Metodología para la optimización hidráulica y energética de una red de abastecimiento de agua mediante algoritmos heurísticos. Aplicación al caso de L'Ollería (Valencia)

Abstract

La escasez de agua que afecta a España, junto con el cambio climático y los crecientes aumentos de los costes energéticos han generado en los últimos años un aumento de los proyectos para la mejora de la eficiencia, tanto hídrica como energética de las redes de distribución de agua. Este trabajo presenta una metodología para el desarrollo de proyectos que tienen como objetivo la mejora de la eficiencia energética e hídrica de cualquier red de distribución de agua, utilizando modelos matemáticos de simulación y técnicas heurísticas de optimización. El método propuesto consta de un total de 6 fases: desarrollo y construcción del modelo matemático de la red de distribución; definición de los sectores hidrométricos en base a los cuales se confecciona el modelo; representación de las fugas en el modelo mediante la asignación simultánea de emisores en los nudos y la modificación de la curva de demanda; calibración hidráulica del modelo, específicamente de las líneas principales del mismo; simplificación de la red a fin de agilizar las tareas de optimización; y la optimización hidráulica y energética en sí misma. Cada una de las etapas se plantea con un propósito diferente y fundamental para alcanzar la optimización de la red. La fase final del proceso de optimización se realiza con la herramienta de optimización HoloRed que está basada en algoritmos evolutivos y ha sido desarrollada por el Departamento de Ingeniería Hidráulica y Medio Ambiente de la UPV. El objetivo de esta última fase es determinar la mejor combinación de la operación de las bombas y de los actuadores de las válvulas reductoras de presión desde un enfoque económico. El objetivo es encontrar un equilibrio entre consumo de agua y consumo energético. A fin de validar la utilidad del método desarrollado éste se aplica al caso de la red de abastecimiento de agua de L Olleria (Valencia).

The scarcity of water that affects Spain, along with climate change and the continuous increases in energy costs have generated in recent years an increase in projects to improve both water and energy efficiency of water distribution networks . This paper presents a methodology for the development of projects that aim to improve the energy and water efficiency of any water distribution network using mathematical models of simulation and heuristic optimization techniques. The proposed method consists of a total of 6 phases: development and construction of the mathematical model of the distribution network; definition of the hydrometric sectors on the basis of which the model is made; representation of the leaks in the model through the simultaneous assignment of the leakage coefficient in the nodes and the modification of the demand curve; hydraulic calibration of the model, specifically of the main lines; simplification of the network in order to speed up optimization tasks; and the hydraulic and energetic optimization itself. Each one of the phasesse considers a different and fundamental purpose to reach the optimization of the network. The final phase of the optimization process is carried out with the HoloRed optimization tool that is based on evolutionary algorithms and has been developed by the Department of Hydraulic Engineering and Environment of the UPV. The objective of this last phase is to determine the best combination of the operation of the pumps and of the actuators of the pressure reducing valves from an economical approach. The objective is to find a balance between water consumption and energy consumption. In order to validate the usefulness of the developed method, this is applied to the case of the water supply network of L'Olleria (Valencia).