Resumo
Algoritmos para otimização de energia – O objetivo geral desta Tese é investigar metodologias que permitam obter, em tempo real, os parâmetros operacionais de redes hidráulicas pressurizadas, para minimizar o consumo e/ou custo de energia, garantindo o cumprimento das condições de operação, necessárias para uma qualidade de serviço adequada. Como esta é a área de operação diária da rede, uma das condições essenciais que os métodos de otimização devem atender, é uma resposta rápida o suficiente para que, não apenas as soluções mais avançadas estejam disponíveis, conveniente no momento da execução das instruções de operação, mas também possibilitar um procedimento flexível que permita responder a possíveis mudanças nas previsões ou eventos que possam ocorrer. A otimização energética dos subsistemas de transporte de água e o dos subsistemas de distribuição face às diferentes características que pode ser visto neles. Na parte relativa aos subsistemas de distribuição, especialmente no caso de um sistema de irrigação com bombeamento direto para a rede, os métodos meta-heurísticos de otimização, fazendo várias contribuições originais destinadas a melhorar a eficiência computacional do mesmo, devido à necessidade de obter uma resposta com suporte rápido para a tomada de decisões em tempo real. Em relação aos subsistemas de transporte, a aplicabilidade do método determinístico de otimização por programação linear, tendo em vista as importantes vantagens que apresenta em relação aos demais métodos gerais de otimização. Da mesma forma, no contexto dos subsistemas de transporte, trabalhou-se no definição de uma heurística baseada no cálculo do custo energético e/ou econômico da água entregues nos pontos de consumo e armazenados em armazéns intermediários, que permitiu formular um algoritmo eficaz para otimização de energia a cada instante de clima. Este método conseguiu igualar o desempenho alcançado por programação linear e espera-se que ofereça melhores capacidades em sistemas com comportamento marcadamente não linear, bem como uma melhor adaptação ao problemas de otimização com a participação de energias renováveis.
Introdução
A motivação desta Tese de Doutorado “algoritmos para otimização de energia” é gerada no contexto das diretrizes estratégicas existentes voltadas para a busca da sustentabilidade global. Uma das linhas gerais de ação é a implementação de medidas para promover a de economia de energia. Além disso, o aumento constante do preço das tarifas de eletricidade evidencia a necessidade de melhorar, na medida do possível, a tomada de decisão por parte dos responsáveis pela gestão dos sistemas de distribuição de água. Esta tese centra-se na investigação de metodologias que permitam obter parâmetros operacionais de redes hidráulicas pressurizadas que minimizam o consumo e/ou custo de energia, garantindo o cumprimento das condições de operação.
O objetivo geral a ser alcançado é o desenho de metodologias que não só minimizem o consumo de energia, mas também permitam a otimização em tempo real, enquanto uma série de restrições são garantidas, relacionadas à qualidade do serviço.
O desenvolvimento da Tese foi baseado, como ponto de partida, em diversas investigações realizadas no grupo de Redes Hidráulicas e Sistemas de Pressão (REDHISP), pertencente à ao Instituto de Engenharia das Águas e Ambiente (IIAMA). Esses trabalhos forneceram metodologias que permitiram reduzir teoricamente o consumo de energia das redes de irrigação, mas apresentaram algumas dificuldades no momento de sua implementação ou extensão, por considerar outros tipos de redes.
Para resolver este aspecto, foram exploradas diferentes rotinas de cálculo que permitiram realizar a otimização em tempo real, para poder considerar as mudanças variáveis imprevisíveis ou que devem ser atualizadas periodicamente (erros de elementos, mudanças nas taxas, mudanças no clima, variações na demanda, etc.). Este é um dos aspectos inéditos que esta Tese contribui.
Além disso, o campo de aplicação dos otimizadores foi estendido para as redes de transporte de água, com um problema um pouco diferente do tratado até agora, para também contemplar a presença do armazenamento na gestão da água, cada vez mais necessário na reutilização de recursos e na entrada de energia fotovoltaica.
Por fim, o tratamento das diferentes tarifas de eletricidade no estudo, para que o modelo também considere o termo de potência como variáveis e penalidades por excesso de energia, bem como preços de energia variáveis hora a hora (alto consumo), ou os regulados por contrato para os diferentes períodos e taxas (médio e baixo consumo de energia).
Para atingir o objetivo geral da Tese, procurou-se também cumprir os seguintes objetivos específicos:
- Conhecer as metodologias existentes para a otimização energética das redes hidráulica e sua aplicação a casos reais.
- Desenvolver novas metodologias que proporcionem melhorias às já existentes, em termos de resultados, velocidade de cálculo e capacidade de otimizar redes mais complexas.
- Transferir a experiência para redes de abastecimento, além de redes de irrigação.
- Fornecer generalidade às diferentes metodologias para que sejam aplicáveis em casos muito diversos.
- Desenhar, com base nas novas metodologias, os algoritmos necessários para realização de cálculos e implementá-los em uma plataforma que não seja de dependente de software comercial.
- Aplicar os resultados a estudos de caso reais para a validação do desenvolvimentos.
Autor: Joan Carles Alonso Campos.
