Otimização reduz o consumo de energia – A tese de doutoramento de Joan Carles Alonso Campos, orientada por Fernando Martínez Alzamora e Miguel Ángel Jiménez Bello, desenvolve várias metodologias que permitem obter em tempo real os parâmetros de funcionamento de redes hidráulicas pressurizadas.
As técnicas de otimização de redução de consumo de energia foram aplicadas em duas redes, uma de irrigação agrícola e outra de transporte de água potável
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“Os métodos de otimização ajudam a obter reduções significativas no consumo de energia e custo das redes hidráulicas pressurizadas , como foi verificado nos diferentes estudos de caso analisados. Mas a elevada variação horária, tanto na procura de água como nos custos de energia, torna aconselhável realizar esta otimização em tempo real, aplicando as técnicas mais adequadas a cada caso para reduzir os tempos de cálculo”.
Este é o principal resultado da tese de doutorado “ Desenvolvimento e implementação de algoritmos para otimização de energia em tempo real de redes hidráulicas pressurizadas ” , realizada por Joan Carles Alonso Campos e dirigida por pesquisadores do Grupo de Redes Hidráulicas e Sistemas de Pressão do IIAMA- UPV , Fernando Martínez Alzamora e Miguel Angel Jiménez Bello.
O estudo busca aprimorar, na medida do possível, a tomada de decisão dos responsáveis pela gestão dos sistemas de distribuição de água , especialmente no setor agrícola.
A substituição da irrigação tradicional pela irrigação localizada significou um aumento significativo nos custos operacionais das redes de irrigação
“A substituição da irrigação tradicional pela irrigação localizada significou um aumento significativo nos custos operacionais das redes de irrigação, principalmente devido ao consumo adicional de energia dos equipamentos de bombeamento para elevar a pressão de trabalho ao nível exigido pelas subunidades de irrigação. Além disso, tanto a subida dos preços da energia como a alteração das estruturas tarifárias nos últimos anos são, por sua vez, a causa do aumento dos custos de bombeamento ”, afirma Joan Carles Alonso, autor da tese de doutoramento.
O investigador valenciano desenvolveu diferentes metodologias que permitem obter em tempo real os parâmetros de funcionamento das redes hidráulicas pressurizadas, e assim minimizar os consumos e/ou custos energéticos, garantindo o cumprimento das condições de funcionamento necessárias à adequada qualidade do serviço .
“Ao lidar com o escopo da 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 convenientes possam estar disponíveis no momento da execução das instruções de operação, mas também permite um procedimento flexível para responder a possíveis alterações nas previsões ou eventos que possam ocorrer ”, explica o investigador do IIAMA durante a sua fase de doutoramento.
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Métodos e características
A tese sobre “A otimização reduz o consumo de energia ” aborda ainda, de forma diferenciada, a otimização energética dos subsistemas de transporte de água e dos subsistemas de distribuição, devido às diferentes características que podem ser observadas neles.
Com relação aos subsistemas de distribuição, particularmente no caso de um sistema de irrigação com bombeamento direto à rede, foram explorados métodos de otimização meta-heurísticas , enquanto em subsistemas de transporte, foi aplicado método determinístico de otimização por programação linear .
Além disso, foi desenvolvido um método original baseado na análise de fluxos de energia que permite “conhecer e monitorar o custo incorrido para transportar a água das fontes para os diferentes tanques ou lagoas de regulação e, finalmente, para os pontos de consumo, e com base nisso, aplicar técnicas de otimização meta-heurística para determinar a melhor política de gestão da água represada ”, indica Joan Carles.
O método heurístico é uma técnica que prioriza a usabilidade das ferramentas sobre sua capacidade de encontrar a melhor solução.
Por isso, Joan Carles Alonso afirma que uma das reflexões mais importantes que derivaram do desenvolvimento da tese é que, quando se trata de aplicar efetivamente as metodologias de otimização na indústria, ao contrário do contexto acadêmico, “é fundamental que os sistemas de apoio à decisão implementados sejam capazes de oferecer soluções de forma ágil, direta e robusta, embora estas soluções estejam um pouco distantes do ideal.
Resultados
As técnicas desenvolvidas foram aplicadas em três estudos de caso: dois deles são redes de irrigação agrícola, o Realón em Picassent (Valência) e o Pantano Estrecho de Peñarroya (Ciudad Real), e o terceiro caso é um subsistema de transporte em uma rede de água potável .
“A principal diferença entre as redes de irrigação e as redes urbanas, no domínio da optimização do seu funcionamento, é que as redes de irrigação têm uma certa liberdade de atuação sobre as demandas, podendo escolher os momentos mais adequados para realizar cada uma das regas. No caso das redes urbanas, a otimização tem sido orientada para a escolha das melhores estratégias operacionais de bombeamento para reservatórios de regulação (subsistemas de transporte), aproveitando o grau de liberdade oferecido pelo armazenamento de água”, afirma Dr. Alonso Campos.
Para as redes de irrigação, tem-se proposto otimizar o programa de irrigação com base em um conjunto de solicitações pré-estabelecidas, contemplando tanto o prazo de energia, quanto a penalidade por excesso de energia nos diferentes períodos tarifários.
“O novo sistema pode ser integrado em qualquer plataforma de gestão comunitária de irrigação para operação em tempo real, como foi demonstrado na implementação realizada na comunidade de irrigação do Estreito de Peñarroya Pantano (Ciudad Real), onde reduções de custos de cerca de 6% a 7% foram alcançados para cenários sem déficit de pressão, determinando a melhor hora do dia para satisfazer cada uma dessas solicitações”, conclui Joan Carles Alonso.
Na rede de irrigação de Realón, localizada no Setor XI do Canal Júcar-Turia, as economias alcançadas atingiram “24,4% da energia e 35,5% dos custos associados
Por sua vez, na rede de irrigação de Realón , localizada no Setor XI do Canal Júcar-Turia, a economia alcançada foi de “ 24,4% da energia e 35,5% dos custos associados para o mesmo volume de água fornecida , graças neste caso para a possibilidade adicional de converter algumas tomadas que irrigavam por bombeamento para irrigação por gravidade”, diz o Dr. Alonso Campos.
No caso da rede de água potável, foi possível obter uma redução do custo específico diário de cerca de 10% para um subsistema de abastecimento urbano. Evidenciou-se a eficiência computacional do método baseado em programação linear, com tempo de computação inferior a 1 segundo para o estudo de caso, confirmando que a otimização reduz consumo de energia.
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Fonte: iagua
Adaptado para Portal Tratamento de Água
Traduzido por Jaqueline Morinelli
