مدلسازی دینامیک پمپ های دور متغیر در سامانه‌های آبیاری تحت‌ فشار با رویکرد به تحلیل مصرف انرژی (مطالعۀ موردی: سامانۀ آبیاری کشت و صنعت اشرفیه)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری گروه سازه های آبی دانشگاه تهران و عضو هیات علمی مرکز تحقیقات،آموزش و ترویج کشاورزی استان قزوین

2 استادیار گروه سازه های آبی. پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران

چکیده

تغییرات نیاز آبی در دورۀ رشد گیاه، اختلاف ارتفاع در نقاط آبگیری،‌ تطابق ­نداشتن ساعات آبیاری، تغییر الگوی کشت و عوامل محیطی دیگر باعث می­شود تا عملکرد ایستگاه­های پمپاژ متأثر از عوامل دینامیکی متعدد باشد. از این‌رو، کارکرد ایستگاه­های پمپاژ عموماً دینامیکی است یعنی وابسته به زمان است. در این تحقیق، با توجه به قابلیت­های سامانه‌های پمپاژ دور­متغیر در تطبیق با شرایط مختلف بهره‌برداری، رویکرد به استفاده از پمپ­های دور­متغیر در یک کشت و صنعت 85 هکتاری زیتون واقع در استان قزوین بررسی شد. در این راستا، مدل دینامیکی سامانۀ مورد مطالعه با استفاده از نرم‌افزار MATLAB/SIMULINK ارائه شده است. نتایج حاصل از شبیه‌سازی 5 سناریوی بهره‌برداری حاکی از کاهش مصرف انرژی به میزان 18 درصد در حالت کنترل دور­متغیر، نسبت به حالت دور­ثابت است. آزمون تحلیل حساسیت مدل نشان می­دهد که مهم‌ترین عامل اثرگذار بر مصرف انرژی در سامانۀ آبیاری مورد مطالعه، میزان فشار خروجی در محل ایستگاه پمپاژ است.  

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Dynamic Modeling of Variable Speed Pumps in Pressurized Irrigation System Considering Energy Consumption Analysis (Case Study: Ashrafieh Agro-Industry Irrigation System)

نویسنده [English]

  • afshin uossef gomrokchi 1
1 qazvin agriculture research center
چکیده [English]

Variable water requirement in growing season, altitude difference in hydrant points, incompatibility in irrigation hours, cropping pattern alternation as well as other environmental factors are conducive to dynamical factors to influence the operation of pumping stations. Thus, pumping stations have dynamic or time-dependent operation. In this study, we examined operation of variable speed pumps in an olive plantation of 85 ha in Ashrafiyeh agro-industry complex located in Qazvin province, considering various utilizing condition.  In this regard, the dynamic model of the pumping station is developed and presented using MATLAB/SIMULINK software. The results inferred from five operation scenario's simulations represent 18 percent reduction in energy consumption of controlled pumping station with variable speed mode compared to constant speed mode operation. Moreover, the analysis of the results from hydraulic sensitivity index in variable speed pumps indicated that the highest amount of model sensitivity to pressure difference occurs during utilization time.
 
Key Words: Best Efficiency Point, Modeling, Pumping Station, Sensitivity Analysis

کلیدواژه‌ها [English]

  • Best Efficiency Point
  • modeling
  • Pumping Station
  • Sensitivity analysis

Anon. 2008. Centrifugal Pumps for Petroleum, Petrochemical and Natural Gas Industries, API 610.

 

Bello, M. A., Martı´nez-Alzamora, F., Bou-Soler, V. and Bartolı´-Ayala, H. J. 2010. Methodology for grouping intakes of pressurised irrigation networks into sectors to minimise energy consumption. Biosystems Eng. 105, 429-438.

 

Carsten-Skovmose, K. 2005. Fault detection and isolation in centrifugal pumps. Ph. D Thesis. Aalborg University.

 

Chee-Mun, O. 1997. Dynamic Simulation of Electric Machinery: Using MATLAB/SIMULINK. Prentice Hall. PTR. New Jersey.

 

Delfan, M. 2013. Modeling of variable speed pumps in operation of irrigation systems. M. Sc. Thesis. Faculty of Agricultural Engineering and Technology. Tehran University. Karaj. Iran. (in Persian)

 

Diaz, R. J. A., Pérez-Urrestarazu, L., Camacho-Poyato, E. and Montesinos, P. 2011. The paradox of irrigation scheme modernization: more efficient water use linked to higher energy demand. J. Agric. Res. 9(4): 1000-1008.

 

Eker, I., Grimble, M. J. and Kara, T. 2003. Operation and simulation of city of Gaziantep water supply system in Turkey. J. Renew. Energ. 28, 901-916.

 

Ghafouri, J., Khayatzadeh, F. and Khayatzadeh, A. 2012. Dynamic modeling of variable speed centrifugal pump utilizing MATLAB/SIMULINK. J. Sci. Eng. Invest. 1(5): 121-138.

 

Gopal, M. 1984. Modern Control System Theory. New York, NY: John Wiley & Sons.

 

Hanson, B., Weigand, Z. and Orloff, S. 1996. Performance of electric irrigation pumping plants using variable frequency drives. J. Irrig. Drain. Eng. 122(3): 91-104.

 

Keyser, W., Amerlinck, Y., Urchegui, G., Harding, T., Maere, T. and Nopens, I. 2014. Detailed dynamic pumping energy models for optimization and control of wastewater applications. J. Water Climate Change. 5 (3): 299-314.

 

Khadra, R., Moreno, M. A., Awada, H. and Lamaddalena, N. 2016. Energy and hydraulic
performance-based management of large-scale pressurized irrigation systems. Water Resour. Manage. 30(10): 3493- 3506.

 

Khayatzadeh, F. and Ghafouri, J. 2015. Dynamical modeling of frequency controlled variable speed parallel multistage centrifugal pumps. Archive Mech. Eng. 62, 347-362.

 

Lamaddalena, N. and Khila, S. 2012. Energy saving with variable speed pumps in on-demand irrigation systems. J. Irrig. Sci. 30, 157-166.

 

Moreno, M. A., Planells, P., Co´rcoles, J. I., Tarjuelo, J. M. and Carrio´n, P. A. 2009. Development of a new methodology to obtain the characteristic pump curves that minimize the total cost at pumping stations. Biosystems Eng. 102, 95-105.

 

Raeisian, Z. 2012. Investigation and design of pumping stations variable speed pumps. M. Sc. Thesis. Faculty of Agricultural Engineering and Technology. Tehran University. Karaj. Iran. (in Persian)

 

Renault, D. and Hemakumara, H. M. 1999. Irrigation offtakes sensitivity. J. Irrig. Drain. Eng.
125(3): 131-136.

 

Shemshadi, M. and Veysi, F. 2012. The optimum dimension of water storage tanks in urban water supply systems using a dynamic model. J. Water Waste Water. 4(88): 129-134. (in Persian)

 

Vatankhah, A. R., Kouchakzadeh, S. and Hoorfar, A. 2008. Developing effective sensitivity indicator for irrigation network components. J. Appl. Agric. Res. 3(1): 17-36.

 

Yari, A. 2010. Developing an intelligent control and monitoring system of pumping plants. Technology Incubator Center Science and Technology Park University of Tehran. (in Persian)

 

Zulfiqar, A. S., Khalil, A., Waheed, S. and Aziz, A. 2012. MATLAB simulation of a variable speed controller for a three phase induction motor. 26th IEEEP Students’ Seminar. Pakistan Navy Engineering College. National University of Sciences and Technology. Islamabad, Pakistan.