UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007

1. UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007 PROGRAMUL CEEX CONTRIBUTII STIINTIFICE IN TRANSPORTURI PACHETE DE PROGRAME DE SUPORT DECIZIONAL PENTRU OPERAREA PE TERMEN LUNG, MEDIU SI SCURT A LACURILOR DE ACUMULARE CU FOLOSINTA COMPLEXA – HIDROPROG X2C03 / 28.07.2006 Radu POPA, Bogdan POPA, UPB Radu DROBOT, UTCB Adina PARASCHIVESCU, ISPH

2. UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007 CUPRINS Reteaua hidrografica a Romaniei Principalele bazine hidrografice Bazinul hidrografic al Dunarii Ponderea energiei hidro in total productie de energie electrica Scopul proiectului Prezentarea suportului hidrografic, a schemelor de amenajare, precum si inventarierea folosintelor de apa a bazinelor hidrografice pilot Modelarea topologica a sistemelor de gospodarire a apelor din bazinele hidrografice pilot. Prezentarea unor metode moderne de optimizare si justificarea ipotezelor adoptate pentru exploatarea lacurilor de acumulare Optimizarea regulilor de exploatare a lacurilor de acumulare; elaborarea modelelor si programelor de calcul pentru exploatarea lacurilor de acumulare pe termen lung si mediu

3. UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007 RETEAUA HIDROGRAFICA A ROMANIEI (1) Resurse interioare: 1.700 m3 / an locuitor, sau 3.250 m3 / an locuitordaca se ia in considerare Dunarea, rau international 4.864 cursuri de apa, inventariate si codificate avand o lungime de 8,905 km

4. UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007 RETEAUA HIDROGRAFICA A ROMANIEI (2) distributie concentrica a muntilor Carpati si distributie radiala a raurilor Principalele cursuri de apa: Prut, Muret (716 km)‏ Olt (698 km)‏ Siret (592 km)‏ Ialomita (414 km)‏ Somes (345 km)‏ Jiu (348 km)‏ Arges (339 km)‏

5. UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007 PRINCIPALELE BAZINE HIDROGRAFICE Exista 9 bazine hidrografice principale atasate principalelor rauri, si anume: Tisa-Somes Crisurile Mures Timis-Nera-Barzava Cerna-Jiu Olt Arges Ialomita Siret-Prut Dunarea

6. UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007 BAZINUL HIDROGRAFIC AL DUNARII – cuprinde intreg teritoriul Romaniei

7. UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007 PONDEREA ENERGIEI HIDRO IN TOTAL PRODUCTIE DE ENERGIE ELECTRICA

8. UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007 SCOPUL PROIECTULUI - Rezolvarea unor probleme legate de exploatarea raţională a lacurilor de acumulare cu folosinţă complexă, având în vedere folosinţele de apă neenergetice alimentate din lac sau în aval de acesta, folosinţa energetică – centrala hidroelectrică sau cascada de centrale hidroelectrice şi / sau de microhidrocentrale alimentate direct din lac sau în aval de acesta. - Unul dintre cele mai importante aspecte ale modului de abordare îl constituie cel al perspectivei durabile, sistemele de gospodărire a apelor fiind privite ca un ansamblu profund integrat şi în interacţiune cu toate subsistemele ecologice din bazinul hidrografic pilot analizat.

9. UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007 Prezentarea suportului hidrografic, a schemelor de amenajare, precum si inventarierea folosintelor de apa a bazinelor hidrografice pilot (1) In urma discutiilor cu toti partenerii din proiect (inclusiv SC Hidroelectrica SA, partenerul P3) s-a decis ce tipuri de programe de suport decizional se vor imagina si pentru care lacuri de acumulare cu folosinta complexa. Este vorba, in primul rand, despre ansamblul celor mai mari 10 lacuri de acumulare cu folosinte complexe din hidrosistemul energetic national. Programul de suport decizional pentru acest ansamblu este destinat asistarii deciziei de exploatare pe termen mediu si lung (orizont lunar, trimestrial, semestrial, anual), la nivelul grupului de centrale hidroelectrice de varf asociate lacurilor respective, precum si a cascadelor de centrale din aval de acestea. Un astfel de program va fi extrem de util ca instrument de planificare a exploatarii resurselor de apa si a productiei de energie pe ansamblul marilor amenajari, pentru diverse scenarii asupra debitelor afluente medii lunare prognozate in lacurile de acumulare majore din Romania.

10. UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007 Prezentarea suportului hidrografic, a schemelor de amenajare, precum si inventarierea folosintelor de apa a bazinelor hidrografice pilot(2) In al doilea rand, prin propunerea de proiect s-a prevazut selectarea unor bazinehidrografice pilot pentru care sa se intreprinda analize / modelari matematice si sa se elaboreze programe de suport decizional foarte amanuntite. Dintre cele 10 mari lacuri de acumulare mentionate anterior s-au retinut ca bazine pilot: bazinul raului Arges - cu lacul de acumulare Vidraru si respectiv bazinul raului Somesul Mic - cu lacul de acumulare Fantanele. Pentru aceste bazine s-au prezentat in detaliu: schemele de amenajare - cu descrierea uvrajelor pe care le contin si rolul acestora; inventarierea folosintelor de apa din bazinele respective, precum si inventarul cerintelor de apa ale diversilor utilizatori; legaturile hidrografice cu bazine invecinate si functionalitatea lor s.a.m.d.

11. UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007 Prezentarea suportului hidrografic, a schemelor de amenajare, precum si inventarierea folosintelor de apa a bazinelor hidrografice pilot(3) Programele de suport decizional pentru operarea pe termen mediu si lung a celor doua lacuri mari din bazinele pilot vor tine seama in mod explicit de cerintele de apa pentru folosintele complexe, de aporturile de debit din subbazinele importante si de caracteristici constructive / tehnologice ale amenajarilor din aval de lacurile cap de cascada. Pachetul de programe de suport decizional pentru bazinele pilot va contine programe de urmarire si actualizare a politicii de exploatare pe termen mediu (luna curenta de operare), precum si programe de suport pentru operarea pe termen scurt, zilnic – orara a lacului / centralei cap de cascada. Programele respective vor include module de calcule hidraulice si energetice, precum si module de repartitie optima a sarcinii pe hidroagregate – acestea permitand sa se aleaga planificarea cea mai avantajoasa a productiei la nivel zilnic – orar, in functie de starea momentana a amenajarii, grupurile disponibile, cerintele specifice ale dispecerului national sau ale altor beneficiari, etc.

12. UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007 Modelarea topologica a sistemelor de gospodarire a apelor din bazinele hidrografice pilot. Prezentarea unor metode moderne de optimizare si justificarea ipotezelor adoptate pentru exploatarea lacurilor de acumulare (1) Materialul elaborat introduce unele aspecte de principiu privind optimizarea exploatarii amenajarilor hidroenergetice complexe. Dupa ce se prezinta formularea generala a unui model de optimizare in domeniu, se face o clasificare a tipurilor de modele si metodelor de rezolvare, in functie de cantitatea si calitatea datelor de intrare disponibile. Aceasta clasificare distinge urmatoarele tipuri de modele / metode de optimizare: modele deterministe, modele stocastice, modele fuzzy, modele euristice. Se trece in revista problema optimizarii exploatarii amenajarilor hidroenergetice in conditii deterministe. Se face un inventar al metodelor programarii matematice pentru probleme deterministe si se detaliaza aspectele matematice de formulare si rezolvare pentru doua tehnici larg folosite in domeniu si anume programarea lineara si respectiv programarea dinamica. Pentru a da concretete prezentarii teoretice, atat acest capitol cat si urmatoarele sunt ilustrate prin aplicatii referitoare la amenajari din hidrosistemul energetic national sau la probleme preluate din literatura.

13. UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007 Modelarea topologica a sistemelor de gospodarire a apelor din bazinele hidrografice pilot. Prezentarea unor metode moderne de optimizare si justificarea ipotezelor adoptate pentru exploatarea lacurilor de acumulare (2) Se face apoi referire la optimizarea exploatarii amenajarilor hidroenergetice in conditii stocastice privind debitele afluente in acumulari. Se detaliaza si exemplifica un model de programare lineara cu restrictii probabiliste, cu aplicatie la o amenajare de tipul lacul Izvorul Muntelui – CHE Stejaru. De asemenea, pentru bazinul Arges (propus ca bazin pilot in proiect) se prezinta un model de programare dinamica stocastica pentru optimizarea exploatarii pe termen lung a lacului Vidraru, tinand seama de aporturile de subbazin si de folosintele complexe din aval. In continuare sunt introduse notiunile teoretice necesare pentru modele de optimizare in conditii incerte (vagi), bazate pe logica fuzzy. Aplicatiile se refera la un model de conducere optimala printr-un sistem de reguli fuzzy si respectiv la un model de programare dinamica fuzzy cu obiective imprecis definite, ambele destinate lacului Izvorul Muntelui (cel mai mare lac de acumulare din Romania).

14. UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007 Modelarea topologica a sistemelor de gospodarire a apelor din bazinele hidrografice pilot. Prezentarea unor metode moderne de optimizare si justificarea ipotezelor adoptate pentru exploatarea lacurilor de acumulare (3) Se prezinta o serie de modele si metode de programare euristica aparute in ultimii ani si care au inca o aplicabilitate redusa in domeniul resurselor de apa. Tocmai din acest motiv, in capitol s-au introdus mai multe explicatii si aplicatii diverse, care demonstreaza robustetea si flexibilitatea algoritmilor respectivi. Sunt ilustrate utilizarea: retelelor neurale artificiale, algoritmului de calire simulata, algoritmilor genetici, algoritmului coloniei de furnici, algoritmului roiului de particule, algoritmului bazat pe conflictul intre religii la formularea si rezolvarea problemelor de optimizare a exploatarii pe termen lung sau scurt a amenajarilor hidroenergetice. In ultimul capitol al fazei a doua demonstreaza ca modelele teoretice prezentate in capitolele anterioare pot fi transpuse in programe de suport decizional. S-a considerat una dintre marile amenajari din hidrosistemul national si anume amenajarea Sebes – amonte (cu lacurile Oasa – Tau si centralele Galceag – sugag) pentru care s-au elaborat modele de optimizare pe termen lung, mediu si scurt si s-au propus programe de suport decizional bazate pe aceste modele. in cadrul capitolului se descrie si se ilustreaza folosirea programelor de interfata pentru aceste programe de suport decizional.

15. UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007 Optimizarea regulilor de exploatare a lacurilor de acumulare; elaborarea modelelor si programelor de calcul pentru exploatarea lacurilor de acumulare pe termen lung si mediu (1) Prima parte a fazei a treia, intitulata Modele si programe de suport decizional pentru operarea pe termen lung si mediu a amenajarii Fantanele – Tarnita din bazinul Somes se refera la acest bazin pilot propus in proiectul HIDOPROG. Dupa descrierea sumara a amenajarii de pe sectorul amonte de Cluj – Napoca si precizarea schematizarii hidrografice adecvata cu obiectivele de etapa, s-a intreprins analiza de frecventa a datelor de debite afluente medii lunare cunoscute din inregistrari si reconstituiri. in continuare se prezinta elementele de baza ale modelului matematic de optimizare probabilista a exploatarii pe termen lung pentru acumularea Fantanele si se comenteaza rezultatele acestui model in raport cu datele de intrare si ipotezele de modelare folosite. Deciziile optime probabiliste sunt preluate intr-un model de simulare a exploatarii pe termen lung, model care include si un set de reguli de corectie, in acord cu cerintele de natura energetica si folosinta complexa impuse in managementul amenajarii. Acest model extinde simularea si la treapta aval de CHE Mariselu (adica lacul si CHE Tarnita), avand in vedere ponderea ei importanta in cadrul amenajarii.

16. UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007 Optimizarea regulilor de exploatare a lacurilor de acumulare; elaborarea modelelor si programelor de calcul pentru exploatarea lacurilor de acumulare pe termen lung si mediu (2) Calitatile modelului de simulare a exploatarii s-au verificat prin rularea pe 45 de ani consecutivi, folosind sirul de debite afluente medii lunare cunoscute din inregistrari si s-a constatat ca acesta da rezultate pe termen lung care sunt superioare celor preconizate la faza de proiectare. in consecinta, algoritmul modelului de simulare a exploatarii a fost preluat in programe de suport decizional pentru operarea pe termen mediu (luna curenta) si pe termen lung (3, 6 sau 12 luni ulterioare). Aceste programe pot fi rulate optional, folosind acelasi program de interfata cu utilizatorul. Maniera de utilizare si facilitatile pe care le ofera operatorului (modificarea unor date de intrare cu valori implicite, vizualizarea si editarea fisierului martor de rezultate etc.) sunt descrise si exemplificate pe larg in capitolele I.5 si I.6. in masura posibilului, exemplificarile au fost facute folosind unele date inregistrate in exploatare si – prin comparatie – s-au putut valida calitatile programelor respective. Forma actuala a programelor de suport a fost deja prezentata si implementata pentru experimentare si sugestii la Sucursala Hidroelectrica din Cluj – Napoca.

17. UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007 Optimizarea regulilor de exploatare a lacurilor de acumulare; elaborarea modelelor si programelor de calcul pentru exploatarea lacurilor de acumulare pe termen lung si mediu (3) Partea a doua, intitulata Model si program de suport decizional pentru operarea pe termen lung si mediu a amenajarii Vidraru din bazinul Arges se refera la cel de-al doilea bazin pilot propus in proiectul HIDROPROG. Pentru acest bazin (in care este plasata capitala Romaniei si alti utilizatori importanti de resursa) problemele ridicate de folosintele complexe sunt mai delicate, iar modelul matematic de optimizare a exploatarii pe termen lung a fost prezentat si justificat pe larg in materialul etapei 2 pe 2007. in acelasi material s-au specificat si majoritatea datelor de intrare folosite, precum si rezultatele analizei de optimizare probabilista. Volumul de fata face doar un rezumat al acestor elemente si apoi prezinta modelul de simulare a exploatarii pe termen lung imaginat pentru lacul Vidraru si CHE Corbeni, tinand seama de folosintele din aval si de aportul important din subbazinul Raului Doamnei. Performantele pe termen lung ale modelului de simulare a exploatarii s-au verificat pe datele de debite afluente medii lunare inregistrate pe un interval de 51 de ani consecutivi. Avand in vedere pozitia speciala a amenajarii in schema de alimentare cu apa din surse de suprafata a Bucurestiului, verificarile modelului de simulare a exploatarii s-au extins in acest caz si pe mai multe siruri de cate 50 de ani de debite afluente medii lunare generate sintetic.

18. UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007 Optimizarea regulilor de exploatare a lacurilor de acumulare; elaborarea modelelor si programelor de calcul pentru exploatarea lacurilor de acumulare pe termen lung si mediu (4) Deoarece toate verificarile au condus la performante pe termen lung care sunt sensibil superioare celor scontate la faza de proiectare, algoritmul modelului de simulare a fost preluat intr-un program de suport decizional care poate fi utilizat atat pentru planificarea managementului pe termen mediu (luna curenta), cat si pe termen lung (trimestrial, sezonier sau anual). Sunt prezentate instructiuni privind instalarea si utilizarea programului de suport decizional prin programul de interfata. De asemenea, sunt incluse numeroase exemple de rulari si rezultate, majoritatea apeland la unele date inregistrate din exploatarea reala si permitand comparatii cu acestea. Partea a treia se intituleaza Program de suport decizional pentru operarea pe termen mediu si lung a sistemului de 10 mari acumulari si aceasta s-a asumat de catre parteneri in mod suplimentar fata de propunerea inclusa in proiectul HIDROPROG. Cele 10 acumulari considerate sunt incadrate de catre partenerul Hidroelectrica S.A. in categoria Mari amenajari. Într-adevar, prin volumele utile ale lacurilor de acumulare, prin puterile insemnate instalate in centralele de varf asociate acestor lacuri, precum si prin puterile instalate in cascadele de CHE din avalul amenajarilor cap de cascada, aceste mari amenajari constituie un subsistem decisiv in cadrul hidrosistemului energetic national.

19. UCP AMTRANS - NOIEMBRIE 2007 Optimizarea regulilor de exploatare a lacurilor de acumulare; elaborarea modelelor si programelor de calcul pentru exploatarea lacurilor de acumulare pe termen lung si mediu (5) Exceptand lacurile Gura Apelor si Siriu (care sunt operate momentan cu restrictii de nivel), pentru fiecare dintre celelalte 6 lacuri mari (Izvorul Muntelui, Vidra, Oasa, Dragan, Valea lui Iovan si Poiana Marului) s-au elaborat modele de optimizare stocastica de tipul celor prezentate aici pe larg pentru lacurile Fantanele si Vidraru din bazinele pilot, s-au imaginat modele de simulare a exploatarii lor pe termen lung si s-au verificat performantele acestor modele. Rezultatele acestor analize de optimizare probabilista si algoritmii modelelor de simulare a exploatarii au fost asamblate intr-un program de suport decizional la nivelul sistemului de 10 mari acumulari. in momentul de fata, acest program de suport poate fi utilizat in forma bruta, fara un program de interfata prietenos pentru utilizator. Urmeaza ca programul de interfata sa se realizeze in viitor, dupa consultarea mai aplicativa a partenerului P3, efectuarea mai multor rulari cu date inregistrate si verificarea calitatilor predictiilor obtinute cu modelul si programul de suport propuse in proiect.