علوم و مهندسی آب و فاضلاب

علوم و مهندسی آب و فاضلاب

مدیریت فشار در شبکه‌های توزیع آب با جانمایی بهینه توامان شیر فشار شکن و پمپ معکوس

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
پرهام وظیفه دوست صالح 1
جعفر یزدی 2
علی مریدی 3
1 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط‎زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.
2 دانشیار دانشکده مهندسی عمران، آب و محیط‎زیست، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.
3 استادیار دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران.
10.22112/jwwse.2023.389161.1355
چکیده
یکی از معضلات شبکه‌های توزیع آب، هدررفت آب در اثر نشت به‎دلیل فشار بالا در شبکه است. از این‎روی لازم است فشار شبکه را در یک بازه مناسب نگه‎داشت. از موثرترین تجهیزات بدین‎منظور شیرهای فشارشکن و پمپ‌های معکوس هستند. در این مقاله با استفاده از مرتبط کردن الگوریتم DE1 با حل‌گر هیدرولیکی EPANET تلاش‎شده است در گام نخست با استفاده از الگوریتم DE دو‌هدفه، مکان مناسب شیر‌های فشار‌شکن و نیز فشار تنظیمی آن‌ها و هم‎چنین به‎صورت هم‌زمان مکان بهینه پمپ معکوس و نوع پمپ معکوس در شبکه مشخص شود. در گام دوم با استفاده از الگوریتم تک‌هدفه DE، با ثابت نگه‎داشتن مکان شیرهای فشار‌شکن و هم‎چنین ثابت نگه‌داشتن مکان و نوع پمپ‌های معکوس (حاصله از گام نخست)، سرعت دورانی بهینه پمپ و فشار تنظیمی بهینه شیر فشارشکن در یک بازه ۲۴ ساعته، به منظور بهره‌برداری و افزایش انرژی تولیدی از شبکه مشخص می‎شود. نتایج به‌دست آمده نشان داد که می‌توان از شبکه ۱۶۰ کیلو وات ساعت در ۲۴ ساعت شبانه‌روز، انرژی استحصال نمود.
کلیدواژه‌ها
مدیریت فشار
نشت
شیر فشار‌شکن
مکان بهینه
پمپ معکوس
فشار تنظیمی

تابش، م.، (۱۳۸۵)، "مدیریت هدررفت در سیستم‌های توزیع آب ایران به روایت استاندارد ۳۰۸-الف"، اولین همایش سازگاری با کم آبی، تهران، https://civilica.com/doc/39592.

درخشان، ش.، امین‌نیا، ن.، و هاشمی، م.، (۱۳۹۴)، "تحلیل فنی اقتصادی کاربرد پمپ به‎عنوان توربین برای استحصال انرژی درشبکه­های توزیع آب"، سومین همایش ملی هیدرودینامیک کاربردی، دانشگاه علم و صنعت، https://civilica.com/doc/596809.

رئیس‌میرزاقلی، م.، و زمانیان، ع.، (۱۳۹۳)، "نیروگاه برق آبی مقیاس کوچک برروی خطوط انتقال آب"، ششمین کنفرانس انرژی‌های تجدیدپذیر، پاک و کارآمد، تهران، https://civilica.com/doc/596809. 

شاه‌حسینی، پ.، و توکلی، ه.، (۱۳۹۲)، "تحلیل شاخص‌های کیفیت زندگی شهری مورد: محله وردآورد منطقه ۲۱ تهران"، فصل‌نامه آمایش تهران، ۲۴، ۱۲۷-۱۴۴، https://ebtp.malayer.iau.ir/article_526443.html.

نوربخش، ا.، و درخشان، ش.، (۱۳۸۴)، "تحلیل رفتار پمپ و ارائه بهترین نقطه کارکرد آن در حالت چرخش به‎عنوان توربین"، نشریه دانشکده فنی، ۳۹(۶)،  ۷۵۶–۷۷۱، https://www.sid.ir/paper/14060/fa.

وزارت نیرو دفتر مهندسی و معیارهای فنی آب و آبفا، (۱۳۹۲)، "ضوابط طراحی سامانه های انتقال و توزیع آب شهری و روستایی", نشریه شماره 3-117 (بازنگری اول)، https://waterstandard.wrm.ir/cs/WRMResearch/278/220. 

Carravetta, A., Giudice, G., Fecarotta, O., Ramos, H., (2012), "Energy production in water distribution networks: A PAT design strategy", Water Resources Management, 26, 3947-3959, https://doi.org/10.3390/en12152908.

Carravetta, A., Fecarotta, O., Del Giudice, G., Ramos, H., (2014), "Energy recovery in water systems by PATs: A comparisons among the different installation schemes", Procedia Engineering, 70, 275-284, https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.02.031.

De Marchis, M., Fontanazza, C., Freni, G., (2014), "Energy recovery in water distribution networks, Implementation of pumps as turbine in a dynamic numerical model", Procedia Engineering, 70, 439-448, https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.02.049.

De Marchis, M., Freni, G., (2015), "Pump as turbine implementation in a dynamic numerical model: Cost analysis for energy recovery in water distribution network", Journal of Hydroinformatics, 17 (3), 347-360,  https://dx.doi.org/10.2166/hydro.2015.018.

Derakhshan, S.,  Nourbakhsh, A., (2008), "Experimental study of characteristic curves of centrifugal pumps working as turbines in different specific speeds", Experimental Thermal and Fluid Science, 32, 800-807, https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2007.10.004.

Ebrahimi, S., Riasi, A., Kandi, A., (2021), "Selection optimization of variable speed pump as turbine (PAT) for energy recovery and pressure management", Energy Conversion and Management, 213, 113586, https://doi.org/10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0001430.

Jafari, R., Khanjani, M., Esmaeilian, H., (2015), "Pressure management and electric power production using pumps as turbines", American Water Works Association, 107, 7, 351-363,  http://dx.doi.org/10.5942/jawwa.2015.107.0083.

Kandi, A., Moghimi, M., Tahani, M., Derakhshan, S., (2021), "Efficiency increase in water transmission systems using optimized selection of parallel pumps running as turbines", Water Resources Planning and Management, 147(10), 04021065,. https://doi.org/10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0001430.

Karadirek, I., Muhammetoglu, A., Ozen, O., Muhammetoglu, H., (2017), "Full-scale PAT application for energy production and pressure reduction in a water distribution network", Water Resources Planning and Management, 43(8), 1-12, http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0000795.

Lea García, I., Novara, D., Mc Nabola, A., (2019), "A model for selecting the most cost-effective pressure control device for more sustainable water supply networks", Water, 11(6), 1297-1316, https://doi.org/10.3390/w11061297. 

Lima, G., Junior, E., Brentan, B., (2017), "Selection of pumps as turbines substituting pressure reducing valves", Procedia Engineering, 186, 676-683, https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.06.249.

Lima, G., Luvizotto, E., Brentan, B., Ramos, H, (2017), "Leakage control and energy recovery using variable speed pumps as turbines", Water Resources Planning and Management, 144(1), 1-14, https://doi.org/10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0000852.

Motwani, K., Jain, S., Patel, R., (2013), "Cost analysis of pump as turbine for pico hydropower plants, A case Study", Procedia Engineering, 51, 721-726, https://doi.org/10.1016/j.proeng.2013.01.103. 

Stefanizzi, M., Filannino, D., Capurso, T., Camporeale, S., Torresi. M., (2023), "Optimal hydraulic energy harvesting strategy for PAT installation in water distribution networks", Applied Energy, 344, 121246, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.121246.

Tahani, M., Kandi, A., Moghimi, M., Derakhshan, S., (2020), "Rotational speed variation assessment of centrifugal pump-as-turbine as an energy utilization device under water distribution network condition", Energy, 213, 118502, https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118502.

تابش، م.، (۱۳۸۵)، "مدیریت هدررفت در سیستم‌های توزیع آب ایران به روایت استاندارد ۳۰۸-الف"، اولین همایش سازگاری با کم آبی، تهران، https://civilica.com/doc/39592.
درخشان، ش.، امین‌نیا، ن.، و هاشمی، م.، (۱۳۹۴)، "تحلیل فنی اقتصادی کاربرد پمپ به‎عنوان توربین برای استحصال انرژی درشبکه­های توزیع آب"، سومین همایش ملی هیدرودینامیک کاربردی، دانشگاه علم و صنعت، https://civilica.com/doc/596809.
رئیس‌میرزاقلی، م.، و زمانیان، ع.، (۱۳۹۳)، "نیروگاه برق آبی مقیاس کوچک برروی خطوط انتقال آب"، ششمین کنفرانس انرژی‌های تجدیدپذیر، پاک و کارآمد، تهران، https://civilica.com/doc/596809. 
شاه‌حسینی، پ.، و توکلی، ه.، (۱۳۹۲)، "تحلیل شاخص‌های کیفیت زندگی شهری مورد: محله وردآورد منطقه ۲۱ تهران"، فصل‌نامه آمایش تهران، ۲۴، ۱۲۷-۱۴۴، https://ebtp.malayer.iau.ir/article_526443.html.
نوربخش، ا.، و درخشان، ش.، (۱۳۸۴)، "تحلیل رفتار پمپ و ارائه بهترین نقطه کارکرد آن در حالت چرخش به‎عنوان توربین"، نشریه دانشکده فنی، ۳۹(۶)،  ۷۵۶–۷۷۱، https://www.sid.ir/paper/14060/fa.
وزارت نیرو دفتر مهندسی و معیارهای فنی آب و آبفا، (۱۳۹۲)، "ضوابط طراحی سامانه های انتقال و توزیع آب شهری و روستایی", نشریه شماره 3-117 (بازنگری اول)، https://waterstandard.wrm.ir/cs/WRMResearch/278/220. 
Carravetta, A., Giudice, G., Fecarotta, O., Ramos, H., (2012), "Energy production in water distribution networks: A PAT design strategy", Water Resources Management, 26, 3947-3959, https://doi.org/10.3390/en12152908.
Carravetta, A., Fecarotta, O., Del Giudice, G., Ramos, H., (2014), "Energy recovery in water systems by PATs: A comparisons among the different installation schemes", Procedia Engineering, 70, 275-284, https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.02.031.
De Marchis, M., Fontanazza, C., Freni, G., (2014), "Energy recovery in water distribution networks, Implementation of pumps as turbine in a dynamic numerical model", Procedia Engineering, 70, 439-448, https://doi.org/10.1016/j.proeng.2014.02.049.
De Marchis, M., Freni, G., (2015), "Pump as turbine implementation in a dynamic numerical model: Cost analysis for energy recovery in water distribution network", Journal of Hydroinformatics, 17 (3), 347-360,  https://dx.doi.org/10.2166/hydro.2015.018.
Derakhshan, S.,  Nourbakhsh, A., (2008), "Experimental study of characteristic curves of centrifugal pumps working as turbines in different specific speeds", Experimental Thermal and Fluid Science, 32, 800-807, https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2007.10.004.
Ebrahimi, S., Riasi, A., Kandi, A., (2021), "Selection optimization of variable speed pump as turbine (PAT) for energy recovery and pressure management", Energy Conversion and Management, 213, 113586, https://doi.org/10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0001430.
Jafari, R., Khanjani, M., Esmaeilian, H., (2015), "Pressure management and electric power production using pumps as turbines", American Water Works Association, 107, 7, 351-363,  http://dx.doi.org/10.5942/jawwa.2015.107.0083.
Kandi, A., Moghimi, M., Tahani, M., Derakhshan, S., (2021), "Efficiency increase in water transmission systems using optimized selection of parallel pumps running as turbines", Water Resources Planning and Management, 147(10), 04021065,. https://doi.org/10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0001430.
Karadirek, I., Muhammetoglu, A., Ozen, O., Muhammetoglu, H., (2017), "Full-scale PAT application for energy production and pressure reduction in a water distribution network", Water Resources Planning and Management, 43(8), 1-12, http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0000795.
Lea García, I., Novara, D., Mc Nabola, A., (2019), "A model for selecting the most cost-effective pressure control device for more sustainable water supply networks", Water, 11(6), 1297-1316, https://doi.org/10.3390/w11061297. 
Lima, G., Junior, E., Brentan, B., (2017), "Selection of pumps as turbines substituting pressure reducing valves", Procedia Engineering, 186, 676-683, https://doi.org/10.1016/j.proeng.2017.06.249.
Lima, G., Luvizotto, E., Brentan, B., Ramos, H, (2017), "Leakage control and energy recovery using variable speed pumps as turbines", Water Resources Planning and Management, 144(1), 1-14, https://doi.org/10.1061/(ASCE)WR.1943-5452.0000852.
Motwani, K., Jain, S., Patel, R., (2013), "Cost analysis of pump as turbine for pico hydropower plants, A case Study", Procedia Engineering, 51, 721-726, https://doi.org/10.1016/j.proeng.2013.01.103. 
Stefanizzi, M., Filannino, D., Capurso, T., Camporeale, S., Torresi. M., (2023), "Optimal hydraulic energy harvesting strategy for PAT installation in water distribution networks", Applied Energy, 344, 121246, https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.121246.
Tahani, M., Kandi, A., Moghimi, M., Derakhshan, S., (2020), "Rotational speed variation assessment of centrifugal pump-as-turbine as an energy utilization device under water distribution network condition", Energy, 213, 118502, https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118502.
علوم و مهندسی آب و فاضلاب
دوره 9، شماره 2
تابستان 1403
صفحه 31-42

  • تاریخ دریافت 28 فروردین 1402
  • تاریخ بازنگری 16 مهر 1402
  • تاریخ پذیرش 01 آبان 1402