@ 2016.02.13 , 14:44

给水管装内置发动机回收能量

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你大概不知道,为了给城市提供自来水,保证从水源到你家的水龙头的供水,整个供水系统的所有环节的能耗大概占有全世界能耗的2-3%,现今的幕后主使者正在思考如何改进城市供水系统的效率。通过安装能够放入水管的涡轮机,能够相应的将部分能耗进行转化,从而降低损失。首当其冲的,就是要选择在哪些位置安装这些小涡轮,以达到不影响供水可靠性和水压的情况下,获得最佳的发电量。通过在瑞士洛桑的供水网络进行测试,他们的发现发布在了最新的《Water Resources Management

而供水系统的正常工作需要维持稳定的压力(在一些水源稀缺的地方,你会简单很多增压站)这能够保证水能够压倒你家楼顶的蓄水箱,并且在你晚上下班回家之后,打开喷头能够激烈的喷出足够给力的热水。不同的供水系统在不同的地理环境下各不相同,平原地带一般比较简单,但是在丘陵地区,供水系统会复杂的多。既要保证足够的水压,又要避免造成多余压力带来的消耗,工程师Anton Schleiss特地制作了一种能够在水管中收集能量的小型涡轮机配件。

但是,找出整个供水网络中最佳的安装位置才是其中最困难的事情,整个水利系统可以看作一个有机的网格,牵一发而动全身,蝴蝶效应会在这里叠加发生,最终这是一个非常难以收敛的状态。前半句是在Anton 实验是工作的博士研究生Irene Samora说的,后半句是我自己瞎扯的。而重中之重就是,即便整个网络的压力在每天的用水需求不断变化而变化的同时,我们必须能够保证一个最低的压力阈值,保证他的正常工作。

要在这个复杂的网络中,理清其中的奥秘,从而找到最佳的涡轮机安装点,他们对供水系统进行建模,并在其上使用了模拟退火算法,寻求近似最优解。我们先模拟在一些初始位置安装涡轮机,然后通过在一定候选区间内进行随机变化,来测试寻找最佳方案。如果不采用这种剪支策略,穷举的效率是很低的,算法将长时间无法收敛。

之后,她使用在过去5年中在洛桑水利系统中所采集到的流量数据进行真实场景构建。在这个仿真的,全长17km的子供水网络中,他们的目标是先找到3个适当的安装位置。而算法能够给出了600w+的部署方案,最终选出安装方案能够使得她在对网络影响最小的情况下,回收越5%的能量。

目前,可以看到整个研究的发展主要在于获取更加详细的水利网络信息,以及寻找算法的优化改进方案,和在动态场景下考虑不同时间下,水压波动对整个场景的优化。而我想,其实可以通过选择若干的部署点,通过在时间上的动态调整,对部分组合优化的涡轮进行开启,从而获得更佳有效的回收率。

本文译自 epfl,由译者 邻家乖蜀黍 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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