بررسی اثر توزیع احتمالاتی جریان بر بهینه‌سازی انرژی برقابی مخزن سد مارون

نویسندگان

1 گروه مهندسی آب، پردیس کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه رازی، ایران

2 گروه مهندسی آب، دانشکده کشاورزی، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

10.22125/iwe.2021.138266

چکیده

سدها با اهداف گوناگونی از جمله تأمین نیازهای آبی، تولید انرژی برقابی و کنترل سیلاب طراحی می‌شوند، لذا با توجه به عدم قطعیت دبی ورودی به مخزن تعیین دقیق انرژی تولیدی از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. در این تحقیق به بررسی اثر توزیع احتمالاتی جریان در بهره‌برداری بهینه سد به‌منظور تولید انرژی برقابی و حداکثر تأمین نیاز کشاورزی در پایاب سد بارویکرد بهینه‌سازی تصادفی صریح و روش برنامه‌ریزی خطی با قیود احتمالاتی پرداخته‌شده است. از آمار بلندمدت دبی جریان ورودی به سدمارون واقع در استان خوزستان به‌صورت ماهانه در طی دوره 52 ساله استفاده‌شده است. ابتدا تابع توزیع تجمعی جریان ورودی به مخزن برای ماه‌های مختلف با دو رویکرد استفاده از توزیع تجربی ویبول و انتخاب بهترین توزیع آماری به کمک نرم افزا ایزی‌فیت محاسبه‌گردید. سپس برای سطح احتمال مشخص تأمین نیاز کشاورزی و ظرفیت نصب150 مگاوات، میزان انرژی برقابی به کمک مدل لینگو بهینه‌سازی شد. نتایج نشان داد که در رویکرد اول و دوم به ترتیب حداکثر تأمین نیاز کشاورزی 86 و88 درصد بوده، همچنین انرژی سالانه کل به ترتیب معادل3/174و 9/172گیگاوات ساعت است. بنابراین تعیین بهترین توزیع آماری جریان ورودی به مخزن تأثیر معنی‌داری بر نتایج نداشته و توزیع تجربی ویبول برای این منظور کفایت می‌کند.  

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Assessment of Discharge Probability Distribution Effect on Hydropower Energy Optimization of Maroun Reservoir

نویسندگان [English]

  • Maryam Godarzi 1
  • , Seyed Ehsan Fatemi 2
  • Maryam Hafezparast Mavadat 2
1 Water Engineering Department. Agriculture and Natural Resources. Razi University. Iran
2 Water Engineering Department, Faculty of Agriculture, Razi University, Kermanshah
چکیده [English]

Reservoirs are operated and designed in several aims such as, water demand supply, hydropower energy generation and flood control reduction. Optimization of reservoir operation is one of the most important issue in water basin. In this study, optimization of reservoir operation to obtain the maximum agriculture water supply and hydropower energy production are considered by using chance constrained linear programming (CCLP). Monthly inflow of 52 years is used to modeling of experimental Weibul probability distribution for each month. Annual energy production of Maroon reservoir is obtained by Lingo 16.0 software for a known agriculture water supply (P) and installed capacity 150 MW. Then, the best probability distribution of reservoir inflow is obtained by Easyfit software 6.0 for each month. The results showed that the maximum P are calculated 85% and 87% and also the annual hydropower energy is 174.3 and 172.9 Giga watt-hour (GWh) using experimental Weibul probability distribution and the best probability distribution of reservoir inflow, respectively. Thus, obtaining the best Inflow probability distribution does have insignificant effect on optimization. So, considering only the experimental Weibul probability distribution of reservoir inflow is sufficient in hydropower optimization using CCLP approach.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hydropower Energy Optimization
  • CCLP
  • lingo
  • Easyfit 6.0
افشاریان زاده، ن.، موسوی، س.ج. 1394. بهینه‌سازی بهره‌برداری از مخازن برقابی پیاپی با ارتباط هیدرولیکی. سومین کنگره بین‌المللی عمران، معماری و توسعه شهری.
تقیان، م. 1392. استفاده بهینه از پتانسیل سدهای مخزنی با اهداف کشاورزی جهت تولید انرژی برقابی. پنجمین کنفرانس مدیریت منابع آب ایران، دانشگاه شهید بهشتی.
شادروان، بهنام و منصور زاده، سید هادی.1382. جایگاه انرژی برق‌آبی در جهان، اولین کنفرانس ملی نیروگاه‌های آبی کشور. تهران.
شهبازی، ت. 1390. به‌گزینی بهره‌برداری در مخازن تک و چندمنظوره برقابی تحت مدل برنامه‌ریزی پویای استوکاستیک. پنجمین کنفرانس سراسری آبخیزداری و مدیریت منابع آب‌وخاک کشور.
فرخنده کیش، ع.، صادقیان، م. 1393. کاربرد الگوریتم ژنتیک در تدوین قوانین بهینه بهره‌برداری از مخازن برقابی. همایش ملی آب، انسان و زمین
ولیسه، م. 1391.  بهینه‌سازی بهره‌برداری از سیستم مخازن سدهای برقابی با استفاده از برنامه‌ریزی خطی. همایش ملی علوم مهندسی آب و فاضلاب.
 
Andrieu L., Henrion R., and W. Römisch. 2010. A model for dynamic chance constraints in hydro power reservoir management. European Journal of Operations Research. 207:579-589.
Arunkumar, R., Jothiprakash, V. 2012. Optimal Reservoir Operation for Hydropower Generation using Non-linear Programming Model. J. Inst. Eng. India Ser. A 93, 111–120.
Charnes A. and Cooper W. 1959. Chance-constrained programming, Management Science. 6(1):73-79.
Fan. FM., Schwanenberg. D., Alvarado. R. 2016. Performance of Deterministic and Probabilistic Hydrological Forecasts for the Short-Term Optimization of a Tropical Hydropower Reservoir. Journal of Hydrology Water Resources Management. 30: 3609-3625.
Henrion R. and Römisch W.2004. Hölder and Lipschitz stability of solution sets in programs with probabilistic constraints. Mathematical Programming. 100(3): 589-611.
Jothiprakash V. and Arunkumar R. 2014. Multi-reservoir optimization for hydropower production using NLP technique. Water Engineering. 18(1): 344–354.
Loucks, D.P. Stedinger. JR. and Haith, D.A. 1981. Water Resource Systems Planning and Analysis. Prentice Hall. Englewood Cliffs. New Jersey.
Sethi L.M., Panda S.N. and Nayak, M.K. 2006. Optimal crop planning and water resources allocation in a coastal groundwater basin, Orissa. India. Agricultural Water Management. 83 (3). 209–220.  Pierre Carpentier, Jean-Christophe Alais, Michel de Lara. 2017. Multi-usage hydropower single dam management: chance-constrained optimization and stochastic viability. Energy Systems. Springer. 8 (1): 7-30. 
Prékopa A.. 1995. Stochastic Programming. Mathematics and Its Applications.
Prékopa A. and Szántai T.1979. On optimal regulation of a storage level with application to the water level regulation of a lake. European Journal of Operational Research. 3(3): 175-189.
Prékopa A.. 2003. Probabilistic programming. Stochastic Programming. 10: 267-351.
Van-ackooij W., Zorgati R., Henrion R. and A. Möller. 2014. Joint chance-constrained programming for hydro reservoir management. Optimization and Engineering. 15: 509-531.
Wim van Ackooij. 2013. Chance Constrained Programming: with applications in Energy Management. Other Ecole Centrale Paris. English.
Yoo. JH. 2009. Maximization of hydropower generation through the application of a linear programming model. Journal of Hydrology. 376: 182-187.
Zhou R. and Yong K. 2012. Optimal operation study of Qing river cascade reservoirs based on GA with uncertainty and flow transmission considered procedia. Procedia Engineering. 28: 44-48.