Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék 1111, Budapest, Műegyetem rkp. 3. D ép. 334. Tel: 463-16-80.

Az előadások a következő témára: "Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék 1111, Budapest, Műegyetem rkp. 3. D ép. 334. Tel: 463-16-80."— Előadás másolata:

1 Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék 1111, Budapest, Műegyetem rkp. 3. D ép. 334. Tel: 463-16-80 Fax: 463-30-91 http://www.vizgep.bme.hu Havas András, Varga Ákos Sopron és Környéke Víz- és Csatornaművek ZRt. Kullmann László, Hős Csaba BME Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék … és még sokan mások Költségtakarékos szivattyú menetrendek

2 Az előadás tartalma A feladat típusok  Tetszőleges Q térfogatáramok (folytonos eset)  Nyíltfelszínű ágak hatása – időkésés  Előre definiált, diszkrét térfogatáramok (diszkrét eset) Genetikus algoritmusok – ipari alkalmazás?  Miért genetikus algoritmus?  A módszer leírása  Előzetes eredmények A soproni rendszer tapasztalatai  Munkapontok  Fogyasztásprognózis  Megoldási módszer  Eredmények utófeldolgozása

3 Költségtakarékos szivattyú menetrendek Az alapfeladat  Célfüggvény: minimális költség (0-24 óra között 5 villamos tarifa napközben)  Mellékfeltételek:  A fogyasztói igényeket mindenkor fedezni kell  Medencék nem ürülhetnek ki és nem telhetnek meg  Az optimálási időszak végére a medencék szintje a kiindulásival egyezzen meg (vagy legyen egy előre megadott hibahatáron belül)  A valós rendszerben a szivattyúk térfogatárama lehet folytonosan változtatható vagy fix érték.

4 Költségtakarékos szivattyú menetrendek A feladat matematikai megfogalmazása  Költség:  i=1…n idő  j=1…n sziv  Az igények kielégítése:  j=1…n kút  m=1…n med  k=1…n fogy  i=1…n idő  n fogy x n idő egyenlet  A medencék nem merülhetnek le és nem telhetnek meg:  i=1…n idő-1  m=1…n med  n idő-1 x n med egyenlet  A medencék szintje álljon vissza a kiindulóra  m=1…n med  i=1…n idő  n med egyenlet

5 Költségtakarékos szivattyú menetrendek Megoldási módszer A feladat matematikailag egy lineáris programozási feladat, a megoldási módszerek ismertek. A feladat típusától függően azonban el kell választani két esetet: Folytonos változók pl. frekvenciaváltó, tolózár Diszkrét változók jól definiált munkapontok Szimplex módszer Dinamikus programozás Lagrange-féle multiplikátor módszer Branch & Bound Genetikus algoritmusok

6 Költségtakarékos szivattyú menetrendek Nyíltfelszínű ágak kezelése A nyíltfelszínű ág hatása: tárolókapacitás (a betermelő szivattyú a vízszintet emeli) időkésés (üzemállapottól erősen függ) Kezelés: Becsült időkésések Villamos tarifák eltolása Optimalizálás Stacioner hálózatszámítás

7 Költségtakarékos szivattyú menetrendek Genetikus algoritmusok  Közös munka Bene József Gergellyel és Selek Istvánnal  A genetikus algoritmusok a természetes evolúciót másolják.  Előnyük:  Könnyű programozhatóság  A feladat tetszőleges lehet: nemlineáris, diszkrét, több célfüggvény egyszerre minimalizálható  Igen gyorsan fejlődő terület.  Hátrány:  Nincsen egzakt matematikai háttér  Nehéz objektív megállási kritériumot találni.  A paramétereket próbálkozással kell beállítani.

8 Költségtakarékos szivattyú menetrendek  0, 1, 2 : a szivattyúk 3 lehetséges üzemállapota  Pl.: 0202112120121002220101 1. szivattyú üzemállapota az 1. időszakban 2. szivattyú üzemállapota az 1. időszakban Kódolás 1 egyed: a teljes nap üzemvitele (11 időszak)

9 Költségtakarékos szivattyú menetrendek A teszthálózat medencék Kezdő szintMinimum szintMaximum szint 1. medence200 m 3 100 m 3 3600 m 3 2. medence1800 m 3 100 m 3 2000 m 3 3. medence1700 m 3 100 m 3 2000 m 3 szivattyú állomások 1. üzemállapot2. üzemállapot3. üzemállapot q [m 3 /h]P el. [kW]q [m 3 /h]P el. [kW]q [m 3 /h]P el. [kW] 1. szivattyú0010055420110 2. szivattyú00320110550200

10 Költségtakarékos szivattyú menetrendek Program konvergenciája Elit memória átlaga Utolsó elit memória: 25 % teljesíti az összes mellékfeltételt, ezek: FitneszFitnesz Generációk 66250 Ft. 65750 Ft. 64050 Ft. 63550 Ft.61850 Ft. DarabDarab

11 Költségtakarékos szivattyú menetrendek Eredmény

12 Költségtakarékos szivattyú menetrendek Fogyasztás prognózis - Bárdossy G. és Halász G.  Tipizált fogyasztáslefutások (tavasz, nyár, ősz, tél; munkanap, hétvége)  Fuzzy módszerek alkalmazása

13 Költségtakarékos szivattyú menetrendek Sopron Térségi Vízellátó Rendszer jellemző adatai  1 + 4 településen kb. 60 ezer lakos  Átlagos napi vízfogyasztás: 14 600 m 3  Maximális napi vízfogyasztás: 21 000 m 3  19 nyomásövezet  400 méter maximális szintkülönbség  Felhasznált napi villamos energia: 11347 kWh  Napi villamosenergia költsége: 215 eFt  Éves villamosenergia költsége: 75 mFt

14 Költségtakarékos szivattyú menetrendek Sopron város nyomásövezetei

15 Költségtakarékos szivattyú menetrendek A Sopron Térségi Vízellátó Hálózat

16 Költségtakarékos szivattyú menetrendek A megvalósítandó feladat:  Olyan szivattyú menetrend kiszámítása, mely minimális villamosenergia költség mellett  kielégíti a fogyasztási igényt  nem lépi túl a lekötött villamos teljesítményt és  figyelembe veszi az egyéb üzemviteli feltételeket (medencék maximális és minimális megengedett szintje stb.)

17 Költségtakarékos szivattyú menetrendek Teljesítménydíjas villamos tarifák napi alakulása

18 Költségtakarékos szivattyú menetrendek Vízfogyasztás időbeni lefutása

19 Költségtakarékos szivattyú menetrendek Az optimalizáló szoftver alkalmazásától várt eredmények  Kevesebb áramdíj  Kisebb lekötött villamos teljesítmény  Eszköz a költségcsökkentés érdekében szükséges övezetfejlesztések meghatározásában

20 Költségtakarékos szivattyú menetrendek Az optimális menetrend kiválasztásához szükséges adatok  Statikus adatok:  Szivattyúk által szállított térfogatáramok [m 3 /h]  Szivattyúk villamos teljesítmény-felvétele [kW]  Nyomóoldali medence térfogata [m 3 ]  Villamos tarifarendszer [Ft/kW]  Dinamikus adatok:  Nyomóoldali medence pillanatnyi telítettsége [m 3 ]  Az övezetek napi fogyasztás lefutása [m 3 /h] rendszergazdai (vezető mérnök) hozzáférés ir.tech.r.-ből diszpécser

21 Költségtakarékos szivattyú menetrendek Az optimalizáló szoftver és a folyamatirányító rendszer együttműködése: Optimalizáló Szoftver Folyamatirányító Rendszer Medenceszintek Szivattyúk menetrendje Statikus adatok Övezetek vízfogyasztása

22 Költségtakarékos szivattyú menetrendek A támogatott projekt: Oktatási Minisztérium által kiírt 2003. évi Műszaki Kutatás-Fejlesztési Pályázat: Üzemirányító programrendszer tervezése és megvalósítása regionális vízműhálózat optimális üzemeltetéséhez összköltség: 20.919 MFt, támogatás: 17.315 MFt

23 Költségtakarékos szivattyú menetrendek Részfeladatok: Soproni Vízmű ZRt.BME 1. Szakasz 2004 márc. – 2005 márc. Teljesítmény-távadók kiépítése Jeltovábbítás PLC programok módosítása Hálózat megismerése A szivattyúzási feladat matematikai megfogalmazása Optimáló algoritmusok felkutatása és tesztelése Kódolás 2. Szakasz 2005 márc. – 2006 okt. Grafikus felület megalkotása  Tesztelés, adaptáció, korrekció  A célszoftver összekapcsolása az irányítástechnikai rendszerrel

24 Költségtakarékos szivattyú menetrendek Sopti – kihívások  Bonyolult topológia  Egyszerűsítések szükségesek (soproni kollégák).  Végül 8 szivattyú csoport, 9 medence.  Diszkrét térfogatáramok  Elfogadhatatlanul lassú számítási idő (24 óra 1 órás bontásban 130 óra egy 2.6GHz-es PC-n).  A feladat átfogalmazása időre – folytonos lineáris feladat. A futási idő így lecsökkent kb. 3 percre.  Kutakból kivehető maximális napi vízmennyiség  Az eredeti feladatban ez nem volt benne.  A víztermelő kutak csak ritkán kapcsolhatók, így jelenleg negatív fogyasztásként vannak beépítve.  Szivattyú menetrendek és medenceszintek utólagos kezelése  15 perces optimálás a villamos energia lekötések miatt

25 Költségtakarékos szivattyú menetrendek A kezelői felület Eredmények:  szivattyú menetrendek a következő 24 órára  medencék szint-változásának prognózisa  a menetrend költsége Teljesen automata működés:  állandó összeköttetés a felügyeleti rendszerrel, így a prognosztizált és valós medenceszintek folyamatosan összehasonlíthatók  jelentős eltérés (5%) esetén automatikusan új menetrend készül  a számított menetrend - a diszpécser jóváhagyása után - automatikusan végrehajtódik

26 Költségtakarékos szivattyú menetrendek Számított menetrendek

27 Költségtakarékos szivattyú menetrendek Köszönjük megtisztelő figyelmüket!