Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

1111, Budapest, Műegyetem rkp. 3. D ép. 3. em Tel: 463 16 80 Fax: 463 30 91 www.hds.bme.hu Vízműhálózatok szivattyú-üzemvitel optimalizációja Bene József.

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "1111, Budapest, Műegyetem rkp. 3. D ép. 3. em Tel: 463 16 80 Fax: 463 30 91 www.hds.bme.hu Vízműhálózatok szivattyú-üzemvitel optimalizációja Bene József."— Előadás másolata:

1 1111, Budapest, Műegyetem rkp. 3. D ép. 3. em Tel: Fax: Vízműhálózatok szivattyú-üzemvitel optimalizációja Bene József Dr. Hős Csaba KLENEN 2012 – Klímaváltozás, energiatudatosság, energiahatékonyság Mátraháza, március 9.

2 Előadásom vázlata Vízműhálózatok szivattyú-üzemvitel optimalizációja Ivóvízhálózatok bemutatása, optimalitás fogalma Különböző méretű problémák megoldása (kicsi  nagy) Egy szivattyú-egy medence 4-5 szivattyú és medence 8-10 szivattyú és medence ~50 szivattyú Összefoglalás

3 Problémafelvetés Vízműhálózat üzemvitel optimalizálás dinamikus programozással

4 Ivóvízhálózat Kapcsolt szivattyú üzemvitel optimalizálás és hálózatszámítás Cél: fogyasztói igények maradéktalan kielégítése a lehető legkisebb villamos költség (energiafelhasználás) mellett

5 Ivóvízhálózat elemei Kapcsolt szivattyú üzemvitel optimalizálás és hálózatszámítás Víznyerőhelyek (egyenletes kitermelés) Szivattyúk (munkapont?) Medencék (tárolókapacitás) Fogyasztási elvételi helyek (előrejelzés) Villamos energia (tarifarendszer)

6 Optimalizálási feladat Kapcsolt szivattyú üzemvitel optimalizálás és hálózatszámítás Időben diszkrét (a túl gyakori szivattyú kapcsolások kedvezőtlenek) Mellékfeltételekkel erősen terhelt, pl.: Medence kapacitás határok Kút kitermelés egyenletesség (kevés üá. változtatás) Lekötött teljesítmények Hálózati nyomások Óriási keresési tér, kimerítő keresés lehetetlen (később részletesen) Modellezési kérdések : Ki/be kapcsolható és/vagy frekvenciaváltós szivattyúk (nemlineáris) Diszkrét munkapontok vagy hálózatszámítás szükséges (nemlineáris) Csúcs-völgy tarifarendszer vagy zsinórtarifa (költségopti = energiaopti) Fogyasztások modellezése

7 1 szivattyú – 1 medence, hidraulikával (pl.: Eger) Optimalitás megérthető Vízműhálózat üzemvitel optimalizálás dinamikus programozással

8 Gazdaságosság fogalma Kapcsolt szivattyú üzemvitel optimalizálás és hálózatszámítás Cél: adott vízmennyiség betáplálása a hálózatba a lehető legkisebb energiaráfordítással. A szivattyú fordulatszáma változtatható. Mérőszámok: szivattyú hatásfok szivattyú fajlagos energiafelhasználás Meghatározás méréssel

9 Hatásfokok Kapcsolt szivattyú üzemvitel optimalizálás és hálózatszámítás n = 565, 795, 1025, 1255, /min H 

10 Kagylódiagram Kapcsolt szivattyú üzemvitel optimalizálás és hálózatszámítás n = 565, 795, 1025, 1255, /min H   = 0.32  = 0.24  = 0.33  = 0.30

11 Fajlagosok Kapcsolt szivattyú üzemvitel optimalizálás és hálózatszámítás n = 565, 795, 1025, 1255, /min H f

12 f = áll diagram Kapcsolt szivattyú üzemvitel optimalizálás és hálózatszámítás n = 565, 795, 1025, 1255, /min H f f = 1,6  10 5 J/m 3 f = 2  10 5 J/m 3 f = 3  10 5 J/m 3 f = 5,7  10 5 J/m 3

13 Hatásfok vs. Fajlagos energia felhasználás Vízműhálózatok szivattyú-üzemvitel optimalizációja H’ f = 200 J/dm 3 f = 300 J/dm 3 Cél: 10 dm 3 Víz legjobb hatásfokú legkisebb fajl. pont Munka2,5 kJ2 kJ Töltési idő3,84 s6,06 s  = 0.33  = 0.32  = 0.30

14 Napi üzemvitel Vízműhálózatok szivattyú-üzemvitel optimalizációja 1.Medence ürítés 2.Fenékszint „követése” 3.Töltés 2 & 3.: optimális fajlagosú pontok sorozata

15 4-5 szivattyú és medence, hidraulika nélkül (pl.: Duna Menti Regionális Vízművek) Globális optimum elérhető (?) Vízműhálózat üzemvitel optimalizálás dinamikus programozással

16 Megoldás dinamikus programozással Vízműhálózat üzemvitel optimalizálás dinamikus programozással Bellmann-egyenlet: V opt (x(k+1)) = min u(t) {V(x(k)) + a(u(k), k)} Több medence esete! …  …         t01kk+124 medenceszint V min V max   

17 Dinamikus programozás tulajdonságai Vízműhálózat üzemvitel optimalizálás dinamikus programozással Előnyök: A kimerítő kereséshez képest lényegesen kisebb keresési tér Mellékfeltételek tovább csökkentik a csomópontok számát Hátrányok: Az állapottér diszkretizálása miatti információvesztés  globális optimum nem garantált Még így is nagy a keresési tér „Curse of dimensionality” Jelen állapotban nem alkalmazható ipari problémánkra.

18 Ötlet: permutációs invariancia kihasználása (fix Q-k) Vízműhálózat üzemvitel optimalizálás dinamikus programozással … medenceszint t0123 {1 1 0} {1 0 1} {0 1 1} Előny: Automatikus és tökéletes diszkretizáció  globális optimum Ehhez a medencék diszkretizálását végtelen kis részekre kellene diszkretizálni. 2 bekapcsolás, 1 kikapcsolás

19 Menetrend (CPU idő < 1s) Vízműhálózat üzemvitel optimalizálás dinamikus programozással Globális optimum!

20 8-10 szivattyú és medence, hidraulika nélkül (pl.: Sopron) „Jó” megoldás determinisztikus módszerrel Vízműhálózat üzemvitel optimalizálás dinamikus programozással

21 Megoldás: közelítő dinamikus programozás Vízműhálózat üzemvitel optimalizálás dinamikus programozással Előző módszer hátránya: nagyméretű hálózatokra még mindig túl nagy a keresési tér Alap DP, de ne diszkretizáljuk az összes medencét! Hálózatfüggő megoldás Csak 2 medence diszkretizált (A rácsot csak 2 medence határozza meg)  állapottér mérete csak pl Többi medencének csak ellenőrizzük a szintjét Közelítő módszer Medencepárosítás: intuíció vagy sok tesztfuttatás

22 Eredmények Vízműhálózat üzemvitel optimalizálás dinamikus programozással Futási idő < 1 perc

23 47 szivattyú és 11 medence, hidraulikával (Budapest) „Jó” megoldás heurisztikus módszerrel Vízműhálózat üzemvitel optimalizálás dinamikus programozással

24 A budapesti hálózat Kapcsolt szivattyú üzemvitel optimalizálás és hálózatszámítás Az alapzónában (bal oldali kép) és a keletpesti zónában helyezkednek el a teljes energiafogyasztás 85%-át kitevő szivattyúk Hidraulikai számítás szükséges Az optimalizálás tárgya: szivattyú menetrendek (47 db sziv.) tolózár menetrendek (11 db tz.) (medencék kizárása) (11 db tz.)

25 Sebesség Kapcsolt szivattyú üzemvitel optimalizálás és hálózatszámítás 1.MODELLEZÉS: hidraulikai modell egyszerűsítése 2.HÁLÓZATSZÁMÍTÁS: hálózatszámító algoritmus gyorsítása 3.OPTIMALIZÁLÁS: optimalizáló genetikus algoritmus hatékonyságának növelése 4.ERŐFORRÁS: párhuzamosítás, jobb PC A hálózatszámítás kb. sok 100 vagy 1000 nemlineáris algebrai egyenlet megoldását igényli  A hálózatszámítás drasztikusan lelassítja a futást (több százezer kiértékelés * 24 stacionárius hálózatszámítás) Összehasonlításképpen: soproni hálózat esetén kb. 2 millió kiértékelés szükséges (a teljes keresési tér: 5*10 74 ) 1 mp / kiértékelés (24 stac. hálózatszámítás) esetén 23 nap

26 Végleges modell Kapcsolt szivattyú üzemvitel optimalizálás és hálózatszámítás

27 A megvalósult programról Kapcsolt szivattyú üzemvitel optimalizálás és hálózatszámítás C++ nyelven Optimalizáló: Bene József, hálózatszámítás: Hős Csaba 1020 kB programkód (> karakter) Kb 4 nagyságrendnyi gyorsítás a kezdethez képest Megvalósítható üzemvitel kb. 2 óra alatt, teljes (?) optimalizálás 2 nap

28 Összefoglalás Vízműhálózat üzemvitel optimalizálás dinamikus programozással

29 Összefoglalás Vízműhálózatok szivattyú-üzemvitel optimalizációja Méret Hidraulikai számítás Gyakorlati példa MegoldóEredményFolyóiratcikk 1 medence- 1 szivattyú kapcsolt(Eger)„fizika” Optimalitás megérthető Bene J G, Hős Cs Finding Least ‐ Cost Pump Schedules for Reservoir Filling with a Variable Speed Pump JOURNAL OF WATER RESOURCES PLANNING AND MANAGEMENT-ASCE, elfogadva, doi: /(ASCE)WR medence és szivattyú a priori Dunamenti Regionális vízművek dinamikus progra- mozás Globális optimum J.G. Bene, I. Selek Water Network Operational Optimization: Utilizing Symmetries in Combinatorial Problems by Dynamic Programming PERIODICA POLYTECHNICA CIVIL ENGINEERING, elfogadva 8-10 medence és szivattyú a prioriSopron dinamikus progra- mozás „Jó” eredmény Folyamatban: WATER RESOURCES AND RESEARCH 12 medence, 47 szivattyú kapcsoltFővíz genetikus algoritmus „Jó” eredmény Bene J G, Selek I, Hős Cs Neutral Search Technique for Short-Term Pump Schedule Optimization. JOURNAL OF WATER RESOURCES PLANNING AND MANAGEMENT- ASCE 136:(1) pp (2010) + folyamatban: APPLIED SOFT COMPUTING

30 Köszönöm szépen a figyelmet! Vízműhálózatok szivattyú-üzemvitel optimalizációja Kérdések? Észrevételek?


Letölteni ppt "1111, Budapest, Műegyetem rkp. 3. D ép. 3. em Tel: 463 16 80 Fax: 463 30 91 www.hds.bme.hu Vízműhálózatok szivattyú-üzemvitel optimalizációja Bene József."

Hasonló előadás


Google Hirdetések