Optimal pump selection for variable speed operation in water distribution network

ABSTRACT The optimization of pumping stations operation in water distribution networks has been largely studied, especially with the development of speed drivers, which allowed the machines to adjust the hydraulic power inserted to the system according to the demand requirements. Although this approach results in high benefits, the original characteristics of pumps remains the same. Consequently, the pumps can be operating in a range of suboptimal efficiency. Thus, this paper will evaluate the benefits that an optimized pump selection can bring for variable speed operation. The selection of the pumps best efficiency point and the number of pumps operating in parallel are defined applying Particle Swarm Optimization (PSO) to minimize the energy costs of the system. For the case study, the results show that there is no benefit when more pumps are operated in parallel, and that a flexible operational routine significantly reduces the energy expenses, especially when the pump is selected for this purpose. RESUMO A otimização da operação das estações elevatórias nas redes de distribuição de água tem sido amplamente estudada, principalmente com o desenvolvimento de conversores de frequência, que permitem que as máquinas ajustem a potência hidráulica de acordo com as demandas requeridas. Embora essa abordagem resulte em muitos benefícios, as características originais das bombas permanecem as mesmas. Consequentemente, as bombas podem estar operando em um intervalo de eficiência abaixo do ideial. Portanto, esse artigo irá avaliar os beneficios que a seleção otimizada de uma bomba pode gerar para sua operação com rotação variável. A seleção da bomba com o melhor ponto de operação e o número de bombas operando em paralelo na rede foram definidos através da técnica Particle Swarm Optimization (PSO), minimazando os custos de energia do sistema. Os resultados mostram que não há benefício em operar múltiplas bombas em paralelo, e que manter uma rotina operacional mais flexível reduz significativamente os gastos com energia, principalmente quando a bomba é selecionada com este objetivo.