do custo energético gerado pelos motores das bombas em funcionamento. Entretanto, além da utilização eficiente da tarifa energética, outros aspectos devem ser considerados na operação de um SAA tais como, a gama de combinações possíveis de regras operacionais, a variação da demanda hídrica e a manutenção dos níveis dos reservatórios e das pressões nos pontos de consumo dentro de seus limites préestabelecidos. Isto motivou o desenvolvimento desta pesquisa, que tem como objetivo fornecer ao operador condições de operacionalidade nas estações elevatórias do sistema de forma racional, não dependendo somente de sua experiência profissional. Desta forma, apresenta-se neste trabalho um modelo computacional de apoio à tomada de decisão com vistas à minimização dos gastos com energia elétrica. Para tanto, fundamenta-se na junção da técnica dos Algoritmos Genéticos (AGs) e do simulador hidráulico EPANET. O AG é responsável pela busca de estratégias operacionais com custo energético reduzido, enquanto que a avaliação do desempenho hidráulico dessas estratégias é feita pelo EPANET. Além disso, devido à alta aleatoriedade característica dos AGs, foi incorporado ao mesmo um conjunto de algoritmos determinísticos visando tornar o processo o menos estocástico possível. Com o acoplamento destes algoritmos ao AG padrão desenvolveu-se um Algoritmo Genético Híbrido (AGH). A metodologia proposta foi avaliada por meio de três estudos de casos, sendo dois hipotéticos e um real, localizado na cidade de Ourém, em Portugal. Os resultados obtidos nos três estudos de caso demonstram a superioridade do AGH em relação ao AG padrão, tanto pelo encontro de melhores soluções, como na redução considerável do tempo computacional demandado para tal feito. Finalmente, espera-se que o desenvolvimento dessa metodologia possa contribuir para o uso de modelos de otimização na operação de SAAs em tempo real.
Abstract: Use of hybrid genetic algorithm in the operation in water supply system considering energy efficiency. Fortaleza, 2010. 146 p. Thesis (Doctorate) - Federal University of Ceará, Fortaleza, 2010. In general, operational rules applied to water distribution systems are created to assure continuity of the public water supply, without taking into account variations of the energy costs during a day. This causes an elevation of the energy costs due to the pumps. Furthermore besides rational use of energy by the pumps, there are other aspects which should be considered in order to achieve an optimized operation of a water transmission system, such as the daily variation of the water demand and the requirements regarded minimum and maximum water levels in the tanks and pressure requirements in the nodes of the water network. The objective of the present work is to develop a computer code which will determine on optimized operation rule for the system which will reach minimum costs of energy used by the pumps. The system is based in the use of Genetic Algorithms (GA) and the hydraulic network computer system EPANET. The GA for of the system is responsible for the search for rules of low energy costs and the hydraulic calculations are done by EPANET. Besides, one major innovation proposed by this research is the introduction of the Hybrid Genetic Algorithm which in order to reduce the stochastic standard aspect of the GA. The proposed methodology was applied to three study cases: two hypothetical and one real which was located in the city of the Ourém, Portugal. The results of these three study cases clearly show the superiority of the hydrid GA over the standard GA. The hybrid GA not only obtained better solution but also took much less time to run. Finally, it is expected that the use of this methodology will lead to more real time applications.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/17092
metadata.dc.type: Tese
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