Ανάπτυξη πλαισίου βελτιστοποίησης για τη διαχείριση της πίεσης σε ένα δίκτυο ύδρευσης με σκοπό τη μείωση των απωλειών

Χελά, Ναταλία Περσφόνη; Chela, Natalia Persfoni

dc.contributor.author	Χελά, Ναταλία Περσφόνη	el
dc.contributor.author	Chela, Natalia Persfoni	en
dc.date.accessioned	2023-02-03T09:47:08Z
dc.date.available	2023-02-03T09:47:08Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/57060
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24758
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Διαχείριση πίεσης	el
dc.subject	Μοντελοποίηση απωλειών	el
dc.subject	Μείωση απωλειών	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση PRV	el
dc.subject	PRV σταθερής ρύθμισης	el
dc.subject	PRV χρονικά μεταβαλλόμενης ρύθμισης	el
dc.subject	Leakage modeling	en
dc.subject	Leakage reduction	en
dc.subject	PRV optimization	en
dc.subject	Pressure management	en
dc.subject	Fixed setting PRV	en
dc.subject	Time-modulated PRV	en
dc.title	Ανάπτυξη πλαισίου βελτιστοποίησης για τη διαχείριση της πίεσης σε ένα δίκτυο ύδρευσης με σκοπό τη μείωση των απωλειών	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Διαχείριση Υδατικών Πόρων	el
heal.classification	Δίκτυα ύδρευσης	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-11-09
heal.abstract	Ενα σημαντικό θέμα που απασχολεί τις εταιρείες διαχείρισης νερού ανά τον κόσμο είναι η διαχείριση του Μη-Ανταποδοτικού νερού και ειδικά η μείωση των πραγματικών απωλειών εντός του δικτύου για λόγους εξοικονόμησης φυσικών και οικονομικών πόρων. Μία τεχνική μεταξύ άλλων είναι η διαχείριση της πίεσης που θεωρείται ο πιο αποτελεσματικός τρόπος μείωσης των απωλειών νερού, καθώς αποδεδειγμένα οδηγεί στη δραστική μείωση τόσο των διαρροών όσο και των μελλοντικών θραύσεων σε συνδυασμό με άλλες τεχνικές. Στην πα- ϱούσα διπλωματική εργασία αναπτύσσεται ένα πλαίσιο βελτιστοποίησης για τη διαχείριση της πίεσης με δυνατότητες εφαρμογής σε οποιοδήποτε υπάρχον δίκτυο με γνωστό ποσοστό απωλειών. ΄Ενας σημαντικός περιορισμός στην προσπάθεια εύρεσης των βέλτιστων ρυθμίσε- ων πίεσης είναι η ϱεαλιστική απόδοση, κατανομή και μοντελοποίηση των διαρροών εντός του δικτύου, που αποτελεί και τη ϐάση για την ανάλυση της αποδοτικότητας κάθε παρέμβασης. Το πλαίσιο αυτό ενσωματώνει στο πρώτο βήμα μία μεθοδολογία μοντελοποίησης και βαθμονόμησης των απωλειών του δικτύου (με τη θεώρηση ότι το σύνολο των απωλειών είναι αποτέλεσμα διαρροών) και πραγματοποιεί χωρική κατανομή τους μέσω ανάθεσης κατάλληλων συντελεστών βάσει των επί μέρους χαρακτηριστικώντων αγωγών του δικτύου. Επιπλέον, προετοιμάζει το δίκτυο για επίλυση βάσει πίεσης μέσω ανάθεσης κατάλληλων λειτουργικών ορίων πίεσης στη σχέση πίεσης-εκροής (Head-Flow Relationship, HFR). Κύριος στόχος της παρούσας διπλωματικής ειναι η βελτίωση της λειτουργίας των δικτύων ύδρευσης αξιοποιόντας τις υφιστάμενες υποδομές, περιορίζοντας το κοστος εγκατάστασης νέων. Για το λόγο αυτό το προτεινόμενο σχέδιο διαχείρισης που αναπτύχθηκε εστιάζει στη βελτιστοποίηση των ρυθμίσεων των ήδη εγκατεστημένων PRV του κάθε δικτύου. Διατηρώντας τις υφιστάμενες θέσεις των PRV εξετάζονται 2 σενάρια. Στο ένα το σύνολο των PRV είναι σταθερής ϱύθμισης η βελτιστοποίηση αφορά τις ϱυθμίσεις των βαλβίδων ενώ στο άλλο το σύνολο των PRV είναι χρονικά μεταβαλλόμενης ρύθμισης. Στο δεύτερο σενάριο η βελτιστοποίηση αφορά τις ρυθμίσεις των βαλβιδων για κατάλληλο χρονικό βήμα, σταθερό ανά 24ωρο ώστε να συγκριθούν τα αποτελέσματα που επιφέρεουν οι δύο τύποι PRV. Για την ορθολογική μοντελοποίηση των απωλειών λόγω διαρροής, τη βαθμονόμηση των δεικτών του δικτύου ως προς τις απώλειες και τη βελτιστοποίηση των ρυθμίσεων των PRV αξιοποιήθηκε ο επιλυτής του ανοιχτού λογισμικού EPANET και αναπτύχθηκε πρωτότυπος κώδικας στο Matlab με χρήση της βιβλιοθήκης Matlab-EPANET Τoolkit του Open Water Analytics. Το προτεινόμενο πλαίσιο βελτιστοποίησης των πιέσεων για τη μείωση των διαρροών εφαρμόστηκε σε ένα συνθετικό μοντέλο δικτύου ύδρευσης της Πολιτείας του Kentucky, στις ΗΠΑ. Συγκεκριμένα, επιλέχθηκε το δίκτυο “KY11” στο οποίο βελτιστοποιήθηκαν οι ρυθμίσεις λειτουργίας 14 PRV, επιτυγχάνοντας μείωση των διαρροών κατά σχεδόν 1 ποσοστιαία μονάδα (από 21% σε 20.3%). Τα δύο σενάρια εμφάνισαν παρόμοια αποτελέσματα ως προς τη μείωση των απωλειών, όμως εντοπίζεται διαφορετική απόκριση ως προς τη λειτουργία του συστήματος και την ικανοποίηση της ζήτησης, με τις PRV χρονικά μεταβαλλόμενης ρύθμισης να επιτυγχάνει μεγαλύτερο βαθμό ικανοποίησης της ζήτησης στο σύνολο του δικτύου. (el)	el
heal.abstract	One of the more pressing issues concerning water companies around the world is the management of Non-Revenew Water and especially leakage reduction in water distribution networks for environmental as well as economical reasons. Pressure management has been proved to be one the most effective methods battling leakage reduction as well as preventing future pipe bursts paired with other techniques. In this undergraduate thesis an optimization framework for pressure management is developed that can be implemented in any water distribution network with a known losses ratio. An important constraint in the efforts of finding the optimal pressure settings is the realistic interpretation, distribution and modelling of leakage in the network, in order to set a solid foundation to evaluate the effectiveness of future strategies implemented on the network. This framework incorporates in the first step a methodology for leakage modelling and calibration of the leakage coefficents according to the characteristics of each pipe (assuming the total water losses of the network are due to leakage) creating a spatial distribution of leakage in the network. Furthermore it prepares the network for the use of Pressure Driven Analysis by conducting a calibration of the pressure limits in the Head - Flow relationship. The main goal of this thesis is to improve the operation of networks by making the most of the existing infrastructure, thus minimizing the cost of new instalments. For this reason, to suggested management plan focuses on optimizing the existing PRVs of each network. Keeping the locations of the PRVs in the network there were two optimization scenarios implemented. The first one assumes that every PRV is fixed setting and optimizing their settings while the second one assumes that every PRV is time modulated. The second one optimizes the settings of each PRV for the appropriate time step, constant in the span of 24 hours so as to compare the results on the netwrok’s operation for the two different valve types. For the justified leakage modeling, calibration of the leakage coefficients and optimization of the PRV settings in the network, the simulation of the model is executed with EPANET and also original code has been developed in Matlab with a toolkit provided by Open Water Analytics (Matlab-EPANET toolkit) combining the two. The proposed framework for the optimization of PRV settings in order to reduce losses was applied to a demo water distribution network model based on a real network located in the state of Kentucky in U.S.A. The model is named “KY11” and the settings of its 14 existing PRVs were optimized, accomplishing the recuction of leakage by almost a full percentage unit (from 21% to 20.3%). The two scenarios that were implemented yielded similar results regarding losses reduction, although there were slight differences regarding the demand satisfaction ratio. Specifically, the time modulated PRVs had a better performance at satisfying the total demand in the network.	en
heal.advisorName	Μακρόπουλος, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Μαμάσης, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Ευστρατιάδης, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Μακρόπουλος, Χρήστος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών. Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	101 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false