Otimização dos custos de energia elétrica na programação da captação, armazenamento e distribuição de água

Soler, Edilaine Martins; Toledo, Franklina Maria Bragion de; Santos, Maristela Oliveira dos; Arenales, Marcos Nereu

doi:10.1590/0103-6513.146113

Edilaine Martins Soler ^* * edilaine@fc.unesp.br

Universidade Estadual Paulista, Bauru, SP, Brasil

Franklina Maria Bragion de Toledo

Universidade de São Paulo, São Carlos, SP, Brasil

Maristela Oliveira dos Santos

Universidade de São Paulo, São Carlos, SP, Brasil

Marcos Nereu Arenales

Universidade de São Paulo, São Carlos, SP, Brasil

* edilaine@fc.unesp.br

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Figura 1
Sistema simples de abastecimento de água. Fonte: Tsutiya (2006)Tsutiya, M. T. (2006). Redução do custo de energia elétrica em sistemas de abastecimento de água. Rio de Janeiro: Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental..

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Figura 2
Sistema de abastecimento de água com captação superficial e subterrâneo. Fonte: Tsutiya (2006)Tsutiya, M. T. (2006). Redução do custo de energia elétrica em sistemas de abastecimento de água. Rio de Janeiro: Associação Brasileira de Engenharia Sanitária e Ambiental..

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Figura 3
Modalidades tarifárias disponíveis para cada tipo de consumidor. Fonte: Os autores.

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Figura 4
Esquema simplificado de uma rede de abastecimento. Fonte: Os autores.

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Figura 5
Balanço de água em dois períodos consecutivos. Fonte: Os autores.

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Figura 6
Períodos do reservatório j. Fonte: Os autores.

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Figura 7
Sistema de abastecimento constituído por 3 reservatórios – 1ª e 2^a classes de exemplares. Fonte: Os autores.

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Figura 10
Sistema de abastecimento constituído por 8 reservatórios - 5ª classe de exemplares. Fonte: Os autores.

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Figura 8
Sistema de abastecimento constituído por 30 reservatórios – 3ª classe de exemplares. Fonte: Os autores.

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Figura 9
Sistema de abastecimento constituído por 4 reservatórios - 4ª classe de exemplares. Fonte: Os autores.

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Figura 11
Nível do Reservatório 1 - Experimento 1. Fonte: Os autores.

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Figura 12
Nível do Reservatório 1 – Experimento 2. Fonte: Os autores.

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Figura 13
Nível do Reservatório 1 – Experimento 3. Fonte: Os autores.

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Tabela 1
Capacidades dos reservatórios e vazão das bombas de captação – 1ª classe de exemplares.

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Tabela 2
Capacidades dos reservatórios, vazão e custos das bombas de captação – 4ª classe de exemplares.

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Tabela 3
Vazão e custo das bombas de transferência - 4ª classe de exemplares.

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Tabela 4
Capacidades dos reservatórios, vazão e custos das bombas de captação – 5ª classe de exemplares.

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Tabela 5
Vazão e custo das bombas de transferência – 5ª classe de exemplares.

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Tabela 6
Capacidades dos reservatórios, vazão e custos das bombas de captação – 6ª classe de exemplares.

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Tabela 7
Gap médio.

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Tabela 8
Custo com energia elétrica: método usual x heurística.

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

(13)

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

Reservatórios	Volume (m³)			Vazão
Reservatórios	Mínimo	Máximo	Inicial	m³/h
1	270	2000	500	300
2	270	1000	500	300
3	270	1000	500	300

Reservatório	Volume (m³)			Bomba
	Mínimo	Máximo	Inicial	Vazão (m³/h)	Custo por período
	Mínimo	Máximo	Inicial	Vazão (m³/h)	Fora Ponta	Ponta
1	60	200	100	70	100	200
2	225	750	375	120	100	200
3	32	106	53	107	130	260
4	780	2600	1300	750	800	1600

Bomba	Vazão (m³/h)	Custo por período
1→2	70	3
3→2	40	15
3→4	80	3
4→3	80	30

Reservatório	Volume (m³)			Bomba
	Mínimo	Máximo	Inicial	Vazão (m³/h)	Custo por período
	Mínimo	Máximo	Inicial	Vazão (m³/h)	Fora Ponta	Ponta
1	645	2150	1075	215	235	470
2	660	2200	1100	298	350	700
3	750	2500	1250	282	350	700
4	60	200	100	90	120	240
5	1140	3800	1900	750	800	1600
6	660	2200	1100	86	130	260
7	1500	5000	2500	300	250	500
8	270	900	450	122	160	320

Bomba	Vazão (m³/h)	Custo por período
2→1	80	3
2→3	250	40
4→3	50	3
5→3	650	120
5→6	450	75
6→7	50	3
7→8	70	3

Reservatório	Volume (m³)			Bomba
	Mínimo	Máximo	Inicial	Vazão (m³/h)	Custo por período
	Mínimo	Máximo	Inicial	Vazão (m³/h)	Fora Ponta	Ponta
1	60	200	100	100	110	220
2	60	200	100	22	30	60
3	120	400	200	30	40	80
4	30	100	50	48	70	140
5	300	1000	500	100	130	260
6	30	100	50	83	140	280
7	150	500	250	88	120	240
8	9	30	15	35	50	100
9	74	2480	1240	328	328	656

Experimento	Classe	Perda	Gap CPLEX	Gap Heurística
1	1ª	0%	0,30%	0,66%
2	1ª	10%	0,82%	1,1%
3	1ª	20%	0,74%	0,49%
4	2ª	0%	0,24%	0,73%
5	2ª	10%	0,02%	0,57%
6	2ª	20%	0,14%	0,24%
7	3ª	10%	2,62%	2,65%
8	4ª	10%	0,73%	2,05%
9	5ª	10%	1,22%	3,27%
10	6ª	10%	0,34%	1,94%

	Custo com Energia Elétrica (Unidades Monetárias)
Exemplar	Método Usual	Heurística	Redução (%)
4ª Classe	37996,53	30759,85	19,05
5ª Classe	101605,25	78444,33	22,80
6ª Classe	40383,62	31737,39	21,41

I_{j t} = (1 - θ_{j t}) I_{j, t - 1} + v_{j t} x_{j t} - \sum_{m \in R_{j}} w_{j m t} z_{j m t} + \sum_{m \in P_{j}} w_{m j t} z_{m j t} - \sum_{k \in S_{j}} d_{k t}

[1] * edilaine@fc.unesp.br

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Otimização dos custos de energia elétrica na programação da captação, armazenamento e distribuição de água

Optimization of electrical energy costs in the scheduling of catchment, storage, and distribution of water

Resumo