Resumo
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. 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 dentro de seus limites pré-estabelecidos. 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 do algoritmo Branch-and-Bound (BB) e do simulador hidráulico EPANET. O BB é responsável pela enumeração de todas as estratégias operacionais viáveis, enquanto que a avaliação da viabilidade hidráulica dessas estratégias é feita pelo EPANET. Neste trabalho apresenta um estudo de caso hipotético com uma estação elevatória com três bombas. As soluções ótimas globais são apresentadas para diferentes cenários de restrições.
Introdução
Nas empresas de saneamento, as principais ações envolvendo a redução dos gastos com energia elétrica se concentram na operação de estações elevatórias. Inúmeros autores (Polito,2006; Bahia,1998; Tsutiya,2001; Gomes,2009) afirmam que o consumo de energia elétrica é, na maioria dos casos, o segundo item de custo operacional dos prestadores de serviços de saneamento, sendo que o primeiro está relacionado às despesas com pessoal.
As principais oportunidades de economia de energia elétrica são encontradas nas melhorias de procedimentos operacionais, no redimensionamento de elementos hidráulicos (e.g. tubulações, bombas e reservatórios) e no uso de tecnologias eficientes.
Dentre as medidas práticas que podem levar à redução do custo de energia elétrica, a alteração dos procedimentos operacionais de bombeamento demonstra ser bastante eficaz, pois não necessita de nenhum investimento e, além disso, a economia, devido a essa redução ocorre em curto prazo. Entretanto, a determinação de estratégias operacionais que gerem custos energéticos reduzidos e que mantenham a qualidade no atendimento aos clientes é uma tarefa complexa. Objetivos distintos estão envolvidos neste processo como, por exemplo, a utilização eficiente da tarifa energética e a manutenção de variáveis hidráulicas dentro dos limites pré-estabelecidos (Costa et al.,2010).
Com os avanços e aprimoramentos dos algoritmos de otimização, inúmeros trabalhos visando à redução do custo energético de operação de sistemas de abastecimento de Água (SAA) têm sido desenvolvidos nos últimos anos. Os primeiros trabalhos envolvendo a otimização do custo energético de bombeamento utilizaram-se de técnicas de pesquisa operacional e do algoritmo genético como, por exemplo, programação linear (JOWITT; GERMANOPOULOS, 1992), programação linear inteira (LITTLE; MCCRODDEN, 1989), programação não-linear (BURGSCHWEIGER et al,2005), programação dinâmica (LANSEY; AWUMAH, 1994) e algoritmo genético (BRION;MAYS,1991 e Wood e Reddy;1994).
A limitação da utilização dos modelos que se baseiam em técnicas de pesquisa operacional em casos reais se deve principalmente a complexidade das resoluções das equações que garantem o equilíbrio hidráulico da rede e a dificuldade de generalizar esses modelos em qualquer SAA. Já o uso dos algoritmos genéticos e demais modelos estocásticos é a tendência em demandar um tempo computacional excessivo no encontro de boas soluções em problemas deste tipo (extremamente restritivos), além da não garantida do ótimo global.
Contudo, apresenta-se o método BB aplicado ao problema de otimização de estratégias de rede de distribuição de água. As suas duas principais vantagens é a garantia do ótimo global e que quanto mais restritivo o problema mais eficiente se torna o modelo. Como principal desvantagem é a limitação da quantidade de bombas. Para estações elevatórias com uma quantidade de bombas maior que três a metodologia apresentada se torna computacionalmente inviável.
Autores: Luís Henrique Magalhães Costa e Marco Aurélio Holanda de Castro.
